CN1370037B - 用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器的新颖电路设计和控制技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于高强度气体放电灯比如金属卤化物灯的电子镇流器。该镇流器包括一逆变器和一谐振电路，具有一位于该谐振电路和该放电灯之间的启动电容，启动电容提供必要的启动能量，并且还提供一低阻抗放电通道。一单个启动电容可能是足够的，但是如果用一长电缆来连接该放电灯和镇流器，则可能会使用两个并联的位于该电缆的相对端的启动电容。该镇流器进一步提供了通过监测额定常量直流接线电压来监测和控制放电灯功率的装置，以及用于检测短路和开路状态的装置。提供了一种当不能启动该放电灯时的重复启动机构，它包括暂时性地禁止逆变器动作以使该放电灯电压的均方根值保持为低。

Description

用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器的新颖电路设计和控制技术

技术领域

本发明涉及用于高强度气体放电灯(HID)的高频(20KHz至1MHz)电子镇流器的新颖电路设计和控制技术，比如金属卤化物灯，它能确保成功地启动灯并且提供电路保护措施。本发明特别地涉及适用于气体放电灯系统的镇流器——然而不受限于此，在该系统中该HID灯通过一较长的电缆与该镇流器电路相连接。

背景技术

在各种各样的光源中，高强度气体放电灯(HID)显示出高亮度效力和具有高能量致密光源特征的优良光色再现的最佳结合。HID灯已经应用于许多实际应用场合，比如使用紫外线灯照明的较大区域的强力泛光照明，舞台，演播室，和娱乐性场所。

高频电子镇流器的使用能够减小镇流器的尺寸和重量，并改进系统的功效。这种特性特别适用于低瓦特HID灯，因为希望整个照明系统为小尺寸。另外，由于工作频率的增大，重复点亮和熄灭的峰值现象会消失，这样可以使灯具有更长的寿命。HID灯的负载特性可近似为纯电阻，而灯的(功率)因数接近于一。在光的输出中没有任何闪烁效果和频闪效果并且光通量会提高。尽管如此，由于压力驻波(声频共振)现象的出现，具有高频电流波形的高压HID灯的操作会发生偏置。这种声频共振会引起电弧位置和光色等的变化或者产生不稳定电弧，有时电弧的不稳定可以导致电弧的熄灭。

对于声频共振的常规解释为从该被调制的放电电流中输入的周期性功率会引起灯中的气体的压力振荡。如果功率频率位于或接近灯的本征频率，灯中将会出现行波。这些行波朝着放电管壁的方向传播并且在管壁上进行反射，其结果是形成了具有大幅值的驻波。气体密度中的强烈振荡可以扭曲放电通道，反过来又会扭曲影响驱动该压力波的功率输入(见W.严，Y.K.E.何和S.Y.R.惠所著“对小瓦特高强度气体放电(HID)灯的稳定性研究和控制方法(Stability study and controlmethods for small-wattage high-intensity-discharge(HID)lamps)”，IEEE工业应用学报，2001年9月-10月，第5期，第37卷，第1522-1530页)。灯的本征频率取决于电弧容器的几何尺寸、填充气体以及气体的热力学状态变量(如压力、温度、气体密度)。

为了避免因声频共振而导致的不稳定，许多关于镇流器电路拓扑或控制方法的论文被相继发表(严等人以及J.D.波尔和R.热德尔所著的“用于高强度气体放电灯的高效能电子镇流器(High efficiencyelectronic ballast for high intensity discharge lamps)”，美国专利5,677,602，1997年10月14日)。

