CN1711806A - 用于操作高压放电灯的电路装置 - Google Patents

Abstract

一种用于操作高压放电灯的电路装置，包括配有输出电容的下变频器和配有点燃节流器的换向器。利用控制电路来控制下变频器生成的DC电流的振幅。为了抑制由于DC电流的换向造成的点燃节流器与输出电容的共振，每次换向之前和之后即刻根据灯的功耗以及灯电压来调整电流控制的电流基准信号。

Description

用于操作高压放电灯的电路装置

本发明涉及一种用于操作高压放电灯的电路装置，包括：

-与电压源连接的输入端，

-耦合到输入端的DC-DC转换器，用于利用电压源提供的电源电压生成DC电流，并且包括

-控制电路，用于将DC电流控制为基准信号Sref表示的值，

-基准电路，用于生成基准信号Sref，以及

-输出电容，

-用于使DC电流的极性方向转换并且包括灯的连接端和点燃电感的换向器，

-用于以等于DC电流的换向频率的调制频率调制基准信号Sref的第一电路部分，并且上述调制是通过下面的连续过程实现的：

-在第一时间间隔Δt1内使基准信号Sref降低一个量ΔSref，从而在DC电流每次换向之前开始第二时间间隔Δt2，

-在第三时间间隔Δt3内将基准信号保持在降低后的值，

-在第四时间间隔Δt4内将基准信号Sref提高一个量ΔSref。

这种电路装置是已知的并且例如通常用于操作投影装置中的超高压放电灯。实际上，换向的频率在10Hz的数量级。在两次连续的换向之间，在大部分时间内将DC电流控制在基准值Sref表示的恒定值。因此流过高压放电灯的电流是低频的、基本上为方波形的AC电流。已经发现利用这种电流可以非常有效地操作高压放电灯。与该电路装置有关的问题在于DC电流极性的方向转换会导致该电路装置的负载产生基本上阶梯状的变化。该电路装置的负载的这种阶梯变化使得DC-DC转换器输出电容与点燃电感共振。这种共振通常又引起音频噪声并影响灯的光输出。而且，这种共振会缩短灯的寿命。实际上，通常通过在换向的短暂前后临时降低Sref的值来抵消这种共振。这种Sref的降低通常称为“浸渍(dip)”并且使DC电流在发生换向的短暂时间段内具有比较小的值。因此，很大程度上抑制了阶梯负载变化引起的共振。“浸渍”可以视为按照与DC电流的换向相同的频率对基准信号Sref进行的调制。该“浸渍”的特征在于浸渍参数，例如ΔSref(浸渍的深度)；Sref保持在降低后电平的时间段；在浸渍开始时Sref的降低速率；在浸渍结束时Sref的增长速率以及受调制信号Sref与灯电流之间的相位关系。在已知的电路装置中，为新的灯优化浸渍参数的设置(具有该设置的灯仅有较短的点燃时间)以及为等于标称灯功率的灯的功耗优化浸渍参数的设置。然而，许多先进电路装置包括用于调整灯的功率的装置。类似的是，当灯的点燃时间增加时，灯的电压也会发生变化。已经发现，实际上灯的功耗量不同，就需要不同地设置浸渍参数，以便最大程度上抑制共振。对于不同的灯电压也是这样。因此，已知电路装置中实现的共振抑制仅仅对于一种特定灯功率电平和一种灯电压值而言是最佳的。

本发明的目的在于提供一种用于操作高压放电灯的电路装置，其中对于灯消耗的多种不同级别的功率和/或灯电压的多种不同值实现了对DC-DC转换器的输出电容与点燃电感之间的共振的有效抑制。

因此，根据本发明的如开篇段落中提到的电路装置的特征在于该电路装置还包括

-第二电路部分，用于根据从该灯消耗的功率、灯的电压以及灯的电流构成的组中选择的参数，调整从由ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4构成的组中选择的至少一个参数。

