CN1893758B

CN1893758B - 关闭电路

Info

Publication number: CN1893758B
Application number: CN2006101060310A
Authority: CN
Inventors: B·鲁多尔夫
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Osram GmbH; PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: RU2390107C2; TW200708197A; CN1893758A; US7190127B2; KR20060133470A; EP1765042A2; US20060284566A1; EP1765042A3; DE102005028419A1; RU2006121385A; CA2550365A1

Abstract

本发明涉及一种用于操作放电灯(LA)的电子镇流器，其中泵电路(D6、C8、C9、L1)从变换器(V1、V2)的交流电压对中间电路电容器(C6)进行充电。电压限制电路(R8、R3、D5、R4、R5、C3、SD)与中间电路电容器(C6)并联连接。当超过中间电路电容器(C6)两端的电压的最大值时，电压限制电路(R8、R3、D5、R4、R5、C3、SD)中的耗散元件(R8)将电能变换成热能。通过测量用电阻器(R3)的电流被测量为所述测量用电阻器(R3)两端的电压(UC3)，该电流在延迟电路(R4、R5、C3)中被检测，并且该电流被用于控制变换器(V1、V2)的关闭装置(SD)。

Description

关闭电路

技术领域

本发明涉及一种用于操作放电灯的电子镇流器(ballast)。

背景技术

用于操作放电灯的电子镇流器有多种已知的实施方式。这些电子镇流器通常包括整流电路，用于整流交流电压电源并且对电容器进行充电，所述电容器常常被称为中间电路电容器。被施加到这个电容器的直流电压用于给变换器供电，该变换器驱动所述放电灯。原则上，变换器使用来自整流过的交流电压电源或直流电压电源的射频电流为要被操作的放电灯产生电源电压。变换器通常经由反相运行的开关元件产生这个射频交流电压。

这样的镇流器的一个重要特性是从供电系统提取(withdrawal)功率的类型。如果所述整流器对中间电路电容器进行充电，那么仅仅导致对所述中间电路电容器的充电操作，而不必进一步测量瞬时系统电压是否高于中间电路电容器两端的电压。结果是差的功率因数。

有各种可能的改进所述功率因数的方式。除了用于从整流过的系统电压对中间电路电容器进行充电的变换器(例如升压变换器电路)之外，也开始考虑所谓的泵电路(pump circuit)。这些泵电路在电路方面要求比较低的复杂程度。

泵电路的拓扑包括：来自电源系统的整流过的电源电压经由至少一个电子泵开关被耦合到中间电路电容器。这导致整流器与电子泵开关之间的泵节点(pump node)。这个泵节点经由泵网络(pump network)被耦合到变换器输出。

泵电路的原理在于以下事实，即在变换器活动的一半周期期间，能量经由泵节点从整流过的电源电压中汲取到并被缓冲存储在泵网络中。在随后的半个周期中，缓冲存储的能量经由电子泵开关被馈给中间电路电容器。

因此，能量是与变换器频率一致地从整流过的电源电压中汲取到的，所述变换器频率与所述系统电源的频率相比是高的。

发明内容

本发明基于详细说明具有泵电路的改进的电子镇流器以及相关操作方法的技术问题。

本发明涉及一种用于操作放电灯的电子镇流器，该电子镇流器具有：

·用于产生射频交流电压的变换器，

·用于将直流电压供给所述变换器的中间电路电容器，

·以及泵电路，该泵电路从所述变换器的交流电压对中间电路电容器进行充电。

该电子镇流器的特征在于用于限制中间电路电容器两端的电压的电压限制电路，该电压限制电路与中间电路电容器并联。该电压限制电路具有：

·带有耗散元件和测量用电阻器的串联电路，

·延迟电路，

·以及关闭装置，该关闭装置具有阈值元件，该阈值元件限定延迟电路两端的切换电压，并且当超过最大电压时，该阈值元件的输出信号去活所述变换器。

当超过由耗散元件所确定的中间电路电容器两端的电压的最大值时，耗散元件将电能变换为热能。并且通过测量用电阻器的电流被测量为所述测量用电阻器两端的电压，在延迟电路中对该电流进行检测，并将该电流作为输入信号馈给关闭装置。

