CN1893759B - 改进emc的平滑电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于放电灯、例如低压放电灯的电子镇流器，该电子镇流器具有带有开关元件和被连接在放电灯的上游和下游的两部分灯电感器的转换器。根据本发明的电子镇流器具有平滑电路，该平滑电路减少由转换器中的切换操作导致的灯端子处的电压跳变。

Description

改进EMC的平滑电路
技术领域
本发明涉及一种用于放电灯(例如低压放电灯)的电子镇流器，该电子镇流器包括具有开关元件的转换器。
背景技术
用于操作放电灯的电子镇流器公知有各种实施例。这些电子镇流器通常包括驱动放电灯的转换器。原则上，转换器给放电灯产生电源电压，以使用射频电流来操作该放电灯，该射频电流来自整流过的交流电压源或者直流电压源。转换器通常通过反相工作的开关元件产生这个射频交流电压。该交流电源然后被施加在转换器的交流输出和转换器的电源电位线中的一条电源电位线之间。
用于连接灯所要求的灯端子被连接在转换器的交流输出和电源电位线中的一条电源电位线之间。灯电感器通常和灯端子串联连接。
公开的说明书DE 100 36 952 A1描述了一种电路装置，其中，灯电感器不是通过单个电感来实现，而是被分成两个灯电感器。一个灯电感器被连接在转换器的交流输出和交流输出侧的灯端子之间。另一个灯电感器被连接在电源电位侧的端子和相应的电源电位线之间。这两个灯电感器经由共同的铁心相互耦合。这样，与地电位相比可以减少至少一个灯端子的电位。
发明内容
本发明基于说明具有裂开的灯电感器的所改进的电子镇流器的技术问题。
本发明涉及一种具有转换器的用于放电灯的电子镇流器，该转换器具有开关元件和针对放电灯的交流电源的交流输出、以及放电灯可以通过其被连接在转换器的交流输出和电源电位中的一个电源电位之间的两个灯端子，在每种情况下，一个灯电感器一方面被连接在灯端子中的在交流输出侧的一个灯端子与交流输出之间而另一方面被连接灯端子中的在电源电位侧的一个灯端子与电源电位之间，该电子镇流器的特征在于平滑电路，该平滑电路具有包括平滑电容器和去耦部件的串联电路，所述串联电路被连接在转换器的交流输出和电源电位中的一个电源电位之间，该去耦部件与灯端子相串联，并且平滑电容器被连接在去耦部件和交流输出侧的灯电感之间的连接节点与转换器的电源电位中的一个电源电位之间，或者该平滑电容器与包括灯电感器和灯端子的串联电路相并联，结果是在灯端子处减少了由开关元件切换所引起的电压跳变。
本发明基于转换器中的切换操作在交流输出处被表达为射频电压跳变的形式的知识。这些交流输出处的电压跳变引起灯谐振电路的振荡，该灯谐振电路包括灯电感器、放电灯、耦合电容器和谐振电容器，该灯谐振电路被连接在转换器的交流输出与电源电位中的一个电源电位之间。与其余的现有技术相一致的电路装置仅仅具有单个部分(single-part)灯电感器，该单个部分灯电感器与交流输出串联，该单个部分灯电感器代表电压跳变的高阻抗并且极大地去耦由于射频方面的交流输出处的电压跳变引起的灯谐振电路振荡。在被裂开并被连接在灯端子的上游和下游的灯电感器的情况下，然而单独的电感还作为射频电压部件的分压器。因此，将具有射频部件的仍然具有较大跳变的电压分布施加到灯端子。
根据本发明的平滑电路可平滑灯端子处的这些电压跳变。包括带有平滑电容器和去耦部件的串联电路的平滑电路可以各种方式被纳入电子镇流器中。去耦部件通常与包括灯电感器和灯端子的串联电路串联连接。对于平滑电容器的连接有三种可能性。这三种可能性具有共同的要素，也就是平滑电容器的一侧被连接到去耦部件和交流输出侧的灯电感器之间的连接节点，而平滑电容器的另一侧被连接到相对于由转换器所产生的交流电压的射频分量静止的电位。平滑电容器可以与包括灯电感器和灯端子的串联电路并联，这由独立权利要求1来要求保护；并且在该过程中，该平滑电容器可以直接被连接到转换器的相应电源电位或者否则被连接到电源电位侧的灯电感器与去耦电容器之间的连接节点，这由从属权利要求2来要求保护。独立权利要求3要求保护电路装置，其中平滑电容器被连接到转换器的电源电位之一。从属权利要求4要求保护特定的情况，其中平滑电容器被连接到转换器的电源电位，该电源电位也不是灯的电源电位。两个独立的权利要求1和3相互重叠，确切地说，在这两种情况下，平滑电容器均可与包括灯电感器、灯端子以及耦合电容器的串联电路并联；这个重叠由从属权利要求5单独要求保护。
在每种情况下，例如为了提供用于根据平滑电容器的电容和无抗电阻来建立适当的时间常数的附加可能性，可以将一个电阻器与该平滑电容器串联连接。
去耦部件将平滑电容器与交流输出去耦，结果是该去耦部件并没有以不期望的方式用作所谓的梯形电容器，这直接改变了输出电压分布。
