CN1703135B - 带连续运行调节电路的放电灯的镇流器及该灯的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于放电灯的新镇流器，其中当预热时间元件的一个规定预热时间的物理过程还不能充分倒转时，当灯应该再次新起动时，那时使连续运行调节电路不起作用。

Description

带连续运行调节电路的放电灯的镇流器及该灯的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种用于放电灯的镇流器，而且更确切说，具有可预热电极这样的放电灯。

背景技术

这样的镇流器已经公知。它们经常具有半桥逆变器电路。然而本发明还涉及另外的镇流器。基本上，逆变器电路从整流的交流电压源或者从直流电压源产生用于灯的供电功率，其具有比电网频率高的频率。在许多场合，在此提供用于调节灯连续运行中的灯电流或者灯功率的调节电路，它在下面称为连续运行调节电路。该连续运行调节电路影响逆变器用以供电给灯的运行频率，此外调节灯电流或者灯功率。这通过使运行频率接近或者远离包含灯的灯共振电路的共振频率实现。

在灯能够运行前，它必须通过一个相对高的电压点燃。为此在许多场合还使用灯共振电路的一个共振激励。在具有可预热电极的放电灯中在施加实际点燃电压之前首先把电极预热规定的时间。在此该预热时间通过一个预热时间元件规定，其内在一般的意义上运行一个定义了一个时延的物理过程，并在预热时间结束后必须倒转，以便在后来重新接入时灯能够再次重新运行。预热时间元件在此具有开关的作用。实现这样一种预热时间元件和物理过程的细节对本发明的原理并不重要，因此选择现有一般的阐述。

在这种场合灯的点燃在所述物理过程结束后不依赖于连续运行调节电路进行。为此必须以某种方式达到点燃电压，比如通过灯共振电路中的共振激励。此时会干扰连续运行调节电路的作用。

发明内容

本发明以所述技术问题为基础，给出用于带可预热电极的放电灯的具有连续运行调节电路的一种改进的镇流器和改进的运行方法。

本发明涉及用于至少一个具有可预热电极的放电灯的电子镇流器，所述镇流器具有一个连续运行调节电路，用于通过灯的运行频率调节灯连续运行中的灯电流或者灯功率，一个用于为电极确定预热时间的预热时间元件，其为下述目的设计，即通过一个以一个时延运行的物理过程确定预热时间，和其后允许以一个时延倒转该过程。其中，镇流器为下述目的设计，即当预热时间元件的物理过程结束时灯不依赖于连续运行调节电路而点燃，其特征在于，此外镇流器还为下述目的设计，即当预热时间元件由于其物理过程的一个尚未结束的倒转而不能在灯的运行中断后确定任何完整的新预热过程时，使连续运行调节电路不为灯连续运行起作用，使得灯在那时可以独立于连续运行调节电路而点燃。

此外本发明还针对一种相应的运行方法。其中：使用其内一个物理过程以一个时延运行的预热时间元件来规定预热时间，然后以一个时延允许倒转该物理过程；在预热时间期间预热电极；当预热时间元件的物理过程结束时点燃灯；在灯连续运行时，使用一个连续运行调节电路通过运行频率来调节灯电流或灯功率；在该方法中，当预热时间元件由于其物理过程的一个尚未结束的倒转而在灯运行中断后不能定义任何新的预热过程时，使用于连续运行的连续运行调节电路不起作用，和那时使灯独立于连续运行调节电路而点燃。

本发明人作为本发明的出发点确定，从预热时间元件的时延可能产生问题。在所有情况下决定预热时间的物理过程还以一个确定的时延再次倒转。

这点例如对于这里在预热期间通过欧姆损耗热加热的PTC电阻作为预热时间元件的优选场合适用，在此事上PTC电阻在此其电阻值由于增高的温度升高。一个重要的和在这里优选的机制是此时随增长的PTC电阻值而对灯共振电路下降的阻尼和由于其内的共振激励引起的点燃。现在当PTC电阻被加热时，于是它在其后只能慢慢再次冷却。此外甚至应该考虑在灯连续运行期间对PTC电阻持续加热，因为持续的小电流流过它。亦即冷却过程仅在灯关断后开始。在为电子镇流器使用的PTC电阻的场合通常需要数十秒到几分钟，因此比电极通常的冷却显著慢约几百毫秒。亦即如果放电灯在相对短的时间后再次接通，则PTC电阻没有再次足够冷却，或者一般表述为，预热时间元件的物理过程未充分倒转。在这种场合可能导致功能故障，这样由于预热时间的虚假的结束，连续运行调节电路开始作用起或者保持起作用。这通常干扰或者阻止灯的新的点燃。

