CN1247015A

CN1247015A - 镇流器

Info

Publication number: CN1247015A
Application number: CN98802389.XA
Authority: CN
Inventors: C·B·马特塔斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-03-08
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: WO1999030538A1; CN1166255C; EP0958715B1; DE69817326T2; JP2001511305A; US5945784A; EP0958715A1; DE69817326D1

Abstract

一种给大功率放电灯供电的镇流器,具有一个引燃器和一个谐振电路。引燃器产生的引燃脉冲在灯起动的过程中加到在接近谐振频率工作的谐振电路所产生的经升压的低频电压。谐振电路在灯引燃之后预定的时间停止工作。信号在引燃脉冲之前加到放电灯上。谐振电路停止工作使引燃器不能工作。

Description

镇流器

本发明总的说来涉及大功率放电(HID)灯的一种镇流器，包括HID灯的一种引燃协助电路。

为引燃一般的HID灯，通常是先将额定电压为交流120伏的美国公用线路电压升压，然后和持续时间短的极高幅值电压脉冲一起加到HID灯上。镇流器通过磁转换能将美国公用线路的额定电压升压。这种磁转换使镇流器的体积达到不希望有的庞大，而且/或者使损耗达到不能容许的程度。

线路额定电压够高(例如大约200伏均方根值或以上)时，就无需升压。美国专利4,461,982公开了一种无需这种升的一般镇流器。这种镇流器提供持续时间短的高幅值电压脉冲时需要有一个振荡器和一个引燃器。然而，振荡器给灯提供的能量是有限的。能量从振荡器至灯的传递是只有在引燃器工作期间(即各脉冲持续时间期间)进行的。振荡器所储能量的多少和灯所能使用能量的多少受到储能方式的限制，振荡器和引燃器分享储存的能量。

因此，总希望能提供一种体积较小、能量利用率有所提高，经改进的HID镇流器。这种改进的镇流器在起动过程中将能量从升了压的额定线路电压提供给HID灯时，不应受一个或多个引燃脉冲持续时间的限制，或因与引燃器共享能量的储存而受到提供给灯的能量大小的限制。

总的说来，按照本发明的第一方面，本发明给大功率放电灯供电的镇流器包括：第一输入端和第二输入端，供接收输入电压；第一输出端和第二输出端，给灯供电；和第一电感线圈和第一电容器，彼此串联连接在第一输入端与第一输出端之间。镇流器还包括一个电抗元件和一个开关，串联连接在第二输出端与将第一电抗元件与第一电抗元件与第一电容器连接在一起的连接点之间。电抗元件与选自第一电感线圈和第一电容器组成的元件群的一个元件加在一起，其特征在于在第一频率下的第一谐振情况。第一谐振情况下产生的能量提供给HID灯，供协助灯的引燃之用。

这里的好处是，虽然镇流器是由交流120伏的额定线路电压供电的，但谐振情况下的能量就足以起协助引燃的作用，无需变压器将交流120伏的额定线路电压升压例起码200伏均方根值就可以将灯起动起来。本发明提供的镇流器比起一般在将额定线路电压提高到可使灯起动起来容许的电平时需要变压的镇流器来，能量的利用率高得多，体积也较小。

本发明的第一特点是，第一电感线圈和电容器的特点在于其第二频率下供维持灯在稳定状态工作期间的电流的第二谐振情况。在本发明的一个最佳实施例中，第一频率高于第二频率。

本发明的另一个特点是，镇流器还有一个装有产生引燃脉冲的第一电感线圈的引燃器。在灯起动的过程中，电抗元件连同所选取的元件一起产生与第一谐振情况有关的信号，而第二电感线圈连接在开关与第二输出端之间时，起了延长第一谐振情况振荡的作用。开关的导通状态是以灯的工作状态为基础的，因而开关根据流经灯的电流从导通状态转入不导通状态，历时预定的时间。

本发明的镇流器有一个信号和引燃脉冲施加装置，在灯引燃之前将第一幅值的低频信号和第二幅值的高频引燃脉冲加到灯上。信号由一个作为镇流器的一部分在接近谐振频率下工作的电路产生。引燃脉冲由一个引燃器产生，这个引燃器可形成镇流器的一部分。信号是在引燃脉冲之前加到灯上去的。引燃脉冲最好在接近信号的起码一个峰值时加到灯上的。

