CN201726580U

CN201726580U - 一种气体放电灯驱动装置

Info

Publication number: CN201726580U
Application number: CN2010202712845U
Authority: CN
Inventors: 胡进; 徐清; 邬权松
Original assignee: HANGZHOU DABANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dabang Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2020-07-21

Abstract

本实用新型提供了一种气体放电灯驱动装置，通过电容复位电路在逆变电路因故障被关闭时释放串联电容器中储存的能量，从而保证再次点火时驱动装置初始状态的一致性，并消除了安全隐患。

Description

一种气体放电灯驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体放电灯驱动装置。

背景技术

气体放电灯，如荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等，通常需要驱动装置提供交流驱动电压以使其正常工作。一般地，驱动装置以电网或电池作为供电电源，将接收到的交流电网电压或直流电池电压转换为一直流输入电压，再通过逆变电路将该直流输入电压转换为所需的交流驱动电压。气体放电灯在不同的工作阶段需要的驱动电压不同，其在点火阶段需要较高的点火电压(根据灯的特性和应用场合的不同由几百伏到几万伏不等)，而在稳态下的工作电压则比较低(例如小于200伏)。

常用的点火方法有两种，一种为谐振式点火方法，另一种为脉冲式点火方法。在谐振式点火方法中，通过谐振电路和扫频技术来得到点火电压。谐振电路电耦接在逆变电路和灯之间，通常包括串联电容器、并联电容器和电感器。串联电容器和电感器与气体放电灯串联耦接，并联电容器与气体放电灯并联。驱动装置在点火过程中时使逆变电路的开关频率从一较高值(大于谐振电路的谐振频率)逐渐降低，从而在灯两端产生高电压以将其点亮。

图1示出谐振电路在不同工作状态下的增益-频率曲线，其中A指示的两条曲线为灯开路时的增益曲线，曲线B为灯正常工作时的增益曲线。f_start为起始频率，f_ignite为灯被点亮时的频率，f_op为正常工作频率。在点火阶段，谐振电路的增益曲线为曲线A。逆变电路的开关频率从起始频率f_start逐渐降低，使谐振电路的增益逐渐增大，从而灯两端的电压不断增大。当灯两端的电压增大至点火电压时，灯被点亮，谐振电路的增益曲线变为曲线B。逆变电路的开关频率将持续减小，最终在反馈控制的作用下稳定于正常工作频率f_op附近。

通常情况下，若点火失败，驱动装置会将逆变电路关闭，并在一段时间后(例如几秒)再次尝试点火。然而，串联电容器在点火过程中会存储大量能量。逆变电路被关闭后，串联电容器中存储的能量得不到释放，从而改变再次点火时驱动装置的初始状态。由于不同初始状态的谐振电路对同一扫频过程响应的电压-时间函数不同，这将对过压保护机制的正常运行产生影响。此外，存储了大量能量的串联电容器上存在高压，可能会造成安全隐患。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种安全、可靠的放电灯驱动装置，能在逆变电路因故障被关闭后，释放串联电容器中储存的能量。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气体放电灯驱动装置，包括：电压变换电路，其输入端接收输入电压，输出端提供被调节的直流电压；逆变电路，包括至少一个开关，其输入端电耦接至所述电压变换电路的输出端，其输出端提供开关电压；谐振电路，其输入端电耦接至所述逆变电路的输出端，其输出端提供交流驱动电压以驱动气体放电灯，所述谐振电路包括第一电容器、第二电容器和电感器，其中所述第一电容器和所述电感器串联耦接至所述气体放电灯，所述第二电容器与所述气体放电灯并联；控制电路，其输出端电耦接至所述至少一个开关的门极，控制所述至少一个开关的导通与关断，并在检测到所述驱动装置故障时关闭所述逆变电路；以及电容复位电路，并联连接至所述第一电容器，在所述逆变电路因故障被关闭时释放所述第一电容器中储存的能量。