图1所示为一典型的电路配置，主要地，它由功率因数校正电路、输出逆变器，和一控制灯的网络电路组成。有两种基本的处理声频共振现象的方法：

1)输出逆变器工作在一频率上，该频率远离灯的声频共振的频率范围。这类镇流器可以分为：(i)直流镇流器；(ii)调谐高频镇流器；(iii)超高频镇流器。

2)使用固定的或随机频率来调制输出逆变器的切换频率。该输入功率分布在一很宽的频谱范围内，从而对位于某一频率段上的输入功率的幅度进行最小化。

在点火过程中放电灯要经历几个阶段，其转变过程可以描述如下：一开始灯的电阻非常大(近似为一开路)，然后在一很短的时间段内几乎变为零(瞬态短路转变)，最后灯的电阻又逐渐增大直至其达到一稳定状态。必须获得足够的能量和一个低阻抗的放电通道以便于在启动阶段快速放电。因此，负载效果(1)灯的电阻和(2)连接灯管和谐振环中的镇流器电路的电缆的阻抗有时足够的大，以至于初始化电弧电流不能够被维持并且放电灯会熄灭。所以，在点火阶段应该获得维持该电流的足够的能量和低阻抗的电流放电。如果使用一个很长的电缆来连接放电灯和该镇流器，这种情形尤为的严重，因为长电缆具有相对较大的电感，该电感将会限制电流di/dt的变化率。由于上述过渡过程的特性，很难识别该镇流器电路的输出是处于短路状态，还是该放电灯处于正常运行状态。

以前的许多镇流器并不从镇流器中提供足够的放电电弧电流以便在启动之后维持该电弧。如果初始放电电流并不足够的大，该放电灯将尝试重新启动但是电弧会很快熄灭，因为没有足够的能量来维持电弧灯管中的电弧。这会经常引起灯的闪烁和/或不可靠的灯的操作。另外，在有些现有技术的设计中的开路和短路保护电路是基于监测灯的电压和电流状态的。为了区分灯的故障或正常操作，控制逻辑比较复杂。

美国专利4,277,728、5,001,400和5,381,076采用了前置功率因数校正电路和一输出逆变器，通过一串联电感和一并联电容，如图2中所示的L-C谐振电路，该逆变器的输出驱动一荧光灯。通常地，有一隔直电容与该L-C谐振电路相串联。该隔直电容可以消除直流偏置电压，因此仅有交流电压被施加在灯的两端。

美国专利5,677,602采用了一串联电感电容电路和一并联电感的电路结构，如图3中所示的L₁-C₁-L₂的谐振电路。该镇流器工作在一很高的频率段上。该并联电感L₂的电感值要比串联电感L₁的大许多。在灯的启动和正常运行期间采用了多重频率偏移。即，在点亮期间放电灯在相对较低的工作频率上运行，而在稳定状态条件下则在一相对较高的频率上工作。这种电路的主要缺点是使用了具有较大电感值的电感L₂。当L₂上的振荡电压足够大以至于灯被点亮时，L₂的大阻抗值(＝2πfL₂，其中f为该电感的工作频率)限制了灯中电弧的启动放电电流的变化率di/dt。结果，灯管中的气体很可能要经过许多次连续地高压冲击才能被击穿而放电，在最坏的情况下，该电弧也许根本就不能被启动。如果在镇流器和灯管之间使用很长的连接电缆则这种不能启动的情形将会更加严重。如果灯突然被拿开或者灯管突然无法工作，由于L₁和L₂中的电流不一致，即，L₁中的电流不同于L₂中的电流，这样将会在灯管连接器上产生一个很高的电压冲击。另外，由于L₂的阻抗非常高(等效于开路)，以至于流经L₁的电流不能保持连续，因此软开关的运行条件将会消失。只有当逆变器中的电流保持连续时，逆变器半桥才有可能实现软开关。电路中的连续电流可以流经逆变器的输入功率开关(即，将要被接通的开关)的反并联二极管。该导电的输入功率开关的反并联二极管将施加于该功率开关上的电压钳位在近似为零电压的状态，因此为该功率开关创造了实现软切换(零电压)的条件。如果未提供与L₂并联的启动电容，该切换装置可能遇到硬切换动作，并且随后由于热力和/或电压的原因而遭到破坏。

现有技术中所描述的许多电路并没有考虑到在“短路”转变过渡中维持电弧电流的装置。尤其是，在高频镇流器和灯管之间使用长的连接电缆的应用场合，考虑到电缆的电感效应情况是非常重要的。综合镇流器的开路和短路保护技术是很复杂的。另外许多现有的镇流器电路并没有考虑到该镇流器电路的输出端的开路电压的均方根值(rms)。该镇流器电路的开路电压同样是HID灯的启动电压。HID灯的启动电压大约是几千伏特。应该限制该开路电压的这一rms值，作为一种防止严重电冲击的保护性措施并且同样作为防止穿过失效灯管的高电压的延伸的高可靠性措施。

