CN1481206A

CN1481206A - 运行灯的电路装置和方法

Info

Publication number: CN1481206A
Application number: CNA031525156A
Authority: CN
Inventors: S・迈尔; S·迈尔; 卸姆; A·施托尔姆
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Osram GmbH; PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2004-03-10
Also published as: US20040245942A1; EP1395094A1; KR20040012597A; CA2436167A1; TW200403960A; DE10235217A1; US7053561B2

Abstract

为了在起辉阶段限制流过电子镇流器的半桥的部件的电流。为此用电流限制单元(D1、D2、D3、T3、C3)控制半桥晶体管(T2)的栅极，使得在起辉阶段流过晶体管(T1、T2)的电流受到限制，而相反，在灯(LA)的辉光阶段和发亮时保持不限流。

Description

运行灯的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及用于运行灯，尤其是低压放电灯，的电路装置，具有逆变器装置，所述的逆变器装置有：至少一个晶体管开关单元，用于用交流电向灯供电；和限流装置，它连接到至少一个晶体管开关单元上，用于限制流过该晶体管开关单元的电流。此外本发明还涉及相应地运行灯的方法。

低压放电灯典型地借助于电子镇流器(EVG)运行。其中用于运行灯所需的交变电流一般地通过公知的半桥逆变器产生。用半桥运行包含一或多个灯的负载电路。该负载电路包含有感性元件和容性的元件，由此得到预定的负载电路谐振频率。

在自激谐振电路的情况下，取决于电路设计，在空载下，也就是说在EVG的情况下在灯的起辉阶段，以谐振频率投入运行。在此情况下谐振电流只由振荡电路的Q值确定。这在高Q值的情况下因为出现大电流而导致高的器件负载。

背景技术

用谐振电路起辉灯的起辉电压和与之关联的起辉前的无功电流只能够通过谐振电感的饱和特性和降低谐振电路的Q值进行限制。因此迄今选用有意地把其饱和特性选择得较低的谐振扼流圈来限制空载电压。这种措施导致附加地提高谐振电流。限制电流通过视情况有意地降低谐振电路的Q值进行。这种降低Q值却损害效率并且只能实际用于小功率的装置。

电流限制的一个发展公知于欧洲专利EP 0 798 952 B1。其中说明的EVG中逆变器晶体管之一的发射极线路中安排晶体管的控制电路。通过该控制电路的可变的导电率按照谐振电路的一个元件上的电压降不断地改变逆变器晶体管的有效发射极电阻并且以此把逆变器的节拍频率提高得：因为强烈地偏离谐振电路的谐振频率而达到降低谐振电路的空载电压，同时限制了电流。

从欧洲专利申请EP 0800335 A2公知一种类似的电流限制电路。在半桥逆变器晶体管的控制电路中各接入一个辅助晶体管，从而每个半桥逆变器晶体管的发射极电阻由至少一个欧姆电阻和与之并联安排的相应辅助晶体管的控制电路组成的并联电路构成。由此可以按照灯的工作相位切换有效发射极电阻及半桥逆变器的反馈，从而通过确定根据该发明的并联电路的电阻值以简单的方式在宽的范围内改变半桥逆变器的节拍频率。在此也如前述的情况那样，通过灯的电压控制辅助晶体管，辅助晶体管再控制半桥的晶体管的发射极电路。

发明内容

本发明的任务在于，提出通过运行灯的逆变器装置的晶体管单元改善电流限制方式。

根据本发明该任务通过一种运行灯，尤其是低压放电灯的电路装置解决，具有逆变器装置用于以交变电流为灯供电，所述的逆变器装置具有至少一个晶体管开关单元，和连接至少一个晶体管的开关单元的电流限制装置，用于限制流经至少一个晶体管开关单元的电流，其中可以用电流限制单元控制至少一个晶体管开关单元的控制电极以进行电流限制。

另外根据本发明上述任务通过一种运行灯，尤其是低压放电灯的电路方法解决，通过用至少一个晶体管开关单元产生为灯供电的交变电流，并且通过至少一个晶体管的开关单元限制电流，其中控制至少一个晶体管开关单元的控制电极以进行电流限制。

逆变器装置可以含有由至少一个晶体管单元和另一个晶体管单元组成的半桥。从而可以非常经济地只用两个有源器件制造逆变器。在有的情况下所述晶体管可以各由MOSFET晶体管组成。

优选地可以用连接在逆变器装置上的负载电路运行灯。最好该负载电路包含具有一定的谐振频率用于运行灯的LC谐振电路，以及用于抑制直流成分的耦合电容器。

为了经济地进行实施，电路装置包含连接在逆变器装置上的移相装置，用以把逆变器装置的运行频率与负载电路的谐振频率匹配。从而可以达到起辉过程所需要的电压过冲。为此移相装置可以连接在至少一个晶体管开关单元的控制电极上，从而把逆变器装置的晶体管中的开关过程与负载电路谐振匹配。

