CN1304629A - 电路设置 - Google Patents
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Abstract
一种以一个双下变换器工作的半桥电路,配备有一个第二电感和功率反馈电容器和二极管,据此,电路的功率因数得到相当的改善。
Description
本发明涉及一种用于向一个放电灯馈电的电路设置，包括：
-输入端，它连接至一个提供低频交流电压的电源；
-整流器装置，它连接至所述输入端，用于对所述低频交流电压进行整流，并且具有一个第一输出端和一个第二输出端；
-一个第一分支，它包括一个第一缓冲电容和一个第二缓冲电容的串联设置，并且与所述各输出端相互连接；
-一个负载分支，它包括一个第一电感元件和多个用于夹持一个放电灯的夹具的串联设置，并且其一个第一尾端耦合至所述两个缓冲电容的一个公共点；
-一个第一开关元件，它耦合至所述负载分支；
-一个第二开关元件，它耦合至所述负载分支；
-一个控制电路，它耦合至所述第一开关元件的一个控制电极和所述第二开关元件的一个控制电极，用于当所述第二开关元件不导通时使所述第一开关元件交变地导通和不导通，并且用于当所述第一开关元件不导通时使所述第二开关元件交变地导通和不导通；
-一个第一单向元件和一个第二单向元件，它们耦合至所述负载分支。
这样一种电路设置是众所周知的。已知的电路设置是一个全半桥。由已知电路设置所产生灯电流是一个低频方波交流电流。在低频方波交流电流的一个第一半周期内，控制电路使第一开关元件以一个频率交变地导通和不导通，该频率远高于低频交流电流的频率，而第二开关元件由控制电路保持不导通。其结果是，一部分元件，即全半桥电路的第一开关元件、第一电感元件和第一单向元件起到一个下变换器型DC-DC变换器的功能。结果，在低频方波交流电流的这个第一半周期内，灯电流是具有一个基本上恒定幅度的在一个第一方向上的直流电流。在低频方波交流电流的一个第二半周期内，控制电路使第二开关元件以一个频率交变地导通和不导通，该频率远高于低频交流电流的频率，并且第一开关元件保持不导通。在此第二半周期内，第二开关元件、第二单向元件和第一电感元件一起构成一个下变换器型DC-DC变换器。结果，在低频方波交流电流的这个第二半周期内，灯电流是具有一个基本上恒定幅度的在与第一方向相反的一个第二方向上的直流电流。已发现，低频方波交流电流获得一个没有可见闪烁的良好的灯操作，特别是在HID灯的情况下，而且灯的电极是均匀加载的。已知电路设置中存在的一个缺点是，如果有电压源提供的交流电流具有一个高的幅度，则电路设置几乎只从该电压源取得电流。结果，已知电路设置会有一个低的功率因数。
本发明的一个目的是提供一种电路设置，采用此电路设置，一个放电灯可藉助一个低频方波电流被馈电，并且此电路设置具有一个相对高的功率因数。
为达到此目的，根据本发明，由本文首段所述的一种电路设置的特征在于，所述电路设置还具有：
-一个第三单向元件，它耦合在所述第一输出端和所述第一缓冲电容之间；
-一个第四单向元件，它耦合在所述第二输出端和所述第二缓冲电容之间；
-一个第二电感元件，其一个第一尾端耦合至所述第一电感元件的一个第一尾端，该尾端面向所述灯夹具；
-一个第一电容元件，它耦合在所述第一电感元件的一个第一抽头点和所述第二输出端之间；
-一个第二电容元件，它耦合在所述第二电感元件的一个抽头点和所述第一输出端之间，
并且，其中所述第一开关元件耦合在所述第一电感元件的一个第二尾端与所述第三单向元件和所述第一缓冲电容的一个公共点之间，其中所述第二开关元件耦合在所述第二电感元件的一个第二尾端与所述第四单向元件和所述第二缓冲电容的一个公共点之间，并且，其中所述第一单向元件耦合在所述第一电感元件的所述第二尾端与所述第四单向元件和所述第二缓冲电容的一个公共点之间，并且，所述第二单向元件耦合在所述第二电感元件的所述第二尾端与所述第三单向元件和所述第一缓冲电容的一个公共点之间。
