CN1241352A

CN1241352A - 电路装置

Info

Publication number: CN1241352A
Application number: CN98801442A
Authority: CN
Inventors: P·P·B·阿茨; E·M·J·埃恩德克尔克; M·A·M·亨德里克斯; P·格拉德兹基; J·杨查克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2000-01-12
Also published as: EP0929997A1; US5917717A; WO1999007192A1; JP2001501359A

Abstract

一种按照本发明的放电灯管(Li)的高频操作电路装置,包括由所述低频电压产生加在第一电容性装置(C1)两端的DC电压的第一整流装置(D1－D4)。该电路装置还包括由所述DC电压产生频率为f的高频AC电压的DC/AC转换器(Ⅳ)。一个配置有将所述放电灯管(Li)耦合到所述负载支路的耦合装置(T3,T4)的负载支路(B)将DC/AC转换器的连接点(N1)连接到所述第一整流装置和第一电容性装置之间的连接点(N2)。该电路装置进一步包括将由DC/AC转换器产生的高频电压转化为DC电压的第二整流装置。所述第二整流装置被耦合连接到所述第一电容性装置并连接到所述负载支路中的连接点(N3)。该电路装置此外还提供有通过改变所述频率f控制所述放电灯管(Li)消耗的功率的控制装置(CR)。该耦合装置连接在负载支路的连接点(N2)和连接点(N3)之间。

Description

电路装置

本发明涉及一种放电灯管的高频操作电路装置，包括：

-连接到低频供压电源的输入端；

-由所述低频供压源供给的一低频电压产生加在第一电容性装置两端的DC电压的第一整流装置；

-由所述DC电压产生频率为f的高频AC电压的DC/AC转换器；

-一个负载支路，该负载支路包括电感性装置、第二电容性装置以及将所述放电灯管耦合到所述负载支路的耦合装置的串联电路，该串联电路将DC/AC转换器的连接点N1连接到所述第一整流装置和第一电容性装置之间的连接点N2；

-将借助于DC/AC转换器产生的高频电压转化为DC电压的第二整流装置，所述第二整流装置被耦合连接到所述第一电容性装置并连接到负载支路中的N3点；

-根据一个控制信号控制由所述放电灯管消耗的功率的控制装置，所述控制信号是所需电源的一个量度(measure)。

WO96/10897公开了这样一种电路装置。在该已知电路装置中的第一整流装置被制成一倍压器，且所述倍压器在其两端产生DC电压的所述第一电容性装置包括第一和第二容抗。加在所述第一电容性装置两端的电压以后也被称作缓冲电压。除了所述电感性装置以外，负载支路还包括另一个电容性装置、所述第二电容性装置以及所述耦合装置。所述另一个电容性装置的一侧与连接点N2相连，其另一侧与连接点N3相连。由所述此后也称作灯管的放电灯管消耗的功率可被控制装置控制，该控制装置影响DC/AC转换器的开关元件的循环。

所述第一整流装置提供了第一和第二单向装置，该装置同时形成第二整流装置的一部分。该第二整流装置将确保所述电路装置在灯管工作期间大体上起阻抗作用。在这种情况下，所述电路装置将引起很少的干扰，且该电路装置在灯管工作期间将具有很高的功率因子。为了达到这一目的，所述缓冲电压必须总是高于一个基值。如果采用倍压器，该基值等于所述低频电源的正负峰间电压差值。如果不采用倍压器，该基值等于峰值到零之间的电压。当所述功率值被设置得较低时，所述缓冲电压在该已知电路装置中成比例急剧上升。一方面，这就需要对电路装置进行计算，以便在标称工作期间所述缓冲电压高于所述基值，另一方面，象开关元件和第一电容性装置这样的元件必须设计为能经受高压，或者所述灯管功率可被控制调节的范围必须被限定为能避免损害所述元件。

本发明的目的是提供一种在开始段落中描述的一种电路装置，其中第一电容性装置两端的缓冲电压的变化在所述放电灯管消耗功率的比较宽的范围内保持较小，而该缓冲电压高于所述范围内的所述基值。

按照本发明，为上述目的设计的电路装置的特征在于，当控制信号改变时控制装置改变频率f，并且耦合装置连接在连接点N2和N3之间的负载支路上。

在本发明的电路装置中，连接第二整流装置的连接点N3处的电压基本上和流过灯管的电流无关。这就意外地使得通过频率的改变而将灯管功率调节到所述需要值成为可能。与此同时，使得第二整流装置控制所述缓冲电压的电平，以便在灯管功率减小的情况下缓冲电压的变化受到限制。结果，尽管灯管功率能在一个相对宽的范围内受到控制，本发明的电路中也还能使用便宜的元件。

