CN1263688A

CN1263688A - 电路结构

Info

Publication number: CN1263688A
Application number: CN99800467.7A
Authority: CN
Inventors: W·H·M·兰格斯拉格; P·P·B·阿茨
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2000-08-16
Also published as: EP0986936A1; JP2002500819A; WO1999052329A1; US5986408A

Abstract

本发明涉及一种用高频电流控制放电灯(LA)的电路结构,该电路结构包括功率反馈元件和电极预热单元。该电路结构由一个抗升压切换元件组成,该元件在灯引燃前使功率反馈单元失去作用、而在灯引燃后使该功率反馈单元起作用。按照本发明抗升压切换元件还用于在灯引燃前使电极预热单元起作用、而在灯引燃后使电极预热单元不起作用。

Description

电路结构

本发明涉及用高频电流控制放电灯的电路结构，该电路包括：

用于连接到低频供给电压源上的输入端子；

用于对该低频供给电压进行整流并与所述输入端相连的整流单元；

一个包括第一单向单元、第二单向单元和第一电容组件的串联结构的第一电路，所述的第一电路与所述整流单元的第一输出端N3和第二输出端N5相连；

用于产生高频电流并与所述第一电容组件相连的变换器单元；

一个包括电感组件、第二电容组件和用于连接灯的端子的负载电路，所述的负载电路与所述变换器单元相连，并与在第一单向单元和第二单向单元之间的端子N7相连接。

一个包括抗升压切换元件S的并旁路第一和第二单向单元中至少一个的第二电路，所述切换元件的一个控制电极与用于使切换元件导电和不导电的一个控制电路相耦合；

一个包括第一副绕组的用于加热放电灯至少一个电极的预热单元，所述第一副绕组在工作期间是旁路第一灯电极的串联结构的一部分并与包含在负载电路中的电感组件磁耦合。

这样的电路结构为W097/19578所已知。该已知的电路结构非常适合于从一个产生例如具有有效值230V和频率50HZ的标准电源供电。因为通过负载电路和第一和第二二极管实现的功率反馈，所以利用比较简单的组件获得了相当高的功率因数。该电路的结构尺寸能在灯的稳定的工作期间使由电源反馈单元反馈的功率值与灯消耗的功率值之间达到平衡。虽然在灯引燃之前该灯不消耗任何功率，但这个功率可以被引导到第一电容组件，使其充电到一个高电压，这个电压可能使电路的一个部件例如变换器单元损坏的程度。为了防止这个现象发生，需要在这个电路中配置第二电路。在该已知的电路结构中，包含在第二电路中的控制电路监测第一电容组件上的电压。如果这个电压变得比第一预定值高，则该控制电路使抗升压切换元件S导电，借此使功率反馈无效。在灯引燃后，开始消耗功率，使其在第一电容组件上的电压降到第二预定值以下，这时控制电路就使抗升压切换元件S不导电，从而又使功率反馈有效。该已知的电路结构包括作为预热单元一部分的第一和第二副绕组，所述的第一和第二副绕组与包含在负载电路中的电感组件磁耦合。这两个副绕组与一个电容器相串联，这个组合的串联结构分别使灯的相应电极旁路。在灯引燃前，变换器以一个频率操作，在这个频率下包含在串联电路中的若干个电容器的电抗相当小，结果使相当高幅度的电流流过灯的电极，从而使电极有效地加热。在灯引燃后，变换器以一个低得多的频率工作，从而使上述那些电容器的电抗相当高、流过灯电极的电流也相当小。这个已知电路结构的缺点是，虽然在稳定工作期间流过灯电极的电流相当小，但因在电极上连续消耗功率，因而降低了电路的效率。

本发明的目的是提供一种控制放电灯的电路结构，该电路能在灯引燃之前有效地加热放电灯的至少一个电极，并且在稳定工作期间不消耗电极加热功率。

因此，本发明的如开始那段所描述的电路结构的特征在于：所述的第二电路包括第三单向单元和抗升压切换元件S的串联结构，包括第一灯电极和第一副绕组的串联结构的第三电路在灯工作期间使抗升压切换元件和第三单向单元的一个公共端子与端子N7相连。