发明内容

依据本发明，提供了一种用于高强度气体放电灯的电子镇流器，它包括：一逆变器电路和一谐振电路，并且其中至少提供了一个位于该谐振电路和该放电灯之间的启动电容。

通过提供一启动电容，提供了一种用于启动的能量源，同时提供了一低阻抗放电通道。

可以提供一单个启动电容，或者另外地，尤其是如果该灯管通过一长电缆与该镇流器相连接，则提供了两个相互并联的启动电容，该第一启动电容的其位置物理上接近于该逆变器电路和该谐振电路，而且该第二启动电容其位置接近于该灯管并通过一电缆与第一启动电容分开。

在一个优选实施例中，逆变器电路包括两个开关并且提供了用于改变该逆变器电路的切换频率的装置。特别地，逆变器电路在启动步骤中可以在一低频率段工作，在稳定状态运行期间在一高频率段工作。

优选地，提供了一种用于在稳定状态运行期间通过改变逆变器的切换频率来调节放电灯功率的装置。特别地，通过监测直流电流来直接监测放电灯功率，并且通过响应于从该电流控制器中输出的输出量来改变该切换频率的方式可以达到这个目的。

在本发明的一个优选实施例中提供了一种装置，当出现点亮失败该镇流器不能启动的情况时，并且在经过一预定的时间间隔之后它能再进行一次启动灯管的尝试。通过将该放电灯的电流与一参考电流进行比较可以检测出启动的成功或失败，其中当点亮成功并且该放电灯的电流大于该参考电流时，该镇流器则会在一高切换频率上工作。更加优选地，当在进行一次点亮灯的尝试时，可以仅在一相对较短时间内产生启动电压，这样即使是重复性地进行启动灯管的尝试，放电灯电压的均方根值保持在低于由于对安全的考虑而确定的一预定值。

在一实施例中，本发明进一步了包括用于检测该灯管的短路或开路状态的装置。优选地，该短路和开路检测装置包括用于检测当直流电流下降到低于一参考值时的装置。同样优选地，在启动灯的步骤期间不激活该短路和开路检测装置以避免任何短路或开路的错误警告。

优选地，该镇流器还包括一装置，它用来在一预定的启动后的时间段上将该放电灯的电流维持在大于其稳定状态电平的水平上，以便加速该放电灯的等离子体的加热过程。

依据本发明的另外一更宽的方面，提供了一种用于高强度气体放电灯的使用额定常量直流电压的电子镇流器，它包括：一逆变器电路，一谐振电路，和用于检测该放电灯的短路或开路条件的装置。

依据本发明的再一个更宽的方面，提供了一种用于高强度气体放电灯的电子镇流器，它包括一逆变器电路和一谐振电路，其中响应于一被监测的直流接线电流，可以改变该逆变器电路的切换频率来调节放电灯的功率。

依据本发明的再一个更宽的方面，提供了一种用于高强度气体放电灯的电子镇流器，它包括：一逆变器电路，一谐振电路，在启动过程中该放电灯不能够点亮的情况下不启动该镇流器的装置，和在一预定时间间隔之后再一次进行启动放电灯的尝试的装置。

附图说明

通过示例和参考附图，现在将描述本发明的部分实施例，其中：

图1显示了现有技术中的典型电路配置；

图2显示了使用L-C电路的现有技术的实例；

图3显示了使用L-C-L电路的现有技术的范例；

图4为一原理图，它显示了本发明的具体实施例；和

图5显示了该放电灯电压的典型波形和在启动过程中具有均方根限制的Fs/Fo信号。

具体实施方式

A.用于高强度气体放电灯的镇流器的电路原理图

图4显示了依据本发明的优选实施例的电子镇流器的电路原理图。该功率电路由下列部件组成：

1、电磁干扰(EMI)滤波器，用于抑制由镇流器所产生的噪声进入主干交流电网。

2、二极管桥路，它是一全波整流器，并且其主要功能是用于将交流电压整流成直流电压。

3、功率因数校正(PFC)电路，PFC电路的主要功能是用于将输入的电流波形整形成为正弦波，并且使输入电流与输入电压在相位上同步。PFC的最普通的电路拓扑是升压式的直流电源变流器。这样可以确保该升压变流器的输入电流能够随动于整流后的输入电压。另外，在输出端可以调节得到一个稳定的直流电压V_dc。在本电路实例中，初始化切换频率被设定为大约50kHz，而稳定状态时的切换频率大约为400kHz。HID灯是金属卤化物(MH)类型的。直流电压被调节至380V，控制器IC是MC33262。该变流器以临界方式进行工作。(除了升压类型的变流器之外，其它变流器拓扑为，如SEPIC，回扫式和Cuk等具有适当的控制方法的变流器，它们也可以被用于达到校正功率因数的目的。)