本发明有这样的特点，即在灯引燃之后经过预定的时间会电路停止工作。第二幅值最好为第一幅值的起码10倍。令引燃器停止工作的时间是在令电路停止工作时或之前。本发明还有这样的特点，令电路不工作会使引燃器不能工作。

因此，本发明的目的是提供一种比一般镇流器体积小、能量利用率更高、经改进的HID镇流器。

本发明的另一个目的是提供一种从不是引燃器给灯供电时不将供电的持续时间限制在一个或多个引燃脉冲的持续时间、经改进的HID镇流器。

本发明的又另一个目的是提供一种从引燃器和谐振电路给灯供电时不困能量储存与引燃器共享而限制谐振电路所产生能量的多少、经改进的HID镇流器。

本发明还有其它目的和优点，这些目的和优点可以从本说明书中看出来。因此，本发明包括彼此相互关联的一些步骤、实施结构特点的装置和配合这些步骤的进行而提出的各元件的组合和各部件的配置，所有这一切都将在下面的详细说明中举例说明，本发明的范围则将在权利要求书中表明。

为全面理解本发明，结合附图参看下列说明。附图中：

图1是本发明第一实施例的原理图；

图2是本发明另一实施例的原理图。

如图1中所示，60赫交流120伏的电压源VS接镇流器10的第一输入端IT1和第二四舍五入主端IT2，给镇流器10提供输入电压。镇流器10在第一输出端OT1和第二输出端OT2与HID灯负荷LL连接，给灯供电。串联谐振LC电路由第一电感线圈(扼流圈)L1和第一电容器C1构成，串联耦合在第一输入端IT1与第一输出端OT1之间。扼流圈L1和电容器C1的谐振频率接近或高于驱动电压的频率，即接近和高于电压源VS的60赫频率(例如75赫)。灯负荷LL稳态工作期间，即灯负荷LL成功引燃之后，扼流圈L1和电容器C1对灯负荷LL起镇流的作用。扼流圈L1和电容器C1组成的LC电路在其谐振频率下的电容侧工作(即滞后型设计)，使额定电压超过交流100伏的灯可以可靠的由交流120伏的电压源镇流。

镇流器10还有一个双向转换开关S1(例如SIDAC)接扼流圈L1的抽头T。电容器C2连接在将转换开关S1与电阻器R1连接在一起的连接点与将扼流圈L1与电容器C1连接在一起的连接点之间。一个继电器的常闭接点SW1连接在电阻器R1与扼流圈(电感线圈)L2的一端之间。扼流圈L2的另一端接输入端1T2与输出端OT2的连接点。开关SW1若在检测出流经灯负荷LL的电流之后预定的时间截止(即断开)则不一定要成为继电器的一部分而可采用其它适当的开关器件，例如(但并不局限于)晶体管、双向转换开关或正温度系数电阻器(PTC)。换句话说，灯引燃之后经过预定时间时，开关SW1根据流经灯负荷LL的电流应从导通状态转入不导通状态。

电容器C3作为电抗元件与开关SW1串联耦合在第二输出端OT2与将第一电感线圈L1和第一电容器C1连接在一起的连接点之间。电抗元件电容器C3与第一电感线圈L1一起构成LC电路，其特点在于其在第一频率下的第一谐振情况。在第一谐振情况下，产生的能量提供给灯LL，供协助灯的引燃之用。

扼流圈L1、开关器件S1、电容器C2和电阻器R1组合起来起引燃器的作用。在灯LL起动的过程中，电流流经扼流圈L1、电容器C2、电阻器R1、开关SW1和扼流圈L2。电容器C2主要根据电阻器R1和电容器C2的RC时间常数充电。在电压源VS 60赫的频率下，扼流图L2的电感比起扼流圈L1的电感来可以忽略不计。电容器C2两端的电压一旦达到开关器件S1的转折电压，电容器C2就通过开关器件S1和扼流圈L1将开关器件S1与电容器C2连接起来的部分放电。扼流圈L1起自耦变压器的作用。将电压提升到几千伏。电容器C2效电非常之快，从而将此极高的电压(引燃脉冲)在极短的时间内加到灯LL上。引燃脉冲的频率极高(例如100千赫)。扼流圈L2对引燃脉冲来说是个高阻抗从而最大限度地减小了灯负荷LL以外加到引燃脉冲上的负荷。

