CN1518201B - 用于给放电灯供电的电源设备 - Google Patents

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Abstract

一种放电灯供电电源设备，在世界各地的广泛使用的商业电源电压内可操控地减少电源损耗，并且该放电灯供电电源设备能够稳定地执行其功能而不会引起由于功率电压增加导致的升压电路的功能性故障与由于放电灯的性能老化导致的降压电路的功能性故障。该放电灯供电电源设备具有：全波整流器电路，用于将从商业AC电源系统得到的AC电压整流为全波整流波形；升压电路，用于升高全波整流波形的电压；升压改变电路，用于改变来自升压电路的升高的电压输出；降压电路，用于降低来自升压改变电路的输出电压，并且输出启动输出电压与供电输出电压，启动输出电压用于启动放电灯，供电输出电压保持放电灯通电；以及控制设备，当降压电路输出供电输出电压时，该控制设备基于全波整流波形的电压，用于控制预定范围内升压改变电路的升高的电压。

Description

用于给放电灯供电的电源设备
技术领域
本发明涉及放电灯供电电源设备，具有：全波整流器电路，用于将从商业AC电源系统得到的AC电压整流为全波整流波形；升压电路，用于升高全波整流波形的电压；升压改变电路，用于改变来自升压电路的升高的电压输出；以及降压电路，用于降低来自升压改变电路的输出电压，并且输出启动输出电压与供电输出电压，启动输出电压用于启动放电灯以打开放电灯，供电输出电压用于保持放电灯通电，并且本发明具体涉及放电灯供电电源设备，用于减少功率损失以相对于各种电源电压提高效率，并且当放电灯损坏时，保持放电灯稳定的通电。
背景技术
至今，在大的脉冲电流被提供给灯供电信号以后直到由于低压放电灯的特性通电的放电灯进入电弧放电状态的一段时间，上述类型的放电灯供电电源设备(在下文中称为“电源设备”)需要大的脉冲电流。该电源设备需要将从商业AC电源系统得到的DC电压升压到几百伏(V)，比如DC360V，或更高以在放电灯中引起放电。电源设备采用已知的增压换流器作为能够经过全波整流将AC电压整流为高的直流电压的AC/DC转换器。
为了将功率因数提高为更高的值，增压换流器输出升高的电压，该电压高于需要激励放电灯的电压。因此，电源设备使用包括DC/DC转换器的降压换流器作为降压电路。降压换流器将由增压换流器产生的升高的电压降低到需要激励放电灯的电压。因此，如果DC360V的电压需要激励放电灯，则需要高于DC360V的升高的电压。由增压换流器产生的升高的电压需要高于允许电压范围的最大峰值以防止噪声容限受到影响。因此，根据此观点，需要高的升高的电压值。
一般而言，使用来自商业电源系统的AC200V电压的电源设备需要在从180V到270V允许的电压范围内处理输入电压。
如果升高的电压恒定而不管宽的电源电压范围，则升压比率趋于显著的增加。当输入电源电压为低时，升压比率很高，导致功率消耗与热量损失的增加。
日本专利公开未决No.2001-52886公开了一种供电设备，其包含电源设备，该电源设备具有足够的噪声容限并包括能够减少功率消耗与热量损失以及控制功能的增压换流器。
上述公开的供电设备具有连接到升压电路的增压换流器的输入的电源电压检测装置与连接到增压换流器的输出的多个升压检测装置。供电设备还具有控制装置，该控制装置基于由电源电压检测装置检测的电源电压，用于在升压检测装置之间切换，并且当增压换流器的切换的输出被升压检测装置确认时，该控制装置控制增压换流器处于一定的输出电压值。升压值基于电源电压切换。
上述电源设备的基本排列将参照附图的图1描述如下。
图1中示出的电源设备包括：AC/DC转换器，该AC/DC转换器包括全波整流器电路2，用于将从商业AC电源系统1得到的输入AC电压E转换成全波整流波形；增压电路11，采用增压换流器来升高最大整流电压值Eo；以及DC/DC转换器，该DC/DC转换器包括降压电路14，用于在此通过放电打开放电灯6以后，降低升高的电压并输出降低的电压以保持放电灯6通电。
增压电路11的细节将参照附图的图2描述如下。
如图2所示，增压电路11结合输入电压检测电路31与升压控制电路30以组成增压换流器。增压电路11具有它的基本组件切换设备21、抗流线圈22、续流二极管23与平滑电容器24。排列增压电路11的组件以使用由输入电压检测电路31检测的输入电压Eo与由输出电压检测电路32检测的输出电压Vo，在输出端处产生启动输出电压Vo。
增压电路11的基本组件与电路排列在现有技术中已公知。特别地，抗流线圈22与续流二极管23从增压电路11的输入端子到输出端子相互串联连接。切换设备21连接到抗流线圈22与续流二极管23之间的接合处，并且平滑电容器24连接到平行于切换设备21的续流二极管23的输出端子。增压电路11的技术细节将不描述如下，由于这些技术细节实质上已公知。
增压电路11将输入全波整流电压值Eo转换成DC电压，将DC电压升高到具有改善的功率因数的启动输出电压Vo，并且将启动输出电压Vo输出到包括降压换流器的降压电路14。在功率因数改进器104中包括增压电路11。
