CN1989789A - 用于气体放电灯的多脉冲点火电路 - Google Patents

Abstract

一种用于点燃气体放电灯的点火电路，通过产生流经变压器的初级绕组的电流来产生高压气体击穿脉冲。预定期间后并进而当预定电流流经初级绕组时，电容切换到与初级绕组串联，从而在所述变压器的次级绕组中产生所述高压气体击穿脉冲。产生该高压脉冲后，为了在初级绕组中保存能量，电容短路。所保存的能量被用来在短时间内再次产生下次高压脉冲。由于所产生的脉冲具有高重复频率和高压，根据本发明的点火电路还适用于在该灯的气体击穿后的接管期间驱动气体放电灯，用以加热该灯的电极。

Description

用于气体放电灯的多脉冲点火电路

技术领域

本发明涉及一种用于气体放电灯的点火电路，并且具体地涉及一种多脉冲点火电路。

背景技术

启动气体放电灯需要高点火电压。需要该高电压来在灯的两个电极之间产生气体击穿。此后，在接管(take-over)期间，需要高电压来加热电极。当加热电极后，需要较低的运行电压来维持灯的工作。

用于产生气体击穿的电压可以是一个高压脉冲。然而，灯可能不会在首次脉冲下就启动。因此，可能需要一系列脉冲来启动灯。此外，现有技术中已知有多脉冲点火电路。

在US6008591中公开一种多脉冲点火电路。该点火电路包含一个变压器，它的次绕组连接到灯上而初级绕组连接到一个触发点火脉冲的电路上。该初级绕组串联一个充当开关的晶体管。通过一个驱动电路来打开或关闭晶体管。该点火电路以大约2KHz的重复频率产生脉冲。该点火电路仅用来产生气体击穿脉冲。击穿气体后，一个灯镇流器电路在接管期间(该期间灯的电极被加热)接管运行该灯和/或提供稳定状态的运行电压和电流。

不利方面在于上述点火电路仅适用于产生大约2-3KHz重复频率的脉冲。因此，在发生气体击穿之前，可能需要花费相当长的时间。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于气体放电灯的点火电路和方法，所述电路和方法以高频率产生高压脉冲。

该上述目的在如权利要求1所述的点火电路和如权利要求7所述的点火方法中实现。

在运行中，根据本发明的点火电路连接到一个电压电源上。该电压电源串联一个电感和一个开关电路和电容的并联电路。当所述开关电路闭合时，即导通时，在包含所述电感元件和所述电压电源的电路中电流增加。一旦所述开关电路打开，即切换到非导通状态，就形成一个包含所述电感、电容和电压电源的共振电路，从而在所述电感中产生高压脉冲。该气体放电灯耦合到所述电感(电感元件)上，使得高压脉冲也能够在灯上产生，从而提供一个气体击穿脉冲。

流经一个电感元件，诸如线圈、绕组、或变压器初级绕组的电流包含一定的能量。为了达到一个高重复率，当所述开关电路打开时，即切换到非导通状态，尽可能多的所述能量应该被保存在所述电感元件中。通过保存所述能量，可能在段时间内累积用于下一个脉冲的足够能量。

通过在之前聚集在电路中的能量消耗在该点火电路中之前闭合所述开关电路，可把一些能量保存在所述电感元件中。例如，可以给所述电路提供一个电压探测电路，用于判定所述电感元件上的电压，所述电路被配置为当所述电压在所述高压脉冲后基本为0时，闭合所述开关电路。

另外，根据本发明的点火电路仅消耗少量能量。因此，该点火电路仅使用很少能量就可以产生高重复率的高压点火脉冲。

为了在气体放电灯中产生气体击穿，每个单位时间内在较长的期间上具有高压是有利的。根据本发明的电路可以产生具有较大宽度和高重复频率的脉冲，例如至少是10KHz。使用大量具有较大脉冲宽度的高压脉冲，可以在每个单位时间内较长的期间上产生高压。例如，根据本发明的电路可以30KHz频率产生具有1微秒脉冲宽度的脉冲。因此，每秒30000个脉冲和每个脉冲1微秒时间可以在每秒钟产生30毫秒的高压。