有利地，将电流限制装置与移相装置并联在逆变器装置的晶体管的控制电极上。从而通过晶体管的控制电极调节灯电流的幅度，用以匹配开关频率。

另外有利之处在于，如果电流限制单元包含开关装置，那么可以通过该开关装置依据流过至少一个晶体管单元的电流关断至少一个晶体管单元。从而例如可以用晶体管作为这样的开关装置，所述晶体管开关单元又可以导通及关断逆变器装置的晶体管开关单元。

附图说明

下面借助于附图详细说明本发明，在附图中：

图1 具有电子镇流器的灯的电压特性包络；

图2 具有现有技术的电子镇流器的灯的电流和电压特性包络；

图3 具有根据本发明所述的电子镇流器的灯的电流和电压特性包络；

图4 逆变器的开关晶体管在一个开关周期内的电流特性曲线；和

图5 根据本发明的电路装置的电路图。

具体实施方式

下面所说明的实施例是本发明的优选实施例。

为了阐述本发明在图1中示出在起辉低压放电灯时的电压包络曲线。在接通过程后电压上升到用之起辉相应的灯的值。此值在时刻t1达到。起辉阶段一般地不到几个毫秒就结束。起辉以后该电压经灯下降到辉光放电电平。在没有预热灯丝的情况下辉光阶段可以超过一秒。在辉光放电时的电压显著地超过额定工作电平UB。在时刻t2灯电压降低到工作电平。如果灯不在时间t_glimm，max内变成额定工作电压，设备的保护断路器就作出响应，以保护部件。

如果灯不起辉，保护电路关断电子镇流器(参见图2)。这保护半桥晶体管或者逆变器晶体管的作用，因为高电流只在短的时间段t_zuend内，不会导致持久的损害。时间段t_zuend和t_glimm，max一般地在电路技术上相互关联，从而保护作用所决定的短的时间t_zuend同样也会限制辉光阶段。此外电子镇流器必须确保空载的电压U0不超过安全标准中规定的极限值。

对于可靠地起辉和良好的灯寿命起决定作用的是，通过很小的电流使部件的负载最小化，从而可以实现长的辉光阶段。同时空载电压U₀必须在安全标准内被限制在有利的值。在常规的电路中通过有意地降低谐振扼流圈的饱和极限限制起辉电压。然而这种措施却使逆变器中电流过大。在图2中饱和运行的电流I用i_sat标示而饱和运行的电压用U_sat标示。

因此，根据本发明在起辉阶段用降低半桥中的电流和可以显著地延长起辉阶段的方法降低起辉电压，而不损坏电子镇流器。所述的延长示于图3中，在此还是在接通后首先使电压上升到U₀₂。这个值显著地位于现有技术的U₀₁的值以下。由于非线性的电流电压关系在限制到U₀₂的情况下，流过晶体管的电流只上升的I₂。这种显著的电流下降能够达到同样显著的起辉阶段的最大持续时间的延长。T通常使用的晶体管于是在t_zuend2后还没有受到损伤，因为只有电流I₂从它流过。最迟在t_zuend2之后，如果没有起辉灯，关断电子镇流器。如果最迟在时刻t_zuend2起辉了灯，该电压也下降到辉光电压U_glimm。相对于t_zuend1大大延长的起辉时间还可以成比例地延长辉光阶段t_glimm，max，并且灯可以用一秒以上的辉光阶段可靠地启动。

下面对于提高的灯效率的情况，参照图5所示的电路安排通过有源反馈达到所希望的电流限制。图5的电路示出灯LA。它通过由MOSFET晶体管T1和T2组成的半桥以及电容器C1构成。两个晶体管T1和T2串联，而电容器C1与晶体管T1并联。电感L1-A接在两个晶体管T1和T2的连接点与电容器C1之间。这两个晶体管T1和T2与电容器C1一起构成规定空载频率或起辉阶段频率的谐振电路。灯LA与电容器C1并联，其中在灯LA的一个电极和电容器C1的一个电极之间安排有滤除电源中的直流成分的耦合电容器C2。从而半桥的负载电路的特征除了由灯LA确定之外还由部件L1-A、C1，和C2确定。

晶体管T2通过电阻R1接地。该电阻R1除了其它控制任务之外还起通过使谐振电路失谐防止会出现非常高电流的所谓的谐振危害的作用。

在晶体管T2的栅极与地之间接有所谓的移相电路。该移相电路用于把半桥的频率与负载电路的谐振频率匹配的作用。该相移电路由电阻R2、电容器C2和线圈L2的并联电路组成。相位偏转由电抗C2和L2的大小得出。有关移相电路方面可以参阅欧洲专利文献EP 0 781 077 B1。

晶体管T2栅极的控制电压通过线圈L1-B产生，该线圈与线圈L1-A磁耦合，并且从而把半桥产生的电压耦合到晶体管2的栅极电路以对之控制。为此线圈L1-B接在电阻R2与地之间。

