CN1781343B - 具有调节的点火电压的点火电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于为电灯产生点火脉冲的电路，包括：点火脉冲变压器(VG)；用于在点火脉冲变压器(VG)的初级绕组产生其在点火脉冲变压器(VG)的次级绕组被变换的点火脉冲的设备(ZG)；用于检测被变换的点火脉冲的电压值的装置(LA)；和用于将被变换的点火脉冲的电压值调节到预定参考值(Uzref)的设备(U1)。用于产生点火脉冲的设备(ZG)包括由脉冲电容器(C)及与点火脉冲变压器(VG)的次级绕组和电灯并联的开关(S1，M1)构成的串联电路。其中用于调节被变换的点火脉冲的电压值的所述设备(U1)设置在点火时间点被施加到该脉冲电容器的电压。从而可通过选择开关(S1，M1)接通和/或断开的时刻，设置该脉冲电容器的电压。

Description

具有调节的点火电压的点火电路
技术领域
本发明涉及用于为诸如高压气体放电灯之类的电灯产生点火脉冲的电路，并涉及用于为电灯产生点火脉冲的方法。最后，本发明也涉及具有这种点火电路(ignition circuit)的电灯镇流器。
背景技术
通常，所关心的此类点火电路的任务是将所谓的点火电压脉冲传送给电灯，这保证电源电压的特定相位条件期间的可靠电灯点火。
从WO 97/08921，了解图6中所示的点火电路。图6中所示的点火电路具有用作磁镇流器的扼流圈3，脉冲变压器5，脉冲变压器5的次级绕组6与扼流圈3和高压气体放电灯4串联连接，并且脉冲变压器5的初级绕组8与开关元件9串联连接，以及脉冲电容器7，其中一侧的脉冲电容器7与另一侧的由初级绕组8和开关元件9构成的串联电路形成并联电路，该并联电路本身与负载电阻13被串联连接到可控开关10上。例如，可控开关10是整流桥中控制的二极管或场效应管。
此外，还有辅助点火电容器11和用于控制可控开关10的控制电路12。控制电路12在时间上依靠用于高压放电灯4的点火脉冲的出现，控制可控开关10，点火脉冲由点火脉冲检测器15检测，点火脉冲检测器15通过专用绕组14与脉冲变压器5连接。
由此，图6中所示的电路的功能如下：
最初，可控开关10打开，从而使由脉冲电容器7、脉冲变压器5的初级绕组8和硅对称二端开关元件9形成的并联电路与施加在接线端1的a.c.电压源分离。控制电路，例如ASIC，优选包含被设置为在发生电源电压的零交叉时或电源电压达到特定电平时运行的计数器，该特定电平对应于特定的开关角度。通过倒计数，可以确定何时达到要求的60°EL至90°EL或240°EL至270°EL之间的开关角度，即，电灯制造厂商要求的相位配置。当达到所希望的相位配置时，可控开关10闭合，从而，由于通过可控开关10的闭合，脉冲电容器7与辅助点火电容器11并联连接，所以施加在辅助点火电容器11上的电压短时间内降低。脉冲变压器5的次级绕组6本身为低电阻。
在可控开关10闭合之后，产生正常的点火行为，即，通过经负载电阻13给脉冲电容器7充电，施加在脉冲电容器7上的电压升高，从而使施加到电灯4或辅助点火电容器11上的电压也升高。当达到硅对称二端开关元件9的开关电压时，它短路，并且脉冲电容器经过脉冲变压器5的初级绕组8和硅对称二端开关元件9放电，由此在高压放电灯4处产生点火脉冲，该点火脉冲经过耦合的绕组14和点火脉冲检测器15传送到控制电路12。
由于点火脉冲的检测，控制电路12立即打开可控开关10，从而使由脉冲电容器7、硅对称二端开关元件9和脉冲变压器5的初级绕组18形成的振荡电路迅速地衰减，这是由于没有新的能量传送到这个振荡电路。由此，硅对称二端开关元件9的保持电流非常迅速地减小，这使得开关10能够在开关10短暂的打开之后再次闭合，从而可以获得快速点火脉冲序列。
这种电路的缺点是没有考虑到点火电压由于线路电容而降低。
从EP 479351 A1了解到一种自适应点火电路，该电路试图对这一问题提供帮助。
根据这一公开的专利申请，提供两个能够切换的相互并联的脉冲电容器。如果现在电路(图1中的IV)检测到施加在电灯本身的点火脉冲不具有足够的幅度，那么通过一个开关的启动，使第二脉冲电容器接入，与目前的第一脉冲电容器并联，众所周知，这能够增大电容，由此在随后的点火过程中点火脉冲幅度相应地增大。
根据EP 479 351 A1的过程是这样的，在一个点火过程的开始总是使用一个单一的脉冲电容器，在电灯的点火脉冲的幅度不够的情况下，将第二电容器并联地接入。因此提供电容的离散增加，从而也提供点火脉冲幅度的离散增加。相反，没有造成电容的降低。
