CN1579118A - 电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于放电灯的启辉和操作的镇流器装置。该灯管被连接在一整流电桥中，该灯管与一电感串联并与一电容并联。该电感和该电容共同构成一个谐振电路。在启辉期间，该电桥在一个随时间改变的较高频率被整流。根据本发明，串联谐振电路的谐振频率接近于该较高频率的奇次谐波。

Description

电路装置
本发明涉及一种用于带有谐振启辉的放电灯的镇流器装置，包括一个线圈，该线圈位于桥式整流电路的对角支路上，并与该电灯管连接点相串联，还包括一电容，该电容与这些连接点相并联，该整流电路在该灯管的正常操作状态下向该灯管提供一个较低频率的方波形电源电压，该电源电压具有较小或较平缓的幅度，其中在该灯管中连续地发生电弧放电。
本发明特别涉及到，通过使所述线圈和电容电致谐振从而促使该放电灯启辉。这种启辉方式被称为谐振启辉，可以从诸如欧洲专利申请EP0408121中得知。谐振启辉的一个优点本质上在于可以分配一个单独的启辉电路。
在所述EP0408121中描述的镇流器装置中，整流电路在启辉状态下以时间可变的切换频率被整流，该切换频率在某一时刻经过所述线圈和电容的谐振频率，从而使一个很高的启辉电压通过该电容，使该放电灯启辉。
本发明的一个目的是进一步增加谐振启辉的可能性，并将其具体应用于UHP(超高压)灯管和HID(高强度放电)灯管，同时满足了元件进一步小型化的需求。
根据本发明的目的是通过用于上面定义的放电灯的镇流器装置来实现的，其特征在于该时间可变切换频率，和该线圈的自感应值和该电容的容量值是以下述方式彼此相互确定的，即在频率改变期间的某一时刻，所述时间可变频率的一奇数谐波频率至少达到所述线圈和所述电容的谐振频率。
本发明者在实践中发现，电源电路正常可接受的、将反馈回整流电路的电压电平，在切换频率处有可能产生用于UHP灯管启辉的适当启辉电压，在所述切换频率下，所述线圈和所述电容在该切换频率的奇数谐波频率下至少接近谐振，由于所需谐振频率目前可能是该切换频率的(奇)数倍，而不象现有技术那样这些频率彼此相等，因此所述线圈的较小自感和所述电容的较小容量已经足够。
在附图中：
图1以简化的方式表示出UHP灯管的一常规镇流器装置的框图，其中省略了对理解本发明不必要的细节，
图2表示作为图1中整流电路的切换频率的一个函数的灯管电压，
图3是在时间进程中该镇流器装置的各种操作状态的示意性表示，其中该电压幅度和切换频率由图中表示，
图4表示在启动/加热状态中作为该切换频率的一个函数的灯管电流，和
图5表示在启动状态中作为时间的一个函数的灯管电压。
根据图1的用于放电灯的镇流器装置，包括与交流电压电源1连接的一交流/直流转换电路2，该转换电路包括一电容C1作为输出电容。
被控制/切换的直流/直流转换电路3，也被称为“斩波器”，它与转换电路1连接，该斩波器包括一被切换的转换晶体管T0，二极管D1，线圈L1和输出电容C2。在控制电路4的控制下，该斩波器主要用于以已知方式在正常操作状态中稳定灯管电流，其中在灯管中连续地进行电弧放电，即灯管为“开”。
包括由控制电路6控制的转换晶体管T1-T4的整流电路5与斩波器3相连接。在桥式整流电路5的对角支路P1-P2中间存在一个线圈L2，该线圈L2与灯管L的电灯管连接点相串联，还存在一个灯管电容C3，该电容C3与这些连接点并联连接。
灯管L是诸如HID灯管或UHP灯管。在灯管L中总是发生电弧放电从而使灯管为“开”的正常操作状态中，控制电路6向转换晶体管T1-T4提供一个较低频率的切换电压，促使这些晶体管T1，T4和T2，T3以导电方式成对地交替接通，从而可以向灯管提供一个具有较小或较平缓幅度的方波形电源电压。
在所述正常操作状态之前的谐振启辉状态下，控制电路6向转换晶体管T1-T4提供一个相对高频的切换电压，该切换频率随时间而改变，从而电致地促使线圈L2和电容C3(至少接近)谐振，以便产生通过该灯管L的启辉电压。
本发明者已进行了实验，结果如图2所示，它指出了促使线圈L和电容C3谐振的一种新方式。