现有技术的点火电路被配置为产生的脉冲振幅比气体击穿所需要的高。由于电路的低精确性，实际产生的脉冲振幅可能比较低，导致电压比气体击穿电压低，进而不适合产生气体击穿。在根据本发明的电路中，所产生的脉冲，更准确地说所述脉冲的振幅和宽度的产生具有高精确性。因此，最大脉冲振幅，即最大产生电压可以保持相对较低，其对于在运行期间对灯的用户的安全方面是有利的，而最低产生电压能够维持足够高来产生气体击穿。

在一个实施例中，电感元件是一个绕组，而在一个特定实施例中，是变压器的初级绕组，所述变压器的次级绕组与所述灯相连接。因此，可以直接把气体放电灯耦合到所述绕组上，或通过所述变压器的次级绕组间接地把该灯耦合到所述绕组上。

使用一个变压器，当在初级绕组中产生高压脉冲时，在次级绕组中产生高压脉冲。以预定比率选择所述变压器的初级绕组和次级绕组，可以选择次级绕组中脉冲的振幅。另外，通过使用变压器把灯耦合到电感元件，用于以稳定状态运行灯的镇流器电路可以耦合到该灯上，而无需使用其他组件来分离所述点火电路和所述镇流器电路。

气体击穿后，向灯提供高压以维持灯的工作并在接管期间加热灯的电极。由于脉冲的振幅和宽度可以阻止灯熄灭，所以使用本发明的点火电路产生的高频率高压脉冲适合在接管期间驱动灯。

在本发明的一个实施例中，所述开关电路包含一个晶体管和连接到所述晶体管栅极上的开关驱动电路。该晶体管适合高频率开关。该开关驱动电路可为任何用于提供信号的适当电路，该信号包含用于所述晶体管的所述高频率开关的高重复率的短脉冲。

参照下文所述实施例，本发明的这些和其他方面将会清楚和得到阐述。

附图说明

附图示出非限定性的实施例，其中：

图1示意性地示出一个根据本发明的点火电路；

图2示出根据本发明的点火电路的一个实施例的框图；

图3A示出图2的实施例中的漏极电压、栅极电压、点火电压和漏极电流；和

图3B示出在图3A中示出的电压和电流的放大图；

图4示出根据本发明的点火电路的另一个实施例的框图。

在这些附图中，用相同的附图标记表示相似的组件或具有相似功能的组件。

具体实施方式

图1示出一个点火电路10，其包含一个变压器12的初级绕组121、电容14和开关16。该点火电路10耦合到一个电压电源18上。该变压器的次级绕组耦合到一个气体放电灯电路20上。该气体放电灯电路20包含一个气体放电灯并可能包含一个或多个其他组件。

在图2示出的示意性实施例中，该开关具体为一个晶体管161和一个开关驱动电路162。该晶体管161是具有体二极管的MOSFET晶体管。根据下面对点火电路10的运行的描述，本领域普通的技术人员清楚任何适用于高频开关电流的电路或组件可以包含所述开关。下面，参照图2，图3A和3B阐述根据本发明的点火电路的运行。

在图3A和3B中，示出四个图表Ch1、Ch2、Ch3和Ch4。该上面的图表Ch1示出一个漏极电压，该图表Ch2示出一个栅极电压，该图表Ch3示出一个点火电压和该下面的图表Ch4示出图2中示出的电路的一个漏极电流。该图表Ch1，Ch2，Ch3和Ch4被示为时间的函数。在图3B中，使用了相对于图3A放大的时间刻度，因此给出了图3A中示出的电压和电流的放大图。

参照图3A和3B，该图表Ch2示出由图2的开关驱动电路162产生的栅极电压。该栅极电压通常具有高电压电平，其把晶体管161切换到导通状态。开关驱动电路162以32.6KHz高频率产生短、低压脉冲，其在短期间以所述高频率把晶体管161切换到非导通状态。

当栅极电压Ch2是高电平时，该晶体管161切换到导通状态，并且从而在该晶体管161上(源极-漏极)没有电压降。当栅极电压Ch2是高电平时，漏极电压Ch1实际示出一个低电平。

基本上，当漏极电压Ch1是低电平时，该电容14上没有电压，从而有效地把电路简化为初级绕组121和电压电源18的电路。在所述电路中，可以根据初级绕组121的感应产生一个电流。这在图表Ch4中示出，其中该漏极电流Ch4随着时间增大。

