CN1678159B

CN1678159B - 用于至少一个灯的镇流器

Info

Publication number: CN1678159B
Application number: CN200510062629XA
Authority: CN
Inventors: H·凯斯特勒
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: KR101145536B1; JP4843243B2; US20050218833A1; CN1678159A; ATE514316T1; KR20060045452A; EP1583403B1; JP2005294268A; TW200605734A; EP1583403A1; CA2502846A1; DE102004037382A1; US7129649B2

Abstract

本发明涉及一种用于至少一个灯(La)的镇流器，该镇流器具有：至少两个开关(S1，S2)，其中每两个开关串联；一个控制电路，用于交替地断开和闭合至少两个串联的开关；一个端子，用于将供电电压(U₀)施加到每两个串联的开关(S1，S2)上；一个谐振启辉电路，其中该谐振启辉电路在输入侧耦合到两个串联的开关(S1，S2)的连接点上并且在输出侧耦合到灯(La)的第一端子(10)上，其中该谐振启辉电路具有一个谐振电感(L1)和一个谐振电容(C1)，该谐振电感与两个开关(S1，S2)之间的连接点及灯(La)的第一端子(10)串联，而该谐振电容以交流电的方式和灯(La)的第一和第二端子(10，12)并联，其中设有第一抑制电感(LB1)，其以交流电的方式首先和灯(La)的两个端子(10，12)中的第一端子(10)串联，然后和谐振电容(C1)并联。

Description

用于至少一个灯的镇流器

技术领域

本发明涉及一种用于至少一个灯的镇流器、特别是一种按照权利要求1的前序部分的镇流器。

背景技术

为了更好地理解，本发明所基于的问题借助于高压放电灯的例子进行说明，就像例如在WO 02/30162 A2、WO 03/024161 A1或者在US2002/0041165A1中描述的那样。当然本发明也可以在其他类型的灯、特别是在其他具有谐振启辉的电路拓扑中使用。为了驱动高压放电灯，需要正弦形式的交流工作电压，该交流工作电压的工作频率根据灯喷嘴的几何形状在45kHz-55kHzN之间的范围内大多以100Hz的时钟节拍用锯齿波形进行扫描。该扫描操作通常防止声谐振的激发，因此有助于稳定等离子弧。上述工作频率范围的电子镇流器的输出级大多利用一个LC谐振电路来实现。为了降低元件数目并由此节约空间且节约成本地实现镇流器，除了阻抗特性及滤波特性之外，还可以这样设计LC输出电路，使得对于每次谐振激励能够产生典型地视灯而定位于3.5kV-5kV的灯启辉电压。谐振产生启辉电压的可能性表示关于该LC电路的设计参数及标注尺寸的特殊的边界条件，因为在此不仅所使用的电感而且所使用的电容都必须具有足够高的承载能量的能力，以便能够达到必要的启辉电压水平。因此在电感的情况下大多必须设置气隙。

目前，高压放电灯具有这样的特性：不是直接在启辉击穿之后设置具有额定灯阻抗的额定工作模式，而是还处于冷态的灯以气体放大击穿作出反应，并且通常直接在启辉击穿之后的短时间、一般0.5μs-100μs内完全导通，也就是说工作电压可小于5V。就被充电到启辉电压的谐振输出电路而言，这表示瞬间的短路，通过该瞬间的短路被充电到启辉电压的有效电容(包括灯线路)与此相应地快速并突然地放电。在这种情况下，短时间的短路电流根据有效电容及剩余的线路电感的大小可以上升至几百安培。

高压放电灯在启辉击穿后的这种不稳定的启动特性对于有关的元件、特别是对于谐振电路中的电容器、以及由于杂散电流而对于镇流器的其余电子元件来说是紧急状态，它经常可能导致故障并由此导致镇流器损坏。

在现有技术中还没有公开防止这种紧张状态的措施。

发明内容

因此，本发明的任务在于，这样改进普通的镇流器，使得该镇流器能够实现改善的、特别是更可靠的灯启动。在此情况下，尤其应减小元件所经受的重压，并由此实现这种镇流器有更长的使用寿命。

该任务通过具有权利要求1的特征的镇流器来实现。

本发明所基于的认识是：当一个抑制电感(Bremsinduktivitaet)与灯串联时，直接在启辉击穿之后电流可以保持低于一个可预定的、还可接受的阈值。

在本申请的意义上，“以交流电的方式”可理解为在交流等效电路图中得出的电路结构。例如如果谐振电容直接连接到地或者间接地例如通过电源和地耦合，或者是这两种变型方案的组合，那么该谐振电容以交流电的方式与灯的第一和第二端子并联。

一个优选的实施形式的特征是：谐振电感和第一抑制电感被绕在一个共同的芯上。这种方案所基于的认识是：必须将不是绕在谐振电感的芯上的独立的抑制电感设计成同样大，以便该抑制电感能够承载和谐振电感相同的能量。特别是，该抑制电感将因此同样具有一个带有气隙的芯。通过该优选的实施形式的这种措施可以因此节约一个芯。这导致成本以及结构尺寸的降低。