控制所述放电灯管消耗功率的控制装置能直接改变频率。例如，该控制装置在一高频和一低频间周期性地调节频率f。然后，灯管消耗功率随着相应低频间隔范围的持续大约呈线性上升。在一个实施例中获得了最好的结果，其中频率假设为连续均匀地依赖于所需功率的一个恒定值。在一个实施例中，频率f不直接依赖于所述控制信号。例如，可采用US5525872中描述的控制装置，将开关元件的时间Tt-Td变成DC/AC转换器中控制信号的函数，该DC/AC转换器提供了具有第一和第二开关元件的半桥电路。这里，Tt是开关元件导通的时间间隔，Td是与所述开关元件并联的续流二极管(freewheel diode)的导通时间，在改变时间Tt-Td的情况下，频率f也变化。

在上述的控制灯管功率的几种可能情况中，通过DC/AC转换器的频率直接控制灯管功率的实施例由于其简单而经常被优选采用。尽管理想的情况是当改变灯管消耗功率时限制缓冲电压的变化，但有利的情况是当加在第一电容性装置两端的电压由灯管消耗的标称功率下的第一电压Vmin单调地上升到所述标称灯管功率的1/5的灯管功率下的第二电压Vmax时，Vmax/Vmin的比值在1.2-1.7之间。已经发现这种随着灯管消耗功率的减小而逐渐增加缓冲电压有利于连接灯管的电路装置的稳定工作。

放电灯管和所述电路装置可以是不可分开地连接起来的。在这种情况下，所述耦合装置可以被制成在负载支路和所述灯管之间的一种固定电连接。可替换地，在所述负载支路中可包括一个变压器，用来为所述负载支路的灯管之间提供电隔离。在另一实施例中，所述灯管可分开地连接耦合到所述电路装置中。耦合连接装置可被制成与此情况下的灯管接触插销配合的插座。

一个有吸引力的实施例的特征在于在没有放大灯管的情况下，连接点N3处的电压和连接点N1处的电压之间的转移函数在放电灯管消耗功率的控制范围内具有负放大频率特性。当频率增加时，连接点N3处电压下降。这也意味着第二整流装置对第一整流装置的充电作用减小。结果，缓冲电压随着灯管消耗功率的变化而变化得比较少。

这一实施例的有利的改进形式的特征在于负载支路包括另一电感性装置，而连接点N3位于所述电感性装置和所述另一电感性装置之间，所述第二整流装置通过一具有第三电容性装置的反馈电路连接到负载支路中的连接点N3。由于所述电感性装置、另一电感性装置和电容性装置在反馈电路中形成一个串联滤波器，在这一改进的电路中又达到了很低的干扰级别。

按照本发明电路装置的另一个有吸引力的改进实施例的特征在于，第二整流装置提供了并联一个并联支路的单向装置。当所述灯管功率较低时，所述并联支路阻抗的适当选择实现了从连接点N3到所述第二整流装置的电流更强大地成比例通过所述并联支路。这样，第二整流装置对所述缓冲电压的作用减小了。

本优选实施例的特征在于第二整流装置又与负载支路中的连接点N5相连，而所述耦合装置连接在负载支路的连接点N3和N5之间。在本发明电路装置的这一实施例中的灯管电流具有较低的峰值因子。此外，第二整流装置的负载分布在几个元件上。结果，这些元件可以具有相对较低的负载电容，这样就会便宜。