在灯引燃之前，控制电路使抗升压切换元件S导电。按照本发明的电路结构，不仅能借助于使功率反馈单元无效而防止第一电容组件上过电压，而且还使电流流过第三电路。因为第一副绕组与包含在负载电路中的电感器相磁耦合，所以在第一副绕组上的电压引起一个电极加热电流流过包括在第三电路中的第一灯电极与第一副绕组的串联结构和抗升压切换元件。灯引燃之后，当控制电路使抗升压切换元件S变成不导电时，不仅使功率反馈有效，还可靠地使第一副绕组不再引起一个流过包含在第三电路中的第一灯电极与第一副绕组的串联结构的电流，结果使灯引燃后在第一灯电极上没有电极加热功率消耗。所以，本发明的电路结构在稳定工作期间具有相当高的效率。按照本发明的电路结构只利用相当少的附加元件就实现了相当高的效率，这是因为在本发明的电路结构中的抗升压切换元件S有两种不同的功能。

业已发现，在第二单向单元被第四电容组件旁路时，电路结构的功能获得了改进。第一电容组件可以是第四电容组件的一部分。

包含在第三电路中的串联结构最好包括第四单向单元，该第四单向单元使预热单元与变换器单元相分离。

用本发明的电路结构已经获得良好的效果，其中包含在第三电路中在串联结构包括第三电容组件，而包括第五单向单元的第四电路将第三电路的一个端子与第二单向单元的一个正极相连。第三电容组件用于防止在第一灯电极短路情况下在抗升压切换元件上出现大电流。第五单向单元保证在预热期间的电流在两个方向流过第三电容组件。

按照本发明的电路结构非常适合于同时有几个灯工作。借助本发明电路结构的一些实施例已经获得满意的结果，其中用于灯连接的端子可以至少供两个灯使用，其中每个灯的第一灯电极在灯工作期间是第三电路的一部分。

借助本发明的电路结构控制的第二灯电极可以预热，例如，这个电路结构还包括一个与包含在负载电路中的电感器组件磁耦合的第二副绕组，并且在灯工作期间是旁路第二灯电极的串联结构的一部分。

如果所述的变换器组件包括一个第一切换元件、一个端子N1和一个第二切换元件的串联结构，则可以获得一个本发明电路结构的相当简单和可靠的实施例，所述的端子N1定位在第一与第二切换元件之间并与负载电路相连接，一个驱动电路DC，用以产生一个使切换元件交替导电和不导电的驱动信号，并与切换元件相连。最好第一和第二单向单元的串联结构被一个第六和第七单向单元的串联结构所旁路，并且第六和第七单向单元的公共端子N2通过功率反馈单元与负载电路的端子N6相连。在这种方式下电路结构包括一个超功率反馈。因为这个超功率反馈，电路结构引起低频电源电流的相当小的谐波畸变，同时该电路结构也可控制一个具有相当高的灯电压的放电灯，从而克服了包含在该负载电路和变换器中的元件在灯工作期间不得不流过一个相当大的电流的缺点。

在本发明的电路结构的优选实施例中，功率反馈单元包括第五电容组件，用此种方式防止功率反馈单元流过直流。该电路结构最好包括第六电容组件与第五电容组件的串联结构，并使端子N6与第二单向单元的正极相连。通过选定由第五和第六电容组件组成的电容分压器尺寸，可以把功率反馈量调节到由该电路结构产生的THD的最小值。