4、逆变器，逆变器的功能在于将从PFC中输出的经过调节的直流输出电压转换成对称的矩形波输出。逆变器的高端与低端的驱动信号之间有一死区间隔时间(典型地为200纳秒)以防止直流信号的短路直通。逆变器的开关频率由压控振荡器(VCO)来控制。开关动作由控制信号‘IEN’来激活。

5、谐振环，这是由L₁-C₁-L₂-C₂电路所构成的网络，而且它提供了功能：(i)产生足够高的电压来启动灯和(ii)将逆变器的输出信号中的高频成分滤除。

6、启动电容C₂和C₀，能量储存部件是电路中很重要的部件，它与灯的两端相连同样也与谐振元件相连接，(在图4的电路范例中，C₂与谐振电感L₂并联，而在电缆的另一端C₀则直接穿过灯与灯并联)。启动电容的功能有两个方面，第一，在启动阶段它们维持由灯环(谐振环)产生的以引起电弧冲击的高电压；第二，在最初的电离过程中，它们提供足够的能量以及一个低阻抗的放电通道，以便很容易地建立起电弧。否则，电弧很容易熄灭，而且灯也不会被点亮。对于使用较短的电缆来连接镇流器电路和灯管的应用场合，因为较短电缆线上的零散电感会很小，因而不会阻止启动放电电流，那么C₀和C₂可以被结合成为一单个的启动电容。

另外，当灯被突然拿走或突然无法工作时，L₁和L₂中电流的差别可由C₀和C₂来吸收。因此，可以避免由于电感冲击效应Ldi/dt所产生的高压。同时，C₀和C₂为串联电感提供了附加的电流通道(即便灯管是开路的)，以保证切换装置的软开关功能。

B.镇流器的特点

本镇流器提供了以下特点：

1、本镇流器能够产生足够高的电压，典型地，如3-5KV，以在启动阶段启动灯管。但是同时，它能将启动电压的rms值限制在一个较低的且安全的值之内。

2、本镇流器能给灯管调节提供恒定的电源。

3、该镇流器包括L-C-L-C电路，它能够提供包括高压启动，快速放电过程(即快速地接通灯)和稳定状态的灯的功率控制等功能。

4、灯管在高频的稳定状态条件下运行，以避免灯的声频共振。

5、本镇流器具有若干保护特性，特别是在以下情况下镇流器将停止工作：

(a)灯管支路(相连的)被开路或者短路时，

(b)镇流器过热时，

(c)镇流器在预定的时间(比如说，10-15分钟)内尝试启动灯管但灯管仍不能被点亮。

6、镇流器和灯管之间的连接电缆的长度可以变化(一般为5cm到10m)。

C.运行阶段

如图4所示，当镇流器被接通电源时，PFC控制器控制升压式变流器(或其它优选的PFC变流器)以便将电压V_dc调节到一个稳定电平(在一特定的误差范围之内)并且从电网中输入的交流电流接近正弦波并与输入的交流电压同步。因此，通过调节直流输入端的电流I_dc就可以控制输送到镇流器的逆变器和灯管上的功率，因为输送到灯管上的平均功率是V_dc(已经过调节)和I_dc之间乘积，即，灯的平均功率为V_dc×I_dc，与灯的功率值相比假定逆变器中和谐振环中的功率损耗非常小。

实际上，镇流器要经过几个阶段才能到达稳态状态。在启动阶段，逆变器的切换频率在低频率段上工作，而在启动之后即工作于高频段上。压控晶体(VCO)的频率输出信号控制逆变器中的开关的切换频率。开关信号或门信号v_g(连接至功率MOSFETs管的栅极)由信号‘IEN’来激活以便控制逆变器中的开关的状态，门信号v_g决定开关的操作。如果v_g＝‘1’，上开关S_A接通而下开关S_B关断；如果v_g＝‘0’，则S_A关断而S_B接通。如果IEN＝‘0’，v_g＝‘0’，则逆变器的切换操作即被禁止。如果IEN＝‘1’，v_g将与VCO的输出相同。晶体管驱动器会在施加至S_A和S_B上的门信号之间产生所需要的死区间隔时间。

