CN1973583A - 操作高强度放电灯的方法和驱动电路 - Google Patents

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Abstract

为了避免在气体放电灯中发生声共振，向所说的灯提供由一系列频率组成的灯电流。使用一系列频率，提供给灯的总功率就在所说一系列频率上进行分配。由于每个频率的功率相当低，所以发生声共振的几率很低，与气体放电灯的特征无关。通过施加一系列正弦电流或者通过使用非正弦电流，可使电流包括一系列频率。

Description

操作高强度放电灯的方法和驱动电路
技术领域
本发明涉及操作高强度放电灯(HID)的方法和驱动电路，具体来说涉及使用包括一系列频率分量的电流以避免所说灯中的声共振的操作高强度放电灯的方法和驱动电路。
背景技术
在高频下操作的气体放电灯对于声共振是敏感的。在灯中的压力驻波可能引起电弧畸变，使电弧从一侧移动到另一侧，产生讨厌的闪光，或者在严重的情况下甚至于使灯损坏。
解决发生声共振问题的一种已知的解决方案是，使用非恒定的灯电流频率，例如通过施加频率调谐，来扩展各种不同的频率的功率，以使每个频率下的功率很小，以致于不能产生声共振。
解决这个问题的另一种已知的解决方案是，在甚高频(VHF)范围内操作所说的灯。所谓的甚高频，意指超过声共振范围的频率。在这个频率范围内充分衰减可能还会发生的声共振来保持电弧的稳定。
然而，在预定的VHF频率下操作气体放电灯可能还会导致显著的声共振。在预定的VHF频率下由于气体混合物、生产容差、或者使用期间寿命的变化等原因可能使某些灯不稳定。
施加频率调谐需要附加的电路来获得调谐，使灯驱动电路庞大昂贵，这是不期望的。
在甚至比VHF范围更高的频率范围下，即在极高频(EHF)范围下，操作气体放电灯将导致大的功率损耗和灯驱动电路的控制问题，因此这对于上述问题不是一个切合实际的解决方案。
此外，众所周知的是，在低于声共振频率范围的频率下操作气体放电灯还将导致由操作频率的高次谐波产生的声共振。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种气体放电灯的驱动方法和电路，它能将气体放电灯中的声共振的发生降致最小。
上述目的是通过向气体放电灯提供一个电流来操作气体放电灯的方法实现的，所说电流的频率是不变的并且在预定的高频或甚高频范围内，其特征在于：所说电流包括一系列在所说频率范围内的频率，输入功率在所说预定的高频或甚高频范围内的所说一系列频率上进行分配。
此外，本发明提供一种气体放电灯驱动电路，用于向气体放电灯提供电流，所说电流的频率在预定的频率范围内，所说电流包括在所说频率范围内的一系列频率，输入功率在所说一系列频率上进行分配。
由按照本发明的气体放电灯驱动电路驱动的气体放电灯接收由一系列频率组成的并且可能具有恒定波形的电流。因此，向气体放电灯提供的功率在所说一系列频率上进行分配。如果所说一系列频率中的一个或多个频率是这个气体放电灯的声共振频率，则由所说声共振频率提供的功率很小，因而在气体放电灯中不能引起声共振。即使所说的一系列频率中的所有的频率全是声共振频率，声共振也不会发生，因为这些声共振都不能提供足够的功率。
灯电流可以包括在所说预定的频率范围内具有不同频率的一系列正弦电流。因此，总功率是在所说的一系列频率上进行分配的。
在本发明的另一实施例中，电流具有非正弦波形，所说功率在组成所说波形的一系列频率上进行分配，其中最低频率在预定的频率范围内。
可以认为非正弦波形是由频率不同的一系列正弦波形构成的，所说波的数目和所说波的频率取决于波形。于是，非正弦波形电流具有功率分配，其中总功率是在所说一系列频率上进行分配的。波中存在的最低频率在所说预定的频率范围内，因此，对于功率分配做出贡献的最低频率亦在所说预定的频率范围内。
进而，为了进一步减小发生声共振的几率，可以对于电流进行频率调制。
预定的频率范围可以是高频范围，即声共振范围，或者，预定的频率范围可以是甚高频范围，即频率范围超过了声共振范围。由于功率是在一系列频率上进行分配的，所以即使在高频范围，声共振也是不可能发生的。然而，在甚高频率范围内驱动气体放电灯会进一步减小发生声共振的几率。
在本发明的一个特定实施例中，气体放电灯驱动电路包括一个半桥电路和一个输出滤波器。输出滤波器连接在半桥电路的一个节点和气体放电灯的第一端之间。气体放电灯的第二端接地。半桥电路的第一端连接到电源电压，半桥电路的第二端连接到地。所说输出滤波器包括串联连接的一个电感和一个电容。在这个实施例中，可以通过选择电容值来整形灯电流。由于电容相当小，灯电流基本上是正弦形的，功率集中在一个频率上。
优选地，电容相对于电感很大，所产生的灯电流包括一系列频率，并且功率在所说一系列频率上进行分配。
本发明的这些和其它方面从参照下面描述的实施例的说明中将变得显而易见并得到说明。
附图说明
所加的附图表示非限制性的典型实施例，其中：
图1示意地表示气体放电灯的灯驱动电路；
图2示意地表示用在按照本发明的气体放电灯驱动电路中的半桥电路；
图3A是表示正弦电流的示意图；
图3B是说明图3A的正弦电流的功率分配的示意图；
图4A和4B分别是说明方波电流及其功率分配的示意图。
在附图中，相同的参考数字表示类似的部件或具有类似的功能的部件。
具体实施方式