降压电路14的细节将参照附图的图3描述如下。
如图3所示，降压电路14配合输入电压检测电路51与降压控制电路50以组成降压换流器。降压电路14具有它的基本组件切换设备41、抗流线圈42、续流二极管43与平滑电容器44。排列降压电路14的组件以使用由输入电压检测电路51检测的输入电压Vo与由输出电压检测电路52检测的输出电压VL，在输出端处产生供电输出电压VL。
降压电路14的基本组件与电路排列在现有技术中已公知。特别地，切换设备41与抗流线圈42从降压电路14的输入端子到输出端子相互串联连接。续流二极管43连接到切换设备41与抗流线圈42之间的接合处，并且平滑电容器44连接到平行于续流二极管43的抗流线圈42的输出端子。降压电路14的技术细节将不描述如下，由于这些技术细节实质上已公知。
在图1中，包括降压电路14的供电设备5响应从供电设备5的外部输入的供电信号S打开和关闭放电灯6。
为了打开放电灯6，供电设备5开始操作供电信号S。响应从功率因数改进器104输入的启动输出电压Vo，结合在供电设备5中的非绝缘型的降压电路14的降压换流器应用点火脉冲以产生和输出供电输出电压VL。可以是高压汞灯、金属卤化物灯等的放电灯6利用电弧放电以响应供电输出电压VL，并且支持电弧放电以保持连续通电。
整流电压检测电路3连接到全波整流器电路2的输出用于检测它的输出电压。驱动电压检测电路13放置在功率因数改进器104的输出用于检测它的输出电压。供电电压检测电路15放置在供电设备5的输出用于检测它的输出电压。增压电路11与降压电路14使用它们检测的输入与输出电压，具有它们相应稳定的升压和降压作用。
由于升压作用，需要被提供商业AC电压的功率因数改进器104的输出的驱动电压Vo具有一电压值，该电压值大于等于全波整流波形的整流电压值Eo，并且具有充分的电压升压比率用于得到高功率因数。
功率因数改进器104有损耗，该损耗通常为增压换流器中的主要损耗。由功率因数改进器104引起的损耗主要由增压电路11的切换设备21引起的损耗提供。此损耗与由功率因数改进器104的驱动电压Vo输出成正比。因此，驱动电压Vo输出由此更低时，即电压升高比率更小时，功率因数改进器104具有更高的效率。
供电设备5具有损耗，该损耗通常为降压换流器中的主要损耗。由供电设备5引起的损耗主要由降压电路14的切换设备41与续流二极管43引起的损耗提供。在这些损耗中，由操作关闭的续流二极管43引起的损耗更显著。此损耗与应用于供电设备5的输入电压，即功率因数改进器104的输出电压的驱动电压Vo，成正比。因此，通过降低由功率因数改进器104输出的驱动电压Vo，供电设备5使其效率更高。
如上所述，当需要大的升压比率的低压输入到功率因数改进器104时，在示出的传统电路排列中由功率因数改进器104与供电设备5引起的整个损耗最大。因此，当低压输入时，电源热辐射要求必需根据引起的损耗设计。
根据在日本未决专利公开No.2001-52886中公开的发明，为了减少处理宽范围的DC电源电压的电源设备中的功率消耗与热损耗，基于从商业AC电源系统得到的DC输入电压Eo，控制电路在增压换流器的升压之间切换，并且输出低的升压。
特别地，如图1所示，控制设备107被提供由整流电压检测电路3检测并从来自商业AC电压E的全波整流输出得到的最大整流电压Eo，控制设备107基于整流电压Eo，操作连接到增压电路11的输出的升压输出切换电路112以产生低的升高的驱动电压Vo。控制设备107操作升压的输出切换电路112以在两个驱动电压，即更高的驱动电压与更低的驱动电压，之间切换。
控制设备107的操作将参照附图的图4与图1描述如下。
当电源设备接收从商业AC电源系统1得到的AC电压E时，全波整流电路2将AC电压E转换成最大的整流电压Eo。
整流电压检测电路3检测应用在步骤S91中的整流电压Eo的测量的值。控制设备107判断在步骤S92中测量的值是否在预定的范围内，例如，从180V到270V的范围。如果在步骤S92中确定测量的值不在预定的范围中，则控制设备107执行一过程，用于为用户指示电源输入故障，并且在S93中停止它的功能。
如果在步骤S92中确定测量的值在预定的范围中，则控制设备107判断在步骤S94中测量的值是否小于等于预置值，例如200V。如果在步骤S94中确定测量的值小于等于预置值，则在步骤S95中控制设备107将升压输出切换电路112切换到更高的升压电压以使升压输出切换电路112输出更高的输出电压。在步骤S96中输出电压被驱动电压检测电路13测量作为驱动电压值Vo。此后，控制设备107判断在步骤S97中驱动电压值Vo是否为200V的预定值。
如果在步骤S94中确定测量的值超过预定值，则控制设备107在步骤S99中将升压输出切换电路112切换到更低的升压电压以使升压输出切换电路112输出更低的输出电压。在步骤S96中输出电压被驱动电压检测电路13测量作为驱动电压值Vo。此后，控制设备107判断在步骤S97中驱动电压值Vo是否为200V的预定值。
如果在步骤S97中确定驱动电压值Vo为200V的预定值，控制设备107在步骤S98中执行一控制处理以稳定确定的驱动电压值Vo。如果在步骤S97中确定驱动电压值Vo不是200V的预定值，则控制回到步骤S93，其中控制设备107执行过程，用于为用户指示电源输入故障并停止它的功能。