即使如此，根据EP 379 351 A1，采取这样的措施来保证电灯中足够的点火脉冲幅度，但是，这仍然不能使全部点火系统的容许偏差的有效补偿成为可能，由于：
——电源电压范围，
——线路电容，
——环境温度，
——具有不同抽头和不同结构的镇流器(不同的制造厂商的)的使用(当前，对于每种脉冲点火装置，必须构造完全匹配的镇流器)，和
——接地和非接地镇流器之间的差异。
发明内容
本发明的目的是相应地提出用于改进的点火系统的技术，该技术能够以有效的方式保证电灯上足够的点火脉冲幅度。
更具体地讲，本发明的目的在于用于点火脉冲幅度的(连续的)调节的技术，从而由于点火脉冲幅度的调节，能够将点火电压的希望值设置在电灯制造厂商要求的性能窗的下限附近，由此可减小镇流器和其它组件的负载，从而有效地增加它们的操作寿命。
更精确地讲，通过独立权利要求的特征达到上述指明的目的。从属权利要求以特别有利的方式进一步发展了本发明的中心概念。
根据本发明的又一个方面，提供用于产生电灯点火脉冲的电路，其中该电路具有点火脉冲变压器(如果适当，它也可在点火之后用作电灯电流的扼流圈)。此外，提供用于在该点火脉冲变压器的初级绕组(点火绕组)中产生点火脉冲的设备，其中在该点火脉冲变压器的次级绕组(主绕组)中变换点火脉冲。此外，提供用于检测变换的点火脉冲的电压值(在点火装置的接线端LA的幅度)的装置，和用于将变换的点火脉冲的电压值调节到预定的参考值的设备。
通过语句“变换的点火脉冲的电压值的调节”，从而可理解，如果产生与预定参考值的差值，那么要根据差值的符号，对应于离开预定参考值的差值调节所述设备，以便不仅增大施加的点火脉冲的实际幅度，而且在适当的情况下也要减小点火脉冲的实际幅度。
从而，变换的点火脉冲的电压值是可连续调节的。这允许更有效和更精确地控制施加在电灯上的点火电压，特别是与上述EP 0 479 351 A1相比。
用于产生点火脉冲的设备可具有由脉冲电容器以及与脉冲变压器的次级绕组和电灯并联的开关构成的串联电路。从而，用于调节变换的点火脉冲的电压值的设备可将在点火时间点施加的脉冲电容器上的脉冲电压设置为控制电压。
例如，这可以通过开关的接通和/或断开点的选择来实现。在一定程度上，还可以想到的其它可能性是，如何能够设置在点火时间点施加到脉冲电容器上的脉冲电压(可设置电压源，等等)。虽然根据现有技术(见EP 479351 A1)的情况，通过接入另一个脉冲电容器以离散的方式提高点火电路的电容，但本发明建议更好的方式，不改变电容而是在其位置处改变脉冲电压，它具有的好处是可用更简单的方式连续地实施，此外，也不用提供多个多余的脉冲电容器。
例如，用于调节变换的点火脉冲的电压值的设备可以控制开关的接通持续时间。
从根本上讲，开关可以在任意时间点打开和闭合，但是，特别是可以在电源半波的峰值之前的时间点(如果适合，在固定的时间点)闭合，优选在紧接着的电源半波的峰值到达之前打开，并且再次重新闭合。
根据本发明的又一个方面，提供用于为电灯产生点火脉冲的电路，该电路具有：
点火脉冲变压器，
用于在该点火脉冲变压器的初级绕组产生点火脉冲的设备，上述点火脉冲在该点火脉冲变压器的次级绕组被变换，其中该设备具有由脉冲电容器以及与该点火脉冲变压器的次级绕组和电灯并联的开关构成的串联电路，其中，通过打开的开关，该脉冲电容器中的电荷基本上保持不变，并且通过闭合的开关，该脉冲电容器充电到电源电压的当前瞬时值(current instantaneousvalue)。最后，又一个控制单元被提供，通过该控制单元，该开关的接通/断开时间点可按照需要被设置。
该控制单元可控制该开关的接通持续时间，从而，如果合适，该接通时间点被选择为固定地同步于该电源电压的预定相位配置。
为了电流限制，欧姆电阻和/或电感器可被与该开关串联连接。
根据本发明的又一个方面，提供用于为电灯产生点火脉冲的方法，其中点火脉冲被产生在点火脉冲变压器的初级绕组中，并且在该点火脉冲变压器的次级绕组中被变换。变换的点火脉冲的电压值(幅度)被检测。然后，根据被检测的该变换的点火脉冲的电压值，该变换的点火脉冲的电压值被调节到预定的参考值。在这里，也应当理解，调节包括增大和减小变换的点火脉冲的幅度的可能性。
变换的点火脉冲的电压值可通过脉冲电容器的充电/放电过程的时间控制被调节。
该方法可具有用于脉冲电容器充电/放电的开关在电源半波的峰值之前的时间点被闭合、并且在紧接着的电源半波的峰值到达之前打开和再次闭合的步骤。
附图说明
现在参考附图和实施例，更详细地说明本发明的进一步的特性、优点和特征。