图1表示的是一个气体放电灯10(例如高强度放电(HID)灯)和一个灯驱动电路20，在本领域中也称之为镇流器20。为了操作灯10，可以向驱动电路输入端22A和22B提供一个电压，例如电源电压。灯10在输出端24A和24B连接到灯驱动电路20。
灯驱动电路20可以包括输入滤波器30、整流器电路40、和反相器电路50。然而，灯驱动电路20可以进一步还包括其它的电路，并且，灯驱动电路20可以不提供所示的电路40、50或滤波器30中的一个或多个。
在图1所示的实施例中，输入滤波器30可以是EMI滤波器，EMI滤波器是在本领域中公知的用于从输入电压中滤除任何扰动特别是高频的信号的滤波器。这样一种滤波器还可以防止高频信号耦合到提供所说输入电压的电路上。
整流器电路40将交流电压(如50赫兹或60赫兹的电源电压)转变成直流电压。整流器电路40可以是在本领域中公知的全桥式整流器电路，可能设有一个或多个电容以降低在所提供的直流电压中出现的纹波。还可以使用适合提供直流电压的任何其它的电路。合适的电路在本领域中是众所周知的，因此不做更加详细的描述。
反相器电路50也是在电子式灯驱动电路领域中众所周知的电路，可以包括具有两个晶体管的半桥电路和控制所说两个晶体管的半桥驱动电路。还可以使用其它类型的反相器电路，例如全桥电路。使用所说的反相器电路50，向包括气体放电灯10的负载电路输出被控的交流电压。
图2表示的是反相器电路50的简单的半桥实施例的一部分和包括灯10的负载电路。两个晶体管T1和T2串联连接在直流电压VDC和地之间。半桥驱动电路52控制所说两个晶体管T1和T2以输出交流电压。在晶体管T1和T2之间的节点N1，连接包括气体放电灯10的负载电路来接收所说的交流电压。负载电路进一步还包括一个电感L1和电容C1，以及与灯10并联的电容C2。电感L1和电容C1与灯10串联连接。
在气体放电灯10中，可发生声共振，这和通过灯10的灯电流的频率以及所说的频率的功率有关。所说电流是由所说反相器电路50产生的，因此取决于控制两个晶体管T1和T2的半桥驱动电路52，并且取决于包括电容C1、C2、和电感L1在内的共振输出电路。
声共振频率(一个或多个)对于每个气体放电灯10都是不同的。对于相同类型和相同厂家的一系列气体放电灯10，这个差别可能是很小的。例如与其它厂家相比，灯之间的差别可能是相当大的。然而，对于这些气体放电灯10来说，气体放电灯驱动电路20可以是相同的，如在图1中的输出端24A和24B所示的，因为任何合适的灯10都可以连接在灯驱动电路20上。
为了防止在任何一个灯10中声共振的发生，虽然这些灯10中可能有不同的声共振频率，但可以对灯驱动电路20进行设计，以使功率可以在一系列频率上进行分配。通过保持电流的频率和形状恒定不变，可以使灯驱动电路20很简单，因此，例如不需要任何附加的硬件就可以调制频率。
在图2所示的实施例中，通过控制两个晶体管T1、T2的半桥驱动电路来产生和控制电流的频率。通过选择电容C1的数值、电容C2的数值、和电感L1的数值，可以选择电流的形状。相对较小地选择电容C1产生具有一个频率的基本正弦电流，选择电容C1，使其相对于电感L1来说相当大，从而使电流形状可由一系列正弦频率构成，于是可在所说一系列频率上分配所提供的整个功率。
由于总的功率是在所说的一系列频率进行分配的，所以在所说的一系列频率之一上存在足够大的功率激励声共振是不可能的。对本领域的普通技术人员来说显而易见的是，图2中所示的负载电路只是一个实例，其它许多实施例也适合于产生非正弦的灯电流。
图3A表示正弦电流I随时间t发生的变化。电流I是一个交流电流，如由表示0电流的电平的虚线所示的。
在图3B中，表示对应于图3A所示的电流的功率分配。水平轴代表频率f，垂直轴代表每个频率的功率数值。由于图3A的电流基本上是正弦波形，所以功率P集中在仅仅一个频率F0。功率P集中在一个频率F0可能导致声共振。为了减小发生声共振的几率，可以使用一系列这样的正弦频率，由此可以减小在所说的一系列频率上的每个频率的功率P。
图4A和4B表示在一系列频率上分配功率的另一种方式。图4A表示的是方波电流I随时间t的变化。图4B表示对应于图4A的方波电流I的功率分配。
对于方波的基频F0(图4A)进行选择，使其等于图3A的正弦电流I的频率。由于图3A和图4A的电流有不同的形状，所以功率的分配是不同的。图3B在图3A的正弦波频率表现出来的是一个尖峰信号，而图4B表现出来的是一条曲线，它的最大值在基波频率F0，在高于和低于基波频率F0的频率还要扩展大量的电流功率。
要说明的是，在图4A中所示的方波电流I旨在作为一个实例说明如何使用具有恒定频率的非正弦电流在一系列频率上分配功率的。具体来说，即，方波电流在一个极宽范围的频率上分配所说功率。然而，按照本发明，最低频率位于预定的频率范围，例如高频范围或者甚高频率范围，因此，按照本发明，方波是不适合用作非正弦电流的。
用于驱动气体放电灯的频率可以是高频范围或者是甚高频率范围。与甚高频率范围相比，在高频范围驱动电路消耗较少的功率，这使驱动电路更加能量有效。然而，高频范围还是声共振的范围。为了减小声共振发生的几率，可以在甚高频率范围驱动所说的灯。
在以上的描述和所附的权利要求书中，“包括”应理解为不排除其它的元件或步骤，并且，“一个”并不排除多个。进而，在权利要求书中的任何参考符号不被认为是限制本发明的范围。