采用功率因数改进器104，当电源电压E为低时，升压输出切换电路112的输出电压为高，并且当电源电压E为高时，升压输出切换电路112的输出电压为低。结果，当电源电压E为低时，升压值保持低电平，因此减少功率消耗与热量损耗。当电源电压E为高时，升压的值增加以输出具有足够噪声容限的驱动输出。
然而，传统的放电灯供电电源设备不适合用作通常目的的电源设备，其在更宽范围中有效地操作，例如从用于日本的AC100V到用于欧洲的AC240V的范围。
第一原因在于：采用上述传统的排列，经过全波整流从电源电压E得到的整流电压值Eo仅在给定的范围中，并且切换到两个值，并且当产生电源电压超过预定电压值时，升压电路不能操作。
第二原因在于：当由放电灯得到的供电输出电压超过作为输出端的启动输出电压的供电输出电压输出，例如放电灯的特征退化所造成，时，降压电路不能够操作。
发明内容
本发明的一个目的是提供了一种放电灯供电电源设备，其在世界各地的广泛使用的商业电源电压内可操控地减少电源损耗，并且该放电灯供电电源设备能够稳定地执行其功能而不会引起由于功率电压增加导致的升压电路的功能性故障与由于放电灯的性能老化导致的降压电路的功能性故障。
根据本发明的放电灯供电电源设备具有：全波整流器电路，用于将从商业AC电源系统得到的AC电压整流为全波整流波形；升压电路，用于升高全波整流波形的电压；升压改变电路，用于改变来自升压电路的升高的电压输出；降压电路，用于降低来自升压改变电路的输出电压，并且输出启动输出电压与供电输出电压，启动输出电压用于启动放电灯以打开放电灯，供电输出电压用于保持放电灯通电；以及控制设备，当降压电路输出供电输出电压时，该控制设备基于全波整流波形的电压，用于在预定范围内控制升压改变电路中升高的电压。
放电灯供电电源设备还可以具有用于检测降压电路的输出电压的供电电压检测电路，并且如果降压电路的输出电压被供电电压检测电路检测已达到供电输出电压，同时升压改变电路中升高的电压被设定为预定范围的最小值，则控制设备可将电压改变电路中升高的电压设定为预定范围的最大值。
当降压电路输出启动输出电压时，控制设备可在启动输出电压的电压值的预定范围内控制升压改变电路中升高的电压。
全波整流器电路可输出整流电压值Eo作为从商业AC电源系统得到的AC电压所产生的全波整流波形的最大值；升压电路与升压改变电路共同地提供功率因数改进器，用于接收全波整流波形的整流电压值Eo，升高整流电压值Eo的电压值以改善其功率因数，并且输出升高的电压值作为启动输出电压Vo；降压电路提供供电设备用于降低功率因数改进器的输出电压，并且输出启动输出电压Vo与供电输出电压VL，启动输出电压Vo用于启动放电灯以打开放电灯，供电输出电压VL用于保持放电灯通电；放电灯供电电源设备还可以具有检测电路，用于相应地检测作为输入电压的整流电压Eo、启动输出电压Vo与供电输出电压VL；并且控制设备可改变响应来自检测电路的检测的电压从功率因数改进器输出的启动输出电压Vo，控制设备在放电灯已开始稳定操作以后，基于整流电压Eo改变从最小值VOmin到最大值VOmax的范围内的升压改变电路输出的启动输出电压Vo，并且当供电设备的输出电压达到供电输出电压VL同时启动输出电压Vo被设定为范围的最小值VOmin时，控制设备控制升压改变电路以将启动输出电压Vo设定为范围的最大值VOmax。
用于启动输出电压Vo的范围可基于整流电压Eo从最小值VOmin延伸到最大值VOmax，并且可划分成随着整流电压Eo增加而连续排列的第一间隔、第二间隔与第三间隔，并且控制设备可控制升压改变电路以保持启动输出电压Vo在最小值VOmin处恒定而不管第一间隔中整流电压Eo的增加，控制设备可控制升压改变电路以使得启动输出电压Vo能够与第二间隔中整流电压Eo成比例增加，并且控制设备可控制升压改变电路以保持启动输出电压Vo在最大值VOmax处恒定而不管第三间隔中整流电压Eo的增加。
控制设备可具有延迟电路，并且控制设备可控制升压改变电路以增加启动输出电压Vo达到最大值VOmax并当从放电灯供电电源设备的外部收到驱动信号S时，驱动信号S驱动延迟电路，并且当延迟电路确认经过预定周期的时间时，控制设备可控制升压改变电路以将启动输出电压Vo减少到基于整流电压Eo设定的范围内的电压值。在此排列中，启动输出电压Vo的范围可基于整流电压Eo从最小值VOmin延伸到最大值VOmax，并且可划分成随着整流电压Eo增加而连续排列的第一间隔、第二间隔与第三间隔，并且控制设备可控制升压改变电路以保持启动输出电压Vo在最小值VOmin处恒定而不管第一间隔中整流电压Eo的增加，控制设备可控制升压改变电路以使得启动输出电压Vo能够与第二间隔中整流电压Eo成比例增加，并且控制设备可控制升压改变电路以保持启动输出电压Vo在最大值VOmax处恒定而不管第三间隔中整流电压Eo的增加。
升压电路可包括具有足够升压比率的升压换流器以在使第一间隔中整流电压Eo的最大值小于启动输出电压Vo的最小值VOmin这样的条件下，得到高的功率因数，并且降压电路可包括具有降压比率的降压换流器，其需要在使供电输出电压VL小于启动输出电压Vo的最小值VOmin这样的条件下，操作降压换流器。