并且本发明涉及一种相应的操作方法。

在从属权利要求中给出了本发明的优选的改进方案，并且在下文中将可以更加详细地解释。所述公开内容总是涉及本发明的方法方面和设备方面。

本发明基于以下认知：变换器一被激活并且只要变换器被激活，所述泵电路就从整流过的系统电压中汲取能量，并且经由电子泵开关将该能量馈给中间电路电容器。当所述电子镇流器接通时，所述变换器通常被激活。此外，通常并不会发生泵电路的开环或闭环控制。没有连接到变换器的充足的负荷，泵电路也增加中间电路电容器两端的电压。中间电路电容器两端的高电压危及电子镇流器中的部件，特别是危及中间电路电容器本身。

泵电路中的部件和电子镇流器的其它部件通常与系统电源和负荷(也就是放电灯)相配，以致中间电路电容器两端的电压在正常运行期间被维持在固定值附近。举例来说，可以如此设置中间电路电容器两端的电压，以致所述电压总是略微地高于整流过的交流电压电源的电压最大值。

有多种原因可以解释变换器为何能在电子镇流器中被激活而无须连接相应的负荷。举例来说，可能的是，根本没有放电灯被连接到电子镇流器，但是镇流器是接通的。还有可能的是，在运行期间放电灯故障或者被损坏，放电停止(extinguish)，并且因此不再有任何负荷被连接到电子镇流器。特别地，也有可能的是，如放电灯尤其是接近其寿命结束的情况那样，在所连接的完整放电灯的情况下，不能足够快速地开始气体放电。这些实例的列举不是穷举。

为了避免中间电路电容器处的电压过高，本发明具有与中间电路电容器并联的电压限制电路。

这个电压限制电路具有多个部件：包括耗散元件和测量用电阻器的串联电路，延迟电路和关闭装置。该关闭装置具有阈值元件，该阈值元件限定经由延迟电路用于该关闭装置的切换电压。如果中间电路电容器两端的电压超过由耗散元件的特性所确定的最大电压，那么显著的电流流过包括该耗散元件和测量用电阻器的串联电路。在这种情况下，电能由耗散元件变换为热能。通过测量用电阻器的电流被测量为所述测量用电阻器两端的电压，并且在延迟电路中被检测。如果延迟电路中的这个电压超过由阈值元件所限定的切换电压，那么关闭装置去活该变换器。

在本发明的一个优选实施方案中，耗散元件是变阻器(varistor)。变阻器在低压处具有非常高的电阻器值，而当超过特定电压时具有低电阻器值。然而，以其发生这种情况的电压可以因变阻器的不同而显著变化(并且该电压在变阻器的寿命期间也显著变化)。变阻器能在短时期把相对大量的能量变换为热量。然而，对于较长的时间间隔，最大功率消耗较小。由于变阻器是非常便宜的部件，所以变阻器的使用是特别有利的。

关闭装置优选的为双稳态关闭装置的形式。如果在延迟电路中所检测到的电压(在其绝对值方面)超过特定的切换电压，那么该关闭装置工作并且去活变换器。如果所检测到的延迟电路中的电压下降，那么仅仅当另一切换点(其在绝对值方面较小)未达预定点(undershot)时，关闭装置才再次工作。当较低的切换阈值未达预定点时，变换器被重新激活。