第一和第二电容元件用作功率反馈电容。如果控制电路以一个频率f1使第一开关元件交变地导通和不导通，则第一电容藉助由电压源提供的电流以相同的频率充电，并且继而藉助对第一缓冲电容的一个充电电流而放电。如果控制电路以一个频率f1使第二开关元件交变地导通和不导通，则第二电容藉助由电压源提供的电流以相同的频率充电，并且继而藉助对第一缓冲电容的一个充电电流而放电。其结果，从电压源连续地取得电流，因此电路设置具有一个相对高的功率因数。在低频方波电流的第二半周期内，与第二开关元件相结合的第二电感元件和第二单向元件构成一个第二下变换器。此第二下变换器所全部包括的元件不同于在低频方波电流的第一半周期内构成第一下变换器的元件，即第一开关元件、第一电感元件和第二单向元件。这需造成适当的功率反馈。
在根据本发明的一个电路设置的一个优选实施例中，一个第三电感元件耦合在第一输出端和第三单向元件之间。此电感元件限制第一和第二电容元件藉以充电的电流，并且因比还限制电路设置的不同元件中的功率消耗。
还发现，如果用于夹持放电灯的各夹具藉助包括一个第三电容元件的一个第二分支而相互连接，则电路设置的性能会进一步改善。
在另一个优选实施例中，一个第五单向元件耦合在第一输出端和第二电容元件之间，并且一个第六单向元件耦合在第二输出端和第一电容元件之间。在此优选实施例中，第五和第六单向元件是这样的方式选择的，即它们可以一个频率f1导通和不导通，而无需太大的功率损耗。在此实施例中，对于构成部分整流器装置的单向元件的要求没有那么高。
本发明的这些和其它方面可从参照下述实施例的说明而变得清楚。
附图中：
图1示意性地示出根据本发明的与一个放电灯相连接的电路设置的一个例子。
图1中，K1和K2代表输入端，它们连接至一个提供低频交流电压的一个电压源。一个二极管桥RB耦合至各输入端，并带有一个第一输出端K3和一个第二输出端K4。在本例中，二极管桥RB构成用于对低频交流电压进行整流的整流器装置。输出端K3和K4藉助一个线圈L5、一个二极管D5、一个二极管D3、一个电容器Cbuf1、一个电容器Cbuf2、一个二极管D4和一个二极管D6的串联设置而相互连接。在本例中，此串联设置构成一个第一分支。线圈L5构成本例中的一个第三电感元件。在本例中，二极管D3、D4、D5和D6分别构成一个第三、一个第四、一个第五和一个第六单向元件。电容器Cbuf1和Cbuf2分别构成一个第一和一个第二缓冲电容。第一缓冲电容Cbuf1并联有一个开关元件Q1、一个线圈L1和用于夹持一个放电灯的夹具K5和K6的串联设置。一个放电灯La连接至灯夹具K5和K6。灯夹具K5和K6藉助一个电容器C3而相互连接，在本例中，该电容器构成一个第二分支也构成一个第三电容元件。在本例中，线圈L1构成一个第一电感元件。开关元件Q1构成一个第一开关元件。线圈L1的一个抽头点T1藉助电容器C1连接至二极管D4和D6的一个公共点。线圈L1的一部分处于线圈L1的一个第二尾端，背向灯夹具，并且该抽头点称为L4。电容器C1构成一个第一电容元件。二极管D1将线圈L1的第二尾端连接至二极管D4和电容器Cbuf2的一个公共点。
第二缓冲电容Cbuf2并联有一个开关元件Q2、线圈L2和夹具K5和K6的串联设置。在本例中，线圈L2构成一个第二电感元件。开关元件Q2构成一个第二开关元件。线圈L2的一个抽头点T2藉助电容器C2连接至二极管D3和D5的一个公共点。线圈L2的一部分处于线圈L2的一个第二尾端，背向灯夹具，并且该抽头点称为L3。电容器C2构成一个第二电容元件。二极管D2将线圈L2的第二尾端连接至二极管D3和电容器Cbuf1的一个公共点。开关元件Q1和开关元件Q2的各控制电极连接至一个电路部分SC的各输出端，在本例中，该电路构成一个控制电路，用于当所述第二开关元件不导通时使所述第一开关元件交变地导通和不导通，并且用于当所述第一开关元件不导通时使所述第二开关元件交变地导通和不导通。