由于升压改变电路能够基于整流电压Eo在它的输入端改善功率因数改进器的功率因数，因此设定升压比率用于相对于从比如AC100V的最低电压的商业电源到比如AC240V的最高电压的商业电源的宽范围的商业电源，得到连续有效的高功率因数是可能的。因此当升压改变电路基于放电电压或供电输出电压，在降压电路的连续的功能范围中设定启动输出电压Vo时，能够避免降压电路的功能性故障。这样，根据本发明的放电灯供电电源设备连续地为放电灯供电。
参照示出了本发明例子的附图，通过下列描述，本发明的上述与其它目的、特性与优点将变得显而易见。
附图说明
图1是传统电源设备的基本排列的框图；
图2是图1中示出的传统电源设备的增压换流器的电路图，部分以框图的形式示出；
图3是图1中示出的传统电源设备的降压换流器的电路图，部分以框图的形式示出；
图4是图1中示出的传统电源设备的主要操作顺序的程序框图；
图5是根据本发明实施例的放电灯供电电源设备的基本排列的框图；
图6是通过例子示出了从图5中示出的放电灯供电电源设备的全波整流电路输出的最大电压值Eo与根据最大电压值Eo的改变用于改变升高的电压的检测的输入电压信号P之间的关系的图；
图7是通过例子示出了检测的输入电压信号P与从图5中示出的功率因数改进器输出的启动输出电压Vo的电压值之间的关系的图；
以及
图8与图9是图5中示出的放电灯供电电源设备的主要操作顺序的流程图。
具体实施方式
图5以框图形式示出了根据本发明实施例的放电灯供电电源设备的基本排列。
如图5所示，放电灯供电电源设备(在下文中称为“电源设备”)包括：AC/DC转换器，该AC/DC转换器包括全波整流器电路2，用于将从商AC电源系统1得到的输入AC电压E转换成全波整流波形与用于改善功率因数的增压电路11，AC/DC转换器，提高作为全波整流波形的最大值的整流电压值Eo，并且输出升压电压值用于打开其中放电的放电灯6；以及非绝缘DC/DC转换器，包括用于降低升高的电压的降压电路14，并且通过其中放电打开放电灯6以后，输出降低的电压以保持放电灯6通电。特别地，全波整流器电路2、整流电压检测电路3、功率因数改进器4与供电设备5顺序地在商业AC电源系统1与放电灯6之间连接，并且控制设备7与全波整流器电路2、整流电压检测电路3、功率因数改进器4与供电设备5并联连接。
供电设备5输出供电输出VL用于供电放电灯6。功率因数改进器4包括增压电路11、升压改变电路12与驱动电压检测电路13，并且作为电路操作，根据控制设备7用于改善功率因数以控制电压的升高。供电设备5包括降压电路14与供电电压检测电路15。控制设备7不但具有上述传统的功能，还具有检测的输入电压信号产生功能块16、延迟电路17与检测的切换电压产生功能块18。
根据本发明实施例的放电灯供电电源设备不同于传统的放电灯供电电源设备，原因在于：连接到功率因数改进器4的增压电路11的输出的升压改变电路12其中具有设置的上限电压与下限电压，其应用于世界上存在的商业电源系统，并且根据应用于此的商业电源电压E，升压改变电路12具有它的连续可变的升压比率，并且用于改变升压比率的条件包括：检测的输入电压信号P，其基于在电源设备的输入处的整流电压Eo的大小；检测的输出电压信号V，其基于在电源设备输出处的供电输出电压VL的大小；以及延迟信号Sd，其通过延迟从电源设备的外部输入的供电信号S预定周期的时间而产生。
控制设备7基于整流电压Eo或由VL的电压检测电路检测的供电输出电压VL建立升压改变电路12的输出信号，从而控制从功率因数改进器4输出的驱动电压值Vo的电压值。
在控制设备7中，检测的输入电压信号产生功能块16被提供由全波整流器电路2与功率因数改进器4之间连接的整流电压检测电路3检测的最大的全波整流电压Eo，并且输出检测的输入电压信号P用于将功率因数改进器4的启动输出电压Vo建立到升压改变电路12。
整流电压Eo从全波整流电路2通过整流电压检测电路3输入到功率因数改进器4。应用到功率因数改进器4的整流电压Eo以预定升压比率通过升压电路11于此升压到升高的电压用于改善功率因数。如图2所示，升压电路11由控制设备7控制时提供已知的增压换流器。
被提供来自升压电路11的输出信号的功率因数改进器4的升压改变电路12基于从控制设备7提供的检测的输入电压信号P，显著地将升高的电压减少到具有预置电压值的启动输出电压Vo。
控制设备7用从电源设备外部输入的供电信号S激励供电设备5，并且将延迟信号Sd输出到升压改变电路12，该延迟信号Sd通过具有延迟定时器的延迟电路7以预定时间周期延迟。
升压改变电路12输出启动输出电压Vo的预定最大值VOmax而不管任何应用的检测的信号，直到升压改变电路12被提供延迟信号Sd。当升压改变电路12从延迟电路17被提供延迟信号Sd时，升压改变电路12进行操作将启动输出电压Vo降低到由检测的输入电压信号确立的电压值。
