CN1714607A

CN1714607A - 用于操作放电灯的电路布置

Info

Publication number: CN1714607A
Application number: CNA2003801037361A
Authority: CN
Inventors: D·H·J·范卡斯特伦
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-12-28
Also published as: EP1566080A1; EP1566080B1; ATE382253T1; DE60318326T2; JP4405396B2; AU2003274494A1; DE60318326D1; JP2006507631A; WO2004047503A1; US7164237B2; US20060049770A1

Abstract

一种采用半桥结构的直流－交流转换器用于操作高压放电灯以及低压放电灯。该转换器包括通过第一串二极管(D1、D2)和第二串二极管(D3、D4)串联连接的两个开关(T1－T2)，其中第一和第二灯负载(L1、L2、LA1、LA2)连接到上述第一串二极管和第二串二极管各自的中点上(N1、N2)。此外，灯负载的第二端连接到一串电容器(C 3、C4)的中点，而这串电容器还连接到电源电压的端子(K1、K2)。该转换器还包括四个二极管(D5、D6、D7、D8)，它们旁路开关(T1、T2)和它们对应的二极管串(D1、D2、D3、D4)。开关(T1、T2)由控制器(CC)进行控制，该控制器以低频交替地变成这两个开关(T1、T2)导通。在第一工作状态下，第一开关(T1)以高频变成导通和不导通状态，而第二开关(T2)保持为不导通状态，在第二工作状态下，第二开关(T2)以高频变成导通和不导通状态，而第一开关(T1)保持为不导通状态。串联的两个电容器(C3、C4)可以用串联的两个开关(T3、T4)来替代，这是为了得到转换器的全桥结构。网络特定的结构和其工作模式允许驱动灯负载使得由这些灯所消耗的功率的差别比较小。

Description

用于操作放电灯的电路布置

本发明涉及一种用于操作灯负载的电路布置，该电路布置包括：

-输入端子，用于连接到电源电压，

-串联布置I，包括第一开关元件和第二开关元件并连接输入端子，

-控制电路，耦合到第一开关元件和第二开关元件各自的控制电极，用于控制第一和第二开关元件的导通状态，

-串联布置II，包括第一电路元件A和第二电路元件B并连接输入端子，

-第一负载电路，包括第一镇流器电感和第一灯连接端子，并将开关元件之间的串联布置I的端子N1连接到第一电路元件A和第二电路元件B之间的串联布置II的端子。

这种电路布置是桥式直流一交流转换器，经常用于操作高压放电灯以及低压放电灯。该电路布置可以是全桥或者半桥。半桥只包括两个开关元件，这是因为第一电路元件A和第二电路元件B都是由电容器形成的。但是，全桥包括四个开关元件，这是因为第一电路元件A和第二电路元件B是由第三和第四开关元件形成的。由于需要控制取代了只有两个开关元件的四个开关元件的导通状态，因此全桥的控制电路比半桥的控制电路要复杂。在工作过程中，全桥的负载电路上电压的幅值是由相同的电源电压供电的半桥的两倍高。结果，全桥可用来操作串联的两个灯，使得每个灯都承载相同的电流。如低压放电灯通常所遇到的情况，在灯的灯电压基本上相同的情况下，灯基本上消耗相同量的功率，并具有基本上相同的光输出。但是，在高压放电灯的情况下，灯电压完全取决于灯的年龄(年龄＝燃烧的小时数)。结果，当灯的年龄不同时，串联工作的两个高压灯的光输出可完全不同。由相同的电源电压供电的半桥的负载电路上的电压通常不足以高到操作这种串联布置的灯。全桥的缺点是，因为具有两个附加的开关和更复杂的控制电路，所以要比半桥贵。作为操作全桥中串联的两个灯的一种可供选择的替换方式，可以使每个都包括有灯和镇流器电感的两个负载电路以半桥方式并联连接。在灯是用高频灯电流操作的低压汞灯的情况下，可以通过利用均压变压器将灯电流控制在基本上相等的值上。但是，这种变压器是很昂贵的元件。在灯是由低频交流电流操作的高压灯的情况下，由于低频要求用非常大的变压器，因此不能用均压变压器来控制灯电流。不过，在不使用均压变压器的情况下，灯之间灯电压的不同实际上经常会导致提供给灯的功率量的不同。