第二整流装置中的单向装置可与第一整流装置分开。可替换地，所述单向装置可同时形成所述第一整流装置的一部分。

下面将参考附图详细地解释本发明的电路装置。其中：

图1概略地示出按照本发明的电路装置的第一个实施例；

图2更详细地示出图1中的电路装置；

图3绘制出作为本实施例灯管所消耗功率Pla的函数的缓冲电压Vcl；

图4概略地示出第一个实施例的第一种改进；

图5概略地示出第一个实施例的第二种改进；

图6示出本发明电路装置的第二个实施例；

图7绘制出作为第二个实施例灯管所消耗功率Pla的函数的缓冲电压Vcl1；

图8绘制出作为第二个实施例的改进电路装置中的灯管所消耗功率Pla的函数的缓冲电压Vcl1’；

图9绘制出作为DC/AC转换器频率的函数的灯管所消耗功率Pla。

图1概略地示出放电灯管Li高频操作的电路装置的第一个实施例。所示的电路装置包括与低频电源Vin连接的输入端T1，T2，还包括用于由低频电源提供的低频电压产生加在第一电容性装置C1上的直流电压的第一整流装置RM1，还包括由DC电压产生频率为f的高频AC电压的一个DC/AC转换器IV。一负载支路B形成所述电路装置的一部分。所述负载支路包括电感性装置L3，第二电容性装置C2以及将放电灯管Li与该负载支路耦合的耦合装置T3，T4的串联电路。该串联电路将DC/AC转换器的连接点N1连接到第一整流装置和第一电容性装置之间的连接点N2。所述电路装置进一步包括将由DC/AC转换器产生的高频电压转化为DC电压的第二整流装置RM2。该第二整流装置与第一电容性装置相连接并连接到所述负载支路中的连接点N3。所述电路还提供有控制装置CR，该控制装置根据一个控制信号Sg来控制由放电灯管Li消耗的电源，所述控制信号Sg是所需电源的一个量度(measure)。

当改变所述控制信号Sg时，控制装置CR将改变频率f。耦合装置T3、T4连接在负载支路的连接点N2和连接点N3之间。

图2更详细地表示出图1的电路装置。第一整流装置RM1经过一包括电感性阻抗L1、L2和电容性阻抗C4、C5的输入滤波器与输入端T1、T2相连。所述电容性阻抗C4将输入端T1、T2互相连接起来。所述电容性阻抗C5的第一侧经过电感性阻抗L1与所述电容性阻抗C4的第一侧连接。所述电容性阻抗C5的第二侧经过电感性阻抗L2与所述电容性阻抗C4的第二侧连接。所述电容性阻抗C5的两侧与所述第一整流装置RM1相连。该第一整流装置并联一个电容性阻抗C8。

所述DC/AC转换器具有一具有第一和第二开关元件S1、S2的第一支路，操作期间该开关S1、S2被所述控制装置CR交替地开关成高频导通状态。为此，所述开关元件的控制电极与控制装置CR的输出端1、2相连。

负载支路B的串联电路依次包括由电感性阻抗L3形成的电感性装置，由电感性阻抗L4形成的另一个电感性装置，呈灯管连接端T3、T4形式的耦合装置，由容抗C2形成的第二电容性装置，以及又一个容抗C7。所述灯管Li的相应电极的电流导线与每一个灯管连接端T3、T4连接。所述电极具有另外的没有被连接的电流导线。在一可替换的实施例中，所述耦合装置包括另外的灯管连接端T3’、T4’。为了对所述电极预热或辅助加热，相应电极的另外的电流导线与这些连接端的每一端相连。这些另外的灯管连接端T3’、T4’可由一个电容性阻抗相互连接。在又一个实施例中，灯管连接端T3和T3’由电容性阻抗和与电感性阻抗L3磁耦合的一线圈的串联电路相互连接。灯管连接端T4、T4’也以相似的形式被相互连接。由电感性阻抗L3的一端形成的负载支路第一端与DC/AC转换器的连接点N1相连。该连接点N1是所述第一和第二开关元件S1、S2所在的第一支路中的一个公共点形成的。由电容性阻抗C7的一端形成的负载支路的第二端与第一整流装置RM1和第一电容性装置C1之间的连接点N2相连。由电容性阻抗C7、C2和灯管连接端T3、T4和灯管Li组成的连接到连接点N2的负载支路的一部分与一电容性阻抗C6并联。

这里第二整流装置RM2连接到第一电容性装置C1上，它们与所述第一整流装置RM1一起形成一个串联电路，所述整流装置RM1并联所述第一电容性装置。上述第二整流装置RM2包括一个反馈装置，该反馈装置提供了一由依次相连的单向元件D5和D6形成的取向相同的第一和第二单向装置的串联电路。此外该反馈装置还包括一个反馈电路，通过该电路第二整流装置中的第一和第二单向装置D5、D6之间的连接点N4与所述负载支路中的连接点N3相连。

第二整流电路RM2还进一步与所述负载支路中的连接点N5相连。所以该第二整流电路RM2包括另一个反馈装置，该反馈装置提供了又一个由依次相连的单向元件D7和D8形成的取向相同的第一和第二单向装置的串联电路。这一个反馈装置另外还提供了一个反馈电路，该反馈电路将所述负载支路中的连接点N5连接到这一个串联电路中的第一和第二单向装置之间的连接点N6。耦合装置T3、T4连接在所述负载支路的连接点N3和N5之间。所述的又提供的串联电路与单向元件D5和D6的串联电路并联。