在此优选的是，谐振电感和抑制电感在芯上的绕线方向是同向的。

但是仅使用一个和谐振电感同向地绕在同一个芯上的抑制电感导致：在两个开关的连接点上的矩形电压信号的分量从谐振电感(其在额定工作期间同时是滤波电感)传输到第一抑制电感，由此在控制灯的电流的频谱中包含高次谐波。因此具有矩形分量的信号被施加到灯上，并且在灯灵敏的情况下导致本领域技术人员所知道的缺点、例如差的光亮值、熄灭的危险增大等。

这种问题可以通过设置第二抑制电感来解决，该抑制电感与谐振电容串联。优选地，第一和第二抑制电感同样大。

如果谐振电感、第一以及第二抑制电感尤其同向地绕在同一芯上，则在额定工作期间这两个抑制电感的作用相互补偿，并且谐振装置连同它的滤波效果在内与只有一个谐振电感线圈的装置一致。

与此相反，在启辉击穿之后，第一和第二抑制电感的作用并不完全抵消。也就是说，由于松耦合产生一个剩余的漏电感，它同样具有完全的承载电流及能量的能力，因此可以在启辉击穿之后通过灯来足够好地限制放电电流水平。

优选的是，通过第一和第二抑制电感的耦合产生的漏电感至少为10μH，优选地至少为40μH。

抑制电感本身的值优选地至少为60μH，更优选地至少为120μH。

完全一般地可以强调：第一抑制电感或者第一和第二抑制电感根据由此要驱动的灯的灵敏性在灯启辉击穿之后通过该灯将电流限制在最大50A、优选地限制在最大30A。

正如对于本领域技术人员来说显而易见的那样，用于灯的额定工作的LC谐振电路和LC谐振启辉电路被分开地构造或者用同一个LC电路来实现，对于本发明的实现来说是无关紧要的。

其他有利的实施形式由从属权利要求给出。

附图说明

以下将参考附图详细描述本发明的多个实施例。其中：

图1示出了按照本发明的具有一个抑制电感的镇流器的第一实施例。

图2示出了按照本发明的具有一个抑制电感的镇流器的第二实施例。

图3示出了按照本发明的具有两个抑制电感的镇流器的第三实施例。

图4示出了按照本发明的具有两个抑制电感的镇流器的第四实施例。

图5示出了按照本发明的具有两个抑制电感的镇流器的第五实施例。

具体实施方式

图1展示了按照本发明的镇流器的第一实施例。存在两个开关S1和S2，它们被交替地断开和闭合。本领域技术人员都已足够地了解相应的控制电路。这两个开关由供电电压U₀供电，该供电电压U₀此外还和两个耦合电容器Ck1和Ck2相连。灯La和一个具有谐振电感L1和谐振电容C1的谐振启辉电路相连。为了控制有效电容直接在启辉击穿之后的放电电流，设有一个抑制电感LB1，该抑制电感LB1和灯La串联，更具体地说被布置在灯La和谐振电感L1之间。为了最佳地控制放电电流，该抑制电感LB1必须具有与用于产生谐振电压的谐振电感L1相同的承载能量的能力。如图所示，抑制电感LB1与谐振电感L1同向地耦合。

图1示出了按照本发明的具有半桥装置的镇流器，而在图2中示出了具有全桥装置的实施例，其中用开关S3和S4替换了耦合电容器CK1和CK2。

在图3所展示的按照本发明的镇流器的实施例中，设有第二抑制电感LB2，它与谐振电容串联。它像谐振电感L1和第一抑制电感LB1那样尤其还是同向地绕在同一个芯上。

优选地，在第二抑制电感之下布置气隙，以便产生足够大的漏电感。

因此，有效的抑制电感是由第一抑制电感L_B1和第二抑制电感LB2的耦合所产生的漏电感L_Streu。L_Streu至少是10μH，优选地至少是40μH。如果所有有效电容组合成一个有效电容C并且U是这样一个有效电容上的电压，则产生如下的最大电流I_max：

I_{\max} = \sqrt{\frac{\frac{1}{2} {CU}^{2}}{\frac{1}{2} L_{Streu}}}

这样设计抑制电感，使得在启辉击穿后通过灯的电流被限制在最大50A，优选地被限制在最大30A。

图4展示了全桥装置形式的图3所示的按照本发明的镇流器，其中耦合电容器CK1和CK2再次由开关S3和S4代替。

在根据图1-4的实施例中，与灯串联的抑制电感LB1总是连接在谐振电感L1和灯La之间。也就是说，和灯串联的抑制电感LB1和灯La与谐振启辉电路耦合的那个端子连接在一起。该端子在启辉之前相对于地电位具有高电压。如果该灯La通过一个较长的电缆和镇流器相连，那么在灯La的所述端子和地电位之间形成一个寄生电容，该寄生电容可能具有几百皮法的值。在根据图1-4的实施例中，在灯La的气体放大击穿期间在该寄生电容中储存的能量可以不受限制地通过安全引线端子或接地端子放电。该放电可能导致镇流器的损伤或损坏。特别是还因为放电电流流接地线路，因此该镇流器的参考电位发生偏移。