‘IEN’受三个输入信号的控制，包括‘ISC’，‘ICON’，和‘TEMP’。当这三个信号均为逻辑‘1’时，逆变器才被激活。每个信号的功能如下所述：

i‘ISC’是一命令信号，它来自于短路保护电路。如果在灯的连接器上没有出现短路，则‘ISC’＝‘1’。短路保护电路的操作将在以下作更进一步地描述；

ii‘ICON’是一命令信号，它来自灯电流检测模块。如果灯管在预定的时间内(由一定时器所设定--当镇流器被提供电源达到一预定的时间段(比如说，15分钟)但是灯管却没有被启动，定时器的输出信号是逻辑‘1’)被接通，则‘ICON’＝‘1’。

iii‘TEMP’是一命令信号，来自温度传感器。如果‘TEMP’＝0，则电路中被测的温度采样点即过热。

C.1.启动或点亮过程

本节将描述依据本发明一实施例，用于驱动HID灯的电子镇流器的一种新型启动控制机制和方法。

为了点亮HID灯，可以产生一足够高的达几千伏的施加于灯管的启动电压v_st。该方法基于图4中的谐振环(灯管网络电路)。刚开始，由于灯的电阻非常高，灯管网络电路可以被简化为由L₁，L₂，C₁和C₂构成的一LC谐振储能电路，该谐振储能电路被设计成工作在两个不同的频率段上，L₂比L₁大许多(典型地，至少10倍)。在启动或点亮阶段，镇流器逆变器工作在相对较低的频率f_L上，这样起主导作用的谐振储能电路由C₁和L₂构成。C₂的电抗要远大于(＞10倍)L₂的电抗。当灯被启动之后，灯的电阻实质上迅速地减小，于是镇流器逆变器即工作于相对较高的频率f_H上。此时L₂和C₂的阻抗将远大于灯的阻抗，因此具有实际效应的谐振电路的是C₁、L₁和灯的电阻所构成。

在启动阶段，当逆变器的切换频率很低并且L₁＜＜L₂时，L₂是谐振储能电路中起主导作用的部件。启动电压v_st将保持一预定时间t₁，然后停止，且该停止状态保持另一预定时间t₂，这样由于安全的原因，均方根值v_l，rms即可以被设置为低于一给定限度(安全规则所需要的)的一个值。图4显示了在启动阶段时灯管的电压波形。数学上，有公式

$v_{l,\mathrm{rms}}=\sqrt{\frac{{v_{\mathrm{st}}}^2{t}_1}{t_1+t_2}}---\left(1\right)$

这是一个安全保护措施，防止在灯管连线上产生延续高电压。

应该懂得图4中所示的灯的电路仅仅是一种可能的谐振电路的实例，该谐振电路可以应用于依据本发明的实施例的用于HID灯的高频操作的电子镇流器中。本发明的一个重要方面，至少在该优选的构成中，在于使用了灯管网络电路(谐振电路)且结合着启动电容C₂和C₀。这些启动电容与灯管相并联而且同样与谐振环中的启动谐振元件并联(图4的电路实例中的L₂)。正常地，对于较短的灯管连接电缆线，一个电容C₂就已经足够。对于较长的灯管连接电缆线，附加电容C₀还与灯管就地连接。C₂和/或C₀的作用在于两个方面，第一，它们提供了由灯管网络电路中的谐振储能电路的谐振元件所产生的很高的电压(典型地，几千伏特)以便用来启动灯管；第二，在电容放电的情形下，由于存在一能量储存元件和一低阻抗部件，这些启动电容能够提供足够的能量和快速的电流放电通道，以便冲击该电弧并且在电弧建立的初始阶段期间维持着该电弧。

C₂和C₀的电容值的选择必须满足至少两个条件。第一，它们应该足够的小，这样它们将不会严重地影响灯启动过程中谐振环的谐振操作。在图4的电路实例中，在启动阶段，电容C₂和C₀的阻抗应比L₂的阻抗大许多(典型地，十倍或者更大)，这样C₁和L₂之间的谐振不会受到太大的影响。在启动过程中使用C₂和C₀是很重要的，因为它为灯管中的启动电流提供了一个低阻抗的放电通道。第二，它们应储备足够的能量来维持初始电弧，这样灯管即可以被很快地接通。