下面参考附图比较详细地说明本发明的实施例。

图1是本发明电路结构的第一实施例的简化电路图，图中一个放电灯LA与该电路结构相连。

图2是本发明电路结构的第二实施例的简化电路图，图中一个放电灯LA与该电路结构相连。

图3是本发明电路结构的第三实施例的简化电路图，图中放电灯LA1与LA2与该电路结构相连。

在图1中，K1和K2是用于与低频电压源相连的输入端，K1和K2分别与滤波器Fi的相应输入端相连，滤波器Fi的输出端与用于整流所述低频电源电压的由二极管D’1-D’4组成的整流器的每个输入端相连。在这个实施例中，二极管D1和D2分别构成第一和第二单向单元。电容器C1构成第1电容组件并与二极管D1和D2一起构成第一电路。切换元件S1和S2与驱动电路DC一起构成变换器组件。驱动电路DC是产生使切换元件S1和S2导电和不导电的驱动信号的电路部分。用于与放电灯相连的电感器L1、电容器C2和端子K3、K4一起构成负载电路。在图1所示的实施例中，电感器L1构成电感组件，电容器C2构成第二电容组件，而端子K3、K4构成与灯相连的端子。二极管D3和抗升压切换元件S与控制电路CM一起构成第二电路。二极管D3构成第三单向单元。二极管D4和D5构成第四和第五单向单元。第一灯电极E11、第一副绕组L3、电容器C3和二极管D4构成一个串联结构，还构成把抗升压器的切换元件S和二极管D3的公共端与在二极管D1和D2之间的端子N7相连的第三电路。电容器C3和二极管D4分别构成第三电容器组件和第四单向单元，二极管D5构成第四电路同时也构成第五单向单元。

整流器桥的第一输出端子N3借助于二极管D1、D2和电容器C1的串联结构与整流器桥的第二输出端N5相连。N7是二极管D1和二极管D2的公共端子。N4是二极管D2和电容器C1的公共端子。端子N7借助于构成第四电容组件的电容器C4与端子N4相连。电容器C1被切换元件S1和S2的串联结构旁路。切换元件S1的控制电极与驱动电路DC的第一输出端相连。切换元件S2的控制电极与驱动电路DC的第二输出端相连。N1是切换元件S1和切换元件S2的公共端子。端子N1借助于依次由电容器C2、电感器L1、端子K3、放电灯LA和端子K4连接的串联结构与端子N7相连。放电灯LA被电容器C7旁路。二极管D1和D2的串联结构被二极管D3和抗升压切换元件S的串联结构旁路。抗升压切换元件S的控制电极与使抗升压切换元件导电和不导电的控制电路CM的输出端相连。端子N7借助于各自的第一灯电极E11，第一副绕组L3、电容器C3和二极管D4的串联结构与二极管D3和抗升压切换元件S的公共端相连。电容器C3和二极管D4的公共端借助二极管D5与端子N4相连。

图1所示电路结构的操作如下：

当输入端子K1和K2与低频电压源的两极相连时，整流器桥对这个电源提供的低频供给电压进行整流，以便使在作为缓冲器的电容器C1上存在一个直流电压。驱动电路DC使切换元件S1和S2交替地导电和不导电，结果使在端子N1上存在一个具有近似等于跨接电容器C4上的直流电压的幅度的大致为方波的电压。通过负载电路和二极管D1和D2来实现功率反馈。在灯LA引燃之前，它不消耗功率，因而在该灯工作的这个阶段在功率反馈与被灯消耗的功率的消耗量之间存在一个不平衡。为了防止电容器C1上的电压增加到一个导致损坏该电路结构的值，控制电路CM使抗升压切换元件S导电。因而使功率反馈无效，并且防止在电容器C1上的过电压。因为抗升压切换元件S导电并在第一副绕组上出现一个交流电压，所以有一个交流预热电流流过灯LA的第一灯电极E11。在交流预热电流的第一半周期，该预热电流从第一副绕组L3的第一端经过第一灯电极E11、端子N7、二极管D1、二极管D3、抗升压切换元件S、二极管D5和电容器C3到达第一副绕组L3的第二端。在交流预热电流的第二半周期，该预热电流从第一副绕组L3的第二端经电容器C3、二极管D4、抗升压切换元件S、二极管D2、端子N7和第一灯电极E11流回到第一副绕组L3的第一端。在预定的预热周期结束时，驱动电路DC改变使切换元件S1和S2导电和不导电的频率。该频率按照使流过灯LA上的电压增加、并引燃灯LA的方式变化。一旦灯被引燃，控制电路CM就使抗升压切换元件S不导通。因为交流预热电流的两个电流通路都包含抗升压切换元件S，所以，当灯被引燃而控制电路CM使抗升压切换元件S变成不导电时，该两个电流通路都变成不导电。结果使第一灯电极在灯引燃后不流过加热电流，从而使在第一灯电极上没有一点加热功率消耗，使该电路结构的效率相当高。