根据图5的按照本发明的镇流器的实施例实现对寄生电容的高放电电流的弥补。该实施例基本上对应于图3的实施例。和图3的区别在于，现在灯La连接在抑制电感LB1和谐振电感L1之间。因此，抑制电感LB1和用12表示的灯端子相连。抑制电感LB1的这种替代的布置使寄生电容的放电电流流经抑制电感LB1，并由此还降低该放电电流的值。在根据图5的实施例中，寄生电容的放电电流也不会损伤或损坏镇流器。

上述关于绕线方向以及耦合的实施方案也适用于该抑制电感LB1。

与根据图3的实施例相比，在根据图5的实施例中示出了抑制电感LB1的一种替代的布置。相应地，图1、2和4的实施例也可以用该抑制电感LB1的这种替代的布置来实施。如果寄生电容到地电位具有大值，则这是有利的。如果期望灯La有对称的线路布置，则该抑制电感LB1也可以被拆分并布置在灯La的两侧。

Claims

1.用于至少一个灯(La)的镇流器，具有：

-至少两个开关(S1，S2)，其中每两个开关串联；

-一个控制电路，用于交替地断开和闭合至少两个串联的开关；

-一个端子，用于将供电电压(U₀)施加到每两个串联的开关(S1，S2)上；

-一个谐振启辉电路，其中所述谐振启辉电路在输入侧耦合到两个串联的开关(S1，S2)的连接点上，并且在输出侧耦合到所述灯(La)的第一端子(10)上，其中所述谐振启辉电路具有一个谐振电感(L1)和一个谐振电容(C1)，所述谐振电感与所述两个开关(S1，S2)之间的连接点和所述灯(La)的第一端子(10)串联，所述谐振电容以交流电的方式和所述灯(La)的第一和第二端子(10，12)并联，

设有第一抑制电感(LB1)，其以交流电的方式首先和所述灯(La)串联，然后和所述谐振电容(C1)并联，

其特征在于，

所述谐振电感(L1)和所述第一抑制电感(LB1)被绕在一个共同的芯上。

2.如权利要求1所述的镇流器，

其特征在于，

所述芯是所述谐振电感(L1)的一部分。

3.如权利要求1到2之一所述的镇流器，

其特征在于，

所述谐振电感(L1)和所述第一抑制电感(LB1)在所述芯上的绕线方向是同向的。

4.如权利要求1到2之一所述的镇流器，

其特征在于，

存在和所述谐振电容(C1)串联的第二抑制电感(LB2)。

5.如权利要求4所述的镇流器，

其特征在于，

所述第一和第二抑制电感(LB1，LB2)同样大。

6.如权利要求4所述的镇流器，

其特征在于，

所述谐振电感(L1)、所述第一抑制电感和第二抑制电感(LB1，LB2)被绕在同一芯上。

7.如权利要求4所述的镇流器，

其特征在于，

所述谐振电感(L1)、所述第一抑制电感和第二抑制电感(LB1，LB2)的绕线方向是同向的。

8.如权利要求4所述的镇流器，

其特征在于，

所述第一抑制电感与第二抑制电感(LB1，LB2)的耦合产生漏电感(L_Streu)，所述漏电感至少为10μH。

9.如权利要求8所述的镇流器，

其特征在于，

所述漏电感至少为40μH。

10.如权利要求4所述的镇流器，

其特征在于，

每一个抑制电感(LB1，LB2)至少为60μH。

11.如权利要求10所述的镇流器，

其特征在于，

每一个抑制电感(LB1，LB2)至少为120μH。

12.如权利要求4所述的镇流器，

其特征在于，

所述第一抑制电感(LB1)或所述第一和第二抑制电感(LB1，LB2)被设计用于在所述灯(La)启辉击穿之后将通过所述灯(La)的电流(I_max)限制在最大50A。

13.如权利要求12所述的镇流器，

其特征在于，

所述第一抑制电感(LB1)或所述第一和第二抑制电感(LB1，LB2)被设计用于在所述灯(La)启辉击穿之后将通过所述灯(La)的电流(I_max)限制在最大30A。

14.如权利要求1到2之一所述的镇流器，

其特征在于，

所述第一抑制电感(LB1)连接在所述灯(La)与所述谐振电感(L1)之间。

15.如权利要求1到2之一所述的镇流器，

其特征在于，

所述灯(La)连接在所述第一抑制电感(LB1)和谐振电感(L1)之间。