根据本实用新型的实施例，所述驱动装置故障包括过压、过流及过温中的一种或几种。

根据本实用新型的实施例，所述电容复位电路包括复位电阻器。

根据本实用新型的实施例，所述电容复位电路还包括串联连接至所述复位电阻器的复位开关，所述复位开关在所述逆变电路正常工作时被关断，在所述逆变电路因故障被关闭时被导通。

根据本实用新型的实施例，所述复位电阻器由复位开关的导通电阻代替。

根据本实用新型的实施例，该气体放电灯驱动装置还包括：电流采样电路，其输入端电耦接至所述逆变电路以采样所述逆变电路的输入电流，其输出端提供与该电流相关的电流采样信号；其中所述控制电路还包括：误差放大器，其同相输入端接收参考电压，其反相输入端电耦接至所述电流采样电路以接收所述电流采样信号；压控振荡器，其具备第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至所述误差放大器的输出端，输出端提供控制信号以调节所述至少一个开关的开关频率；扫频电路，其输出端电耦接至所述压控振荡器的第二输入端，以在点火阶段调节所述控制信号使所述开关频率由高到低变化；故障检测电路，其输出端提供指示所述驱动装置是否存在故障的故障信号；触发器，具备复位端、置位端、同相输出端和反相输出端，其中复位端电耦接至所述故障检测电路的输出端；以及至少一个与门，每个与门均具备第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述至少一个与门的第一输入端电连接至所述触发器的同相输出端，第二输入端分别电耦接至所述压控振荡器的输出端，输出端分别电耦接至所述至少一个开关的门极。

根据本实用新型的实施例，所述控制电路在检测到所述驱动装置故障并关闭所述逆变电路的一段时间后，对所述气体放电灯重新进行点火。

根据本实用新型的实施例，所述控制电路还包括：延时电路，其输入端电耦接至所述触发器的反相输出端，其输出端电耦至所述触发器的置位端；以及单触发电路，其输入端电耦接至所述延时电路的输出端，其输出端电耦接至所述扫频电路的输入端。

根据本实用新型的实施例，该气体放电灯驱动装置还包括：电压采样电路，其输入端电耦接至所述气体放电灯以采样所述交流驱动电压，其输出端生代表该电压的电压采样信号；其中故障检测电路具备第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至所述电压采样电路的输出端，第二输入端接收一阈值，输出端提供所述故障信号。

根据本实用新型的实施例，所述电容复位电路包括复位开关，所述复位开关的门极电耦接至所述触发器的反相输出端。

本实用新型采用上述结构的电路，通过电容复位电路在逆变电路因故障被关闭时释放所述第一电容器中储存的能量，从而保证再次点火时驱动装置初始状态的一致性，并消除了安全隐患。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明：

图1为谐振电路在不同工作状态下的增益-频率曲线图；

图2为本实用新型气体放电灯驱动装置的框图；

图3为本实用新型气体放电灯驱动装置的第一实施方式的电路图；

图4为本实用新型气体放电灯驱动装置的第二实施方式的电路图；

图5为本实用新型气体放电灯驱动装置的第三实施方式的电路图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施方式，应当注意，这里描述的实施方式只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。

图2为本实用新型气体放电灯驱动装置的框图，包括电压变换电路201、逆变电路202、谐振电路203、控制电路204和电容复位电路205。电压变换电路201接收来自于电网或电池的输入的交流或直流电压V_in，并将其转换为直流输入电压V_dc。电压变换电路201可包含整流桥、直流/直流变换电路、交流/直流变换电路中的一个或者其中几个的组合。逆变电路202电耦接至电压变换电路201，包含至少一个开关，通过该至少一个开关的导通与关断将直流输入电压V_dc转换为开关电压V_sw。逆变电路202可采用任何直流/交流变换拓扑结构，例如全桥拓扑结构、半桥拓扑结构等。

谐振电路203电耦接在逆变电路202和气体放电灯之间，将开关电压V_sw转换为交流驱动电压V_out以驱动气体放电灯。谐振电路203包括串联电容器C_s、电感器L和并联电容器C_p。串联电容器C_s和电感器L与气体放电灯串联耦接，并联电容器C_p与气体放电灯并联。在图2中，串联电容器C_s串联连接在逆变电路202的一个输出端和电感器L的一端之间，并联电容器C_p和灯电并联连接在电感器L的另一端和逆变电路的另一个输出端之间。但本领域技术人员可知，串联电容器C_s、电感器L和并联电容器C_p之间也可采用其他连接方式。