C.2.重复启动机制

本节描述了一种新颖的用于照明系统的并且尤其适合于HID灯的电子镇流器的启动控制过程。

如图4中所示，非稳态多谐振荡器产生信号‘Fs/Fo’，它具有两种逻辑电平，‘0’或‘1’。信号‘Fs/Fo’的周期为50ms。使用该‘Fs/Fo’信号以控制压控振荡器(VCO)的输出的‘中心频率’。如果该信号为‘0’，则在本电路实例中该中心频率为大约400kHz(即高频f_H)。如果该信号为‘1’，该中心频率为50kHz(即低频f_L)。因此，VCO的输出频率在f_L和f_H之间交替地切换。正常情况下，低频操作用于启动该灯管，而高频操作是在启动灯管之后用于灯管的连续地正常工作。图5中的启动电压波形是通过将信号‘Fs/Fo’与信号‘ION’进行同步而产生的。由于一开始灯的电流为零，‘ION’为逻辑‘1’，因而，‘IEN’＝‘0’，这表明逆变器动作被禁止。为了产生传输至逆变器的低频门信号，电容C_st在信号‘Fs/Fo’的上升沿处被立即放电(即，当输出频率由f_H变化到f_L或者在低频重启动操作开始时)，所以，‘ION’暂时为逻辑‘0’而‘IEN’＝‘1’。这样逆变器也暂时被激活。C_st则控制该重复启动的持续时间。如果C_st很大，则公式(1)中的t₁会更长。

如果灯不能被启动，则在时间t1之后，‘ION’会恢复为逻辑‘1’，而逆变器则被禁止，另一重新启动操作将在时间t₂之后进行。

如果灯管能被启动，则检测到的灯管电流将会大于一参考值I_lamp，ref，该参考值预先设定为一较小值，该被检测到的灯管电流与I_lamp，ref进行比较。‘IL’将为逻辑‘1’。‘ION’将为逻辑‘0’并且‘ICON’和‘IEN’均为逻辑‘1’。逆变器将被激活。通过将信号‘IL’传输至非稳态多谐振荡器的管脚‘LOCK’端，则非稳态输出电平将被锁定为逻辑‘0’并且该定时器将停计数。VCO将一高频信号输出至逆变器中，于是灯管便进入稳定状态。

通过这种重复启动机制，如果某一次启动灯的尝试失败，逆变器即暂时被禁止，且禁止状态保持t2长的时间，然后逆变器被重新激活并且通过在低频段上操作逆变器来进行另一次的启动灯的尝试。在重复启动之前通过适当地选择时间段长短，灯电压的均方根值rms可以被保持为较低并且小于由安全规则设置的限定值。一旦灯管被启动，于是逆变器就会工作在稳态高频状态下。

C.3.稳态操作

因为灯的电压在从启动时的几千伏到稳态工作时的几百伏之间变化，所以采用一直接式灯电压传感器是不经济的。另外，电压传感器的输出在工作期间会发生很大变化。在本节中，将会描述一种简单的功率控制技术，它用来控制灯管功率及其稳定性，而不用直接地检测灯管电压和灯管电流。

该方法为监测额定直流功率，它可被输送至逆变器的半桥电路中。由于Vdc是可以被调节的，通过使用“电流控制器”调节直流电流便可以控制灯管功率。通过控制VCO的输入信号该控制器输出可以调节该切换频率(大约为f_H)。如果灯管功率下降，则I_in也下降。因此VCO的输入将会下降，以至于增加了逆变器的输入功率；反之亦然。

C.4.开路和短路保护

本发明的另一个重要方面，至少是其优选结构，在于提出了一种简单的和低成本的用于检测开路和短路状态的技术，并且同样提出了在这样情形下的保护措施。

因为逆变器的直流电压Vdc可以被调节，所以通过检测逆变器的输入电流且不用实际地检测灯管电压和灯管电流，即可以实现开路(o/c)和短路(s/c)保护。理论上，逆变器的总的有功功率将会被全部地传递到灯管。主要原因在于：1)与灯管输入功率相比，逆变器其它部分的功率损耗相对地非常小；2)包括无功部件的谐振环基本上只消耗无功功率。由于认识到由逆变器和谐振环所消耗的有功功率非常地小(比如，近似为额定值的十分之一)，o/c和s/c的保护设计即可以实现，因为在o/c和s/c的条件下灯管上并没有消耗有功功率。如果出现o/c或s/c的任一状态，逆变器的输入电流则要小于一很小的参考电平I_sc，ref。信号ISC变为‘1’，则表明已经出现了一o/c或者一s/c的状态。