关闭装置优选地具有齐纳二极管作为阈值元件。齐纳二极管是便宜的而且稳定的部件。

在本发明的一个优选实施方案中，延迟电路具有包括充电电阻器和集成电容器的串联电路。延迟电路借助于包括充电电阻器和集成电容器的串联电路来检测测量用电阻器两端的电压，所述串联电路与所述测量用电阻器并联连接。集成电容器的充电时间常数对应于集成电容器的电容与充电电阻器的无抗电阻(nonreactive resistance)的乘积。集成电容器的电容的大小和充电电阻器的无抗电阻的大小确定这个时间常数。集成电容器的电容的大小和充电电阻器的无抗电阻的大小确定，在延迟电路中所检测到的电压达到关闭装置的切换电压之前，电流流过包括耗散元件和测量用电阻器的串联电路需要多长时间。

延迟电路优选地被如此设计，以致如果中间电路电容器两端的电压超过最大电压，那么只要可能就维持流过耗散元件的电流，而不会有毁坏电路中的耗散元件或者部件的风险。即使一旦连接了耗散元件，也可能有用的是，不立即通过关闭装置来去活变换器，而是尽可能长地等待。举例来说，如果连接了放电灯，但是不能足够迅速地开始气体放电，那么这就是这种情况。只要变换器还没有被去活，放电灯的起动就仍然可能成功。

放电电阻器优选地与集成电容器并联。如果关闭装置本身具有高电阻值，那么集成电容器的电容和放电电阻器的无抗电阻确定集成电容器的放电时间常数。

优选地，如此确定集成电容器和放电电阻器的大小，以致不会超过耗散元件中的在时间上的最大平均功率损耗。如上面已经进一步提到的那样，耗散元件可能在短期将大量能量变换为热量，但是有可能平均地在较长的时间间隔上仅仅变换明显较低的电源。如果集成电容器放电太快并且变换器经由关闭装置被重新激活，那么所述耗散元件可能再次需要将能量变换为热量。如果这些事件之间的时间间隔太短，那么耗散元件可能会被毁坏。集成电容器和放电电阻器因此需要被如此确定大小，以致所述变换器不能过早地被重新激活。然而，另一方面，由于在某一时期之后(例如一旦已经替换了放电灯)可能完全期望重新激活所述变换器，所以放电时间常数也不应太大。

本发明优选地被用于冷起动放电灯。存在多个电子镇流器的实施方式，其中，在开始放电之前，所连接的放电灯的电极不被加热。在这样的冷起动情形的情况下，与电子镇流器首先工作一样早地激活泵电路，但还不可能向所述灯中注入任何功率。如果在足够短的时期内并没有开始放电，那么在中间电路电容器两端会出现不期望的电压过高。在这样的情况下，电压限制电路可以降低所述电子镇流器的部件被毁坏的风险。尤其是在放电灯寿命快要结束时，起动所需的时间可能比较长。

可能出现这样的情况：不仅当冷起动放电灯时，而且当利用预热电极起动放电灯时，气体放电起动过迟。在这种情况下，也可以有利地使用本发明。

附图说明

参考示例性实施方式，下文将更加详细地解释本发明。所公开的单独的特征对其它组合的本发明而言也可能是必需的。上文和下文中的描述涉及本发明的设备方面和方法方面，而不必被详细地明确地提及。

附图示出根据本发明的电路装置。

具体实施方式

该图示出根据本发明的电路装置，该电路装置应当被理解为带有所连接的放电灯的电子镇流器的部分。

在左手侧示出了两个系统电源接线端NKL1和NKL2，系统电源在所述电源接线端处可被连接到电子镇流器。包括两个电容器C1和C2以及两个耦合线圈的滤波器(由FI1表示)将系统电源接线端NKL1和NKL2连接至包括二极管D1至D4的全桥整流电路。整流过的电源电压经由泵开关二极管D6被施加到中间电路电容器C6，所述中间电路电容器C6在所述附图中被示在全桥整流电路的右边，所述泵开关二极管D6被连接到全桥整流电路D1至D4的阴极侧。电压UC6在中间电路电容器C6两端下降。

