CN1458814A - 用于运行放电灯的电路装置 - Google Patents

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Abstract

在运行气体放电灯(Lp)的电路装置中，为了校正功率因数而经常采用充电泵(D5，D6，C31，C32)。如果是这种情况，则在点火较坏的灯(Lp)中将会导致存储电容(C1)上的电压过高。根据本发明，这可以通过在充电泵的二极管(D5，D6)上并联一个冷导体(KL)来避免。

Description

用于运行放电灯的电路装置
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的电路装置。此处尤其涉及一种可以用在气体放电灯的驱动器中的电路装置，其中本发明克服了在点火气体放电灯时的缺点，这些缺点是随着采用充电泵来改善功率因数而产生的。
背景技术
在电网电压(譬如电压有效值为230V和频率为50Hz)上工作的气体放电灯(以下简称为灯)的电路装置通常包含有整流器和逆变器。这种电路装置在电网电流谐波方面和由此在功率因数方面要遵守通用的标准(例如IEC 1000-3-2)，这需要附加的电路费用。遵守该标准的一种成本有效的可能性在于一些电路拓扑，它们在本文献中被称为充电泵。作用方式和实施例的详细说明譬如可以从以下文献中查取：Qian J.，Lee F.C：Charge Pump Power-Factor-CorrectionTechnologies，Part I：Concept and Principle，Part II：BallastApplications，IEEE关于功率电子的学报，卷15，号1，第121-139页，纽约，美国，2000年。充电泵的原理在于，在远远高于电网频率的高频振荡的第一半周期期间从电网电压中获取能量，并将其临时存储在泵元件中，然后在第二半周期期间输出到一个存储电容。由此可以实现电网电流的近似正弦形的曲线，并由此达到在标准中所要求的电网电流谐波值和功率因数。
只要充电泵投入运行，则它会连续地把能量输出给存储电容。该能量在正常工作期间、亦即在灯点燃期间被灯吸取。于是形成一种平衡态，它表现为存储电容上的电压的恒定平均值，其中该平均值可以在半个电网周期上求出。在灯点火时，在灯上需要一个高电压，但灯在该状态下不接收能量。由于充电泵持续地把能量供给存储电容，所以存储电容上的电压在灯点火期间会上升。因此在所述电路装置中预先采用的器件在某些情况下会冲击其负荷极限。尤其象存储电容自身，还有在所述电路装置中所采用的电子开关等，由于成本的原因，它们都是以尽可能低的最大电压负荷而被设计的。从而，在灯迟迟不点火或甚至不点火的情况下，将会存在毁坏电路装置的危险，因为存储电容上的电压会超过器件所允许的最大电压。在对灯的电极线圈不进行预热的灯中，该危险性将增大。通过预热电极线圈，灯上为点火所需的电压会被降低，并因此缩短点火过程。在不对电极线圈进行预热的电路装置中，点火过程将会更长，所述在点火期间形成于存储电容之上的电压因此会更高。包含有这种电路装置的装置也被称为冷启动装置。点火良好的灯是那些在1ms之后便结束点火过程的灯。点火较坏的灯有时最多需要100ms的点火时间。
为了确保电路装置不被不点火或点火较坏的灯损坏，通常给电路装置装设了一个断路器。通常通过该断路器来监视存储电容上的电压。当存储电容上的电压值超过预定的关断值时，便将电路装置设置为不工作。但因此存在以下问题，即尤其在冷启动装置的情况下不能确保点火过程较长的灯的工作。
为解决该问题，在现有技术中建议了一种泵控开关，在该开关中在闭合、也即低阻状态下流过一个泵抑制电流。该泵控开关在现有技术中被实施为电子开关，例如MOSFET。泵抑制电流的主要作用是使泵元件不仅给存储电容提供能量，而且还可以去掉能量，并由此限制充电泵的功能性或完全使其不工作。充电泵通常包括由第一和第二泵二极管组成的串联电路。该串联电路被连接在电网电压和存储电容之间。泵二极管的连接点通过所述的泵元件被施加了所述的高频振荡。所述的泵控开关与泵二极管的串联电路相并联。