当供电设备5在初始的灯供电阶段开始响应供电信号S操作时，根据来自升压改变电路12的启动输出电压Vo的最大值VOmax，供电设备5输出供电输出电压VL。此后，当通过延迟电路17从供电信号S产生的延迟信号Sd应用于升压改变电路12时，升压改变电路12将启动输出电压Vo改变成由检测的输入电压信号P确立的电压值Vo。在供电设备5中，降压电路14根据功率因数改进器4的输出电压值将启动输出电压Vo降低到供电输出电压VL，并且输出供电输出电压VL。
如上所述，当供电信号S从电源设备的外部输入时，供电设备5被提供启动输出电压Vo的最大值VOmax，并且输出供电输出电压VL以激励放电灯6。此后，当经过由延迟电路17设定的预定延迟时间以后产生的延迟信号Sd输入时，功率因数改进器4的升压改变电路12将启动输出电压Vo降低到由检测的输入电压信号P指示的电压值。因此，即使商业AC电压的值为低，例如AC100V，也减少了功率因数改进器4与供电设备5的整个电源损耗用于更高的效率，并且电源设备能够在尺寸与损耗减少。
检测的输入电压信号产生功能块16将参照图6与图5描述如下。
图6是通过例子示出了由整流电压检测电路3检测的整流电压Eo与通过检测的输入电压信号产生功能块16输出到升压改变电路12的检测的输入电压信号P之间的关系的图。
假定从检测的输入电压信号产生功能块16输出的检测的输入电压信号P的电压值与从全波整流器电路2输出的整流电压Eo成比例。检测的输入电压信号产生功能块16将检测的输入电压信号P输出到升压改变电路12，该检测的输入电压信号P具有与全波整流波形的最大电压值的整流电压Eo成比例的电压值。
特别地，当检测的输入电压信号产生功能块16被提供整流电压值E1、E2、E3与E4作为整流电压Eo的逐次值时，检测的输入电压信号产生功能块16响应整流电压值E1输出检测的输入电压信号P1，响应整流电压值E2输出检测的输入电压信号P2，响应整流电压值E3输出检测的输入电压信号P3，以及响应整流电压值E4输出检测的输入电压信号P4。
图7是通过例子示出了检测的输入电压信号P与启动输出电压Vo的电压值之间的关系的图，基于检测的输入电压信号P，通过改变来自增压电路11的升高的电压，该启动输出电压Vo的电压值由升压改变电路12输出。
从包括升压改变电路12的功率因数改进器4输出的改变的启动输出电压Vo可具有电压值，其响应具有从检测的输入电压信号产生功能块16输出的连续增加值的检测的输入电压信号P1、P2、P3与P4的相应的三个间隔分成三组。
检测的输入电压信号P1与P2之间存在第一间隔。在第一间隔中，升压改变电路12保持启动输出电压Vo在恒定的最小电平VOmin而与检测的输入电压信号P的电压值增加无关。检测的输入电压信号P2与P3之间存在第二间隔。在第二间隔中，升压改变电路12增加启动输出电压Vo而与检测的输入电压信号P的电压值成比例。检测的输入电压信号P3与P4之间存在第三间隔。在第三间隔中，升压改变电路12保持启动输出电压Vo在恒定的最大电平VOmax而与检测的输入电压信号P的电压值增加无关。
因此，当升压改变电路12被提供第一间隔中的检测的输入电压信号P1与P2的电压值时，升压改变电路12输出最小值VOmin作为输出电压Vo。当升压改变电路12被提供第二间隔中的检测的输入电压信号P2与P3的电压值时，升压改变电路12输出提供的电压值成比例的最小值VOmin与最大值VOmax之间的电压值作为输出电压Vo。当升压改变电路12被提供第三间隔中的检测的输入电压信号P3与P4的电压值时，升压改变电路12输出最大值VOmax作为输出电压Vo。
表示全波整流波形的最大电压值的整流电压Eo需要以整流电压值E1、E2、E3与E4的顺序逐步地增加。由功率因数改进器4产生的启动输出电压Vo的最小电压值VOmin需要大于整流电压值E2。由功率因数改进器4产生的启动输出电压Vo的最大电压值VOmax需要大于整流电压值E4，并且具有足够的升压比率用于提供高的功率因数。
由功率因数改进器4产生的启动输出电压Vo与由供电设备5输出的放电电压VL需要相互关联，以致最小电压值VOmin大于放电电压VL，并且降压比率所需要为降压换流器能够操作的值。
如果整流电压Eo超过整流电压值E4并且启动输出电压Vo的最大电压值VOmax小于整流电压Eo，则当功率因数改进器4组成增压换流器电路时，功率因数改进器4停止操作，并且超过整流电压值E4的整流值Eo直接变成应用于供电设备5的输入电压。
对应整流电压值E1低于检测的输入电压信号P1的启动输出电压Vo没有达到用于释放放电灯6的供电输出电压VL，并且当不考虑放电灯6时，因此放电灯6不存在。
在升压改变电路12被提供来自控制设备7的延迟信号Sd以前，升压改变电路12输出固定到最大电压值VOmax的启动输出电压Vo，而不管检测的输入电压信号P的电压值。
通过本领域普通技术人员已知的电路的组合，提供了具有上述功能的硬件电路排列，并且该硬件电路排列的结构与功能细节将描述如下。
通常地，即使当全波整流波形的最大电压值Eo从电压值E1改变到电压值E1时，由功率因数改进器4产生的启动输出电压Vo也在恒定最大电压电平VOmax输出。
然而，根据本发明，相对于输入电压E通过改变启动输出电压Vo保持恒定升压比率是可能的，并且因此降低由功率因数改进器4引起的电功率损耗。如果输入电压E相对于供电设备5为低，则降低启动输出电压Vo以减少降压比率从而减少电功率损耗是可能的。