从而给出以下附图：
图1是根据本发明的点火电路的示意图；
图2和3是说明通过选择点火电路的开关的接通持续时间来调节点火脉冲幅度的曲线图；
图4是图1中点火电路的更为详细的视图；
图5是根据本发明的点火电路的控制单元的详细视图；以及
图6是从WO 97/08921了解到的电路。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了用于诸如高压气体放电灯的镇流器。从而将电源电压施加到接线端L、N(L2)，在电源电压接线端L、N之间可连接可选的补偿电容器(也可以在镇流器中提供中央补偿)。此外，可以看到，镇流器的脉冲变压器VG，具有点火绕组ZW和连接到其上的主绕组HW，从而，在示意性示出的电灯点火之后，脉冲变压器VG为电灯电流充当扼流圈。在脉冲变压器VG的点火绕组ZW和用于电源电压的接线端N(L2)之间，提供有通常用ZG表示的点火装置(点火电路)。
从而点火脉冲变压器VG在电灯启动之后，充当限流扼流圈。从而，电灯一点火，点火绕组ZW和主绕组HW就以本身已知的方式起到为电灯限制电流的作用。
一方面，点火装置ZG具有由限流电阻R1、电感器L1和脉冲电容器C1构成的串联电路(串联振荡电路)。此外，点火装置ZG具有开关S1(例如，二极管和MOSFET晶体管)，通过该开关的控制，可控制脉冲电容器C1的充电/放电过程。
从而开关S1可通过控制单元启动，该控制单元根据比较器检测到的参考电压UZ-REF与检测到的电灯LA上点火脉冲的实际幅度之间的差值，控制开关的接通/断开过程。
在已知的方式中，为了点火，闭合开关S1(优选为二极管整流器桥中的半导体)，以便点火脉冲电流流过由点火绕组ZW、脉冲电容器C1、电感器L1和限流电阻R1构成的串联电路。这个脉冲电流在点火脉冲变压器VG的主绕组HW中变换到点火电压脉冲，高压气体放电灯可利用该点火脉冲来点火。
关于图1，也可以看到，一方面根据检测到的希望值UZ-REF与电灯上点火脉冲的实际幅度之间的差值，实施开关S1的控制。另一方面，可以自然连续地改变这种控制，即，与现有技术的情况相反，可以如此控制开关S1，以便在电源半波期间，按照需要接通和断开开关S1。众所周知，接通代表着点火时间点。
以下参考图2和3说明如何通过开关S1的接通和断开行为，基本上任意并连续地改变脉冲电容器C1中的电压，并且也相应地改变接线端LA的点火电压。接线端LA的点火脉冲电压的任意设置使得可以有效地补偿上述点火系统的偏差(电源电压、线路电容、环境温度范围、接地或非接地镇流器，等等)。这又允许将点火脉冲幅度的希望值UZ-REF设置到稍高于电灯制造厂商需要的性能窗口的下限，由此减小镇流器的负载，从而可显著地增加工作寿命。
在图2中，示出了照常在即将达到电源半波的峰值(时间点t1)之前闭合开关S1、由此在这个限定的电源电压的相位配置处触发至少一个点火脉冲的情况。点火电路的串联电路(串联振荡电路)用脉冲电流响应于开关S1的闭合，以便补偿脉冲电容器C1的电荷差。在开关S1保持闭合的同时，串联振荡电路R1、L1、C1振荡，并且脉冲电容器上的电压连续地修正到施加的电源电压的实际值。
然后在图2的情况下，将开关S1保持闭合相对长的时间，直到时间点t2。施加在脉冲电容器C1上的电压基本上在整个接通时间tx内跟随施加的电源电压的实际值。在时间点t2，开关S1再次打开，从而基本上在脉冲电容器C1上施加电压，并且在开关S1打开的时间中保持该电压，这个电压对应于时间点t2的电源电压的值。
由于断开时间点t2仅稍微领先下一个随后的接通时间点(点火时间点)t3，所以脉冲电容器C1的电压与点火时间点t3的电源电压值之间的差相当小，这会在脉冲电容器C1上产生较小的脉冲电压，并且相应地在接线端LA产生小的点火脉冲幅度。因此，断开时间点t2越靠近下一个随后的点火时间点t3(也就是说，在固定的点火时间点的情况下，开关S1的接通持续时间tx越长)，在接线端LA产生的点火脉冲的幅度越小。如果t2基本上对应于接通和点火时间点t3，或开关恒定地保持接通，那么如果合适，可以将点火脉冲幅度设置到接近于零。
图3示出了在接通和点火时间点t1之后，在较短的接通持续时间tx之后，开关S1已经再次在时间点t2打开，从而在这个时间点t2，脉冲电容器C1上保留电源电压的较高的值的另一方面的情况。当此时在时间点t3发生随后的点火(对应于开关S1的接通)而产生一个或多个点火脉冲时，由于脉冲电压，即，保留在脉冲电容器C1上的电压(基本上等于时间点t2的电源电压值)与点火时间点t3的电源电压值之间的差值很大，所以这些点火脉冲具有大的幅度(与图2的情况相比)。