尽管如此，在灯的启动过程中，灯的电弧电阻会经历几个阶段：极大电阻(断开状态)，很低电阻(瞬时状态)，和较高电阻(稳定状态)。为了避免该保护电路将启动时的瞬时状态与开路o/c故障或短路s/c故障相混淆，该保护措施应被设计成在灯启动之后延迟一段很短的时间才起作用。该时间的典型设置为0.66秒。

C.5.加速的启动过程

一般地，HID灯，比如金属卤化物灯(MH)从启动之后到满亮度输出通常需要1-10分钟。在此这个阶段被称为‘发亮时间’。本发明的优选特征在于提出了一个简单的方法来缩短该发亮时间。

为了快速加热HID灯管中的等离子体温度，在灯被启动之后的20秒至30秒钟内，该初始灯管电流可以被控制为大于(通常为3到4倍)其正常的稳态值。这样，相对较大的初始电流和灯管电阻的I²R功率即可以提供加热灯的等离子体的能量以便快速达到其稳态温度。

因此，可以看出本发明，至少是其优选结构提供了一种改进的电子镇流器，其物理尺寸较小且结构紧凑，并且防止了灯管中的声频共振现象。另外，在启动阶段的短路转变过程中镇流器可以维持灯管电弧，以便在启动灯管期间确保快速的放电过程，即使是在镇流器和灯管之间使用长的连接电缆。

本发明的另一优点在于它提供了一种具有增强的安全特性的镇流器，包括完成开路和短路保护的简单配置，以及出于安全原因而限制启动时均方根rms值、或限制开路电压的装置。该镇流器还包括当灯突然被拿走或当灯突然无法工作时，限制施加于灯管连接器上的电压的装置，并且能够确保当灯突然被拿走或当灯突然无法工作时开关装置的软切换状态。

Claims (13)

1.一种用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，包括：

逆变器电路(S_A，S_B)和，

谐振电路(C₁，L₁，L₂)；

所述谐振电路包括至少一个电感器(L₂)，

设置两个启动电容(C₂，C₀)与所述高强度气体放电灯并联；

所述高强度气体放电灯通过一电缆连接到所述谐振电路；

其中所述两个启动电容中的一个(C₀)接近于所述高强度气体放电灯；所述两个启动电容中的另一个(C₂)接近于所述谐振电路；

其特征在于，

所述两个启动电容(C₂，C₀)的阻抗大于所述至少一个电感器的阻抗；以及

所述两个启动电容(C₂，C₀)提供了低阻抗放电路径。

2.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，其中接近于所述高强度气体放电灯的启动电容(C₀)与所述谐振电路之间的电缆的长度至少为5cm。

3.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，其中所述逆变器电路包括两个开关(S_A，S_B)，并且其中所述高频电子镇流器提供了用于改变所述逆变器电路的切换频率的装置。

4.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，其中所述逆变器电路在启动步骤中在一低频率段工作，在稳定状态运行期间在一高频率段工作。

5.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，提供了在稳定状态运行期间通过改变所述逆变器电路的切换频率来调节所述高强度气体放电灯的功率的装置。

6.如权利要求3所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，提供了通过监控一直流电流来监控所述高强度气体放电灯的能量，并且响应于从电流控制器中输出的输出量更变所述逆变器电路的所述切换频率。

7.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，其中提供用于在出现点亮失败该高频电子镇流器不能启动的情况时，经过预定的时间间隔之后再进行一次启动所述高强度气体放电灯的尝试的装置。

8.如权利要求7所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，通过将该高强度气体放电灯的电流与一参考电流进行比较可以检测出点亮的成功或失败，其中当点亮成功并且该高强度气体放电灯的电流大于该参考电流时，该高频电子镇流器则会在一高切换频率上工作。

9.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，包括短路和开路检测装置，用于检测所述高强度气体放电灯的短路或开路条件。

10.如权利要求9所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，所述短路和开路检测装置包括一用于检测当直流电流下降到低于一参考值时的装置。

11.如权利要求9所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，所述短路和开路检测装置在所述高强度气体放电灯的启动步骤中并不被激活。

12.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，还包括一装置，它用来在点亮之后的预定时间段上将所述高强度气体放电灯的电流维持在大于其稳定状态电平的水平上，以便加速所述高强度气体放电灯的等离子体的加热过程。

13.如权利要求1所述的用于高强度气体放电灯的高频电子镇流器，其中所述两个启动电容之间的阻抗大于所述谐振电路中的电感器(L₂)的阻抗。

Images