图7中示出的启动输出电压Vo的特征与由功率因数改进器4与供电设备5引起的损耗之间的关系将参照图2与图3描述如下，图2示出了包括增压电路11的增压换流器，图3示出了包括降压电路14的降压换流器。
显而易见：通过包括图2中示出的增压换流器的增压电路11的功率因数改进器4的排列，切换设备21导致增压电路11的实质损失。
由切换设备21导致的损耗包括打开状态中的损耗、关闭状态中的损耗与由于关闭状态中的阻抗的损耗。如果切换设备21包括ZVS(零伏切换)电路，则由切换设备21导致的全部损耗的关闭状态中的损耗为零。
由于关闭状态中阻抗的损耗远远小于关闭状态中的损耗。因此，由切换设备21引起的损耗主要由其关闭状态的损耗提供。
如果切换设备21包括FET(场效应晶体管)，则关闭状态中的损耗与启动输出电压Vo相互关联如下：
如果切换设备21包括FET并且其工作循环为50％，则其关闭状态的损耗POFF由功率因数改进器4的输入电压Eo、切换设备21的关闭时间Tf、抗流线圈22的电感值L与切换设备21的漏到源(drain-to-source)电压Vds表示，根据下列方程式(1)：
POFF＝{Eo×Tf/(12×L)}×Vds···(1)
由于表达式“EO×Tf/(12×L)”为不变的常数，因此该表达式由系数K取代，并且方程式(1)再写如下：
POFF＝K×Vds···(2)
从方程式(2)中看出：为了减少关闭状态中的损耗POFF，切换设备21的漏到源电压Vds可降低。这样，通过降低启动输出电压Vo，能够减少关闭状态中的损耗POFF。因此，能够减少由切换设备21引起的损耗，并且通过降低功率因数改进器4的输出电压VO，能够增加功率因数改进器4的效率。
显而易见：通过包括图3中示出的增压换流器的降压电路14的供电设备5的排列，切换设备41与续流二极管43引起降压电路14中显著的损耗。
由切换设备41与续流二极管43引起的损耗被分类作为由于工作循环引起的损耗与由于切换操作引起的损耗。
假定切换设备41包括FET。
由于切换设备41的FET中工作循环的损耗主要归因于由于其接通状态的电阻RON引起的损耗Pq与由于经过续流二极管43的正向电压Vf引起的损耗Pd。
这些损耗由切换设备41的打开周期TON、切换设备41的关闭周期TOFF与其输出电流I表示，根据下列方程式(3)、(4)：
Pq＝RON×2I×{TON/(TON+TOFF)}···(3)
Pd＝Vf×I×{TOFF/(TON+TOFF)}···(4)
如果工作循环为50％，电阻RON为0.5欧姆，并且上述方程式(3)，(4)中的正向电压Vf为3伏，则在全部损耗中由续流二极管43引起的损耗的比率更大。
为了减少损耗Pd，打开周期TON可增加，并且关闭周期TOFF可减少，即输入到降压电路14的启动输出电压Vo可降低。
由于切换操作引起的损耗将描述如下。
由于切换操作引起的损耗Pt归因于切换设备41的打开状态中的损耗PtON与切换设备41的关闭状态中的损耗PtOFF。
这些损耗由切换设备41的漏到源电压Vds、切换设备41的打开周期TON、切换设备41的关闭周期TOFF与其振荡频率F表示，根据下列方程式(5)、(6)：
PtON＝(I×Vds×TON×F)/6···(5)
PtOFF＝(I×Vds×TOFF×F)/6···(6)
由于在方程式(5)、(6)中输出电流I、打开周期TON与关闭周期TOFF是恒定的，因此每个损耗依靠切换设备41的漏到源电压Vds。
为了减少由于切换操作引起的损耗PtON与POFF的总和，可降低切换设备41的漏到源电压Vds。也就是说，通过降低输入到降压电路14的启动输出电压Vo，能够减少损耗。
因此，因为通过降低输入到降压电路14的启动输出电压Vo，能够减少由切换设备41与续流二极管43引起的损耗，所以增加了供电设备5的效率。
控制设备7的主要操作顺序将参照图8与图9连同图5到图7描述如下。
当电源设备接收从商业AC电源系统1得到的AC电压E时，全波整流器电路2将AC电压E转换成最大的整流电压Eo。
整流电压检测电路3在步骤S1中检测应用于此的整流电压Eo的测量值。控制设备7在步骤S2中判断测量值是否大于等于预定的最小整流电压值E1，例如90V。如果确定测量的值小于最小整流电压值E1，即不在预定的范围中(在步骤S2中是“否”)，则控制设备7在步骤S3中为用户执行用于指示电源输入故障的处理，并且停止它的功能。
如果确定测量的值大于等于最小整流电压值E1，即在预定的范围中(在步骤S2中是“是”)，则控制设备7在步骤S11中控制升压改变电路12以输出最大驱动电压值VOmax。
然后，控制设备7在步骤S12中接收供电信号S，用于从电源设备的外部给放电灯6供电。控制设备7在步骤S13中驱动供电设备5以输出来自功率因数改进器4的升压改变电路12的最大驱动电压值VOmax。控制设备7控制供电设备5以将作为放电电压的供电输出电压VL输出到放电灯6，这样在步骤S14中打开放电灯6。然后，控制设备7在步骤S15中启动延迟电路17的定时器。