在本发明的一个优选实施例中，两个灯电感例如经由共同的铁心相互耦合。给出适当的灯电感器和适当的耦合的大小，灯端子处的射频交流电压可以被平衡，也就是灯端子处的射频交流电压可以被移相180°。除此之外，可以在至少一个灯端子处减少相对地的电位。这些措施使得提高电磁适应性成为可能，其中参考上面所引用的公开的说明书DE 100 36 952 A1。
这两个灯电感器优选地具有相同数量级的电感。在本发明的一个优选实施例中，两个电感中较小的一个电感对应于另一个灯电感器的电感的至少30％。在本发明的优选的实施例中，两个灯电感器中的一个灯电感器的电感对应于另一个灯电感器的电感的至少40％、47％和50％。这些数字以所提供的顺序逐渐优选。两个灯电感器的电感彼此越接近，灯端子处的交流电压平衡得越好。
在后一实施例的一个替换方案中，两个灯电感器具有不同数量级的电感。在这种情况下，具有较大电感的灯电感器被连接在交流侧的灯端子和转换器的交流输出之间。在这种情况下，两个电感中的较小电感优选地对应于另一个灯电感器的电感的至多5％、特别优选地至多4％或者3％。这些数字以所提供的顺序逐渐优选。
本发明的最后两个可替换的实施例对应于这两个实施例的各个正面和负面特性的不同的评价(weighting)。如果两个灯电感器具有相同数量级的电感，则可实现极为理想的平衡。然而，灯端子处的要由根据本发明的平滑电路来平滑的电压跳变对于相应的应用比较大并且可能没有充分地被平滑。如果两个灯电感器具有不同数量级的电感，则被施加到灯端子的电压很难平衡。然而，灯端子处的电压跳变比较小，结果是这些电压跳变与平滑电路结合能够极大或者完全被平滑。与设计有关的相应的决策尤其取决于电子镇流器中的其它部件，例如取决于任何电子滤波器中可能存在的特性。
去耦部件优选的是电感。与作为去耦元件的无抗电阻器相比，电感具有不会导致任何相当多的电阻损耗并且仍然在射频范围中非常有效地去耦的优点。
转换器优选的是具有两个开关元件、交流输出的半桥电路，该交流输出是开关元件之间的中间抽头。本发明的这样的实施例可以特别简单的方式来实现。
附图说明
参考示例性实施例，将对本发明进行更详细的解释。在此所公开的单独的特征对于其它组合的本发明也是必要的。上文和下文的描述涉及本发明的设备方面和方法方面，而不明确提及其详细制造。
图1示出了根据本发明的第一电路装置。这可被设计为根据本发明的电子镇流器的部分。
图2示出了作为第二示例性实施例的根据图1的电路装置的变型。
图3示出了作为第三示例性实施例的根据图1的电路装置的第二变型。
图4示出了作为时间函数的、灯端子KL1处的交流电压UKL1示意性曲线。
具体实施方式
图1示出了作为根据本发明的电子镇流器的部分的根据本发明的电路装置。
图1示出了半桥电路形式的转换器，该转换器具有两个开关元件S1和S2并且被连接在两个电源电位线N和P之间。交流输出M(也就是中间抽头M)位于两个开关元件S1和S2之间。开关元件S1和S2可以是MOSFET的形式。串联电路包括中间抽头侧的灯电感器L1、灯端子KL1、低压放电灯LA、电源电位侧的灯端子KL2、电源电位侧的灯电感器L2以及耦合电容器CC，该串联电路被连接在转换器S1、S2的中间抽头M与电源电位线N之间。谐振电容器CR与低压放电灯LA并联，该低压放电灯LA被连接在灯电感器L1和L2之间。两个各具有相同电感的灯电感器L1和L2经由共同的铁心K相互耦合。这样，灯端子KL1和KL2处的电压UKL1和UKL2被平衡，也就是灯端子电位与转换器S1、S2的电源电位N相比相位相反。因此可以减少电磁辐射。
根据本发明的电子镇流器具有包括带有去耦电感LS、电阻器RD和平滑电容器CS的串联电路的平滑电路。去耦电感LS被连接在中间抽头M和中间抽头侧的灯电感器L1之间。包括电阻器RD和平滑电容器CS的串联电路被连接在去耦电感LS与中间抽头侧的灯电感器L1之间的连接节点处，朝向转换器的电源电位N。
图2和图3示出了图1中所示的电路装置的可替换的接线可能性，作为第二和第三示例性实施例。使用与前面相同的参考标记。
与图1中所示的电路装置相比，在图2中所示的电路装置中，包括电阻器RD和平滑电容器CS的串联电路被连接到转换器的电源电位P而不是连接到电源电位N。
在图3中，平滑电容器CS在电源电位侧被连接到耦合电容器CC与电源电位侧的灯电感器L2之间的节点K2处。
图4针对所有上面的示例性实施例示出了作为时间t的函数的灯端子KL1之一处的射频交流电压UKL1。灯端子KL2处的电压UKL2显示相同的响应，但是在时间上的分布相对于灯端子KL1处的电压UKL1是移相的。