上面的说明按照意义还适用于下述情况，即预热时间元件的物理过程在灯连续运行期间已经倒转，亦即在长时运行后倒转。那时仍然可能有这种情况，即灯仅短时接通，但是立即再次关断和在其后相对快地再次接通。例如这在新安装一个灯、发光体或者发光设备时出现，此时应该“重复检验”功能性。操作人员在这种场合通常不了解新起动失败的背景，而认为灯或者发光体损坏。

因此本发明建议，对于在预热时间元件中的物理过程尚未充分倒转的场合，使连续运行调节电路不起作用，以便使重新点燃能够不依赖于连续运行调节电路进行。

优选这点通过下述方式实现，灯电压、由此得出的电位或者一个另外的与此相关的参量施加在连续运行调节电路的调节放大器或者开关晶体管的输入端。仅使用连续运行调节电路的一个时间部分或者相关参量当然也已经足够。这点参见实施例。

上面已经确定，PTC电阻是常见的而在这里优选的预热时间元件。但是原理上还可以考虑其他预热时间元件，特别是通过时间网络、例如RC网络控制的开关。

对于PTC电阻的场合，本发明另外提供，优选与该PTC电阻串联一个阈值组件，例如所谓的TISP或者SIDAC，亦即在一个规定电压阈值下不导通电流的阈值组件。由此产生已经在开始时讨论的可能性，即通常与灯并联的PTC电阻在连续运行时不流过电流，而仅在预热和点燃阶段当施加较高电压时流过。

通常必须为连续运行调节电路提供一个灯电流测量，或者因为要调节灯电流自身，或者要从灯电流获知灯功率。这里本发明建议不同的优选方案。其一，可以与一个将镇流器的供电分支与灯电极串联的耦合电容器相串联地来测量灯电流。术语“耦合电容器”统指与灯串联且阻止静态直流电流流过灯的电容器。

在此优选使用至少一对二极管提供一个分支，其中仅在半波期间测量并因此在另一半波期间不损耗能量。为此存在一个与一个二极管串联的电流测量电阻。这点参见实施例。

一个同样适宜、但是开销稍微大一点的解决方案是一个测量变压器。这里特别优选差电流变压器，使用它可以利用预热电流或者还有在连续运行期间流过电极和例如PTC电阻的电流对总灯电流进行调整。由此作为灯电流只考虑实际通过灯中的放电流过的电流。

本发明的另一个优选的结构提供一个电压调节电路，其用于通过半桥或者镇流器的另一个换能器的频率来调节灯共振电路的点燃电压。该电压调节电路具有优点，因为在通过共振激励点燃时由于灯共振电路需要的品质而需要相对准确的频率调整。该调节电路现在可以使频率与灯共振电路的共振特性匹配或者“跟随”，此时特别通过改变频率来限制点燃电压进行工作。

前面提到的连续运行调节电路可以与电压调节电路结合，使得两者为控制换能器的运行频率而访问同一控制输入。在此优选可以提供，该电路作为电流或者功率调节电路(亦即连续运行调节电路)作用，只要流过额定值的灯电流，亦即灯已经点燃和在另外的情况下电路调节“具有优先权”。已述在灯测量时对预热电流或者PTC电阻电流的考虑在此具有意义。但是也可以执行无差电流变压器的切合实际的灯电流测量，例如通过在预热阶段期间对PTC电阻(或者还对与该PTC电阻并联或者串联的一个测量电阻)上的电压测量来阻止电流调节。

在有些场合，镇流器为驱动多个灯而设置。如果将其串联，则对上述实现不产生任何重要的补充，如相应实施例所表示的那样。如果将其并联，则把相应的灯电压或者与之相关的参量在异或逻辑连接的意义上施加到连续运行调节电路中的调节放大器或者开关晶体管的输入端上将会特别有意义。

