CN1582082A - 用迭代的电压脉冲运行的灯的电子镇流器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及介电阻碍的放电灯(L)的电子镇流器，所述的电子镇流器具有带有可短路绕组(W2)的电感(W1、W2、W3)。

Description

说明书 用迭代的电压脉冲运行的灯的电子镇流器
技术领域
本发明涉及用于灯的，特别是为介电阻碍放电设计的(所谓“静止的”)放电灯用的电子镇流器。
背景技术
这样的放电灯是公知的。它们必须用可以在放电灯上接上迭代高压脉冲的电子镇流器运行。本发明却是针对可以用迭代地产生的电压脉冲运行的其它的灯类型的镇流器，并且特别针对其中如同在介电阻碍放电那样电容特性主导的灯，或者那样地连接的灯。
此外还公知，在产生高压脉冲的镇流器中安装电感，并且通过不同的变压器结构，譬如所谓的流通互感器(Flusswandler)或者禁止互感器(Sperrwandler)，产生所要求的电压脉冲。在此，电感可以涉及具有供电回路的抽头和含灯的灯回路灯回路的抽头的简单扼流圈，也可以涉及所谓的节能变压器，或者本文优选地涉及隔离变压器。供电回路用电流冲击电感并且从而优选地可以通过一种本文称为第一开关的开关(在变压器的情况下是初级回路开关)切换。
发明内容
本发明基于进一步开发镇流器的一般结构的技术问题。
根据本发明为此提出一种可以通过可控制的第二开关低电阻地短路的第二绕组，用于产生镇流器的工作时相，在所述的工作时相第二绕组是低电阻地短路的。
此外本发明针对如权利要求18所述的方法以及如权利要求19所述的照明系统。
此外，本发明的优选实施形式在从属权利要求中说明。
也就是本发明以短路电感的绕组的可能性为特征。实际上，这样的短路当然具有不同于零欧姆的电阻，但是应当比较其余的阻抗是低欧姆的，以完成下面详细地说明的作用。低电阻地短路绕组把在该绕组上的感生电压阻挡或者说限制到非常小的值。从而得出，穿过该第二绕组的磁通大体上是时间恒定的，也就是相对其它的时间过程只是缓慢地在时间上变化。可以形象地说在根据本发明的镇流器中穿过第二绕组的磁通被“冻结”。此外，第二绕组还可以是第一绕组的一部分，或者反之，也就是有别于第一绕组的抽头。然而也可以是第二绕组本身。
从而为镇流器的开发者和企业得出新的自由度，可以根据本发明用不同的方式利用这种自由度。
例如可以利用所述的工作时相通过外部信号触发镇流器运行。这个方面在一个并列的申请中详细地说明。在此触发信号可以大致用作所谓的运行时相的接通点。本发明的个方面在本发明人同时呈交的并列申请中详细地说明。
另一方面有可能，通过冻结穿过第二绕组的磁通，在需要时进一步地阻止磁芯的磁性反应(至少在第二绕组的磁化电感方面)。从而在短路时决定性地保留所有在实际电感中存在的杂散电感。
特别是使的以下情况成为可能：首先是在为介电阻碍的放电设计的放电灯中，在起辉后通过所述的电压脉冲放电灯的大体上的容性充电，其中应当短路第二绕组。也就是，结果灯的电容性充电的放电只由杂散电感(从灯回路看去的方向在初级方)减速，并且通过电感自身的变压器进行灯回路和初级回路(在此初级回路概念不必以真正的变压器为前提)之间的变压，也就是在通过由电感起作用的电压和电流变换但没有磁化电感的等效电路的意义上进行。由此使之可能把通过电感的磁芯的磁化通量保持得很小，从而可以把磁芯从而也把电感设计成小的部件。
在本发明中，特别地使用变压器，优选地使用分离变压器(其中“第二绕组可以实施为其两个绕组之一的一部分，或者也可以分开地实施)。如果作为电压-时间-积分或者为变压器磁芯中的磁化通量达到小的值，因为灯足够快地放电并且从而不为本来的起辉特别是在介电阻碍的放电在变压器上施加不必要的其它电压，从而可以在根据本发明的镇流器中安装特别小的变压器。这除了成本优势首先还有装置的大小和重量方面的优势，这主要是通过变压器决定的。