Claims (8)

1、一种通过向气体放电灯(10)提供一个电流来操作气体放电灯(10)的方法，所说电流的频率是不变的并且在预定的高频或甚高频范围内，其特征在于：所说电流包括一系列在所说频率范围内的频率，输入功率在所说预定的高频或甚高频范围内的所说一系列频率上进行分配。
2、一种气体放电灯驱动电路，用于向气体放电灯(10)提供电流，所说电流的频率是不变的并且在预定的高频或甚高频范围内，其特征在于所说电流包括在所说频率范围内的一系列频率，输入功率在所说预定的高频或甚高频范围内的所说一系列频率上进行分配。
3、根据权利要求2所述的气体放电灯驱动电路，其中：电流包括具有不同频率的一系列正弦电流。
4、根据权利要求2所述的气体放电灯驱动电路，其中：电流具有非正弦波形，所说功率在组成所说非正弦波形的一系列频率上进行分配，其中最低频率在所说预定的频率范围内。
5、根据权利要求3或4所述的气体放电灯驱动电路，其中：对于电流进行频率调制。
6、根据权利要求2-5中任何一个权利要求所述的气体放电灯驱动电路，其中：气体放电灯驱动电路包括一个反相器电路(50)和一个输出滤波器，输出滤波器连接在反相器电路的一个节点(N1)和气体放电灯(10)的第一端之间，气体放电灯(10)的第二端接地，反相器电路的第一端连接到电源电压(VDC)，反相器电路的第二端连接到地，所说输出滤波器包括串联连接的一个电感(L1)和一个电容(C1)。
7、根据权利要求6所述的气体放电灯驱动电路，其中：电容(C1)相对于电感(L1)较大，以使电流包括一系列频率，并且功率在所说一系列频率上进行分配。
8、一种气体放电灯，它设有根据权利要求2-7中任何一个权利要求所述的气体放电灯驱动电路。
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