连续线示出了灯谐振电路的振荡，该振荡是由转换器中的开关元件S1和S2的射频切换引起。两个灯电感器L1和L2用作被施加到中间抽头M的电压跳变的分压器，结果是电压跳变同样被施加到灯端子KL1和KL2。连续线表示具有电平ΔU的这些电压跳变。虚线表示平滑电路LS、RD、CS对这些电压跳变的作用。施加到灯端子KL1的交流电压电源显示更平滑的分布；对电磁兼容性具有负作用的高频被过滤掉。
将提出又一可替换的示例性实施例：将两个灯电感器L1和L2的电感选择的不同；两个电感中较小的电感L2对应于较大的电感L1的2％。在这种情况下，两个电感L1、L2中的较大者L1被连接在交流输出侧的灯端子KL1和交流输出M之间。灯端子处的电压UKL1和UKL2只是被稍微平衡，但是在这种情况下，要由平滑电路所平滑的灯端子KL1和KL2处的电压跳变ΔU相对小。与设计有关的合适的决策取决于电子镇流器电路的其它特性，例如取决于特定频率范围中的滤波器特性，该滤波器特性可以通过适当地选择电感L1和L2来解决。

Claims (15)

1.一种用于放电灯(LA)的电子镇流器，其包括
·转换器，该转换器具有开关元件(S1，S2)和用于给该放电灯(LA)提供交流电源的交流输出(M)，
·两个灯端子(KL1，KL2)，经由所述两个灯端子(KL1，KL2)将该放电灯(LA)连接在该转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
·在每种情况下，一个灯电感器(L1，L2)一方面被连接在所述灯端子中的在交流输出侧的一个灯端子(KL1)和该交流输出(M)之间而另一方面被连接在所述灯端子中的在电源电位侧的一个灯端子(KL2)和电源电位(N，P)之间，
其特征在于平滑电路(LS，RD，CS)，该平滑电路(LS，RD，CS)具有包括平滑电容器(CS)和去耦部件(LS)的串联电路(CS，RD，LS)，所述串联电路被连接在该转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
所述平滑电容器(CS)与包括灯电感器(L1，L2)和灯端子(KL1，KL2)的串联电路并联，而去耦部件(LS)与包括灯电感(L1，L2)和灯端子(KL1，KL2)的串联电路串联，结果是在灯端子(KL1，KL2)处减少了由开关元件(S1，S2)切换而引起的电压跳变(ΔU)。
2.如权利要求1所述的电子镇流器，其具有被连接在电源电位侧的灯电感器(L2)和电源电位中的一个电源电位(N)之间的耦合电容器(CC)，并且其中，所述平滑电容器(CS)在电源电位侧被连接到电源电位侧的灯电感器(L2)和耦合电容器(CC)之间的连接节点(K2)。
3.一种用于放电灯(LA)的电子镇流器，其具有：
·转换器，该转换器具有开关元件(S1，S2)以及给该放电灯(LA)提供交流电源的交流输出(M)，
·两个灯端子(KL1，KL2)，通过所述两个灯端子(KL1，KL2)将该放电灯(LA)连接在该转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
·在每种情况下，一个灯电感器(L1，L2)一方面被连接在所述灯端子中的在交流输出侧的一个灯端子(KL1)和交流输出(M)之间而另一方面被连接在所述灯端子中的在电源电位侧的一个灯端子(KL2)和电源电位(N，P)之间，
其特征在于平滑电路(LS，RD，CS)，该平滑电路(LS，RD，CS)具有包括平滑电容器(CS)和去耦部件(LS)的串联电路(CS，RD，LS)，所述串联电路被连接在该转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
所述去耦部件(LS)与灯端子(KL1，KL2)串联，并且所述平滑电容器(CS)被连接在去耦部件(LS)和交流输出侧(M)的灯电感器(L1)之间的连接节点(K1)与转换器(S1，S2)的电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，结果是在灯端子(KL1，KL2)处减少了由开关元件(S1，S2)切换所引起的电压跳变(ΔU)。
4.如权利要求3所述的电子镇流器，其具有被连接在电源电位侧的灯电感器(L2)和电源电位中的一个电源电位(N)之间的耦合电容器(CC)，并且其中，所述平滑电容器(CS)在电源电位侧被连接到另一电源电位(P)。
5.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其具有被连接在电源电位侧的灯电感器(L2)和电源电位中的一个电源电位(N)之间的耦合电容器(CC)，并且其中，所述平滑电容器(CS)与包括灯电感器(L1，L2)、灯端子(KL1，KL2)和耦合电容器(CC)的串联电路并联连接。