附图说明

下面根据三个实施例详细说明本发明。在此公开的单个的特征也可以在其他的组合中是本质的发明。上面和后面的说明表示本发明的设备类别和方法类别，不再一一明确叙述。

图1表示本发明的第一实施例的电路图。

图2表示本发明的第二实施例的电路图。

图3表示本发明的第三实施例的电路图。

具体实施方式

图1表示第一实施例。左边表示两个连接端子KL1-1和KL1-2，其上连接电网电压。由两个电容器C1和C2和两个用FI1表示的耦合线圈组成的滤波器把由二极管D1-D4组成的全桥式整流器连接到电网电压端子上。整流后的供电电压通过属于两个泵分支的二极管D5-D8施加到中间电路存储电容器C6，它在图中在最右边表示。

为遵守关于网络电流谐波的有关轨范，例如IEC 1000-3-2，还使用所谓的泵电路，它要求相对小的电路技术开销。原则上整流器在此通过一个电子泵开关与主能存储器、中间电路电容器C6耦合。一方面在二极管D5和D7、另一方面在D6和D8之间存在的泵节点通过一个泵网络与还要详细说明的逆变器的输出连接。由此在逆变器频率的半周期期间通过该泵节点从网络电压取能并向泵网络中间存储。在随后的半周期期间中间存储的能量通过一个电子泵开关，这里是二极管D8和D7，导向中间电路存储电容器C6。由此按照逆变器频率的节律从网络取出能量。所述滤波器元件抑制相应的谱分量，使得最终实现准正弦网络电流接收。

泵电路的细节对于本发明无关紧要。这里参考现有技术特别是本申请人的申请DE 103 03 276.2和DE 103 03 277.0。

中间电路电容器C6给在这里作为半桥由两个开关晶体管V1和V2构成的换能器供电。半桥晶体管V1和V2通过相应的反相同步在它们的中间抽头上产生交变电位，该电位在整流器输出的两个电位之间振荡。这一交变电位通过灯扼流圈LD1和在本场合由两个放电灯LA1和LA2以及一个在下面还要详细说明的差电流变压器TR2组成的串联电路而通过两个耦合电容器C15、C16和供电分支连接。

图1表示，在此不仅一个电流可以通过灯LA1和LA2中的放电等离子体流动，而且一个预热电流可以通过上灯LA1的上电极和加热变压器TR1的一个绕组以及PTC电阻R1和下灯LA2的下电极流动。下灯LA2的上电极和上灯LA1的下电极的预热电流通过加热变压器TR1产生。人们从图1可以看出，在其在图1中最下面的绕组中的差电流变压器TR2最后获知通过差电流变压器TR2的上绕组的总灯电流和通过中间绕组的预热电流的差。在只有一个放电灯的场合，可以通过内部电极取消加热变压器TR1及其电流回路。

预热电流在预热阶段通常通过PTC电阻R1的值产生。在预热阶段，R1的值首先如此之小，使得实现一个通过灯数据预先给定的电流。在预热阶段后，R1的值升高，使得最后与实际的放电电流相比流过一个可以忽略的加热电流。

所述预热设备在预热阶段引起一个要在下面说明的灯共振电路的强阻尼，并由此使本征频率显著低于未阻尼的灯共振电路的共振频率。在预热阶段以一个位于未阻尼的灯共振电路的共振频率之下的逆变器频率工作，因此有助于实现高加热电流和短预热阶段。

除已经提到的灯扼流圈LD1外灯共振电路还具有共振电容器C5和C9。共振频率的确定通过由C9或者串联的C5和C9的有效电容量产生。

如果所述灯共振电路在预热阶段后由于通过R1的高阻值减弱的阻尼和在其共振频率附近的相应放大的品质因数被激励，则在灯LA1和LA2上出现一个高的点燃电压，该电压借助被预热的电极导致放电灯电燃。在点燃后灯共振电路用作匹配网络，它把逆变器的输出阻抗变换为一个要运行的放电灯的匹配阻抗。