图所示的例子的工作情况如下。
如果输入端K1和K2连接至一个提供低频交流电压的一个电压源，此低频交流电压由二极管桥整流，并且在电容器Cbuf1和Cbuf2的串联设置的两端呈现一个直流电压。一个具有一个频率f0的方波低频交流电流流过放电灯La。
在低频方波交流电流的一个第一半周期内，电路部分SC使开关元件Q1以一个频率f1交变地导通和不导通，而电路部分SC使开关元件Q2保持不导通。在与频率f1相关的每一个周期内，可以区分出电路设置的若干相继的工作状态。第一工作状态在使开关元件Q1导通之后立即开始。一个第一电流从第一输出端K3经过线圈L5、二极管D5、二极管D5、开关元件Q1、线圈L1的一部分L4、电容器C1和二极管D6流到第二输出端K4。电容器C1被此第一电流充电。与此同时，一个第二电流从电容器Cbuf1经过开关元件Q1、线圈L1、和放电灯La和电容器C3的并联设置流回电容器Cbuf1。当电容器C1两端的电压大约等于二极管桥RB的输出电压的瞬间值时，电容器C1由第一电流的充电停止。这也结束了第一工作状态。在第二工作状态，一个第一电流从线圈L5的一个第一尾端经过二极管D5和D3、开关元件Q1、线圈L1、电容器C3和放电灯La的并联设置、电容器Cbuf2、二极管D4、二极管D6和二极管桥RB流回线圈L5的一个第二尾端。在第二工作状态中，还有一个第二电流，它具有与第一工作状态中的第二电流相同的电流路径，但幅度较小。当线圈L5中的能量以及因此的第一电流的幅度已变为零时，第二工作状态结束。在第三工作状态，具有与第一和第二工作状态的第二电流相同的电流路径的一个电流流动。当电路部分SC使开关元件Q1不导通时，第三工作状态结束并且第四工作状态开始。在第四工作状态，一个电流从线圈L1的第一尾端经过放电灯和电容器C3的并联设置、电容器Cbuf2、二极管D4和电容器C1流回线圈L1的抽头点T1。此电流使电容器C1放电并且使电容器Cbuf2充电。当电容器C1两端的电压已下降至大约零时，该电流不再流经二极管D4和电容器C1，但流经二极管D1。当线圈L1的处于抽头点T1和线圈L1的第一尾端之间的部分中的能量已变为零时，此电流的幅度变为零。这结束了第四工作状态。当电路部分SC接着使开关元件Q1导通时，第一工作状态再次开始。在每一个四个工作状态的过程中，电容器C1从电压源充电，并且在缓冲电容Cbuf2放电。以此方式，在每一个过程中，可以实现从电压源取得电流，并且电路设置的功率因数相对较高。
在低频方波交流电流的一个第二半周期内，也可以区分出四个工作状态，这些状态是以一个频率f1相继地经过的。在低频方波交流电流的一个第二半周期内，电路部分SC使开关元件Q2以一个频率f1交变地导通和不导通，而电路部分SC使开关元件Q1保持不导通。第一工作状态在使开关元件Q2导通之后立即开始。一个第一电流从第一输出端K3经过线圈L5、二极管D5、电容器C2、线圈L2的一部分L3、开关元件Q2、二极管D4和二极管D6流到第二输出端K4。电容器C2被此第一电流充电。与此同时，一个第二电流从电容器Cbuf2经过放电灯La和电容器C3的并联设置、线圈L2和开关元件Q2流回电容器Cbuf2。当电容器两端的电压大约等于二极管桥RB的输出电压的瞬间值时，电容器C2由第一电流的充电停止。这也结束了第一工作状态。在第二工作状态，一个第一电流从线圈L5的一个第一尾端经过二极管D5、二极管D3、电容器Cbuf1、电容器C3和放电灯La的并联设置、线圈L2、开关元件Q2、二极管D4、二极管D6和二极管桥RB流回线圈L5的一个第二尾端。在第二工作状态中，还有一个第二电流，它具有与第一工作状态中的第二电流相同的电流路径，但幅度较小。当线圈L5中的能量以及因此的第一电流的幅度已变为零时，第二工作状态结束。在第三工作状态，具有与第一和第二工作状态的第二电流相同的电流路径的一个电流流动。