本发明的目的是提供一种电路布置，该电路布置能够操作并联的两个灯使得由这两个灯所消耗的功率的差别比较小。

因此，如在开头的段落中所描述的电路布置的特征在于，该电路布置包括：

-串联布置III，包括端子N1、第一二极管D1和第二二极管D2，并连接第一开关元件和第二开关元件，其中端子N1位于第一二极管D1和第二二极管D2之间，

-串联布置IV，包括第三二极管D3和第四二极管D4，并连接第一开关元件和第二开关元件，

-第五二极管D5，旁路第一开关元件和二极管D1，

-第六二极管D6，旁路第一开关元件和二极管D3，

-第七二极管D7，旁路第二开关元件和二极管D2，

-第八二极管D8，旁路第二开关元件和二极管D4，

-第二负载电路，包括第二镇流器电感和第二灯连接端子，并将位于第三二极管D3和第四二极管D4之间的串联布置IV的端子N2连接到第一电路元件A和第二电路元件B之间的串联布置II的端子。

当根据本发明的电路布置中的导通的开关元件变成不导通状态时，在第一和第二负载电路中的镇流器电感使得负载电路中的电流在一短时间内保持住它们的极性，而它们的幅值减小。在这个时间段中，通过部分形成“续流二极管”的二极管D5-D8传导负载电路的电流。在根据本发明的电路布置中，在每个负载电路中的电流在开关元件已经变成不导通状态之后立即流过不同的“续流二极管”。结果，可独立地操作两个灯。已经发现，因为利用了这种独立的操作，使得灯电压之间的不同不会导致在灯所消耗的功率量之间存在明显的不同。

在该阶段注意到，根据本发明的电路布置可以适用于并联的多于两个灯的操作。对于每个附加的灯，都要在该电路布置中多设置四个二极管和一个附加的负载电路。例如，可以如下所述实现对并联的三个灯的操作。该电路布置进一步配备一个串联布置V，该串联布置V连接第一和第二开关元件并包括两个新的二极管。这两个附加的二极管中的每个都旁路一个新的二极管和一个开关元件，并且包括有第三镇流器电感和第三灯连接端子的第三负载电路将新的二极管之间的端子连接到第一电路元件A和第二电路元件B之间的端子上。

已经从根据本发明的电路布置的实施例中得到了好的结果，其中第一电路元件A和第二电路元件B中的每个都包括电容器。这种实施例是半桥电路，其比较便宜。已经更具体地发现，在控制电路配备有用于在低频条件下交替地操作该电路布置工作在第一和第二工作状态下的装置的情况下，这种实施例非常适合于操作并联的高压放电灯，其中在第一工作状态下，第一开关元件以高频变成导通和不导通状态，而第二开关元件保持在不导通状态下，并且在第二工作状态下，第二开关元件以高频变成导通和不导通状态，而第一开关元件保持在不导通状态。这种工作模式通常被称为“前向整流”。优选地，该电路布置配备有功率控制环，用于将由两个灯消耗的总功率的平均值控制在所希望的值上，这种控制是通过调整第一开关元件在第一工作状态下的每个高频周期内变成导通状态所经过的时间和调整第二开关元件在第二工作状态下的每个高频周期内变成导通状态所经过的时间来实现的。实现的。这种功率控制环补偿了该电路布置中各元件的容差。