此外，灯共振电路还用作泵网络。如果在已经提到的泵节点上的电位低于瞬时电网电压，则该泵网络从电网获得能量。在相反的情况下取得的能量向中间电路电容器C6输出。另一个泵作用由电容器C8产生。此外电容器C8还用作半桥晶体管V1和V2的开关卸载的所谓的梯形电容器。用于第二泵分支的泵网络由泵扼流圈L1和泵电容器C10的串联电路组成。

作为MOSFET装备的半桥晶体管V1和V2在它们的栅极上通过一个例如类型为国际整流器IR2153的集成开关电路控制。该控制电路还包括一个高侧驱动器，用于控制“处于高位”的半桥晶体管V1。在这一方面提供二极管D9和电容器C4。

除用于半桥晶体管V1和V2的驱动电路外控制电路仅包括一个振荡器，其频率可以通过端子2和3(RT和CT)建立。这一频率相应于半桥的运行频率。在端子2和3之间接入一个决定频率的电阻器R12。在端子3和用作参考电位的下供电分支之间接入一个决定频率的电容器C12和与之串联的双极晶体管T3的发射极-集电极-跨距。与发射极-集电极-跨距并联接入二极管D15，以便能够对电容器C12充放电。通过在双极晶体管T3的基极端子和参考电位之间的电压建立半桥频率，并因此建立起用于调节电路的一个调节参量。双极晶体管T3的基极端子由在图1右边表示的电路部分控制。双极晶体管和控制电路以及为此所属的布线因此构成一个调节器。

控制电路和所属布线也可以通过一个任意的电压或电流控制的振荡电路实现，该振荡电路通过驱动电路实现换能器晶体管的控制。

在实施例中调节器采集灯电流作为调节参量，而且更准确说是放电灯电流。它通过已经提到的差电流变压器TR2的最下边的绕组采集。全桥式整流器GL1将该电流整流为直流，并通过一个低欧姆测量电阻R21引向参考电位。通过一个由电阻R22和R32和电容器C21构成的用于构建中值的低通滤波器，在R21上的电压降加在一个运算放大器U2-A形式的非反转的测量放大器的输入上。这点以已知的方式通过电阻R23-R25布线，并通过二极管D23输出其输出信号到上述调节器输入(调节参量节点)。由此闭合事先作为连续工作调节电路表示的电流调节电路。在此，当在连接点LD1-D21上的电位足够高时，二极管D23将测量放大器U2-A的输出与分压器D24、C20、R20、D16、R11解耦合。根据本发明电路布线在此如此配置，使得没有放电电流时在二极管D23的阳极上的电位取开始值。该值小于一个限制晶体管T3并因此限制调节器的工作区的最小值。因此只要该电位在该最小值之下，则电位波动对半桥频率无任何影响。由此调节电路不会被闭合。该开始值产生一个相应于开始频率的半桥频率。在此通过C12和R12选择一个保证高加热电流和短预热阶段的较低的频率。

因为紧接预热的点燃阶段对于半桥开关V1和V2和灯共振电路(LD1，C5，C9)意味着一个高负载，因此在这里提供一个保护电路以避免高点燃电压。但是该保护电路同时还构建一个电压调节电路用于建立点燃电压到一个适宜的值。在灯扼流圈LD1的灯侧上的一个压敏电阻器D24用于此目的。代替金属氧化物压敏电阻器这里也可以使用压敏二极管或者齐纳二极管。亦即涉及一个阈值开关。通过电容器C20和电阻R20的串联电路，从一个确定的阈值起的灯电压施加在两个二极管D16之间。左边的二极管的阳极表示一个第二调节器输入。电阻R20的值影响后面被所述的对调节电路的干扰的作用强度。

通过压敏电阻器D24分支的灯电压构成用于在灯共振电路中的振荡的无功能量和用于点燃电压的尺度。如果这一电压超过压敏电阻器D24的阈值，则半桥频率升高，并由此在共振电路中的振荡的无功能量减少，另一方面灯电压减小。

对于压敏电阻器D24的阈值的一个典型的值例如为250V。那时电压调节电路调节在该电压之上。

在点燃后流过一个灯电流，该电流把在二极管D23的阳极上的电位提升到一个值，该值位于双极晶体管T3的工作区，因此流过连续运行调节电路(对于灯电流)的调节电路。

另一方面，在一个灯电压位于压敏电阻器D24的阈值之上时，通过用于控制位于放大器U2-A的正输入端上的电阻R22和R23之间的抽头的右边二极管D16来使在该输入端上的电位将升高。由此在出现上述在未冷却的PTC电阻R1时进行一次新的点燃尝试的情况下，根据本发明可以不使连续运行调节电路起作用。