当电路部分SC使开关元件Q2不导通时，第三工作状态结束并且第四工作状态开始。在第四工作状态，一个电流从线圈L2的抽头点T2经过电容器C2、二极管D3、缓冲电容器Cbuf1、和放电灯和电容器C3的并联设置流回线圈L2的第一尾端。此电流使电容器C2放电并且使电容器Cbuf1充电。当电容器C2两端的电压已下降至大约零时，该电流不再流经电容器C2和二极管D3，但流经二极管D2。当线圈L2的处于抽头点T2和线圈L2的第一尾端之间的部分中的能量已变为零时，此电流的幅度变为零。这结束了第四工作状态。当电路部分SC接着使开关元件Q2导通时，第一工作状态再次开始。在每一个四个工作状态的过程中，电容器C2从电压源充电，并且在一个缓冲电容放电。以此方式，也在低频方波灯电流的第二半周期内，在每一个四个工作状态的过程中，可以实现从电压源取得电流，并且电路设置的功率因数相对较高。
如果藉助一个具有50Hz频率的主电压而向电路设置馈电，在实际中f0经常选择为50Hz的倍数，例如100Hz或350Hz。对于f1，由于EMC，经常选择一个处于音频限之上并且低于100kHz。对于如图所示的电路设置的一个实际的实施例，其中f0选择为100Hz并且f1选择为20kHz，可发现功率因数为0.9。
Claims (4)
1．一种用于向一个放电灯馈电的电路设置，包括：
-输入端，它连接至一个提供低频交流电压的电源；
-整流器装置，它连接至所述输入端，用于对所述低频交流电压进行整流，并且具有一个第一输出端和一个第二输出端；
-一个第一分支，它包括一个第一缓冲电容和一个第二缓冲电容的串联设置，并且与所述各输出端相互连接；
-一个负载分支，它包括一个第一电感元件和多个用于夹持一个放电灯的夹具的串联设置，并且其一个第一尾端耦合至所述两个缓冲电容的一个公共点；
-一个第一开关元件，它耦合至所述负载分支；
-一个第二开关元件，它耦合至所述负载分支；
-一个控制电路，它耦合至所述第一开关元件的一个控制电极和所述第二开关元件的一个控制电极，用于当所述第二开关元件不导通时使所述第一开关元件交变地导通和不导通，并且用于当所述第一开关元件不导通时使所述第二开关元件交变地导通和不导通；
-一个第一单向元件和一个第二单向元件，它们耦合至所述负载分支，
其特征在于，所述电路设置还具有：
-一个第三单向元件，它耦合在所述第一输出端和所述第一缓冲电容之间；
-一个第四单向元件，它耦合在所述第二输出端和所述第二缓冲电容之间；
-一个第二电感元件，其一个第一尾端耦合至所述第一电感元件的一个第一尾端，该尾端面向所述灯夹具；
-一个第一电容元件，它耦合在所述第一电感元件的一个第一抽头点和所述第二输出端之间；
-一个第二电容元件，它耦合在所述第二电感元件的一个抽头点和所述第一输出端之间，
并且，其中所述第一开关元件耦合在所述第一电感元件的一个第二尾端与所述第三单向元件和所述第一缓冲电容的一个公共点之间，其中所述第二开关元件耦合在所述第二电感元件的一个第二尾端与所述第四单向元件和所述第二缓冲电容的一个公共点之间，并且，其中所述第一单向元件耦合在所述第一电感元件的所述第二尾端与所述第四单向元件和所述第二缓冲电容的一个公共点之间，并且，所述第二单向元件耦合在所述第二电感元件的所述第二尾端与所述第三单向元件和所述第一缓冲电容的一个公共点之间。
2．根据权利要求1所述的电路设置，其特征在于，一个第三电感元件耦合在所述第一输出端和所述第三单向元件之间。
3．根据权利要求1或2所述的电路设置，其特征在于，所述用于夹持放电灯的各夹具藉助包括一个第三电容元件的一个第二分支而相互连接。
4．根据权利要求1或2或3所述的电路设置，其特征在于，一个第五单向元件耦合在第一输出端和第二电容元件之间，并且一个第六单向元件耦合在第二输出端和第一电容元件之间。
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