原则上，也可以通过以下方式来抑制充电泵的功能性，即与所述的泵元件串联或并联地布置一个开关。但由于泵元件通常除了在充电泵内的功能之外，还对电路装置具有其它的影响和作用，所以在实践中不采用该可能性。
还有一种可能性在于，充电泵不仅包括泵二极管的串联电路，而且还包括多个并联连接的泵二极管串联电路，其各个连接点通过不同的泵元件被施加高频振荡。在该情形下，充电泵由多个所谓的泵支路组成。通过泵控开关对所有的泵支路进行同样的影响。
在文献US 5,396,153(Shackle)中，泵控开关由一个控制器进行控制，由该控制器监视存储电容上的电压值。该控制器将存储电容上的电压值与一个预定的阈值进行比较，并在超过该阈值时接通所述的泵控开关，由此将充电泵置为不工作。
在文献US 5,986,408(Langeslag)中，泵控开关由一个监视灯点火的控制器进行控制。只要灯不点火，则闭合该泵控开关并由此将充电泵置为不工作。
在现有技术的上述两个文献中，除了泵控开关之外还必定存在用于其控制的费用。
发明内容
本发明的任务在于提供一种如权利要求1的前序部分所述的电路装置，它能够以较低的费用阻止存储电容上的电压值在点火期间上升。
从具有权利要求1的前序部分所述的特征的电路装置出发，该任务由权利要求1的特征部分所述的特征来解决。有利的改进方案由从属权利要求给出。
根据本发明，所述的泵控开关不是指具有一个必须由控制器操作的控制输入端的电子开关。具体地说，本发明的泵控开关涉及一种在加热时间内通过泵抑制电流进行加热的器件。如果本发明的泵控开关被加热到一个预定的开关温度，则其电阻将会上升，由此降低所述的泵抑制电流，从而将充电泵置为有效。有利的是，本发明的泵控开关不需要现有技术中那样的控制器。它可以在其加热过程中自动地抑制充电泵的功能性，并在该时间内阻止存储电容上的电压值上升。如此来确定所述的加热时间，使得点火较坏的灯也可以可靠地被点火。如果灯在所述的加热时间之后没有被点燃，则涉及一个坏灯，或出现另外的故障情况，而且必须把电路装置置为不工作。这可以通过一个监视存储电容上的电压值的关断装置来实现。起决定性作用的是，该关断装置不是用于控制充电泵，而是仅在故障情况下进行干预。本发明的泵控开关不需要控制器来实现其控制，因此提供了一种成本合适的可能性，以便也能够点燃那些点火较坏的、具有内含充电泵的电路装置的灯。
优选地，为本发明的泵控开关使用所谓的冷导体，这在上述文献中也被称作PTC(正温度系数)。当电路装置投入运行时，所述的冷导体具有如下的温度，即其在该温度时具有如此低的值，以至于可以流经有效的泵抑制电流。通过该泵抑制电流使冷导体加热。冷导体根据属性而在温度和电阻值之间具有非线性的关系。据此，存在一个上述的开关温度。如果该冷导体达到该开关温度，则其电阻将上升到如下的值，该值不再允许流过有效的泵抑制电流，并由此使充电泵可以按照其规定进行工作。
根据本发明，如此地相互调谐所述冷导体中的损耗线路、冷导体的开关温度与热惰性，使得在一个足以点燃一个点火较坏的灯的时间之后便到达所述的开关温度。
原则上也可以采用热导体(NTC)来控制充电泵，譬如将其与泵元件相串联。但在该情形下，一方面会出现上述的缺点，另一方面热导体的非线性不是如此地明显以至于可以形成单值的开关温度。因此不能可靠地再现充电泵的作用方式。
有利的是，本发明的泵控开关并联在所述泵二极管的串联电路上。为了整流电网电压，本发明的电路装置具有一个通用的整流器，它通常由布置在桥电路中的整流二极管组成。从上述文献中得知，朝向电网电压的泵二极管的任务也可以由整流二极管来接管。在该情形下，泵二极管的串联电路仅可以接入到朝向存储电容的泵二极管。本发明的泵控开关在该情形下与该泵二极管相并联。
在具有多个泵支路的充电泵中，可以构想用泵控开关只影响一个泵支路。当需要一个高于电网电压尖峰值的电压来点燃灯时，这便譬如是有利的。为了有效地降低泵支路的作用方式，本发明的泵控开关与属于有关泵支路且朝向存储电容的那个泵二极管相并联。