“消除”变压器的磁化电感(或者一般地说根据本发明的电感，其中下文中没有限制时不再在此之间加以区别)使之可能在电路技术上减少放电过程中变压器的有效电感，并且从而相应缩短有效时间常数或者提高灯回路的有效特征频率。
特别是在本发明中优选流通互感器的设计，其中在电感中，也就是在第一绕组中，馈入电流，所述电流同时在灯回路中建立感生电压(在“第三”绕组中，所述的第三绕组不必须是真正的第三个绕组，而是还可以只通过其抽头与第一或第二绕组相区别)。这样的流通互感器首先在中等或者较大的灯功率时，在电容性特性中常规地与向第一绕组施加电流电路中的显著开关损耗相关联。然而根据本发明在闭合短路开关时流过第一绕组的电流由第二绕组“吸取”，从而可以在初级回路中在“第一”开关上不建立什么电感电压。也就是根据本发明的设计可以在初级回路中有在很大程度上无损耗切换。
第一开关优选地，然而并非必须地，大致在过零点时接通灯电压，并且同样优选地，在过转折点后，也就是在通过第一开关的电流的正负符号变换后，在其后续的过零点时重新开路。短路开关也是优选地大致在最大的灯电压也是在灯电压过转折点后，也就是在正负符号变换后，接通，并且同样优选地大致在流过第二绕组的电流过零点时重新使短路开关断开。具体地可参阅实施例。
根据本发明的快速拆除灯的电容充电可以优选地引起一种内部的逆起辉，导致灯的内部相反极化，从而在其方面可以引起新的起辉电压。对此可以参阅本发明人的较早的申请EP99 953 611。这种逆起辉(Rueckzuedung)可以接在“正起辉(Hinzuedung)”之后，也就是接在通过本来的流通互感器脉冲引进的起辉电压之后，因为次级回路相应地快速摆回。然而也可以第二绕组有些时间延迟地短路。在此有可能首先接在“正起辉”之后进行第一逆起辉，所述第一逆起辉是通过流走放电灯上的外部电荷并且从而使内部的相反极化起作用所引起。如果然后产生第二绕组的短路，就突然明显地提高了次级回路的特征频率，从而这可以产生(另一个)引起(另一个)逆起辉的强烈的振荡过程。随着短路第二绕组还可以触发逆起辉。在此变例中变压器还可以在这种“触发了的”逆起辉有效和快速地退磁，从而达到本发明的目的。
然而总体上优选在正起辉以后不让有过多的其它起辉(要分配给同一个流通互感器的)，因为在起辉以后，或者在本例中在逆起辉以后，至下一个起辉过程前使之有一定的“死时间”对于介电阻碍的放电灯中光产生的效率是有利的。因此优选地在“触发了的”逆起辉以后再开路短路开关，以防止其它的起辉。
最后还可能，短路开关闭合与上一次所述起辉之间、也就是与正起辉及后续的自发逆起辉之间的时间间隔大得，可以把它作为脉冲工作方式介电阻碍放电灯意义上的死时间。
所述短路开关可以通过一个对寄生的晶体三极管二极管(MOSFET的管体二极管)极性相反的二极管连接在第二绕组上，就是说，与之并联连接。该二极管防止管体二极管对第二绕组的不利影响。然而还可以采用一种二极管桥，所述的二极管桥使之可能在两个极性的时相中都使用短路开关。此外还有可能，取代二极管桥通过一个在其两个连接端经基准电位短路的开关把第二绕组接地。然而该实施形式要求两个短路开关而不是一个短路开关。另一方面，与前述带有一个二极管桥的实施形式相反，这种短路开关可以通过在时间上恒定并且确定的基准电位控制。在二极管桥的情况下，控制电极(例如栅极)的基准电位视短路开关的极性起伏，也就是视短路开关在源极或漏极上或者发射极或集电极上是正还是负而起伏。
可以是独立的绕组也可以只是电感、特别是变压器上的另一个抽头的第二绕组优选地被设计成，在短路开关上最大出现500-800V的最高截止电压。一方面第二绕组不应当在在短路开关上产生过低的电压，因为反之会在相关的短路回路中产生相对大的感生电流。较大的感生电流与不利的欧姆损耗相关联。另一方面希望不要让短路开关上的电压过大，以不必使用过于昂贵的晶体三极管。所述的500V-800V之间的范围得到较有利的折衷。