控制设备7在步骤S16中确认延迟电路17的定时器是否超时。如果延迟电路17的定时器超时，则控制设备7在步骤S17中判断整流电压Eo是否为从电压值E1到电压值E2的值。
如果整流电压Eo为电压值E1、电压值E2或其间的值(步骤S17中为“是”)，则控制设备7的检测的输入电压信号产生功能块16在步骤S18中将检测的输入电压信号P1与P2之一分配到升压改变电路12，将目前为止已输出的最大驱动电压值VOmax切换到最小电压值VOmin。结果，供电设备5的降压电路14以预定的比率降低电压，并且在步骤S19中，供电设备5将匹配最小电压值VOmin的放电电压VL输出到放电灯6，保持放电灯6中的放电连续地给放电灯6供电。
如果整流电压Eo超过电压值E2(在步骤S17中是“否”)，则控制设备7在步骤S21中确认整流电压Eo是否小于或等于电压值E3。如果确认整流电压Eo小于或等于电压值E3，则控制设备7在步骤S22中确认升压改变电路12以将启动输出电压Vo从功率因数改进器4输出到供电设备5，该启动输出电压Vo和最小驱动输出电压值VOmin与最大驱动输出电压值VOmax之间的整流电压Eo成比例。然后，供电设备5将供电放电电压VL输出到放电灯6以保持在步骤S23中供电的放电灯6，该供电放电电压VL通过来自具有降压电路14的功率因数改进器4的降低启动输出电压Vo产生。
如果在步骤21中确认整流电压Eo超过电压值E3，则控制设备7在步骤S24中确认整流电压Eo是否小于或等于电压值E4。如果确认整流电压Eo小于或等于电压值E4，则在步骤S25控制设备7不改变它对各种电路的控制，但连续地输出具有最大驱动电压值VOmax的启动输出电压Vo。
如果在步骤24中确认整流电压Eo超过电压值E4，则控制设备7在步骤S26中控制功率因数改进器4与供电设备5以将作为供电放电电压VL从全波整流器电路2提供的整流电压Eo输出到放电灯6以保持放电灯6通电，而没有执行增压电路11与降压电路14的功能。
由控制设备7执行的处理将描述如下，该处理通过检测从供电设备5输出的放电电压VL和产生检测的切换电压信号V来控制升压改变电路12。
放电灯6本身的内部阻抗由于其单独的特性变化而改变并且经过长时间而老化，并且从供电设备5应用的供电输出电压VL不恒定，但倾向于从最小供电输出电压值VLmin到最大供电输出电压值VLmax改变。如上所述，来自功率因数改进器4的启动输出电压Vo的最小电压值VOmin大于维持的电输出电压VL是必需的，并且降压比率需要降压电路14的降压换流器以进行操作。
如果放电灯6需要供电输出电压VL，当供电设备5由最小电压值VOmin驱动时，供电输出电压VL高于从供电设备5输出的供电输出电压VLO，则降压电路14的降压换流器本身不能保持并停止操作。
为了解决上述问题，当供电输出电压VLO由检测包括在供电设备5中的降压电路14的输出电压的供电电压检测电路15检测时，控制设备7的检测的切换产生功能块18接收供电输出电压VLO，并且输出检测的输出电压信号V。当升压改变电路12被提供来自检测的切换产生功能块18的检测的输出电压信号V时，升压改变电路12将功率因数改进器4的输出固定到启动输出电压VOmax。结果，即使在放电灯6需要高于供电输出电压VLO的供电输出电压VL的情况下，也防止了放电灯6被关闭。
在上述描述中，控制升压改变电路的输入与输出电压特别地被示出的图表与符号限定。然而，当放电灯中用于保持放电的电压连续输出时，控制设备可以是任何排列，并且不应该限定于上述描述范围内的细节，由于该控制设备能够基于电源设备的输入与输出电压控制升压改变电路，以在降压电路的合适的操作范围内设定启动输出电压。
在上述描述中，已参照示出的功能框图与操作顺序。然而，包括分离与结合功能或围绕操作顺序的特定步骤的切换的各种改变与修改能够自由进行，只要执行上述功能。因此，上述描述不限定本发明。而且，本发明的原理还可应用于放电灯供电电源设备的一般范围。
如上所述，根据本发明，提供了一种放电灯供电电源设备，其在世界各地的广泛使用的商业电源电压内相对于低商业电源电压可操控地减少电源损耗，并且该放电灯供电电源设备能够稳定地执行其功能而不会引起由于功率电压增加导致的升压电路的功能性故障与由于放电灯的性能老化导致的降压电路的功能性故障。
此放电灯供电电源设备由本发明提供的原因在于：在电源设备引起大损耗的条件下，即在AC电压E与供电输出电压VL为低的条件下，降低驱动输出电压Vo以提高效率，并且在电源设备引起小损耗的条件下，即在AC电压E与供电输出电压VL为高的条件下，驱动输出电压Vo没有改变，但电源设备在正常的模式中操作。
特别地，提供功率因数改进电路的功率因数改进器具有用于改变启动输出电压的升压改变电路，并且在由供电设备激励的放电灯的供电稳定以后，即减少升压比率以减少由功率因数改进电路引起的损耗并同时减少由供电设备引起的损耗以后，从升压改变电路输出到供电设备的供电输出电压降低。当商业AC电压为低的时候供电输出电压由于放电灯的老化升高到预定值时，启动输出电压的最大值应用于供电设备以避免降压电路的功能性故障。