在根据本发明的电路装置中，根据灯消耗的功率和/或灯的电压和/或灯的电流控制至少部分浸渍参数的设置。观察到，灯电流的变化对应于灯功率的变化。因此根据灯的电流调整一个或多个浸渍参数实际上等同于根据灯的功率调整一个或多个浸渍参数。因此，在根据本发明的电路装置中的浸渍参数响应于该灯消耗的功率变化和/或灯电压的变化而自动地优化。因此，对于一定范围内的该灯消耗的功率值和/或灯的电压，DC-DC转换器的输出电容上存在的AC电压的振幅以及由DC-DC转换器的输出电容与点燃电感之间的共振引起的AC电压的振幅得到了有效抑制。

对于根据本发明的电路装置来讲已经获得了良好的结果，其中第二电路部分包括存储器，其中存储了一个或多个表格，每个表格包括一个范围内的灯的功率电平，以及对于该范围内每个灯功率电平值的、、ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一个或多个参数的相应值。优选的是，每个表格包括预定范围内灯电压的数据。按照这种方法，通过比较简单的装置实现了为该灯消耗的许多不同功率值和许多不同的灯电压值优化该“浸渍”。

可选择的是，第二电路部分可以包括存储器，其中存储了一个或多个表格，该表格包括一个范围内的灯电压值，以及对于该范围内每个灯电压值的、ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一个或多个参数的相应值。优选的是，每个表格包括预定范围内灯电压的数据。同样，利用表格中后面这些内容，通过比较简单的装置实现了为该灯消耗的许多不同功率值和许多不同的灯电压值优化了该“浸渍”。

优选的是，该第二电路包括微控制器。

参照附图描述根据本发明的电路装置的实施例。在附图中

图1表示了根据本发明的电路装置的实施例，并且其中灯与其相连；

图2表示了在图1所示的实施例中，作为时间函数的受调制信号Sref和流过灯的电流的形状。

在图1中，K1和K2是与电压源相连的输入端。通过开关元件Sd、电感元件L1和输出电容Cout的串联排列连接了输入端K1和K2。输入端K2通过二极管D1与开关元件Sd和电感L1的公共端相连。CSG是用于生成控制信号的电路部分，该控制信号用于交替地使开关元件Sd导通和不导通。电路部分CSG的输出端耦合到开关元件Sd的控制电极。电路部分CSG的第一输入端耦合到输入端K2。电路部分CSG的第二输入端与电路部分ADD的输出端相连。电路部分ADD是用于在其输出端生成一种信号的电路部分，该信号是电路部分ADD的第一输入端出现的第一信号与电路部分ADD的第二输入端出现的第二信号的和。电路部分ADD的第一输入端与电路部分Srefgen的输出端相连。电路部分Srefgen是用于生成基准信号Sref的基准电路。开关元件Sd、电路部分CSG、电感元件L1、输出电容Cout、二极管D1和电路部分Srefgen共同构成了DC-DC转换器，以便从电压源提供的电源电压生成DC电流。在图1所示的实施例中，该DC-DC转换器为下变频器类型。电路部分Srefgen以及电路部分CSG一起构成了用于将DC电流控制在基准信号Sref表示的值的控制电路。信号Sref表示在灯电流的每个半周期的大部分时间内由下变频器生成的希望得到的DC电流值。输出电容Cout被开关元件S1和开关元件S2的串联排列分流，也被开关元件S 3和开关元件S4的串联排列分流。开关元件S1和开关元件S2的公共端通过点燃电感lign和电容Cres的串联排列与开关元件S3和开关元件S4的公共端相连。电容Cres被超高压放电灯LA和电流感应电阻R的串联排列分流，该串联排列与位于电容Cres各侧的灯连接端K3和K4相连。开关元件S1-S4的控制电极耦合到电路部分BC的各个输出端，该电路部分BC用于生成控制信号从而控制开关元件S1-S4的导通状态。在图1中，用虚线表示这种耦合关系。开关元件S1-S4、电路部分BC、点燃电感lign、灯的连接端K3和K4以及电容Cres共同构成了用于使DC-DC转换器生成的DC电流的极性方向转换的换向器。电路部分SC是用于测量灯的功率和灯的电压的电路部分。灯的连接端K3和K4与电路部分SC的各个输入端相连。灯LA和电流感应电阻R的公共端与电路部分SC的另一输入端相连。电路部分SC的第一输出端与微控制器μP的第一输入端相连。电路部分SC的第二输出端与微控制器μP的第二输入端相连。微控制器μP的输出端与电路部分ADD的第二输入端相连。电路部分ADD和微控制器μP共同构成了用于以等于DC电流的换向频率的调制频率调制基准信号Sref的第一电路，并且上述调制是通过下面的连续过程实现的：