前文已经说明了，本发明使之在电感或者变压器能够有很小的磁芯最大磁化磁埸，并且特别允许使用小的电感和变压器。在此优选地不饱和地运行磁芯。特别优选地磁芯的最大磁化磁埸尽可能地保持在100mT以下，以充分地利用由此引起的电感下降，然而这产生了对采用的电感的各个参数的依从性，还有对运行条件特别是温度的依从性，这在本发明的范围内是不希望的。取而代之根据本发明的镇流器应当尽可能地通过配置采用的开关设计，并且此外尽可能地针对不同的应用情况通用地设计。
优选地是双极的镇流器，也就是为灯回路中交替极性的脉冲设计。由此避免因为在各个工作周期中不完全退磁在电感或者其磁芯中的剩磁随着时间积累，并且用双极运行的“稳定状态”达到平均的零磁化。
在上述的开关控制的范围内为了适应各个应用情况特别考虑短路开关的微控制器控制和在一定情况下的初级回路开关的微控制器控制。在设计一定的灯类型的这样的镇流器时，在最有利的情况下可以只匹配微控制器的软件，并且此外对不同的灯类型采用“硬件技术上”相同的电路。
最后本发明显示出其刚好与介电阻碍的放电灯相关联的优势，并且还针对由这样的灯构成的照明系统以及根据以上说明的镇流器。已经说明了的杂散电感(从灯回路的层面)应当在这样的照明系统中优选地设计得，从杂散电感和采用的灯的电容得出至少0.4微秒，优选地至少1微秒，并且最高10微秒，优选地最高5微秒的周期时长。
附图说明
下面说明本发明的一个优选实施例，其中在此表述的特征也可以在其它的组合中对本发明是重要的，此外既可以涉及根据本发明的镇流器和照明系统，也就是涉及装置类型，也可以涉及本发明的方法类型。
图1是原理电路图，示出根据本发明的电子镇流器和照明系统。
图2示出图1的电路的控制信号的示意性时程图。
图3示出图1的电路的不同的电计量的时程图，作为关于图2的测量启示录。
图4a示出图3的一个段落，用于说明一个发明方面。
图4b示出图3的另一个段落，用于说明一个发明方面。
图5示出与图1不同的第二实施例。
图6示出与图1不同的第三实施例。
图7示出与图1不同的第四实施例。
具体实施方式
图1中用1表示带有输出端S1、S2和Sk的电子控制器。具体地控制器1是微控制器。分离变压器具有三个绕组W1、W2和W3，在以上说明的意义上它们是第一、第二和第三绕组。因此第三绕组接在灯回路中，也就是与介电阻碍的放电灯L连接。第一绕组W1在其两端各通过一个开关晶体管T1或T2接地，并且通过中间抽头M与供电电位U8连接。从而可以用极性上交替的方式向第一绕组W1施加电压，并且按照流通互感器的原理感应第三绕组的交替极性的感应脉冲。在此可以用对地的电位基准通过控制输入S1和S2控制两个开关晶体管T1和T2。
第二或短路绕组W2在其方面两端通过两个开关晶体管T3和T4分别与地连接。两个开关晶体管T3和T4由电子控制器1的同一控制输出端Sk控制。从而短路绕组W2在其两端依据通过Sk的控制短路或者开路。
从而带有图1中示意地示出的电路的电子镇流器通过分离变压器W1、W2、W3以公知的方式向放电灯L施加电压脉冲，并且按照同样地公知的脉冲工作方法引起照明。在此为了控制开关晶体管T1和T2得出如图2中示意性地示出的控制信号S1和S2的时程。图3中还示出开关晶体管T3和T4的控制信号Sk，也就是示出短路绕组的短路。这样的短路在第一绕组W1的电压脉冲按照流通互感器原理注入第三绕组并且注入灯回路以后进行。
图3借助于实际测量曲线示出主要的电气过程。
下方示出是流过短路开关T 3和T4的电流，在此用IT3标示出。该电流IT3直接在短路后显示出一个明显的脉冲，然后该脉冲消失。短路开关开路后出现的振荡不起作用。
此外可以看到加在放电灯L上的灯电压UL和上方流经放电灯L的电流IL。参照图3左区，首先可以看到一个突出的、陡然开始并且是正的灯电压振摆。在此涉及在开关晶体管T1接通过程后开始工作的流通互感器。所述流通互感器产生图示的、与起辉和相应的灯电流IL的振摆相关联的灯电压。还可以看到，随着灯电压UL的下降没有出现明显地在极性上相反的灯电流脉冲，这种电流脉冲如果出现会归结于放电灯上的外部充电部分地流出后的自发逆起辉从而在第一次起辉过程后由于内部极化的相应埸。这样的脉冲本来是完全可能的。