控制电路204电耦接至逆变电路202，控制其中至少一个开关的导通与关断，并在检测到驱动装置故障时关闭逆变电路202。驱动装置故障可包括过压、过流及过温中的一种或几种。在一个实施方式中，关闭逆变电路202为将其中所有开关全部关断。

电容复位电路205并联连接至串联电容器C_s，在逆变电路202因故障被关闭时释放串联电容器Cs中储存的能量。在一个实施方式中，电容复位电路205包括串联连接的复位电阻器和复位开关，在逆变电路202正常工作时该复位开关被关断，在逆变电路202因故障被关闭时该复位开关被导通。

在另一个实施方式中，电容复位电路205可仅包括复位电阻器。复位电阻器在逆变电路因故障被关闭时，释放串联电容器中储存的能量。此实施例中的复位电阻器的电阻值通常取得很大，例如几百千欧姆，以减小其在逆变电路正常工作时的功率损耗。

在另一个实施方式中，电容复位电路205可仅包括复位开关，并联在串联电容器C_s的两端，其中复位开关自身的导通电阻可代替上述实施方式中的复位电阻器，在逆变电路202正常工作时该复位开关被关断，在逆变电路202因故障被关闭时该复位开关被导通，复位开关自身的导通电阻释放串联电容器C_s中储存的能量。

为了简化起见，以下各实施方式的电路图中均不再示出电压变换电路，并且电容复位电路采用串联连接的复位电阻器和复位开关的方式。图3为本实用新型气体放电灯驱动装置的第一实施方式的电路图。其中逆变电路302采用半桥拓扑结构，包括串联连接的开关S1和开关S2。并联电容器C_p并联至气体放电灯，电感器L电连接在开关S1和S2的连接点和并联电容器C_p之间。串联电容器C_s电连接在并联电容器C_p和地之间。

电流采样电路306电耦接至逆变电路302，采样逆变电路302的输入电流，并产生与该电流相关的电流采样信号I_sense。控制电路304包括扫频电路309、误差放大器ERR AMP、压控振荡器308、触发器FF、故障检测电路312、非门NOT1以及与门AND1、AND2。误差放大器ERR AMP的同相输入端接收参考电压Ref，反相输入端电耦接至电流采样电路306以接收电流采样信号I_sense，其输出端提供补偿信号COMP。压控振荡器308电耦接至误差放大器ERR_AMP的输出端，根据补偿信号COMP产生控制信号CTRL，以调节开关S1和S2的开关频率。扫频电路309电耦接至压控振荡器308，在点火阶段调节控制信号CTRL使开关S1和S2的开关频率从一较高值(大于谐振电路的谐振频率)逐渐降低，从而在灯两端产生高电压以将其点亮。

故障检测电路312检测放电灯驱动装置是否存在故障，例如过压、过流及过温中的一种或几种，并提供指示是否存在故障的故障信号FAULT。其中若驱动装置存在故障，则故障信号FAULT为高电平，反之，故障信号FAULT为低电平。触发器FF包含置位端S、复位端R、同相输出端Q以及反相输出端/Q，其中置位信号和复位信号均为高电平有效，且复位信号的优先级高于置位信号。触发器FF的复位端R电耦接至故障检测电路312以接收故障信号FAULT。与门AND1的一个输入端电连接至触发器FF的同相输出端Q，另一个输入端电连接至压控振荡器308以接收控制信号CTRL，输出端电耦接至开关S1的门极。当与门AND1输出信号为高电平时，开关S1导通；当与门AND1输出信号为低电平时，开关S1关断。与门AND2的一个输入端电连接至触发器FF的同相输出端Q，另一个输入端通过非门NOT1电耦接至压控振荡器308的输出端，输出端电耦接至开关S2的门极。当与门AND2输出信号为高电平时，开关S2导通；当与门AND2输出信号为低电平时，开关S2关断。