由于初级绕组121的感应，经过该初级绕组121的电流包含一些能量。

当该开关驱动电路162产生一个低压脉冲时，并从而关闭该晶体管161及使漏极电流Ch4降低到基本为0，由于电容被添加到有效电路中，所以形成了一个共振电路。经过初级绕组121的电流快速地流向电容14，从而如在漏极电压Ch1中所示出的那样，在初级绕组121中形成一个高压脉冲。峰值电压和脉冲宽度依赖于即初级绕组121的电感和电容14的电容的组合，并因此可以通过选择所述电感和所述电容的特定值来进行选择。

初级绕组121中的高压脉冲在耦合到气体放电灯上的次级绕组122中产生高压脉冲。次级绕组122中所述高压脉冲因而可以击穿气体放电灯中的气体。由于次级绕组122中的高重复率和所产生的峰值电压，根据本发明的点火电路还适用于在气体放电灯的气体击穿后的接管期间驱动气体放电灯。

如上所述，经过初级绕组121的电流必须经过一定的时间段来逐渐增加，从而保存了一些能量。为了达到高重复率的点火脉冲，在点火脉冲已经产生后，该晶体管161可以快速地再次切换到导通状态，从而尽可能地在点火电路10中保存相当多的所述能量。

当栅极电压Ch2再次把晶体管161切换到导通状态，漏极电流Ch4流经晶体管161的体二极管，同时电容14放电。因此，所有保存的能量返回到电路中并再次产生流经初级绕组121的电流，直到栅极电压Ch2中产生一个低压脉冲。

图4示出一个实施例，其中灯电路20连接到绕组120上。该绕组120串联到电容14和开关16的并联电路上。开关驱动电路22控制开关16，该开关驱动电路并联到灯电路20和绕组120上。电压电源18提供电压。除了开关驱动电路22外，图4的实施例所起功能与图2的实施例相同。

该开关驱动电路22配备电压探测电路。该电压探测电路确定绕组120上的电压。如上面对于图2、3A和3B所述的那样，开关驱动电路22打开所述开关16，并且在所述绕组120中产生高压脉冲。该电压探测电路确定绕组120上的电平。当所述电压降低并再次达到0时该，开关驱动电路22再次闭合开关16。因此，通过当电压基本为0时闭合开关16，电路中消耗最少量的能量。

本发明并不局限于所示出和描述的实施例，本领域普通的技术人员清楚，在不脱离本发明保护范围的情况下，如何对上述实施例作出改变。

在上面的说明书和附加的权利要求书中，“包括”应当被理解为不排除其他元件或步骤，以及“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求中的附图标记不应被理解为对本发明保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种用于气体放电灯的点火电路(10)，其中该电路(10)包括电感元件(121)，其串联开关电路(16)和电容(14)的并联电路，所述气体放电灯被耦合到所述电感元件(121)上。

2.根据权利要求1所述的点火电路(10)，其中所述开关电路(16)被配置为当电流流经所述开关电路(16)和所述电感单元(121)时打开，从而在所述电感元件(121)中产生高压脉冲，并且其中所述开关电路(16)被配置为在所述高压脉冲在所述电感元件(121)中产生后闭合。

3.根据权利要求1或2所述的点火电路(10)，其中所述开关电路(16)被提供用于判定所述电感元件上电压的电压探测电路，所述开关电路(16)被配置为在所述高压脉冲后当所述电压基本为0时闭合。

4.根据前面任一权利要求所述的点火电路(10)，其中所述电感元件(121)为变压器(12)的初级绕组(121)，所述变压器(12)的次级绕组(122)连接到所述灯上。

5.根据前面任一权利要求所述的点火电路(10)，其中所述开关电路(16)包括晶体管(161)和连接到所述晶体管(161)栅极上的开关驱动电路(162)。

6.根据前面任一权利要求所述的点火电路(10)，其中所述点火电路(10)被配置为以至少为10KHz的重复频率产生高压脉冲。

7.一种用于气体放电灯的点火方法，所述方法包括：

产生通过电感元件(121)的电流，所述电感元件(121)耦合到所述灯上；

打开开关电路(16)，其串联所述电感元件(121)并且并联电容(14)，从而在所述电感元件(121)中产生高压脉冲；和

在所述电感元件(121)中产生所述高压脉冲后闭合所述开关电路(16)。

8.根据权利要求7所述的点火方法，其中所述高压脉冲以至少10KHz的重复频率产生。