从根据本发明的电路布置的实施例中也已经得到了好的结果，其中第一电路元件包括第三开关元件且第二电路元件包括第四开关元件，控制电路耦合到第三开关元件和第四开关元件各自的控制电极上，用于控制第三和第四开关元件的导通状态。这种实施例是全桥电路，其允许对并联的具有高灯电压的灯进行独立操作，或者允许对并联的(具有相同的灯电压)的两个或多个串联布置的灯进行交替的操作。而且从根据本发明的电路布置的这些实施例中还发现，在控制电路配备有用于在低频条件下交替地操作该电路布置工作在第一或第二工作状态下的装置的情况下，这些实施例特别适合于操作并联的高压放电灯，其中在第一工作状态下，第二和第三开关元件保持为不导通，而第四开关元件保持为导通，并且第一开关元件以高频变成导通和不导通状态，并且在第二工作状态下，第三开关元件保持为导通，而第二开关元件以高频变成导通和不导通状态，并且第一和第四开关元件保持为不导通。而且在这些实施例中，也希望该电路布置配备有功率控制环，用以补偿该电路布置中各元件的容差。

将参考附图进一步说明根据本发明的电路布置的实施例。附图中：

图1示出了根据本发明的电路布置的第一实施例，其上连接有两个灯，和

图2示出了根据本发明的电路布置的第二实施例，其上连接有两个灯。

图1中，K1和K2是用于连接到电源电压上的输入端子。通过串联布置的第一开关元件T1、二极管D1、端子N1、二极管D2和开关元件T2来连接输入端子K1和K2。二极管D1和D2分别形成第一和第二二极管。二极管D1和D2与端子N1一起形成连接第一和第二开关元件的串联布置III。通过串联布置的二极管D3、端子N2和二极管D4旁路串联布置III。二极管D3和D4分别形成第三和第四二极管。二极管D3和D4与端子N2一起形成连接第一和第二开关元件的串联布置IV。第一开关元件T1、第二开关元件T2以及并联布置的串联布置III和IV一起形成串联布置I。通过形成第五二极管的二极管D5旁路串联布置的二极管D1和第一开关元件T1。通过形成第六二极管的二极管D6旁路串联布置的二极管D3和第一开关元件T1。通过形成第七二极管的二极管D7旁路串联布置的二极管D2和第二开关元件T2。通过形成第八二极管的二极管D8旁路串联布置的二极管D4和第二开关元件T2。第一和第二开关元件各自的控制电极耦合到电路部分CC的输出端子。图1中，利用虚线表示这种耦合。电路部分CC是用于控制第一和第二开关元件的导通状态的控制电路。控制电路CC的输入端子也耦合到二极管D5-D8，用以使得控制电路CC能够监控二极管D5-D8中的哪些(哪个)正在通电流而哪些二极管没有导通。为了避免由于虚线太多而使图1变得不清楚，在图1中没有表示出这种耦合。还利用串联布置的电容器C3和C4连接输入端子K1和K2。电容器C3和C4分别形成第一电路元件A和第二电路元件B。利用串联布置的第一镇流器电感L1、第一灯连接端子K3、高压放电灯LA1和第一灯连接端子K4将端子N1连接到电容器C3和C4的共用端子。利用滤波电容器C1连接第一灯连接端子K3和K4。第一镇流器电感L1、第一灯连接端子K3和K4、高压放电灯LA1和滤波电容器C1一起形成第一负载电路。利用串联布置的第二镇流器电感L2、第二灯连接端子K5、高压放电灯LA2和第二灯连接端子K6将端子N2连接到电容器C3和C4的共用端子。利用滤波电容器C2连接第二灯连接端子K5和K6。第二镇流器电感L2、第二灯连接端子K5和K6、高压放电灯LA2和滤波电容器C2一起形成第二负载电路。