随着电容器C2的放电，开关器件S1两端的电压下降到开关器件S1的击穿电压以下。开关器件S1打开。电容器开始再次充电，直到达到开关器件S1的击穿电压为止。另一个引燃脉冲如上述那样产生。这些引燃脉冲继续产生，直到接近或达到灯负荷LL完全电弧放电(即直到灯电流稳定下来为止)为止。在灯负荷LL稳态工作期间，电容器C2两端的电压从来达不到开关器件S1的击穿电压。引燃器再也不产生引燃脉冲了。这时，引燃器停止工作。

开关SW1一旦打开，引燃脉冲就不会产生。就是说，开关SW1处于不导通状态时，电容器C3再也不充电了。开关SW1根据流经灯负荷LL的电流从导通状态转入不导通状态，历时预定的时间。因此，开关SW1打开使引燃器不能工作。

开关SW1是直流激励继电器的一部分，这个继电器还包括电阻器R2，R3、电容器C1、电解质电容器C4、电容器C5和由四个二极管D1-D4构成的二极管电桥。灯负荷LL一旦引燃起来，电流就开始流经电容器C1和C5和灯负荷LL。流经电容器C5的电流经二极管电桥整流后将电容器C4充电到某一直流电压，从而使继电器得电，使开关SW1的常闭触点打开，并进入不导通状态。使电容器C4充分充电从而使开关SW1打开所需要的时间可以取(但并不局限于)几十毫秒的范围。电容器C4充电的快慢主要取决于电容器C1与C15的电容比和电容器C4的电容。

电阻器R3与电容器C1并联连接，其作用是为安全起见在某一时限(例如30秒至1分钟)内消除电容器C1两端可达几百伏的电压。电阻器R2与电容器C5串联，其作用是防止电流涌入电容器C5中。

如果开路电压达不到起码200伏均方根值左右，HID灯是特别难起动的。一般的镇流器是通过磁转换交流120伏的额定线路电压在起动过程中将加到灯上的电压升压的。这种磁转换使镇流器的体积变得更庞大且/或进一步提高镇流器的损耗(即效率降低)。本发明是通过扼流圈L1和电容器C3组成的串联谐振LC电路将额定公用线路电压提升/升高到大约起码200伏均方根值的。扼流圈L1和电容器C3的谐振频率形成第一频率，其大小正好比电压源VS的驱动频率略高，即比60赫稍高一点(例如85赫)。

起动过程中加到灯负荷LL上的电压包括引燃器提供的加到扼流圈L1和电容器C3组成的串联谐振LC电路提供的大约60赫起码约为200伏均方根值的电压的几千伏(例如3000至3500伏)高频电压脉冲。扼流圈L1和电容器C3组成的谐振电路，其所产生的能量提供给灯负荷LL从而促进了灯负荷LL的引燃过程。在引燃的过程中，扼流圈L2对电容器C3两端加到灯负荷LL上从而持续历时在几毫秒范围内的电压所产生的振荡作用起削弱作用。更具体地说，在引燃的过程中，扼流圈L2对从充电电容器C3传送给灯负荷LL的电流起限幅作用，同时延长了该电流的持续时间，从而延长了C3中的能量传递给灯负荷LL的时间。如果没有扼流圈L2，电容器C3能在几百微秒的时间内放电，从而能充分升压到得以引燃灯负荷LL的程度。扼流圈L2有助于保持电流在灯负荷LL中的流通。电阻器R4的作用是在预定的时间内(例如30秒至1分钟)消除电容器C3的电压。扼流圈L1和电容器C3构成的谐振电路一旦开关SW1打开就停止工作。扼流圈L2应设计得不致在电容器C3往灯负荷LL放电的过程中饱和。扼流圈L2的电感比扼流圈L1较小。灯引燃之前，流过扼流圈L2的电流可达数百毫安。

电容器C1两端的电压一旦镇流器10得电(即引燃器开始产生引燃脉冲之前)是加到灯负荷LL上的。换句话说，电容器C3两端的电压是在引燃脉冲之前加到灯负荷LL上的。引燃器是在扼流圈L1和电容器C3组成的谐振电路停止工作时或之前停止工作的。