在极端的情况下，即，当在第一电源半波的峰值范围内实施开关S1的断开，并且，在另一方面，在随后的电源半波的峰值范围内实施点火时，电容器C1上的脉冲电压呈现最大值，即，大约为电源电压的峰值的两倍。通过减小开关S1的接通持续时间，从而连续地提高接线端LA上的点火脉冲电压的幅度。
无论如何，根据本发明，通过脉冲电容器的相应电荷转移，脉冲电压可以超过电源电压的峰值(电压超调)。
因此，本发明采用脉冲电容器的电压是可设置的途径，以便最终设置点火脉冲幅度。相反，不需要改变点火装置ZG中的电容。从而，根据本实施例，可以通过在电源半波内选择开关的接通和断开时间点来确定脉冲电压。
通常，点火时间点以及接通时间点t1根据电灯制造厂商的要求来预定。相反，根据本发明，断开时间点t2、t2’以及接通持续时间tx可任意地改变。
参考图4，现在将说明如何利用微控制器或ASIC U1实施点火脉冲幅度的此种调节/控制过程。
在该情况下为MOSFET晶体管M1的开关连接在具有二极管D1的半导体桥中。通过相应地选择电阻R6预定点火电压幅度Uzref的希望值。在ASICU1的接线端Uzin，经过测量电阻R2检测接线端LA上的点火脉冲电压。
输入Ubr-in起到ASIC的内部功能的作用。
借助(本身已知的)外部带隙标准，调节控制逻辑电路本身的电压Vdd和开关S1、M1的控制信号OUT的输出驱动器的电压Vss。
在输入Uz-in处，可以检测电灯的发光电压。
此外，借助输入Uzin可以检测电源电压的零交叉。每个零交叉可以触发控制逻辑电路中的计数过程，从而，当前的计数值则代表电源电压的即时相位配置。这对于根据光源制造厂商的要求的接通点以及点火时间点的正确计时是特别重要的。
在控制逻辑电路中，实际调节逻辑电路是通过诸如所谓的查表实现的。这意味着，根据点火电压比较的结果Uzref-Uzin，在控制逻辑电路中通过一种功能或这种表，预先确定在什么时间点，或在什么接通持续时间tx之后，通过发出对应的信号OUT，闭合和/或再次打开开关S1、M1。

Claims (17)

1.一种用于为电灯产生点火脉冲的电路，具有：
点火脉冲变压器(VG)，
用于在该点火脉冲变压器(VG)的初级绕组产生点火脉冲的设备(ZG)，所述点火脉冲在该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组被变换，
用于检测被变换的点火脉冲的电压值的装置(LA)，和
用于将被变换的点火脉冲的电压值调节到预定的参考值(Uzref)的设备(U1)，
其中
用于产生点火脉冲的该设备(ZG)，具有由脉冲电容器(C)以及与该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组和该电灯并联的开关(S1，M1)构成的串联电路，而且
用于调节所述被变换的点火脉冲的电压值的该设备(U1)设置在点火时间点被施加到该脉冲电容器的电压；并且其中
该脉冲电容器的电压通过选择该开关(S1，M1)的断开时间点或者通过选择该开关(S1，M1)的断开时间点和接通时间点被设置。
2.一种用于为电灯产生点火脉冲的电路，具有：
点火脉冲变压器(VG)，
用于在该点火脉冲变压器(VG)的初级绕组产生点火脉冲的设备(ZG)，所述点火脉冲在该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组被变换，和
所述被变换的点火脉冲的电压值通过其能够被增大也能够被减小的设备(U1)，
其中
用于产生点火脉冲的该设备(ZG)，具有由脉冲电容器(C)以及与该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组和该电灯并联的开关(S1，M1)构成的串联电路，而且
用于调节所述被变换的点火脉冲的电压值的该设备(U1)设置在点火时间点被施加到该脉冲电容器的电压；并且其中
该脉冲电容器的电压通过选择该开关(S1，M1)的断开时间点或者通过选择该开关(S1，M1)的断开时间点和接通时间点被设置。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述被变换的点火脉冲的电压值能够被连续地设置。
4.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，用于调节所述被变换的点火脉冲的电压值的该设备(U1)，控制该开关的接通持续时间。