在所述的实施例中，连接点N3位于电感性装置L3和另一个电感性装置L4之间，且所述反馈电路包括由一电容性阻抗C3形成的第三个电容性装置。

当没有放电灯管Li时，连接点N3处的电压和连接点N4处的电压之间的电压转移函数在所述放电灯管消耗的功率控制范围内具有负放大频率特性。在没有所述放电灯管的情况下，所述转移函数是电感性阻抗值L3和L4以及电容性阻抗值C6的函数。该转移函数有一个其频率由电感性阻抗L4和电容性阻抗C6确定的零点。所述放大倍数随着频率f的增加而成比例减小，并到达所述零点。

图1和图2所示的电路装置工作如下：当输入端T1、T2与一个低频电源Vin连接时，由该低频电源提供的低频电压通过所述第一整流装置D1-D4整流，以便在第一电容性装置C1上产生一DC电压。所述开关元件S1和S2由频率为f的装置CR根据所述控制信号Sg交替地转换为导通和非导通状态。这就在连接点N1产生一个高频且基本上为方波的AC电压。这一AC电压使得一个交流电流流过所述电感性装置L3。该电流的第一部分流过又一个电感性装置L4、灯管连接点T3、T4和连接在其间的灯管Li、第二电容性装置C2、和电容性阻抗C7到达连接点N2，其余部分流过所述第三电容性装置C3到达连接点N4。结果，与第一连接点N1处的大体上是方波的AC电压频率相同的高频电压出现在连接点N4和N6处。即使缓冲电压比这一电源的整流电压的瞬时值高，N4和N6连接点处的这些电压也实现电流从该电源流出。这样的结果是该电路的功率因子比较高，总的谐波变形比较低。当通过一个较高频率f的选择而将灯管的功率设置为一较低值时，从N3到N4流过所述反馈电路的电流相对急剧地减少，因此所述缓冲电压保持被限定在一个足够的级别。如图1和图2所示的电路与频率是50Hz有效电压为220v的电源连接，以启动额定功率为50W的低压水银放电灯管。该电源电压的峰值为311v。在这一实施例中，通过实施例的方式给出电路装置中的容抗C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8和C9分别具有10μF，180nF，12nF，220nF，100nF，8.2nF，10nF和180nF的容抗值。感抗L1和L2由普通形式变压器的线圈形成，且每一个都具有22mH的电感值。所述感抗L3和L4分别具有360μH和540μH的电感值。单向元件D1-D4是1N4007型二极管，由Philips公司制造。采用的D5-D8单向元件是BYD37J型二极管，也由Philips公司制造。International Rectifier制造的830型FET，用作开关元件S1、S2。所述控制装置采用SGS-Thomsond公司的SG 3524N型IC。

通过频率在75.5kHz和65kHz之间的变化，灯管的功率在2.5w-50w的范围内变化。图3中绘出作为灯管功率Pla(瓦)函数的缓冲电压Vcl(伏)。从该图中很明显看出一方面缓冲电压Vcl高于所述基值，在这里是所述低频电压的峰值，即311V，而另一方面电压Vcl的变化被限制在所述灯管功率设定值的一个宽范围内。在这种情况下，电压Vcl在所述范围内330v-420v之间变化。

图4表示出上述实施例的第一种改进形式。与图1和图2中元件对应的元件的标记号上添加加强符号(’)。该改进形式中的单向元件D5’-D8’同时充当所述第一整流装置。例如，该单向元件D5’-D8’采用由Philips公司制造的BYD37M型二极管。图5表示第二种改进形式。其中与图1和图2中元件对应的元件的标记号上添加双重加强符号(”)。在该第二种改进形式中的第二整流装置具有单个反馈电路N3-N4。单向元件D1”-D4”形成第一整流装置。单向元件D1”和D2”与D5”一起此外还形成一个整流支路，该支路形成所述第二整流装置的一部分。

在图6所示的实施例中，那些与图1和图2中元件对应的元件的标记号在图1和图2中相应的标记号上加10。在这一实施例中，第二整流装置提供了加有一并联支路的单向装置D16。这里这一并联支路由阻抗Z1，Z2形成，阻抗Z1在连接点N4和N5之间形成连接，而阻抗Z2同时形成所述负载支路的一部分。在一实施例中，第一阻抗Z1是电容性装置和电感性装置的一个串联电路，第二阻抗Z2由电容性装置形成。在一个实用实施例中，该电路装置充当一个额定功率是50W的低压放大灯管的供电装置。其中的电容性阻抗C11，C12，和C20的电容值分别为10μF，180nF，和8.2nF。所述电感性阻抗L13的电感值为930μF。阻抗Z1的电容和电感性装置分别具有12nF的电容值和220μH的电感值。阻抗Z2的电容值具有8.2nF的电容值。