图2示出了本发明的电路结构与灯LA连在一起的另一实施例。在图1和图2的两个实施例中的部件和电路部分，凡是在两个实施例中功能完全相同，在图2中就用与图1中所采用的参考符号。除了在图1中所示出的实施例的部件和电路部分外，在图2中所示的实施例还包括电容器C5和C6，二极管D6和D7。电容器C5构成第五电容组件，也构成电源反馈单元。电容器C6构成第六电容组件，二极管D6和D7构成第六和第七单向单元。在工作期间，电容器C5、二极管D6和D7实现非常类似于在WO97/19578中公开的第二功率反馈。电容器C6与电容器C5一起构成一个电容分压器。选择这个分压器可以调整功率反馈量，从而优化由该电路结构产生的THD的大小。

二极管D6和D7的串联结构旁路二极管D1和二极管D2的串联结构。电容器C5和C6的串联结构把电感器L1和用于灯连接的端子K3的公共端N6与端子N4连接起来。电容器C5和电容器C6的公共端与二极管D6和D7的公共端N2相连。

除了预热单元外，在图2中所示的设备有双功率反馈的电路结构的操作与WO97/19578中描述的相同。然而预热电流的电流通路与图1中所示的实施例相同。因此在图2中所示的实施例中通过抗升压切换元件接通和切断预加热电流，也与在图1实施例中的接通和切断预加热电流相同。因此将不详细描述图2中所示的电路结构的操作。

图3示出了与两个灯LA1和LA2相连的本发明电路结构的第三实施例。图3所示的实施例中凡是与图1和/或图2中的部件和电路部分的功能完全相同的部件和电路部分，在图3中用与图1和图2中相同的参考数字表示。除在图2中的实施例的部件和电路部分外，图3所示实施例的负载电路还包括电感器L2、灯连接端子K5、K6和电容器C8和C9。电容器C2和电感器L1的公共端通过电感受器L2和用于连接灯的端子K5和K6的串联结构与端子N7相连。包括灯电极E13和E14的灯LA2与这些端子相连。灯LA2被电容器C8旁路，电容器C9还起功率反馈单元的作用，并把电感器L2和端子K5的公共端子与端子N2相连。灯LA1的电极E11的第一端与灯LA2的电极E13的第一端相连。

图3中所示的电路结构的操作与图1和图2中所示的实施例的操作很类似。

在预热期间，当抗升压切换元件S导电并在第一副绕组上出现一个交流电压时，交流预热电流就流过灯电极E11和灯电极E13的并联结构。在交流预热电流的第一个半周期，该预热电流从第一副绕组L3的第一端经过灯电极E11和E13的并联结构、端子N7、二极管D1、二极管D3、抗升压切换元件S、二极管D5和电容器C3流到第一副绕组L3的第二端。在交流预热电流的第二半周期，该电流从第一副绕组L3的第二端经电容器C3、二极管D4、抗升压切换元件S、二极管D2、端子N7和灯电极E11、E13的并联结构流回到第一副绕组L3的第一端。一旦灯被引燃，控制电路CM就使抗升压切换元件S不导电。因为交流预热电流的两个电流通道都包含抗升压切换元件S，所以当灯被引燃而控制电路CM使抗升压切换元件S不导电时，这两个电流通道就都变成不导电，。结果在引燃后第一灯电极E11和E13不通过预热电流。