因此，即使应用诸如100伏的低的商业AC电压，在放电灯的供电稳定以后，也改善了功率因数改进电路与供电设备的整个损耗用于更高的效率。能够在尺寸与损耗方面减少电源设备，并且即使当放电灯老化时，也能够保持放电灯通电。
鉴于本发明的优选实施例已使用特定的形式描述，此描述仅用于说明性目的，并且应当明白：可进行改变与变化而不脱离随附的权利要求的精髓与范围。

Claims (8)

1.一种放电灯供电电源设备，包括：
全波整流器电路，用于将从商业AC电源系统得到的AC电压整流为全波整流波形；
升压电路，用于升高全波整流波形的电压；
升压改变电路，用于改变来自所述升压电路的升高的电压输出；
降压电路，用于降低来自所述升压改变电路的输出电压，并且输出启动输出电压与供电输出电压，启动输出电压用于启动放电灯以打开放电灯，供电输出电压用于保持放电灯通电；以及
控制设备，当所述降压电路输出供电输出电压时，该控制设备基于所述全波整流波形的电压，用于控制预定范围内所述升压改变电路的升高的电压。
2.如权利要求1所述的放电灯供电电源设备，还包括：
用于检测所述降压电路的输出电压的供电电压检测电路；
其中如果所述降压电路的输出电压被所述供电电压检测电路检测已达到供电输出电压，同时所述升压改变电路中升高的电压被设定为所述预定范围的最小值，则控制设备将所述电压改变电路中升高的电压设定为所述预定范围的最大值。
3.如权利要求1所述的放电灯供电电源设备，其中当所述降压电路输出启动输出电压时，所述控制设备在所述启动输出电压的电压值的预定范围内控制所述升压改变电路中升高的电压。
4.如权利要求1所述的放电灯供电电源设备，其中所述全波整流器电路输出整流电压值Eo作为从商业AC电源系统得到的AC电压所产生的全波整流波形的最大值；
所述升压电路与所述升压改变电路共同地提供功率因数改进器，用于接收全波整流波形的整流电压值Eo，升高整流电压值Eo的电压值以改善其功率因数，并且输出升高的电压值作为启动输出电压Vo；
所述降压电路提供供电设备用于降低所述功率因数改进器的输出电压，并且输出启动输出电压Vo与供电输出电压VL，启动输出电压Vo用于启动放电灯以打开放电灯，供电输出电压VL用于保持放电灯通电；
其中所述放电灯供电电源设备还包括检测电路，用于分别检测作为输入电压的所述整流电压Eo、所述启动输出电压Vo与所述供电输出电压VL；以及
其中所述控制设备改变响应来自所述检测电路的检测的电压从所述功率因数改进器输出的所述启动输出电压Vo，所述控制设备在所述放电灯已开始稳定操作以后，基于所述整流电压Eo改变从最小值VOmin到最大值VOmax的范围内的所述升压改变电路输出的所述启动输出电压Vo，并且当所述供电设备的输出电压达到所述供电输出电压VL同时所述启动输出电压Vo被设定为所述范围的所述最小值VOmin时，所述控制设备控制所述升压改变电路以将所述启动输出电压Vo设定为所述范围的所述最大值VOmax。
5.如权利要求4所述的放电灯供电电源设备，其中用于所述启动输出电压Vo的所述范围可基于所述整流电压Eo从所述最小值VOmin延伸到所述最大值VOmax，并且可划分成随着所述整流电压Eo增加而连续排列的第一间隔、第二间隔与第三间隔，并且所述控制设备控制所述升压改变电路，从而保持所述启动输出电压Vo在所述最小值VOmin处恒定而不管所述第一间隔中所述整流电压Eo的增加，使得所述启动输出电压Vo能够与所述第二间隔中所述整流电压Eo成比例增加，并且保持所述启动输出电压Vo在所述最大值VOmax处恒定而不管所述第三间隔中所述整流电压Eo的增加。
6.如权利要求4所述的放电灯供电电源设备，其中所述控制设备具有延迟电路，并且所述控制设备控制所述升压改变电路以增加所述启动输出电压Vo达到所述最大值VOmax，并当从放电灯供电电源设备的外部收到驱动信号S时，所述驱动信号S驱动所述延迟电路，并且当所述延迟电路确认经过预定周期的时间时，所述控制设备控制所述升压改变电路以将所述启动输出电压Vo减少到基于所述整流电压Eo设定的所述范围内的电压值。
7.如权利要求6所述的放电灯供电电源设备，其中所述启动输出电压Vo的所述范围可基于整流电压Eo从所述最小值VOmin延伸到所述最大值VOmax，并且可划分成随着所述整流电压Eo增加而连续排列的第一间隔、第二间隔与第三间隔，并且所述控制设备控制所述升压改变电路，从而保持所述启动输出电压Vo在所述最小值VOmin处恒定而不管所述第一间隔中所述整流电压Eo的增加，使得所述启动输出电压Vo能够与所述第二间隔中所述整流电压Eo成比例增加，并且保持所述启动输出电压Vo在所述最大值VOmax处恒定而不管所述第三间隔中所述整流电压Eo的增加。
8.如权利要求7所述的放电灯供电电源设备，其中所述升压电路包括具有足够升压比率的升压换流器，以在使所述第一间隔中所述整流电压Eo的最大值小于所述启动输出电压Vo的最小值VOmin这样的条件下，得到高的功率因数，并且所述降压电路包括具有降压比率的降压换流器，其需要在使所述供电输出电压VL小于所述启动输出电压Vo的最小值VOmin这样的条件下，操作降压换流器。
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