在一个实施方式中，控制信号CTRL的占空比为0.5。电流采样电路306包括电连接在开关S2和地之间的采样电阻器R_sense以及由电阻器R1和电容器C1构成的滤波电路。电流采样信号I_sense代表逆变电路302输入电流的平均值。

在该实施方式中，电容复位电路305并联连接至串联电容器C_s，包括电阻器R_r1和开关S_r1。开关S_r1的门极电连接至触发器FF的反相输出端/Q。当反相输出端/Q输出高电平时(即在故障保护时)，开关S_r1被导通，反之，开关S_r1被关断。

在一个实施方式中，控制电路304在监测到驱动装置故障时，将逆变电路302关闭，并在一段时间后对气体放电灯重新进行点火。控制电路304还包括延时电路310和单触发电路311。延时电路310电耦接在反相输出端/Q和置位端S之间，将接收到的反相输出信号延时一段时间后作为置位信号提供至置位端S。该延时后的信号还通过单触发电路311被送至扫频电路309。扫频电路309在该信号的上升沿被触发，重新开始扫频。在一个实施方式中，该延时时间为10秒。

在一个实施方式中，驱动装置故障包括交流驱动电压V_out过压。电压采样电路307电耦接至气体放电灯，采样交流驱动电压V_out并产生代表该电压的电压采样信号V_sense。故障检测电路312电耦接至电压采样电路307，将电压采样信号V_sense与阈值V_th进行比较。若电压采样信号V_sense大于阈值V_th，则判断为交流驱动电压V_out过压。

在一个实施方式中，电压采样电路307包括电容器C2、C3构成的电容分压电路，以及二极管D1和电阻器R2构成的半波整流电路。当然，电容分压电路可包含多于两个的电容器，也可由电阻分压电路代替。半波整流电路也可由全波或全桥整流电路代替。故障检测电路312包括比较器COM。比较器COM的同相输入端电连接至电压采样电路307以接收电压采样信号V_sense，反相输入端接收阈值V_th，输出端电连接至触发器FF的复位端R以提供故障信号FAULT。

当驱动装置正常工作时，故障信号FAULT为低电平，触发器FF的同相输出端Q输出高电平，反相输出端/Q输出低电平，开关S_r1被关断。当交流驱动电压V_out过压时，电压采样信号V_sense大于阈值V_th，故障信号FAULT变为高电平。触发器FF被复位，其同相输出端Q输出低电平，反相输出端/Q输出高电平。与门AND1和AND2均输出低电平，开关S1和S2被关断。同时开关S_rl被导通，串联电容器C_s中储存的能量经过电容复位电路305被释放。由于开关S1和S2被关断，过压情况将立刻得到缓解，故障信号FAULT迅速变为低电平。由于延时电路310的作用，在一段延时时间后，触发器FF被置位，其同相输出端输出高电平，反相输出端输出低电平，开关S1和S2由控制信号CTRL控制，开关S_rl被关断。同时，扫频电路309被触发，重新开始扫频。

在另一个实施方式中，驱动装置故障可以包括过流或过温，在这种情况下，可以将过流采样信号或过温采样信号电耦接至故障检测电路312，取代上述的电压采样信号V_sense。并将过流采样信号或过温采样信号的值与相应的阈值进行比较即可。此外，驱动装置故障也可以包括过压、过流及过温中的几种。图4为本实用新型气体放电灯驱动装置的第二实施方式的电路图，其中逆变电路采用全桥拓扑结构，包括开关S3～S6。控制电路404控制开关S3～S6的导通与关断，并在检测到驱动装置故障时将其全部关断。电感器L的一端电连接至开关S3和S4的连接点，并联电容器C_p的一端电连接至开关S5和S6的连接点。串联电容器C_s电连接在电感器L的另一端和并联电容器C_p的另一端之间。在该实施方式中，电容复位电路405并联连接至串联电容器C_s，包括电阻器R_r1和开关S_r1。开关S_rl的门极电连接至触发器FF的反相输出端/Q。当反相输出端/Q输出高电平时(即在故障保护时)，开关S_r1被导通，反之，开关S_r1被关断。