-在第一时间间隔Δt1内使基准信号Sref降低一个量ΔSref，从而在DC电流每次换向之前开始第二时间间隔Δt2，

-在第三时间间隔Δt3内将基准信号保持在降低后的值，

-在第四时间间隔Δt4内将基准信号Sref提高一个量ΔSref。

电路部分SC以及微控制器μP一起构成了第二电路部分，其用于根据从该灯消耗的功率和灯的电压构成的组中选择的参数，调整从由ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4构成的组中选择的至少一个参数。实际上，在图1所示的实施例中，在该灯消耗的功率发生变化以及灯的电压发生变化的情况下，第二电路部分调整浸渍。微处理器μP包括存储器，其中存储了多个表格。每个表格包括灯的电压的多个值，以及对于每个灯电压值的每个参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的对应值。每个表格包括该灯消耗的一个(小)范围内的功率值的数据。

图1所示的电路装置的操作如下。

当输入端K1和K2与图1所示的实施例中提供DC电源电压的电压源相连时，电路部分CSG生成控制信号，从而使得开关元件Sd以高频(例如35KHz)交替地导通和不导通。因此，在输出电容Cout上出现振幅小于DC电源电压的DC电压，同时将DC电流提供给换向器。电路部分BC对开关S1-S4进行控制，使其交替地处于两种不同的状态。在第一种状态中，开关元件S1和S4是导通的，开关元件S2和S3是非导通的。在第二种状态中，开关元件S2和S3是导通的，开关元件S1和S4是非导通的。

当仍未点燃该灯时，电路部分BC改变开关S1-S4的状态的频率比较高，因此，点燃电感与电容Cres共振。因此，在电容Cres上出现点燃该灯的较高电压。在点燃该灯之后，电路部分BC改变开关S1-S4的状态的频率比较低，例如90Hz。因此，灯电流为低频的、基本上为方波形的AC电流。对于两种状态之间的非常短的时间段而言，将所有开关元件保持在非导通状态，以防止构成同一串联排列的不同部分的开关元件同时变为导通的，从而形成短路。在这个非常短的时间段过程中，DC-DC转换器的负载为0。在这个非常短的时间段之前和之后，DC-DC转换器的负载不为0。在换向过程中发生的负载的突然变化使得输出电容Cout和点燃电感共振。在换向之间，当输出电容Cout和点燃电感Lign之间没有共振时，电路部分ADD的第二输入端处的信号大体上等于0。因此，电路部分ADD的输出端处的信号以及电路部分CSG的第一输入端处的信号等于Sref。欧姆电阻R上的电压表示DC-DC转换器生成的DC电流的实际值(＝灯的电流)，并且电流部分CSG控制开关元件Sd，使得这个电流保持在对应于Sref的级别上。在邻近换向时，通过浸渍来调制信号Sref，并且该浸渍的特征在于参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4。因此，在邻近换向时，流过灯的电流降低了，因此抑制了输出电容Cout和点燃电感lign之间的共振。

电流部分SC监测灯的电压和流过电流感应电阻R的电流，并且在其第一输出端生成表示灯的功率的信号以及在其第二输出端生成表示灯的电压的信号。

在这个阶段，要注意的是，为了生成表示灯的功率的信号和/或表示灯的电压的信号，不必像图1中的实施例那样直接在灯上测量。实际上，还有许多其它的可以采用的方法，通过在该电路装置中的其它位置测量另一电压和/或另一电流而生成表示灯的功率的信号和/或表示灯的电压的信号。