在另一个时程中灯回路过冲，从而出现负的灯电压UL。如果让这个振动过程继续下去，会有较大的电压时间积分并且从而在变压器中出现磁化。恰好介电阻碍的放电灯具有显著的电容负载成分，特别是涉及较大的灯的时候。除了放电容器的电容量和介电壁垒以外在此起作用的还有对环境的耦合。然而作为替代，随着在图2中看到的Sk脉冲，在变压器中产生短路，这种短路在电流IT3的脉冲中表现出来。同时电压UL迅速地下降，因为灯回路的特性频率急剧地上升了。这种重新的从放电灯L迅速流出电荷，如曲线IL所示，导致进一步起辉。此外，因此进行相应小的灯电压UL的时间积分并且从而在第三绕组W3上的电压更多。也就是通过短路开关可以相当地限制磁芯磁化。
图4a和4b示出图3中的灯电压的相应片段，其中在图4a中示出无短路地进行的灯电压的振摆过程积分，而图4示出在图3中实际出现的积分。可以看到，没有短路开关构成了大得多的电压时间积分。在下部通过使用短路开关相当地限制了这种积分的建立(估计约限制到1/5)，在此通过相反极性的短的峰值积分已经进行了磁芯磁化的消除。而其后接的面积分还对此添加了，在其末端求和只导致比图4a小得多的总数值。接在后面在图4a中符号反转了的积分还是导致磁芯磁化的消除。
这两个右边的平面积分相应于灯回路的剩余振摆，所述的剩余振摆由于其与以前的、在图4a中所示的振摆相比小得多的幅度不再带有重大的缺点了。经过了对于脉冲方法典型的死时间以后重复相应的过程。事实已经表明，通过之触发第二起辉过程的、起辉(两者归根结底起源于同一个流通互感器脉冲)之间的时间间隔，也就是Sk信号的时间位置，是可以调节的。在本例中起辉实际上考虑成由死时间分开的两个功率耦合脉冲。然而本发明本可以还用起辉之间的许多小的时间间隔实施，这样的许多小的时间间隔就不看作死时间了。
比较图2和图3可以看出，第一开关大约在灯电压UL的剩余振摆的过零点时接通并且电流IT1+T2突变以后大致在过零点重新断开。在此例中短路开关在灯回路突变后在最大灯电压UL时闭合(就是说晶体管T3和T4)并且大致在过零点时重新开路。然而这些开关时间点却不是根本的。对于灯电流曲线还要说明，在图3中所示的测量由于测量技术的原因在电流方向上有些对水平轴线推移，这使得在类似结构的比较上得出相反的极性。实际上晶体管3和T4大致在电流IL的零点闭合。灯电流IL在“正起辉脉冲”后至该时间点实现相对弱的半振摆。
此实施例还可以代替此图1中所示的推挽变压器以单端变压器或者半桥的形式实现。此外还可以替代两个开关晶体管使用单个短路开关T5，所述的短路开关通过二极管桥D1-D4连接在短路绕组上。图5示意地示出带有二极管桥D1-D4的推挽变压器的例子，而图6示出带有二极管桥D1-D4的半桥的例子。在图中为了简化略去了控制路线。
图7中示出带有用于连接短路开关T5的单个退耦二极管D5的单端变压器的例子。该二极管D5与短路开关T5的寄生晶体三极管体二极管反接，从而可以避免意外的短路。此外通过所述的二极管桥还可以用负的电流部分适当地控制。由于转换决定的流经二极管D5的小电流其损耗保持得很小。
为限制初级方的开关T1和T2的峰值电流，可以基本上通过适当的腔室构造适当弱地实现第一绕组W1的磁耦合。这与短路绕组W2和灯抽头之间的磁耦合无关。
图5、6和7中的例子还示出，短路绕组W2可以是初级绕组W3的一部分。特别是可以调节在短路开关T5上出现的电压的大小，其中优选600-800V之间的范围。
在所述例子中变压器磁芯的最大磁化磁埸显著地在100mT以下，这是根据本发明优选的。
本发明的基本构思还可以用于其它的要运行灯特别是运行具有电容特性的灯的情况。根据本发明的短路时相可以有不同的优点，其中在细节上还可以注意不同于限制电感的磁化的其它方面。特别涉及在时间上控制运行，在实施例中在时间上控制接在短路后的起辉。
本发明的一个重要的优点在于，可以通过同步控制信号S1和S2和特别是Sk把电子镇流器个性化地匹配不同类型的放电灯L。这种匹配可以无硬件匹配地采用纯软件技术实施。

Claims (20)