在全桥整流电路的阳极侧输出处，施加基准电位VB。在全桥整流电路的阴极侧输出处，在全桥整流电路和泵开关二极管D6之间的连接节点N1处施加正的整流过的电源电压VP。用于减少系统电流谐波的干扰抑制电容器C5与全桥整流电路D1至D4并联连接。

中间电路电容器C6将电源馈给变换器，在这种情况下所述变换器为包括两个开关元件V1和V2的半桥形式。在这种情况下，开关元件V1和V2为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的形式。借助于反向计时(oppositeclocking)，开关元件V1和V2在其间的连接节点(开关元件V1和V2的中间抽头N11)处产生交流电位，所述交流电位在基准电位VB和所述中间电路电容器的电源电位UC6之间振荡。

包括灯电感L1、灯接线端KL1和KL2以及耦合电容器C4的串联电路被连接在中间抽头N11和基准电位VB之间。放电灯LA被连接到灯接线端KL1和KL2。

变压器线圈L3-C与中间抽头N11串联连接。包括电阻器R2和变压器线圈L3-B的串联电路被连接在变换器的中间抽头N11和电源-电位侧上的开关元件V1的栅极之间。包括电阻器R1和变压器线圈L3-A的相应串联电路被连接在基准电位VB和开关元件V2的栅极之间。用于开关元件V1或者开关元件V2的过电压保护的齐纳二极管DZ1或者DZ2在每种情况下均与这些串联电路并联连接，所述串联电路分别包括电阻器R2和R1之一以及变压器线圈L3-B和L3-A之一。三个变压器线圈L3-A、L3-B和L3-C彼此变压器耦合，并且象征性地代表开关元件V1和V2的切换次数的自激控制器。

泵电容器C9被连接在节点N1和左手侧灯接线端KL1之间。梯形(trapezoidal)电容器C8与这个泵电容器并联连接，但被连接到中间抽头N11。梯形电容器C8影响开关元件V1和V2的在时间上的切换响应，并因此减少切换损耗。在这种情况下，电容器C8和C9与灯电感L1一起被示为泵网络。泵网络C8、C9、L1与泵开关二极管D6一起形成泵支路。然而，事实上任何期望的泵网络拓扑都是可设想的。关键是，泵网络包括至少一种能量存储，该能量存储经由泵开关被连接到中间电路电容器C6。

包括变阻器R8和测量用电阻器R3的串联电路与中间电路电容器C6并联连接。节点ND位于变阻器R8和测量用电阻器R3之间。包括二极管D5、集成电阻器R4、放电电阻器R5和集成电容器C3的延迟电路被连接在节点ND和基准电位VB之间。在这种情况下，二极管D5与集成电阻器R4和集成电容器C3串联连接。放电电阻器R5与集成电容器C3并联连接。关闭装置SD经由高电阻的输入被连接到集成电阻器R4和集成电容器C3之间的连接节点。所述关闭装置SD的去活输出被连接到开关元件V2的控制输入。

在正常运行期间，当连接了放电灯LA并且已经点燃气体放电时，泵电路运行如下：变换器的中间抽头N11以高频在基准电位VB和中间电路电容器C6的电源电位UC6之间振荡。耦合电容器C4被这样设计，以致参考电位侧上的灯接线端KL2处的电位NH近似对应于中间电路电容器C6两端的电压UC6的一半。由中间抽头N11处的振荡电位来驱动，首先放电灯LA工作，其次电荷经由泵开关二极管D6通过包括电容器C8和C9以及灯电感L1的泵网络被泵送到中间电路电容器C6中。

在冷起动放电灯LA的情况下，在如图1中所示的电路装置中发生以下情况：借助于泵网络C8、C9和L1，电荷经由泵开关二极管D6被泵送到中间电路电容器中。在放电灯LA中点燃气体放电之前，变换器执行的切换操作越多，中间电路电容器C6两端的电压UC6增加得就越多。