图5为本实用新型气体放电灯驱动装置的第三实施方式的电路图，其中逆变电路502和图3所示装置中的逆变电路302相同，采用半桥拓扑结构，包括开关S1和S2。控制电路504控制开关S1和S2的导通与关断，并在检测到驱动装置故障时将其全部关断。串联电容器C_s的一端电连接至开关S1和S2的连接点，并联电容器C_p的一端接地。电感器L电连接在串联电容器C_s的另一端和并联电容器C_p的另一端之间。在该实施方式中，电容复位电路505并联连接至串联电容器C_s，包括电阻器R_r1和开关S_r1。开关S_r1的门极电连接至触发器FF的反相输出端/Q。当反相输出端/Q输出高电平时(即在故障保护时)，开关S_r1被导通，反之，开关S_r1被关断。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种气体放电灯驱动装置，包括：

电压变换电路，其输入端接收输入电压，输出端提供被调节的直流电压；

逆变电路，包括至少一个开关，其输入端电耦接至所述电压变换电路的输出端，其输出端提供开关电压；

谐振电路，其输入端电耦接至所述逆变电路的输出端，其输出端提供交流驱动电压以驱动气体放电灯，所述谐振电路包括第一电容器、第二电容器和电感器，其中所述第一电容器和所述电感器串联耦接至所述气体放电灯，所述第二电容器与所述气体放电灯并联；

控制电路，其输出端电耦接至所述至少一个开关的门极，控制所述至少一个开关的导通与关断，并在检测到所述驱动装置故障时关闭所述逆变电路；以及

电容复位电路，并联连接至所述第一电容器，在所述逆变电路因故障被关闭时释放所述第一电容器中储存的能量。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置故障包括过压、过流及过温中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述电容复位电路包括复位电阻器。

4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述电容复位电路还包括串联连接至所述复位电阻器的复位开关，所述复位开关在所述逆变电路正常工作时被关断，在所述逆变电路因故障被关闭时被导通。

5.如权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，所述复位电阻器由复位开关的导通电阻代替。

6.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括：

电流采样电路，其输入端电耦接至所述逆变电路以采样所述逆变电路的输入电流，其输出端提供与该电流相关的电流采样信号；

其中所述控制电路还包括：

误差放大器，其同相输入端接收参考电压，其反相输入端电耦接至所述电流采样电路以接收所述电流采样信号；

压控振荡器，其具备第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至所述误差放大器的输出端，输出端提供控制信号以调节所述至少一个开关的开关频率；

扫频电路，其输出端电耦接至所述压控振荡器的第二输入端，以在点火阶段调节所述控制信号使所述开关频率由高到低变化；

故障检测电路，其输出端提供指示所述驱动装置是否存在故障的故障信号；

触发器，具备复位端、置位端、同相输出端和反相输出端，其中复位端电耦接至所述故障检测电路的输出端；以及

至少一个与门，每个与门均具备第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述至少一个与门的第一输入端电连接至所述触发器的同相输出端，第二输入端分别电耦接至所述压控振荡器的输出端，输出端分别电耦接至所述至少一个开关的门极。

7.如权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述控制电路在检测到所述驱动装置故障并关闭所述逆变电路的一段时间后，对所述气体放电灯重新进行点火。

8.如权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，所述控制电路还包括：

延时电路，其输入端电耦接至所述触发器的反相输出端，其输出端电耦至所述触发器的置位端；以及

单触发电路，其输入端电耦接至所述延时电路的输出端，其输出端电耦接至所述扫频电路的输入端。

9.如权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，还包括：

电压采样电路，其输入端电耦接至所述气体放电灯以采样所述交流驱

动电压，其输出端生代表该电压的电压采样信号；

其中故障检测电路具备第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至所述电压采样电路的输出端，第二输入端接收一阈值，输出端提供所述故障信号。

10.如权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述电容复位电路包括复位开关，所述复位开关的门极电耦接至所述触发器的反相输出端。