当频率从48-80KHZ变化时，所述灯管消耗的功率从50W变化到5W。图7表示在这一范围内缓冲电压没有逐渐上升，而是保持限定在低于450V的值。最低电压是330V，它高于所述基值电压，即，高于在这种情况下为311V的电源峰值。

对图6所示实施例进行改进后也能获得合适的结果，其中所示第二阻抗Z2也是包括电感性装置和电容性装置的一个支路。在这种改进形式中，阻抗Z1的电容性装置和电感性装置分别具有7.4nF的电容值和220μH的电感值。阻抗Z2的电容和电感性装置分别具有128nF的电容值和68μH的电感值。如图8所示，加在第一电容性装置C1两端的电压Vcl1”从灯管消耗是50W的标称功率下的第一电压Vmin＝320v单调地上升至标称灯管功率1/5的灯管功率下的第二电压Vmax＝450V。Vmax/Vmin的比值是1.4，因此在1.2-1.7之间。

图9所示的实线曲线分别表示没有按照本发明的电路装置中的恒定缓冲电压为320，350，375，400，425和450V的作为频率f的函数的灯管消耗功率Pla(W)。由g标出的虚线曲线表示按照上述本发明的电路装置改进形式中的作为频率f的函数的灯管消耗功率Pla(W)。在没有按照本发明的电路装置中，所述功率Pla在一个范围内随着频率的变化非常急剧地从大约5W变化到20W。由于按照本发明的电路装置中的所述缓冲电压Vcl1随着灯管功率的减小逐渐上升，给定点(Pla，f)也移动。这样在所述范围内形成的曲线g具有更平缓的斜率，因此能够更加容易地实现连接所述灯管的电路装置的稳定调节。

Claims

1.一种放电灯管的高频操作电路装置，包括：

连接到一个低频供压电源(Vin)的输入端(T1，T2)；

由所述低频供压源供给的一低频电压产生加在第一电容性

装置(C1)两端的DC电压的第一整流装置(RM1)；

由所述DC电压产生频率为f的高频AC电压的DC/AC转换器

(IV)；

一个负载支路(B)，该负载支路(B)包括电感性装置(L3)、

第二电容性装置(C2)以及将所述放电灯管(Li)耦合到所

述负载支路的耦合装置(T3，T4)，该串联电路将DC/AC转

换器的连接点N1连接到所述第一整流装置和第一电容性装

置之间的连接点N2；

将借助于DC/AC转换器产生的高频电压转化为DC电压的第二

整流装置(RM2)，所述第二整流装置被耦合连接到所述第

一电容性装置并连接到所述负载支路中的N3点；

根据一个控制信号(Sg)控制由所述放电灯管(Li)消耗功

率的控制装置(CR)，所述控制信号是理想电源的一个量度，

其特征在于，当所述控制信号改变时，所述控制装置(CR)改变所述频率f，且所述耦合装置(T3，T4)连接在所述连接点N2和N3之间的负载支路中。

2.根据权利要求1所述的一种电路装置，其特征在于，加在第一电容性装置(C1)两端的电压(Vcl1”)从灯管消耗标称功率下的第一电压Vmin单调地上升至为所述标称灯管功率1/5的灯管功率下的第二电压Vmax，Vmax/Vmin的比值在1.2-1.7之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种电路装置，其特征在于，在没有所述放电灯管(Li)的情况下，在连接点N3处的电压和连接点N1处的电压之间的转移函数在所述放电灯管消耗功率的控制范围内具有负放大频率特性。

4.根据权利要求3所述的一种电路装置，其特征在于，所述负载支路包括另一个电感性装置(L4)，而连接点N3在所述电感性装置(L3)和该另一个电感性装置(L4)之间，并且所述第二整流装置通过具有第三电容性装置(C3)的一个反馈电路被耦合到所述负载支路中的连接点N3。

5.根据权利要求1或2所述的一种电路装置，其特征在于，所述第二整流装置提供有单向装置(D16)，该单向装置(D16)并联一个并联支路(Z1，Z2)。

6.根据前述权利要求任何之一所述的一种电路装置，其特征在于，所述第二整流装置另外还连接于所述负载支路中的一个连接点N5，而所述耦合装置(T3，T4)被连接在该负载支路中的连接点N3和连接点N5之间。