图1中所示的电路布置的工作如下所示。在输入端子K1和K2连接到提供直流电压的电源电压的情况下，控制电路CC交替地并以低频操作电路布置工作在第一和第二工作条件下。在第一工作状态过程中，第一开关元件T1以高频变成导通和不导通，而第二开关元件T2保持在不导通状态下。当第一开关元件T1导通时，流过第一镇流器电感的电流随时间线性增加。同样地，流过第二镇流器电感的电流也随时间线性增加，但是，由于LA1和LA2都是高压灯，所以它们的灯电压可能相差很多，例如由于年龄(年龄＝燃烧小时的总数)上的不同而造成的差别。在例如灯LA1的灯电压远小于灯LA2的情况下，这种情况导致流过第一镇流器电感L1的电流增加得比流过第二镇流器电感L2的电流要快。结果，当第一开关元件变成不导通状态时，流过第一镇流器电感L1的电流的幅值比流过第二镇流器电感L2的电流要大。在第一开关元件T1已经变成不导通状态之后，二极管D7传导流过第一镇流器电感L1的电流，二极管D8传导流过第二镇流器电感L2的电流。流过第一和第二镇流器电感L1和L2的电流的极性保持不变，但它们的幅值线性减小。由于流过第二镇流器电感的电流的幅值小于流过第一镇流器电感的电流，所以当第一开关元件T1变成不导通状态时，流过第二镇流器电感的电流的幅值第一次降到零，并且二极管D8将变为不导通，而二极管D7仍导通。尽管由于存在寄生电容而会产生某些振铃现象，但流过第二镇流器电感的电流的幅值基本上保持为等于零，直到流过第一镇流器电感的电流的幅值也达到零为止，这样使得二极管D7也停止导通。当流过二极管D7和二极管D8的电流都已经降到零时，第一开关元件再次变成导通状态。这可以在两个二极管都已经变为不导通状态之后立即执行(这种工作模式被称为临界不连续模式)，或者在两个二极管都已经变为不导通状态之后经过预定时间再执行(这种工作模式被称为不连续模式)。

由于在图1中所示的电路布置中，流过第一镇流器电感L1的电流降到零所需的时间间隔可能(实际上几乎一直是这样)与流过第二镇流器电感L2的电流降到零所需的时间间隔不同，所以高压灯LA1的操作与高压灯LA2的操作无关。已经发现，这种两个灯无关的操作导致由灯所消耗的功率的量的不同比较小，即使在由于具有不同的年龄(＝燃烧时间的不同的量)而使灯具有基本上不同的灯电压的情况下也是这样。在每个镇流器电感中的电流都具有三角形形状。利用滤波电容器C1和C2，这些呈三角形的电流被转换成流过灯LA1和LA2的连续直流电流。

在第二工作状态过程中，第一开关元件保持在不导通状态下，而第二开关元件以高频变成导通和不导通状态。当第二开关元件不导通时，二极管D5和D6承载分别流过第一镇流器电感L1和第二镇流器电感L2的电流。仅在二极管D5和D6都已经变为不导通状态之后，第二开关元件T2才再次立即或者在预定时间之后变成导通状态。在该第二工作状态下，在每个镇流器电感中的电流也具有三角形形状。利用滤波电容器C1和C2，这些呈三角形的电流被转换成流过灯LA1和LA2的连续直流电流。流过灯和镇流器电感的电流的极性相对于第一工作状态是相反的。

图2中，用相同的附图标记标记出了与图1所示实施例中的相似的电路部分和元件对应的电路部分和元件。图2中所示实施例的结构与图1中所示实施例的不同仅在于，用第三开关元件T3和第四开关元件T4分别替代了电容器C3和C4。在图2所示的实施例中，第三开关元件T3和第四开关元件T4分别形成第一电路元件A和第二电路元件B。第三开关元件T3和第四开关元件T4一起形成连接输入端子的串联布置II。第三开关元件T3和第四开关元件T4各自的控制电极耦合到控制电路CC的输出端。图2中，利用虚线表示出这种耦合。控制电路CC对应的输入端耦合到二极管D5-D8，用以监视哪些二极管正在传导电流而哪些二极管是不导通的。图2中也没有表示出这些耦合。

图2中所示的电路布置的工作如下所示。在输入端子K1和K2连接到提供直流电压的电源电压上的情况下，控制电路CC交替地并以低频操作电路布置工作在第一和第二工作状态下。