5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，用于调节所述被变换的点火脉冲的电压值的该设备(U1)在电源半波的峰值之前的时间点闭合该开关(S1，M1)，并且在紧接着的电源半波的峰值到达之前打开和再次闭合该开关。
6.一种用于为电灯产生点火脉冲的电路，具有：
点火脉冲变压器(VG)，
用于在该点火脉冲变压器(VG)的初级绕组产生点火脉冲的设备(ZG)，所述点火脉冲在该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组中被变换，
其中该设备(ZG)具有由脉冲电容器(C1)以及与该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组和该电灯并联的开关(S1，M1)构成的串联电路，
其中，
通过打开的开关(S1，M1)，该脉冲电容器中的电荷基本上保持不变，并且通过闭合的开关(S1，M1)，该脉冲电容器(C1)充电到电源电压(L，N(L2))的当前瞬时值，并且
控制单元被提供，该开关的断开时间点或者该开关的断开时间点和接通时间点能够通过其被改变。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，该控制单元控制该开关的接通持续时间，由此该接通时间点被选择，以与该电源电压的预定相位配置同步。
8.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于，为了限流，欧姆电阻(R1)和/或电感器(L1)被串联连接到该开关(S1，M1)。
9.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于，在连接的电灯的点火被实施之后，该点火脉冲变压器(VG)充当限制该电灯电流的扼流圈。
10.一种用于电灯的镇流器，其特征在于，它具有根据上述权利要求中任何一项所述的电路。
11.一种光源，具有根据权利要求10所述的镇流器。
12.一种用于为电灯产生点火脉冲的方法，其具有如下步骤：
由设备(ZG)在点火脉冲变压器(VG)的初级绕组产生点火脉冲，所述点火脉冲在该点火脉冲变压器的次级绕组被变换，该设备(ZG)具有由脉冲电容器以及与该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组和该电灯并联的开关(S1，M1)构成的串联电路；
检测所述被变换的点火脉冲的电压值，
依靠所述被变换的点火脉冲的被检测的电压值，由另一设备(U1)将所述被变换的点火脉冲的电压值调节到预定的参考值；并且
由该另一设备通过选择该开关(S1，M1)的断开时间点或者通过选择该开关(S1，M1)的断开时间点和接通时间点设置在点火时间点被施加到该脉冲电容器的电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述被变换的点火脉冲的电压值通过脉冲电容器(C1)的充电/放电过程的时间控制被调节。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于以下步骤：
在电源半波的峰值之前的时间点，闭合该脉冲电容器的充电/放电开关(S1，M1)，并且在紧接着的电源半波的峰值到达之前，打开和再次闭合该开关。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中所述点火脉冲通过由脉冲电容器(C1)以及与该点火脉冲变压器(VG)的次级绕组和该电灯并联的开关(S1，M1)构成的串联电路被产生，和
通过打开该开关(S1，M1)，该脉冲电容器(C1)中的电荷基本上保持不变，并且通过闭合该开关(S1，M1)，该脉冲电容器(C1)充电到电源电压的当前瞬时值，
其中该开关(S1，M1)的打开和闭合时间点能够被任意设置。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该开关(S1，M1)的接通持续时间(tx)被控制从与电源相位同步的该开关(S1)的接通开始。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该开关(S1，M1)的接通时间点与电源电压的预定相位配置同步被实施。
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