附图说明
下面借助实施例和参考附图来详细讲述本发明。其中：
图1示出了本发明电路装置的一个实施例；
图2示出了本发明电路装置的另一个实施例；
图3示出了本发明电路装置的又一个实施例。
在下文中，晶体管用字母T表示，二极管用字母D表示，电容用字母C表示，扼流圈用字母L表示，电位用在字母P后分别跟随一个数字表示。下面还给不同实施例的相同和作用相同的元件使用了相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中描绘了本发明电路装置的一个实施例。在输入接线端J1和J2上连接了被馈入滤波装置F的电网电压。滤波装置F用于抑制无线电干扰。滤波装置F的输出端被连接到由二极管D1，D2，D3和D4组成的整流器上。二极管D1-D4以已知的桥式整流电路进行错接。通过二极管D1和D3，在电位P1处提供被整流的电网电压的正电位。地电位M与二极管D2和D4相连。在P1和电位P2之间连接了由第一泵二极管D5和第二泵二极管D6组成的串联电路。泵二极管的极性被如此地选择，使得电网电压可以在电路装置中产生一个电流。在电位P2和地电位M之间连接了存储电容C1。
C1上的电压被馈送给下面还要讲述的逆变器。在P2和地电位M之间连接了由第一和第二半导体开关T1，T2组成的串联电路，这两个开关形成一个所谓的半桥。在该半桥的连接点上形成电位P4。所述的半导体开关在该实施例中被实施为MOSFET。但它们也可以例如被实施为双极性晶体管或IGBT。T1和T2的门极交替地由半桥驱动器HT控制。由控制电路A预给定该控制的时钟。所述的控制电路可以独立于或依赖于所述半桥的输出量而产生其时钟。在后者的情况下，人们称之为自激励式半桥逆变器。这种逆变器的作用方式例如在文献EP 781077(Schmitt)中讲述过。在电位P4和电位P5之间连接了灯扼流圈L1。在P5和P2之间连接了由灯Lp和耦合电容C51组成的串联电路。P4和P5上的高频振荡通过电容C31和C41被输送给泵二极管D5和D6的连接点，在那儿形成电位P3。在该情形下由C31和C41构成泵元件。
根据本发明，在泵二极管D5和D6的串联电路上再并联一个冷导体KL。只要该冷导体是冷的，则在P3为低电位时从P2经冷导体KL并经D5流过一个泵抑制电流。从而，由元件D5，D6，C31和C41组成的充电泵的作用被有效地降低，并阻止了存储电容上的电压在点火过程中持续上升。通过泵抑制电流使冷导体KL加热。如果该冷导体达到一个开关温度，则其电阻急剧上升。于是，在P3为低电位时所流过冷导体的电流相对于从电网电压获得的电流是可以忽略的。充电泵的作用方式不再受到有效地削弱。在图1的实施例中，P4和P5上的高频振荡被用于所述的充电泵。也可以只使用两个高频振荡中的一个。与未被利用的高频振荡相连接的电容于是可以被耦合到P2。
另一种变化可能性在于，泵二极管D5和D6不被接入到整流器的正输入端中，而是被接入负输出端。在该情形下，地电位M通过泵二极管的串联电路被连接到整流器的负输出端，也即被连接到二极管D2和D4的连接点上。
在图2中示出了本发明电路装置的另一个实施例。相对于图1的实施例，这里有两点变化：
1.作为充电泵的高频振荡，不再使用P4和P5上的电位。具体地说，流经耦合电容C52的电流的高频振荡被用于所述的充电泵。C52为此不再与P2相连，而是与D6的阳极相连。此时C52作用为泵元件。C32与P2相连，C42与灯Lp并联。
2.相对于图1的实施例取消了泵二极管D5。其功能由整流二极管D1和D3接管。因此电位P1与电位P3相吻合。根据本发明把冷导体KL并联在泵二极管D6上。其作用方式类似于图1的实施例。
图1和图2之间的这两种变化可以不结合在一起，而是可以相互独立地执行。这同样也适用于从上述文献所获知的所有充电泵变型方案。