在第一工作状态下，开关元件T2和T3保持为不导通，而开关元件T4保持为导通且开关元件T1以高频变成导通和不导通。在第二工作状态下，开关元件T3保持为导通，而开关元件T2以高频变成导通和不导通，且开关元件T1和T4保持为不导通。由于图2中所示的电路布置是全桥电路，所以在操作负载电路的过程中出现的电压是在图1所示半桥电路中的负载电路上出现的电压的两倍高。另外，图2中所示实施例的工作完全类似于图1中所示电路布置的工作。在这两种工作状态的每种状态中，电路布置都工作在临界不连续模式或不连续模式下，这导致利用滤波电容器C1和C2使流过镇流器电感的呈三角形的电流都被转换为连续直流灯电流。而且，在该实施例中，通过在第一工作状态下仅在二极管D7和D8都已经变为不导通状态后开关元件T1才变成导通，并且通过在第二工作状态下仅在二极管D5和D6都已经变为不导通状态后开关元件T2才变成导通，保证了这种无关的灯操作。

注意到，实际上人们希望，对于图1中所示的实施例以及对于图2中的实施例都安装一用于将由两个灯所消耗的总功率的平均值控制在所希望的值上的功率控制环，上述这种控制是通过调整第一开关元件在第一工作状态下的每个高频周期内变成导通状态所经过的时间和调整第二开关元件在第二工作状态下的每个高频周期内变成导通状态所经过的时间来实现的。如上所述的这种功率控制环在本领域中是非常公知的。该功率控制环保证了，尽管用在不同的实际实施例中的相似元件的电性能可能不同，但由相同电路布置的不同实际实施例所消耗的功率的总量基本上将是相同的。

Claims

1.用于操作灯负载的电路布置，包括：

-输入端子，用于连接到电源电压，

-第一负载电路，包括第一镇流器电感和第一灯连接端子，并将开关元件之间的串联布置I的端子N1连接到第一电路元件A和第二电路元件B之间的串联布置II的端子，

其特征在于，该电路布置包括：

-第五二极管D5，旁路第一开关元件和二极管D1，

-第六二极管D6，旁路第一开关元件和二极管D3，

-第七二极管D7，旁路第二开关元件和二极管D2，

-第八二极管D8，旁路第二开关元件和二极管D4，

2.根据权利要求1的电路布置，其中第一电路元件A和第二电路元件B每个都包括电容器。

3.根据权利要求1的电路布置，其中第一电路元件包括第三开关元件，第二电路元件包括第四开关元件，控制电路耦合到第三开关元件和第四开关元件各自的控制电极，用于控制第三和第四开关元件的导通状态。

4.根据权利要求2的电路布置，其中控制电路配备有用于以低频交替地操作电路布置工作在第一和第二工作状态下的装置，其中在第一工作状态下，第一开关元件以高频变成导通和不导通状态，而第二开关元件保持为不导通状态，并且在第二工作状态下，第二开关元件以高频变成导通和不导通状态，而第一开关元件保持为不导通状态。

5.根据权利要求3的电路布置，其中控制电路配备有用于以低频交替地操作电路布置工作在第一或第二工作状态下的装置，其中在第一工作状态下，第二和第三开关元件保持为不导通状态，而第四开关元件保持为导通状态，并且第一开关元件以高频变成导通和不导通状态，并且其中在第二工作状态下，第三开关元件保持为导通状态，而第二开关元件以高频变成导通和不导通状态，并且第一和第四开关元件保持为不导通状态。

6.根据权利要求4和5的电路布置，其中电路布置配备有功率控制环，用于将由两个灯所消耗的总功率的平均值控制在所希望的值上，这种控制是通过调整第一开关元件在第一工作状态下的每个高频周期内变成导通状态所经过的时间和调整第二开关元件在第二工作状态下的每个高频周期内变成导通状态所经过的时间来实现的。