在所述实验中，灯管电压VL作为切换频率fb的一个函数在空载电路中被测量，在该切换频率处控制电路6对桥式整流电路5进行整流，该切换频率以下将称为电桥频率fb。
图2示出了灯管电压VL作为电桥频率fb的函数，在L2＝150mH且C3＝250pF的情况下，即，对于自然谐振频率f0＝1/2 PI的LC次方根大约是820kHz。在电桥频率fb中出现的由H3，H5，H7所指示的电压峰值处，L2-C3分别在电桥频率的三次，五次和七次谐波频率处开始谐振。已经发现，给定线圈L2的自感应值和电容C3的容量，若L2-C3在电桥频率fb的三次谐波处谐振，即，若电桥频率fb被选择为等于L2-C3的自然谐振频率的三分之一，则所出现的峰值H3，可以发出对灯管L足够高的启辉电压，并且依据灯管的不同类型，也许启辉电压甚至高于所需电压，当然随着UHP和HID灯管的进一步发展，这些灯管的启辉电压的所需值可能将减少，从而峰值H5和H7也可能达到同样效果。
这些结果引导出图3中示意性表示出的操作放电灯的方式。
在图3A中，空载电路的电压幅度V被垂直绘制，时间t被水平绘制，在图3B中，频率f被垂直绘制而时间t被水平绘制(附图并非按比例示出，它们只是作为示意性的表示)。
灯管为持续地“开”的正常操作状态从时刻t3开始，在该状态中较低频率的方波形电源电压具有诸如90Hz的频率，具有较小幅度的该电源电压被加到灯管。
所讨论的状态，即启辉状态，是从开始到t2，其中t1时刻是一个重要的中间时刻。在此状态下，整流电路5以时间可变的电桥频率fb操作，直到中间时刻t1，其中fb从例如210kHz变为160kHz，L2和C3所使用的值分别为250μH和330pF，可以导致大约554kHz的L2-C3的谐振频率fo，因此在时间上的任何瞬间，电桥频率fb都可达到一个值(约为554/3＝185KHz)，在该值处电桥频率fb的三次谐波频率等于谐振频率f，并且在电容C3中产生能够启辉该灯管的电压峰值(图2的H3)。在此连接中，应当注意一旦电桥频率的三次谐波频率达到谐振频率fo，但仍然距所述谐振频率有一定距离(例如1kHz或更多)，则在该灯管电容中可能已经产生了足够高的启辉电压。
有利的是，在谐振频率f0和电桥频率fb的比值为3∶1的情况下，线圈L2的自感应和电容C3的电容可以被限定为远低于在常规比值1∶1情况下的值，并且尽管如此，也可以在不是很高的电桥频率处产生谐振启辉。
图3A示出了跨在灯管两端的电压，该电压持续增加直到时刻t1，当电桥频率fb接近谐振频率f0的三分之一的时刻，或者说当fb的三次谐波接近fo的时刻，出现启辉电压。该时刻由电压电平检测电路7(图1)检测，该检测电路通过灯管连接点P3，P2切换，并在P3和P2之间电压的某一电平处开始动作，在该情况下，至少在所述值附近稳定该电压，并在开始动作之后，所述检测电路7向控制电路6提供一指示信号，从而使控制电路6维持压控振荡器VCO，振荡器VCO与所述控制电路连接或包含在其中，并由此得到所需频率的电桥频率fb，直到时刻t2，该所需频率至少接近谐振频率fo的三分之一。
为了便于说明，从t1到t2的时间长度可以是例如500ms，在此期间可靠地产生启辉，从开始到t1的时间长度并不重要，它可以是例如100ms。
上面关于三次谐波的描述，经过必要的修正后对五次和七次谐波也可适用，若峰值H5和H7(图2)可分别提供足够高的启辉电压，并且上述电压都只是为了便于说明而给出的，并不能被解释为限制性的含义，时间0-t1，t1-t2的值也都只是举例说明，如果需要的话可以通过实验来确定。
在谐振启辉的启辉状态(图3A的0-t2)和灯为“开”的正常操作状态之间，引入加热和/或启动(take-over)状态是很重要的，在加热和/或启动状态中，灯管电极通过辉光放电而加热。
在启辉之后，灯管基本建立起一个短路(电阻接近1欧姆)，若通过灯管的该空载电压是在三次谐波附近产生的且灯管变为一个短路，则与整流电路5连接的斩波器或控制级3提供一个较低的峰值电流，实际上该电流低于1安培。但是为了加热灯管的电极，需要较高的峰值，实际上例如约为2安培，并需要一个足够高的电压通过控制级3的输出电容C2。