在这样一种情况下，亦即由于缺乏预热在放电灯LA1和LA2中仅建立一种“非正常的”辉光放电，此时出现较高的灯电压。然而这种非正常的辉光放电产生一个额定值放电电流，其通过差电流变压器测量，并使连续运行调节电路工作。然而现在这对半桥频率带来影响，并因此最后通过离开共振频率而干扰灯的重新点燃。

然而通过经组件D24、C20、R20、D16在调节放大器U2-A的非反转输入端上施加高的灯电压的一个(负)分量可以阻断连续运行调节电路，使得上述电压调节电路保持工作。这将建立一个适宜的点燃电压，使得该灯虽然缺少正规的预热操作但是可以重新点燃。这样一种点燃过程虽然对电极辛苦，然而它最终考虑使灯起作用。D24在此表示一个双向齐纳二极管(或者压敏二极管或者还有压敏变阻器)，用作用于在不同运行状态中解耦合的阈值组件。

图2表示第二实施例，和图1的第一实施例的不同如下。为简化起见，省略对于在图1中已经表示的其功能未有大改变的元件的参考符号。

与在图1中两个灯LA1和LA2的串联电路不同，这里两个灯LA1和LA2改接到并联的负载电路。因此不需要任何预热变压器；更确切说为灯LA1通过PTC电阻R1和为灯LA2通过PTC电阻R111直接预热各灯电极。

作为灯电流测量的设备，使用差电流变压器TR2，不过它在这里与图1不同只测量灯LA1的灯电流。亦即在灯运行时LA1的灯电流用作调节参量，其中灯LA2的单独的共振电路同时运行在为灯LA1调节的频率上。但是也可以考虑由两个灯电流(在这种情况)的分量构成被调节的灯电流。

图1中由D24、C20和R20构成的分压器电路在这里相应于一方面由C22、R2、R9、D51另一方面由C20、R17、D20、D50构成的单独的分压器电路，通过它们每次较大的电位占统制地位，而且通过二极管D5和D13阻断连续运行调节电路和通过二极管D70和D101与电阻R7用于电压调节电路。它涉及一个异或逻辑连接。

在图1中的两个对称耦合电容器C15和C16的位置上这里出现的是耦合电容器C17和C160。与图1不同是这里每次只有一个耦合电容器连接在一个灯端子上。然而因为这里涉及两灯的并联电路(或者一般说涉及灯的偶数并联电路)，所以它也表示一种对称的解决方案，其结果是它不产生对存储电容器C6(参见图1)的不利的电流负载。

图3表示第三实施例，它与图1的第一实施例的不同如下。这里也省略参考符号。

首先这里只提供一个唯一的放电灯LA1，使得可以从图1中去掉加热变压器TR1。

此外只存在一个泵分支，由此去掉了组件D6-D8、C10、L1。另外这里不存在任何差电流变压器。代替它的是通过一个测量电阻R21测量与耦合电容器C16串联的灯电流(而且是用因子C16/(C15+C16)相乘的负载电路电流)，并通过一个电阻R22向代替运算放大器U2-A的双极晶体管T4(阻抗变换器)的基极输出。该双极晶体管在这里用作连续运行调节电路的调节放大器。二极管D7保证在灯电流测量时只考虑正半波，以便为调节放大器获得一个适宜的电位。

唯一的灯LA1的灯电极在这里无预热变压器直接通过TISP/SIDAC D17和PTC电阻R3预热。为了抑制在预热和点燃灯LA1时流过的负载电路电流的调节和允许通过C20、D24、R20、D16的电压调节，利用在这一运行方式下在PTC电阻R3上大的电压降，以便通过C17和D8注入一个负电流并由此闭锁双极晶体管T4。