于是，通过其栅极控制晶体管T2使得流过该晶体管的电流不超过一定的阈值。为此采用双极晶体管T3，其基极用在降电阻R1上的电压控制。在晶体管T3的基极与电阻R1之间连接有齐纳二极管D1，该齐纳二极管与连接在晶体管T3基极与地之间的电容器协同作用，使晶体管T3只在较大的电流范围，也就是起辉阶段，导通，从而在每个开关周期中，在适当情况下提前地关断晶体管T2。这起提高开关频率的作用。在较低电压时，也就是在辉光阶段和发光时期不导通晶体管T3，从而也不关断半桥的晶体管T2。晶体管T3的发射极与地连接并且集电极连接在与两个齐纳二极管D2和D3的中点，所述的两个齐纳二极管D2和D3与移相电路并联，也就是说在晶体管T2的栅极与地之间。

图4示出起辉阶段中MOSFET晶体管T2中的电流。实线表示没有电流限制的电流特性曲线，虚线表示有根据本发明所述的电流限制的电流特性曲线。半桥频率的提高通过提前在开关阈值I2关断达到。没有限制电路的周期持续时间tz1显著地长于有限制电路的周期持续时间tz2。加入了电容器C3使得关断晶体管T3不在线性区域工作并且从而完全地关断MOSFET晶体管T2。在灯LA起辉以后和接着的辉光阶段流过晶体管T2的电流显著地下降到开关阈值I₂以下，从而在灯地持续工作中电流限制电路不再介入。

总体上看，在根据本发明的电路中从而通过移相电路R2、C2、L2把半桥的工作频率与负载电路L1-A、C1、C2、LA相匹配，并且在起辉阶段通过电流限制电路D1、D2、D3、T3、C3经过晶体管T2的栅极限制经过晶体管T2的电流。

晶体管T1的栅极同样也通过移相电路控制，并且控制电压也通过磁耦合电感产生。控制晶体管T1的栅极不需要采用如用于控制晶体管T2的栅极的电流限制电路，因为如果限制了充电电流，就自动地限制了线圈L1-A发出的放电电流。这可以毫不费力地从线圈L1-A的能量守衡推导出。

如上所述，通过相应控制晶体管2的电流限制起限制流过晶体管T1和T2的电流的作用，从而显著地延长其寿命，并且可以延长起辉阶段。从而，用根据本发明的电路还可以起辉具有比常规的电于镇流器的起辉阶段的最大持续时间长得多的起辉阶段的灯。

Claims

1.电路装置，用于运行灯(LA)，尤其是低压放电灯，

具有逆变器装置用于以交变电流为灯(LA)供电，所述的逆变器装置具有至少一个晶体管开关单元(T2)，和

与至少一个晶体管(T2)开关单元连接的电流限制装置(D1、D2、D3、T3、C3)，用于限制流经至少一个晶体管开关单元的电流；

其特征在于，

可以用电流限制装置(D1、D2、D3、T3、C3)控制至少一个晶体管开关单元的控制电极以进行电流限制。

2.如权利要求1所述的电路装置，其中，逆变器装置含有把至少一个晶体管单元(T2)和另一个晶体管单元(T1)包括在内的半桥。

3.如权利要求2所述的电路装置，其中，至少一个晶体管单元(T2)包含MOSFET晶体管。

4.如权利要求1至3之一所述的电路装置，其中，可在连接于逆变器装置上的负载电路中运行灯(LA)。

5.如权利要求4所述的电路装置，该电路装置包含连接在逆变器装置上的移相装置(R2、C2、L2)，用于把逆变器装置的运行频率与负载电路的谐振频率匹配。

6.如权利要求5所述的电路装置，其中，移相装置(R2、C2、L2)连接在至少一个晶体管开关单元(T2)的控制电极上。

7.如权利要求5或者6所述的电路装置，其中，移相装置(R2、C2、L2)与电流限制装置(D1、D2、D3、T3、C3)并联。

8.如权利要求1至7之一所述的电路装置，其中，电流限制装置(D1、D2、D3、T3、C3)包含开关装置(T3)，可以通过该开关装置依据流过至少一个晶体管开关单元(T2)的电流导通和关断该至少一个晶体管开关单元(T2)。

9.方法，用于运行灯，尤其是低压放电灯，

通过借助于至少一个晶体管开关单元(T2)产生交变电流为灯(LA)供电，并且限制流过该至少一个晶体管开关(T2)电流，

其特征在于，

控制至少一个晶体管开关单元(T2)的控制电极以进行电流限制。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在负载电路中运行灯(LA)。

11.如权利要求10所述的方法，把产生的交变电流的频率与负载电路的谐振频率匹配。

12.如权利要求9至11所述的方法，其中依据流过至少一个晶体管开关单元(T2)的电流在预定的阈值时关断该至少一个晶体管开关单元(T2)。