在一时间间隔内，放电灯LA中的气体放电通常被点燃，在所述时间间隔中，中间电路电容器C6两端的电压UC6还不是临界的(critical)。如果所述气体放电并没有点燃，那么中间电路电容器C6两端的电压UC6可能达到这样高的值，使得所述电子镇流器中的部件、特别是中间电路电容器C6本身可能被毁坏。图1中所示的电路装置会减少这种风险。

如果在电容器C6处出现电压过高，那么否则高电阻的变阻器R8假定为低电阻值，并且电流流过包括变阻器R8和测量用电阻器R3的串联电路。在这种情况下，变阻器可在短时期耗散高功率。变阻器R8在其处假定为低电阻值的电压可以根据类型不同而很大程度地变化，并且也随着这样的变阻器的寿命变化；在上述两种情况下，10％不是例外的。

与测量用电阻器R3并联的延迟电路检测测量用电阻器R3两端的电压UC3。在这种情况下，电压被存储在集成电容器C3中。集成电容器C3两端的电压UC3增加得多快取决于延迟电路中的部件的大小。充电时间常数由集成电阻器R4的无抗电阻和集成电容器C3的电容给出。放电时间常数在这种情况下由集成电容器C3的电容和放电电阻器R5的无抗电阻给出。如果放电时间常数大于充电时间常数，那么集成电容器C3两端的电压UC3与由于变阻器R8的连接而流过测量用电阻器R3的电荷成比例。

如此设置集成电容器C3的充电时间常数，以致只要可能就维持通过包括变阻器R8和测量用电阻器R3的串联电路的电流，而不会毁坏变阻器R8。因而尽可能长地使放电灯LA点燃气体放电。如果集成电容器C3两端的电压超过关闭装置SD的切换阈值，那么关闭装置SD就去活变换器的开关元件V2。中间电路电容器C6两端的电压UC6因此无法再进一步上升。集成电容器C3经由放电电阻器R5被放电。与集成电容器C3的充电相比，这发生得缓慢。

关闭装置SD是双稳态关闭装置，也就是说，当超过第一切换阈值并且因而变换器被去活时，激活该关闭装置SD，并且当第二、较小切换阈值未达预定点时激活所述变换器。如此设置集成电容器C3的放电的放电时间常数，以致在相对长时期之后仅仅重新激活变换器。对此的理由是以下事实：当在较长的间隔上进行平均时，变阻器R8无法耗散几乎与在非常短的间隔期间一样多的功率。因此需要阻止射频变换器激活/去活周期，以致变阻器的时间平均功率消耗并不超过相应的极限值。

另一方面，由于没有点燃气体放电的事件可能是仅仅出现一次的事件或者由于同时放电灯LA已经被替换，所以在某一时期之后重新激活变换器是有利的。

Claims

1.一种用于操作放电灯(LA)的电子镇流器，该电子镇流器具有：

·变换器(V1，V2)，用于产生射频交流电压，

·中间电路电容器(C6)，用于将直流电压(UC6)供给所述变换器(V1，V2)，

·以及泵电路(D6，C8，C9，L1)，该泵电路(D6，C8，C9，L1)从所述变换器(V1，V2)的交流电压对中间电路电容器(C6)进行充电，

其特征在于用于限制中间电路电容器(C6)两端的电压(UC6)的电压限制电路(R8，R3，D5，R4，R5，C3，SD)，该电压限制电路(R8，R3，D5，R4，R5，C3，SD)与中间电路电容器(C6)并联，该电压限制电路(R8，R3，D5，R4，R5，C3，SD)具有：

·带有耗散元件(R8)和测量用电阻器(R3)的串联电路(R3，R8)，

·延迟电路(R4，R5，C3)，

·以及关闭装置(SD)，该关闭装置(SD)具有阈值元件(DZ3)，该阈值元件(DZ3)限定延迟电路(R4，R5，C3)两端的切换电压，并且当超过最大电压时，该阈值元件(DZ3)的输出信号去活所述变换器(V1，V2)，