RC网络R22/C21类似于图1而建立R21上的正比于灯电流的电压的算术中值，它通过发射跟随器T4输出到VCO输入端(基极T3)。二极管D16限制T4基极上的负电压至其导通电压，串联电路D10/D11通过D17将电流正半波旁路到参考电位(地)，无需限制灯运行时加在T4的基极上的正电压。

Claims (10)

1.用于至少一个具有可预热电极的放电灯(LA1，LA2)的电子镇流器，所述镇流器具有：

连续运行调节电路(TR2，GL1，R21-25，32，C21，U2-A，D23，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15；D7，T4)，用于通过灯的运行频率调节灯连续运行中的灯电流或者灯功率；

决定电极预热时间的预热时间元件(R1，R111，R3)，其设计为通过一个具有时延运行的物理过程而规定预热时间和然后以一个时延允许倒转该过程，其中，所述镇流器设计为当预热时间元件的物理过程结束时使灯不依赖于连续运行调节电路而点燃；

其特征在于，所述镇流器此外还为下述目的设计，当预热时间元件(R1，R111，R3)由于其物理过程的一个尚未结束的倒转而在灯(LA1，LA2)运行中断后不能规定任何完整的新预热过程时，使用于灯连续运行的连续运行调节电路(TR2，GL1，R21-25，32，C21，U2-A，D23，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15；D7，T4)不起作用，使得那时灯能独立于连续运行调节电路而点燃。

2.根据权利要求1的镇流器，其中，通过下述方式实现不使连续运行调节电路(TR2，GL1，R21-25，32，C21，U2-A，D23，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15；D7，T4)作用，即在连续运行调节电路的一个调节放大器(U2-A)或者开关晶体管(T4)的一个输入端施加至少一个灯电压的时间分量。

3.根据权利要求1或2的镇流器，其中，预热时间元件包含一个PTC电阻(R1，R111，R3)。

4.根据权利要求3的镇流器，其中，与PTC电阻(R3)串联一个阈值组件(D17)，它在低于一个规定的电压阈值时不导通。

5.根据前述权利要求1-2中之一的镇流器，其中，与一个把灯电极和供电分支连接的耦合电容器(C16)相串联地来执行连续运行调节电路(R21，22，D7，T4，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15)的灯电流测量。

6.根据权利要求5的镇流器，其中，为此提供二极管(D7)，使得仅在串联的灯电流测量时考虑每一灯电流的半波。

7.根据权利要求1-2中之一的镇流器，其中，通过一个差电流变压器(TR2)执行连续运行调节电路(TR2，GL1，R21-25，32，C21，U2-A，D23，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15)的灯电流测量，在此，差电流变压器在测量时建立总灯电流和电极加热电流的差。

8.根据前述权利要求1-2中之一的镇流器，具有一个电压调节电路(D24，C20，R20，D16，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15；D50，D51，R9，R2，R17，R7，C22，D101，D70)，用于通过影响给灯共振电路供电的频率建立一个灯共振电路(LD1，C5，C9；LD2；L1)的点燃电压。

9.根据权利要求2的镇流器，其为操作多个并联的灯(LA1，LA2)设计，其中，在调节放大器(U2-A)或者开关晶体管的一个输入端上通过一个异或逻辑连接(D5，D13)施加灯电压的时间分量，或者施加所述多个并联的灯的与该灯电压直接相关的参量。

10.用于驱动具有可预热电极的放电灯(LA1，LA2)的方法，其中：

使用预热时间元件(R1，R111，R3)来规定预热时间，其中在所述预热时间元件内以一个时延运行一个物理过程，然后以一个时延允许倒转该物理过程；

在预热时间期间预热电极；

当预热时间元件的物理过程结束时点燃灯；

在灯连续运行时，使用一个连续运行调节电路(TR2，GL1，R21-25，32，C21，U2-A，D23，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15；D7，T4)通过运行频率来调节灯电流或灯功率；

其特征在于，在该方法中，当预热时间元件(R1，R111，R3)由于其物理过程的一个尚未结束的倒转而在灯(LA1，LA2)运行中断后不能定义任何新的预热过程时，使用于连续运行的连续运行调节电路(TR2，GL1，R21-25，32，C21，U2-A，D23，C4，D9，RT，CT，R12，C12，T3，D15；D7，T4)不起作用，和那时使灯独立于连续运行调节电路而点燃。

Images