微控制器周期性地重复以下操作。根据实际的灯功率，该微控制器选择存储器中的适当表格。在适当表格中，该微处理器选择相关于与电路部分SC测得的灯的实际电压值最接近的、所存储的灯电压值的参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的值。这些参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的值随后用于调制信号Sref。因此，浸渍的形状和位置通常对于实际的灯电压和该灯消耗的实际功率值是最优化的。

图3中表示了受调制的基准信号的形状。可以看到，Sref的值大部分时间是恒定的，而该调制影响了基准信号Sref的周期性临时降低。这些周期性降低在换向之前的时间间隔Δt2处开始并且具有由参数ΔSref、Δt1、Δt3和Δt4确定的形状。图3还表示了作为时间函数的灯电流的形状。该灯电流大部分时间具有恒定的振幅。在每次换向之前的时间段Δt2中，该振幅在时间间隔Δt1内降低。然后在时间间隔Δt3内将灯电流的振幅保持为恒定值。在时间间隔Δt3过程中，发生DC电流的换向。在时间间隔Δt3之后，在时间间隔Δt4内，灯电流的振幅再次增加到其初始值。值得注意的是，Δt1不必等于Δt4，并且不必在时间间隔Δt3已经经过了一半时发生换向，而是根据例如Δt2的值在时间间隔Δt3中的任何其它时刻发生换向。

仅仅通过举例的方式，为其中调整了所有参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的实施例描述了图1所示的电路装置的功能。当然，可以使该微处理器调整更少的参数。调整更多的参数通常可以更好地抑制输出电容和点燃电感之间的共振。

已经提到了，本发明非常适合实现为用于操作高压放电灯的电路装置，该电路装置配有用于在灯电流的每半个周期的末端，在短时间间隔内提高灯电流的振幅的电路部分。已经发现了，灯电流的振幅的这种临时增长较平缓地降低。在这种电路装置中，浸渍引起的灯电流的降低仅仅在短时间间隔之后开始，在该时间间隔内灯的电流增加。

Claims (6)

1.一种用于操作高压放电灯的电路装置，包括：

-与电压源连接的输入端，

-耦合到输入端的DC-DC转换器，用于通过电压源提供的电源电压生成DC电流，并且包括：

-控制电路，用于将DC电流控制为基准信号Sref表示的值，

-基准电路，用于生成基准信号Sref，以及输出电容，

-换向器，用于使DC电流的极性换向并且包括灯的连接端和点燃电感，

-用于以等于DC电流的换向频率的调制频率调制基准信号Sref的第一电路部分，并且上述调制是通过下面的连续过程实现的：

-在第一时间间隔Δt1内使基准信号Sref降低一个量ΔSref，从而在DC电流每次换向之前开始第二时间间隔Δt2，

-在第三时间间隔Δt3内将基准信号保持在降低的值，

-在第四时间间隔Δt4内将基准信号Sref提高一个量ΔSref，

其特征在于该电路装置还包括：

-第二电路部分，用于根据从由该灯消耗的功率、灯的电压以及灯的电流构成的组中选择的参数，调整从由ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4构成的组中选择的至少一个参数。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其中该第二电路部分包括存储器，其中存储了一个或多个表格，每个表格包括一个范围内的灯功率电平，以及对于该范围内每个灯功率电平值的、参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一个或多个参数的相应值。

3.根据权利要求2所述的电路装置，其中每个表格包括对于预定范围内的灯电压的数据。

4.根据权利要求1所述的电路装置，其中该第二电路部分包括存储器，其中存储了一个或多个表格，该表格包括一个范围内的灯电压值，以及对于该范围内每个灯电压值的、参数ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一个或多个参数的相应值。

5.根据权利要求4所述的电路装置，其中每个表格包括预定范围内的灯功率的数据。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电路装置，其中该第二电路部分包括微控制器。

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