当超过由所述耗散元件所确定的中间电路电容器(C6)两端的电压(UC6)的最大值时，所述耗散元件(R8)将电能变换为热能，

并且通过所述测量用电阻器(R3)的电流被测量为所述测量用电阻器(R3)两端的电压(UR3)，

在延迟电路(R4，R5，C3)中对通过所述测量用电阻器(R3)的电流进行检测，

以及将通过所述测量用电阻器(R3)的电流作为输入信号馈给所述关闭装置(SD)。

2.如权利要求1所述的电子镇流器，其中，所述耗散元件(R8)是变阻器。

3.如前述权利要求之一所述的电子镇流器，其中，所述关闭装置(SD)为双稳态关闭装置(SD)的形式。

4.如权利要求1或2所述的电子镇流器，其中，所述关闭装置(SD)具有齐纳二极管(DZ3)作为阈值元件。

5.如权利要求1或2所述的电子镇流器，其中，所述延迟电路(R4，R5，C3)经由包括充电电阻器(R4)和集成电容器(C3)的串联电路检测所述测量用电阻器(R3)两端的电压(UR3)，所述串联电路与所述测量用电阻器(R3)并联连接。

6.如权利要求1或2所述的电子镇流器，其中，所述延迟电路(R4，R5，C3)被设计成以致如果中间电路电容器(C6)两端的电压(UC6)超过最大电压，那么只要可能就只维持流过所述耗散元件(R8)的电流，而不会毁坏所述耗散元件(R8)。

7.如权利要求5所述的电子镇流器，其中，放电电阻器(R5)与集成电容器(C3)并联。

8.如权利要求7所述的电子镇流器，其中，所述集成电容器(C3)和所述放电电阻器(R5)被设计成以致不超过所述耗散元件(R8)中的最大的、在时间上平均的功率损耗。

9.如权利要求1或2所述的电子镇流器，其用于冷起动放电灯。

10.如权利要求1或2所述的电子镇流器，其用于操作低压放电灯。

11.一种用于操作放电灯(LA)的电子镇流器的方法，其中：

·变换器(V1，V2)产生射频交流电压，

·中间电路电容器(C6)将直流电压供给所述变换器(V1，V2)，

·以及泵电路(D6，C8，C9，L1)从所述变换器(V1，V2)的交流电压对中间电路电容器(C6)进行充电，

其特征在于，电压限制电路(R8，R3，D5，R4，R5，C3，SD)限制中间电路电容器(C6)两端的电压(UC6)，所述电压限制电路(R8，R3，D5，R4，R5，C3，SD)与所述中间电路电容器(C6)并联，所述电压限制电路(R8，R3，D5，R4，R5，C3，SD)具有：

·包括耗散元件(R8)和测量用电阻器(R3)的串联电路(R3，R8)，

·延迟电路(R4，R5，C3)，

·以及关闭装置(SD)，所述关闭装置(SD)具有阈值元件(DZ3)，所述阈值元件(DZ3)限定所述延迟电路(R4，R5，C3)两端的切换电压，并且当超过最大电压时，所述阈值元件(DZ3)的输出信号去活所述变换器(V1，V2)，

在所述延迟电路(R4，R5，C3)中对通过所述测量用电阻器(R3)的电流进行检测，

12.如权利要求11所述的方法，其中，在开始放电之前，超过所述中间电路电容器(C6)两端的最大电压(UC6)，其结果是所述耗散元件(R8)将电能变换为热能并且所述关闭装置(SD)去活所述变换器。

13.如权利要求12所述的方法，其中，在起动之前，不加热所述放电灯(LA)的电极，而是执行冷起动。

14.如权利要求11、12或13所述的方法，使用如权利要求1至10之一所述的镇流器。