6.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其中，所述灯电感器(L1，L2)相互耦合。
7.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其中，所述两个灯电感器(L1，L2)中的较小的灯电感器具有相应的另一个灯电感器(L1，L2)的电感的至少30％的电感。
8.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其中，所述两个灯电感器(L1，L2)中的较小的灯电感器具有另一个灯电感器(L1，L2)的电感的至多5％的电感，而所述两个灯电感器(L1，L2)中的较大的灯电感器被连接在交流输出(M)和交流输出侧的灯端子(KL1)之间。
9.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其中，所述去耦部件(LS)是电感。
10.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其中，所述转换器(S1，S2)是具有两个开关元件(S1，S2)的半桥电路(S1，S2)，并且所述交流输出(M)是所述开关元件(S1，S2)之间的中间抽头(M)。
11.如权利要求1或3所述的电子镇流器，其被设计用于操作低压放电灯(LA)。
12.一种包括如前述权利要求之一所述的电子镇流器和适用于使用该镇流器来工作的放电灯(LA)的装置。
13.一种用于操作用于放电灯(LA)的电子镇流器的方法，其中
·具有开关元件(S1，S2)和交流输出(M)的转换器给该放电灯(LA)提供交流电流，
·所述放电灯(LA)经由两个灯端子(KL1，KL2)被连接在转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
·在每种情况下，一个灯电感器(L1，L2)一方面被连接在所述灯端子中的在交流输出侧的一个灯端子(KL1)和交流输出(M)之间而另一方面被连接在所述灯端子中的在电源电位侧的一个灯端子(KL2)和电源电位(N，P)之间，
其特征在于平滑电路(LS，RD，CS)，该平滑电路(LS，RD，CS)具有包括平滑电容器(CS)和去耦部件(LS)的串联电路(CS，RD，LS)，所述串联电路被连接在转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
所述平滑电容器(CS)与包括灯电感器(L1，L2)和灯端子(KL1，KL2)的串联电路并联，而去耦部件(LS)与包括灯电感器(L1，L2)和灯端子(KL1，KL2)的串联电路串联，在这种情况下，通过平滑电路(LS，RD，CS)，在灯端子(KL1，KL2)处减少了由开关元件(S1，S2)切换所引起的电压跳变(ΔU)。
14.一种用于操作用于放电灯(LA)的电子镇流器的方法，其中
·具有开关元件(S1，S2)和交流输出(M)的转换器给放电灯(LA)提供交流电流，
·放电灯(LA)经由两个灯端子(KL1，KL2)被连接在转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
·在每种情况下，一个灯电感器(L1，L2)一方面被连接在所述灯端子中的在交流输出侧的一个灯端子(KL1)和交流输出(M)之间而另一方面被连接在所述灯端子中的在电源电位侧的一个灯端子(KL2)和电源电位(N，P)之间，
其特征在于平滑电路(LS，RD，CS)，该平滑电路(LS，RD，CS)具有包括平滑电容器(CS)和去耦部件(LS)的串联电路(CS，RD，LS)，所述串联电路被连接在所述转换器(S1，S2)的交流输出(M)和电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，
所述去耦部件(LS)与所述端子(KL1，KL2)串联连接，而所述平滑电容器(CS)被连接在所述去耦部件(LS)和交流输出侧(M)的灯电感器(L1)之间的连接节点(K1)与转换器(S1，S2)的电源电位(N，P)中的一个电源电位之间，在这种情况下，通过平滑电路(LS，RD，CS)，在灯端子(KL1，KL2)处减少了由开关元件(S1，S2)切换所引起的电压跳变(ΔU)。
15.如权利要求13或14所述的方法，其使用了如权利要求1到11之一所述的电子镇流器或者如权利要求12所述的包括电子镇流器和放电灯的装置。
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