图3给出了本发明电路装置的又一种实施例。相对于图1的实施例，此时的电路装置具有两个泵支路。与泵二极管D5，D6并联地连接了另一个由泵二极管D7，D8组成的串联电路。与图1相比，电容C33，C43不是连接在一个端子上。只是C33仍然与电位P3相连接。在第二泵支路中，电位P5的高频振荡通过电容C43被输入到电位P6上，P6被表示为第二泵支路的泵二极管D7和D8的连接点。
根据本发明，冷导体KL只并联在第一泵支路的泵二极管D6上。因此只是针对性地作用于第一充电泵。第二充电泵在点火期间仍然有效。这是值得追求的，以便在点火过程期间在存储电容C1上达到较高的电压，并由此提供点火电压。
也可以把冷导体KL并联在泵二极管D8上。在该情形下，第二泵支路被切换为无效，直到冷导体被加热时为止。

Claims (6)

1.用于运行接于电网电压上的放电灯(Lp)的电路装置，具有以下特征：
-逆变器(A，HT，T1，T2)，具有用于改善功率因数的充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)，
-泵控开关(KL)，当该泵控开关处于低阻态时便导过一个泵抑制电流，以便有效地削弱所述充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式，
其特征在于：所述泵控开关(KL)的电阻值具有温度依赖性，以至于该泵控开关通过泵抑制电流被加热到一个开关温度，在该开关温度下所述泵控开关的电阻采取如下值，该值如此地降低所述的泵抑制电流，以至于不再有效地削弱所述充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式。
2.按权利要求1所述的电路装置，其特征在于：所述的泵控开关(KL)包括冷导体。
3.按权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于：所述的充电泵包括两个串联的泵二极管(D5，D6，D7，D8)，且所述的泵控开关(KL)与所述泵二极管的串联电路相并联。
4.按权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于：所述的充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)包括两个串联的、接于电网电压和存储电容(C1)之间的泵二极管(D5，D6，D7，D8)，且所述的泵控开关(KL)与耦合在所述存储电容(C1)上的泵二极管(D6，D8)相并联。
5.按权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于：所述的充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)包括多个具有泵二极管(D5-D8)的泵支路，其中至少有一个泵二极管并联在泵控开关(KL)上。
6.利用电路装置启动和运行放电灯(Lp)的方法，所述的电路装置包括一个逆变器(A，HT，T1，T2)和一个泵控开关(KL)，所述的逆变器具有用于改善功率因数的充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)，其特征在于以下步骤：
-把所述的电路装置连接到电网电压上，
-经所述的泵控开关(KL)流过一个泵抑制电流，以便有效地削弱充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式，
-由所述的泵抑制电流加热所述的泵控开关(KL)，
-所述泵控开关(KL)的温度达到一个开关温度，
-在该开关温度下提高所述泵控开关(KL)的电阻值，
-通过泵控开关(KL)的所述上升的电阻值降低所述的泵抑制电流，
-所述的泵抑制电流下降到一个值，该值表现为不再有效地削弱所述充电泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式。
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