图2中空载电路的灯管电压VL相对于电桥频率fb的曲线，是本发明者由实验得出的曲线，它表示出灯管电压总是在虚线指示的电平之上，在本实施例的情况中该电平是320伏，通过输出电容C2的电压约为160伏。
图4示出了进一步实验结果的曲线图，其中灯管电流I1相对于电桥频率fb而绘制。该曲线示出，为了得到所需电流电平必须减少电桥频率。
图5示出了在例如100kHz的电桥频率的一个周期内，通过灯管的电压V1，该电压作为时间的一个函数，所示振荡Os的频率等于L2-C3的谐振频率fo。因此，谐振电路L2-C3由100kHz的信号激励，在电容C3上产生振荡OS，该振荡OS的值是控制级3的输出电容C2的峰值电压值的两倍，结果，输出电容C2上的较低电压已经足够。
如图3B所示，时刻t1处频率约为f0/3(例如283kHz)的电桥频率fb在时刻t2一下子减少到例如128kHz，从而使此状态中提供给灯管的电流最优化，也可以考虑到，灯管的不对称布置可能导致过大的不对称电流。在时刻t2’，电桥频率可以被进一步直接减少到例如84kHz，从而允许较大的(对称)电流在时刻t3触发向正常操作状态的跃迁。t2-t3的持续时间可以是例如1秒。
应当注意在时间t2-t3期间对频率步级的数量和大小的选择可以对必要电流进行优化，上述的数据纯粹是举例说明，不应当被解释为是对频率步级的数量和大小的限制。
参见图3A，还应当注意直到t3所示出的都是空载电路的电压，即在灯管的非启辉状态下的电压；在击穿(breakdown)之后，电压变得很低。实际上，灯管可以在t1和t3之间再次熄灭。在此情况下，由于总是可以获得超过约300V(图3和图5)的最小电压，如上所述，因此灯管将再次打“开”。若通过已知方式确定在时刻t3后灯管不能保持发光，则每隔一定时间就重复上述的全部步骤(图3B)。
上述关于电桥频率fb在所述启辉和启动/加热状态中的变化的描述，可使本领域的技术人员以固定或可变的方式相应地设计出具有一VCO的控制电路6，该控制电路可以是例如微控制单元(微控制器)或微处理单元(微处理器)的形式，并能够向整流电路5提供适当的切换电压。本领域的技术人员应当能够选择一个具有指示信号的非常普通类型的电压检测电路7。
总之，根据本发明的措施提供了一种镇流器装置，其优点是该镇流器包括与灯管连接点相串联的一小型线圈，和与灯管连接点相并联的小型电容，该灯管在电桥频率的奇数谐波频率附近被可靠地启辉，并且电压和优化电流在启动/加热状态中足够高。

Claims (6)

1.一种用于谐振启辉的放电灯的镇流器装置，包括一个线圈，该线圈位于桥式整流电路的对角支路上，并与该电灯管连接点相串联，还包括一电容，该电容与这些连接点相并联，该整流电路在该灯管的正常操作状态下向该灯管提供一个较低频率的、具有较小幅度的方波形电源电压，其中在该灯管中连续地发生电弧放电，在正常操作状态之前的启辉状态下，该整流电路由切换电压以随时间而改变的切换频率在一个较高频率处被整流，其特征在于该时间可变的切换频率，该线圈的自感应值和该电容的容量值是以下述方式彼此相互确定的，即在频率改变期间的某一时刻，所述时间可变切换频率的一奇数谐波频率至少达到所述线圈和所述电容的谐振频率。
2.如权利要求1所述的镇流器装置，其特征在于所述奇数谐波频率是三次谐波。
3.如权利要求1或2所述的镇流器装置，其特征在于将一电压检测电路耦合到该灯管的电连接点，以便检测该启辉电压的预定值，然后提供一指示信号用于维持该切换频率的变化并使其进一步保持稳定。
4.如权利要求3所述的镇流器装置，其特征在于所述电压检测电路还可以将启辉电压稳定在至少接近所述预定值的一个值。
5.如权利要求2或3所述的镇流器装置，其特征在于在所述检测电路启动后，在预定的启辉时间间隔内，在较高频率处的整流是连续的。
6.如权利要求5所述的镇流器装置，其特征在于在所述启辉时间间隔之后并在正常操作阶段之前的起动/加热时间间隔内，在一个或多个时序步骤中开关频率被减小，以便在起动/加热阶段每次都使加到灯上的电流最优化。
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