对70瓦CDM金属卤化物灯进行镇流时，一般的元件值如下：电阻器R1和R2分别为8.2千欧和100欧左右；电阻器R3和R4约为2.2兆欧；电容器C1，C2，C3，C4和C5分别约为8.1垓法，交流300伏，0.15垓法；直流630伏；6.3垓法，交流300伏；220垓法，直流25伏和0.33垓法，直流1千伏；扼流圈L1和L2分别为大约900毫安下530毫亨和600毫安下35毫亨；继电器则约为10安，交流250伏，直流12伏。

图2示出了本发明的另一个实施例，图中相同的编号/符号表示结构和工作过程类似的元件。镇流器10’的串联谐振LC电路由扼流圈L1和作为第一电容器的电容器C5组成，连接在第一输入端IT1与第一输出端OT1之间，其作用是在稳态工作期间给灯负荷LL镇流。扼流圈L1和电容器C5的谐振频率接近且高于驱动电压的频率，即接近且高于电压源VS60赫的频率(例如75赫)。电容器C5和作为电抗元件的扼流圈(电感线圈)L3构成谐振电路，其在第一谐振情况下的第一频率正好低于电压源VS的驱动频率(即正好低于60赫)。开关S1是常闭的。开关S1的导通状态由一般的继电器RLY控制。继电器RLY根据流经灯负荷LL的电流促使S1打开预定的时间。

在引燃的过程中，由扼流圈L1、开关器件S1、电容器C2和电阻器R1组成的引燃电路产生引燃脉冲加到扼流圈L3两端产生的起码为60赫200伏左右的电压。这些升压后的引燃脉冲加到灯负荷LL上。扼流圈L2连电阻器R1与将输入端IT2连接到输出端OT2的连接点之间，在电压源VS 60赫的频率下与扼流圈L1相比，可以忽略不计。扼流圈L2对引燃脉冲来说是个高阻抗，因而最大限度地减小了灯负荷LL以外对引燃脉冲所加的负荷。

在镇流器10和10’中，引燃脉冲都在接近60赫振荡器输出的峰值时出现。因此，当灯负荷LL因引燃脉冲而瞬间击穿时，镇流器10的电容器C3所储存的能量或镇流器10’的扼流圈L3所储存的能量都传递给灯，起协助维持放电的作用。

现在不难理解，分别由镇流器10的扼流圈L1和电容器L3以及镇流器10’的扼流圈L3和电容器C5组成的谐振电路在提高交流120伏线路电压方面的效率比一般镇流器中的变压器高得多。镇流器10和10’由于无需装变压器给交流120伏的额定线路电压升压因而体积也比一般的镇流器要小。

Claims

1.一种给大功率放电灯供电的镇流器，包括：

第一输入端和第二输入端，供接收输入电压；

第一输出端和第二输出端，供电给放电灯；

第一电感线圈和第一电容器，串联耦合在第一输入端与第一输出端之间；和

一个电抗元件和一个开关，串联耦合在第二输出端与将第一电感线圈与第一电容器连接在一起的连接点之间，与一个选自第一电感线圈和第一电容器组成的元件群的元件组合时的特点在于其在第一频率下的第一谐振情况；

其特征在于，第一谐振情况产生的能量提供给放电灯，供促进放电灯的引燃过程。

2.如权利要求1所述的镇流器，其特征在于，第一电感线圈和第一电容器的特点在于其在第二频率下的第二谐振情况，其作用是保持灯在稳态工作期间的电流。

3.如权利要求2所述的镇流器，其特征在于，第一频率高于第二频率。

4.如权利要求1，2或3所述的镇流器，其特征在于，它还包括一个装有第一电感线圈供产生引燃脉冲的引燃器。

5.如权利要求1，2，3或4所述的镇流器，其特征在于，它还包括第二电感线圈连接在开关与第三输出端之间。

6.如以上任一权利要求所述的镇流器，其特征在于，在灯起动的过程中，电抗元件与所选元件一起产生与第一谐振情况有关的信号，由第二电感线圈延续第一谐振情况的振荡过程。

7.如以上任一权利要求所述的镇流器，其特征在于，开关的导通状态取决于灯的工作状态。

8.如权利要求7所述的镇流器，其特征在于，开关根据流经灯的电流从导通状态进入不导通状态，历时预定时间。

9.如以上任一权利要求所述的镇流器，其特征在于，所述电抗元件为电容器。

10.如以上任一权利要求所述的镇流器，其特征在于，电抗元件是个电感线圈。