显然，本技术领域的技术人员可以分别在图1、图2和图3所示的电路结构中安装一个用于分别预热灯LA的第二灯电极，或者灯LA1和LA2的第二灯电极的附加电路部分。这样的电路部分例如可以是为了控制一个灯的电路结构而装备的，该电路部分包括一个第二副绕组L4和一个旁路第二灯电极E12的电容器的串联结构(例如在WO97/19578中所示)。如果是为了操作多于一个灯而装备的电路结构，则每个第二灯电极都可以被例如通过另一个副绕组和另一外电容器的串联结构旁路。在该电路结构的这种布局下，通过第二灯电极E12或通过第二灯电极E12和E14的加热电流将在引燃时不被切断。

Claims

1、一种用高频电流控制放电灯的电路结构，包括：

用于与一个低频供给电压源相连的输入端子；

用于整流所述低频供给电压源并与所述输入端子相连的整流单元；

一个由第一单向单元、第二单向单元和第一电容组件组成的串联结构的第一电路，所述第一电路与所述整流单元的第一输出端子(N3)和所述整流单元的第二输出端子(N5)相连；

与所述第一电容组件相连并用于产生高频电流的变换器单元；

由电感组件、第二电容组件和用于连接灯的端子组成的负载电路，所述负载电路与所述的变换器单元相连，并与在第一单向单元与第二单向单元之间的端子(N7)相连；

一个由抗升压切换元件(S)组成的并旁路第一和第二单向单元中至少一个的第二电路，所述切换元件的一个控制电极与用于使切换元件导电和不导电的一个控制电路相耦合；

包括一个第一副绕组的用于加热放电灯至少一个电极的预热单元，所述第一副绕组在工作期间是旁路一个第一灯电极的串联结构的一部分并且与包含在负载电路中的电感组件磁耦合；

其特征在于：第二电路包括第三单向单元和抗升压切换元件S的串联结构，包括第一灯电极和第一副绕组的串联结构的第三电路在灯工作期间使抗升压切换元件和第三单向单元的公共端子与端子N7相连。

2、如权利要求1所述的电路结构，其特征在于：包含在第三电路中的所述串联结构由第四单向单元组成。

3、如权利要求1或2所述的电路结构，其特征在于：包含在第三电路中的串联结构包括第三电容组件，包含第五单向单元的第四电路把第三电路的一个端子与第二单向单元的一个正极相连。

4、如权利要求1、2或3所述的电路结构，其特征在于：用于连接灯的端子可以供给至少两个灯，其中每个灯的第一电极在灯工作期间是第三电路的一部分。

5、如前面权利要求的一个或者几个所述的电路结构，其特征在于：所述的电路结构还包括与包含在负载电路中的电感组件磁耦合的第二副绕组，并且在灯工作期间是旁路第二灯电极的串联结构的一部分。

6、如前面权利要求的一个或几个所述的电路结构，其特征在于：所述的变换器组件包括第一切换元件、端子N1和一第二切换元件的串联结构，所述端子N1位于第一和第二切换元件之间并与负载电路相连，并且一个驱动电路DC与切换元件相耦合，产生使切换元件交替导电和不导电的驱动信号。

7、如前面权利要求的一个或几个所述的电路结构，其特征在于：所述第一和第二单向单元的串联结构被一个第六和第七单向的串联结构旁路，并且第六与第七单向单元的公共端N2通过功率反馈单元与负载电路的一个端子N6相连。

8、如前面权利要求的一个或几个所述的电路结构，其特征在于：所述的第二单向单元被第四电容组件旁路。

9、如前面权利要求的一个或几个所述的电路结构，其特征在于：所述功率反馈单元包括第五电容组件。

10、如权利要求9所述的电路结构，其特征在于，该电路结构包括一个第六电容组件和第五电容组件的串联结构，并使端子N6与第二单向单元的正极相连。