1.用于灯(L)的电子镇流器，具有电感(W1、W2、W3)以在含灯(L)的灯回路中产生迭代的电压脉冲(UL)，
所述电感(W1、W2、W3)具有可以由电压源(UB)施加电流的第一绕组(W1)，
其特征在于，通过可控短路开关(T3、T4、T5)可低阻短路的第二绕组(W2)以产生镇流器的运行时相，其中该第二绕组(W2)被以低电阻方式短路。
2.如权利要求1所述的镇流器，所述的镇流器是为介电阻碍的放电设计的放电灯而设置的，并且其中，在通过电压脉冲(UL)进行的起辉以后使第二绕组(W2)短路，以对由电压脉冲(UL)引起的灯(L)的电容性充电进行放电。
3.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中所述电感(W1、W2、W3)是变压器，优选地是分离变压器。
4.如以上权利要求之一所述的镇流器，所述的镇流器为了产生电压脉冲(UL)被设计成流通互感器。
5.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，控制施加电压脉冲(UL)的第一开关(T1、T2)大致在灯电压(UL)的过零点时导通。
6.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，控制施加电压脉冲(UL)的第一开关(T1、T2)大致在电流的过零点时被断开。
7.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中短路开关(T3、T4、T5)大致在灯回路中的电压最大值闭合。
8.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，在由施加电压脉冲(UL)起辉以后在施加下一个电压脉冲(UL)之前通过电感(W1、W2、W3)在灯(L)中发生逆起辉。
9.如权利要求8所述的镇流器，其中所述短路开关(T3、T4、T5)在逆起辉后被断开。
10.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中短路开关(T5)通过二极管(D5)并联连接到第二绕组(W2)上，该二极管(D5)到短路开关(T5)的寄生晶体三极管体二极管相反极性地连接。
11.如权利要求1-9之一所述的镇流器，其中，短路开关(T5)通过二极管桥(D1-D4)并联连接在第二绕组(W2)上。
12.如权利要求1-9之一所述的镇流器，其中，所述第二绕组(W2)可以通过相应的开关(T3、T4)在其两个连接端通过基准电位短路。
13.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，如此设计第二绕组(W2)，使得在短路开关(T5)上出现500-800V范围的最大截止电压。
14.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，电感(W1、W2、W3)的磁芯的调制保持在100mT以下。
15.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，为了产生电压脉冲(UL)设计交替的极性。
16.如以上权利要求之一所述的镇流器，其中，所述短路开关(T3、T4、T5)由微控制器(1)控制。
17.如权利要求16所述的镇流器，其中，控制施加电压脉冲(UL)的第一开关(T1、T2)由所述微控制器(1)控制。
18.设计关于一定的灯类型(L)的如权利要求17所述的镇流器的方法，其中，只匹配微控制器(1)的软件。
19.用如权利要求1-17之一所述的镇流器制造的照明系统以及为介电阻碍放电而设计的放电灯(L)。
20.如权利要求19所述的照明系统，其中，由电感(W1、W2、W3)的杂散电感和放电灯(L)的灯电容得出0.4微秒至10微秒之间的周期时长。
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