CN202276533U - 灯驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于操作HID灯的灯驱动器，包括：输入端子，用于连接到低频供电电压的电极；整流装置，耦接到所述输入端子，用于对所述低频供电电压进行整流；缓冲电容器装置，耦接到所述整流装置的输出端，用于对整流的低频供电电压进行滤波；DC-AC转换器，耦接到所述缓冲电容器装置，用于根据所述缓冲电容器装置上的电压生成一具有平均频率f的高频AC灯电流，所述DC-AC转换器包括一电路部件I，其用于生成一具有平均频率f的控制信号。根据本实用新型，所述灯驱动器还装配有一电路部件II，其耦接在所述整流装置的输出端和所述电路部件I之间，用于以等于所述低频供电电压的频率的两倍的一频率来调制所述控制信号的频率。这个频率调制以简单的方式实现并确保在灯等离子体中激发弧矫直谐振。
Description
技术领域
本实用新型涉及高强度放电灯（HID灯）技术领域，尤其涉及一种用于操作HID灯的灯驱动器。
背景技术
这种灯驱动器通常是已知的。在HID灯的情况下，在较高频率操作所述灯会产生声谐振。通常这些声谐振是不期望的，因为它们会引起灯的不稳定。但所谓的弧矫直声谐振是一个例外，它能稳定所述放电。因此，通常期望选择一种方式来操作所述灯以确保所述弧矫直谐振被激发而其它声谐振的激发被抑止。本实用新型致力于获得这样的灯操作：其确保了所述弧矫直谐振被激发而其它声谐振的激发被抑止。
发明内容
根据本实用新型，提供一种灯驱动器，包括：输入端子，用于连接到低频供电电压的电极；整流装置，其耦接到所述输入端子，以用于对所述低频供电电压进行整流；缓冲电容器装置，其耦接到所述整流装置的输出端，以用于对整流的低频供电电压进行滤波；DC-AC转换器，其耦接到所述缓冲电容器装置，用于根据所述缓冲电容器装置上的电压生成一具有平均频率f的高频交流（AC）灯电流，所述DC-AC转换器包括一电路部件I，其用于生成一具有平均频率f的控制信号，其中所述驱动器还装配有一电路部件II，其耦接在所述整流装置的输出端和所述电路部件I之间，用于以等于所述低频供电电压的频率的两倍的一频率来调制所述控制信号的频率。请注意，原则上可以通过一适当选择的f来确保弧矫直谐振的激发。然而，对所述灯和所述灯驱动器二者的容差分析显示，当DC-AC转换器在一固定频率工作时很难总是保证弧矫直。
在根据本实用新型的灯驱动器中，利用整流的供电电压或利用一导出电压（诸如所述缓冲电容器装置上的纹波）来实现频率调制。本实用新型的灯驱动器具有非常简单的结构。所述频率调制确保了灯电流的频谱被展宽，同时所述频谱中各频率的幅值又足够低以避免声谐振的激发。与此同时，可以以可靠的方式来激发弧矫直谐振。
另外，请注意当所述缓冲电容器装置上的瞬时电压为低并且瞬时灯电流为小的时候，HID灯的阻抗将增加。这是由HID灯的热属性造成的。增加的灯阻抗会导致灯的熄灭。然而，这个不期望的结果也能够通过使用所述频率调制得以避免。
优选地，所述控制信号的频率的调制与所述整流的供电电压同步，或者与所述缓冲电容器装置上的电压的交流分量同步，换而言之与所述电压纹波同步。所述同步优选使得：当缓冲电容器装置上的电压的幅值为低时，所示控制信号的频率（并由此，灯电流的频率）为低；并且当缓冲电容器装置上的电压的幅值为高时，所述控制信号的频率为高。以这种方式，由于阻抗变得太高而导致的灯熄灭得以避免。进一步地，这个同步使得所述灯阻抗在低频供电电压的一周期内变化较小，并增加了灯寿命。
所述电路部件I能够以简单且可靠的方式实现，其包括一电流源CS，一电容器C1，一比较器COMP和一开关元件S。
根据本实用新型的灯驱动器的这些实施例能够获得好的结果，其中所述电路部件II包括耦接在整流装置的输出端和电容器C1之间的一电容器C2和一电阻器R1。
附图说明
参考附图来进一步讨论本实用新型的各实施例。附图中，
图1示出了已与灯连接的灯驱动器的两个不同的实施例，其中能够实施本实用新型；
图2示出了根据本实用新型的灯驱动器的一实施例，一灯连接到所述灯驱动器；
图3示出了图2所示实施例中灯电流的包络和灯电流的频率与时间的关系，并且
图4示出了图2所示实施例所包含的缓冲电容器装置上的电压与时间的关系。
具体实施方式
在图2中，K1和K2是用于连接到低频供电电压的输入端子。二极管D1-D4构成整流装置，其耦接到所述输入端子用于对所述低频供电电压进行整流。电容器C6形成缓冲电容器装置，其耦接到所述整流装置的输出端用于对所述整流的低频供电电压进行滤波；电容器C6被串联连接的欧姆电阻器R1和R2、串联连接的开关元件M1和M2以及串联连接的电容器C3和C4分流。开关元件M1和M2的公共端通过电感器L1、灯连接端子K3、电容器C5和灯连接端子K4的串联连接与电容器C3和C4的公共端相连接。灯被连接到灯连接端子K3和K4。电阻器R1和R2形成电阻式分压器。电阻器R1和R2的公共端通过电容器C2和电阻器R3的串联连接被连接到比较器COMP的第一输入端。所述比较器COMP的第一输入端还被连接到电流源CS和电容器C1的公共端。电容器C1被开关元件S分流。开关元件S的控制电极被耦接到所述比较器COMP的输出端。所述比较器的第二输入端被连接到一存在有参考电压Vref的端子。所述比较器COMP的输出端被耦接到控制电路CC的输入端。所述控制电路CC的各个输出端被连接到开关元件M1和M2的控制电极。电流源CS、电容器C1、比较器COMP、开关元件S、控制电路CC和所述存在有参考电压Vref的端子一起形成电路部件I，用于生成一具有平均频率f的控制信号。电阻器R1、R2和R3，以及电容器C2一起形成电路部件II，其耦接在整流装置的输出端与电路部件I之间，用于以等于所述低频供电电压的频率的两倍的一频率来调制所述控制信号的频率。开关元件M1和M2，电容器C3、C4和C5，电感器L1以及灯连接端子K3和K4与电路部件I以及形成DC-AC转换器。所述DC-AC转换器耦接到缓冲电容器装置C6以用于根据所述缓冲电容器装置上的电压生成一具有平均频率f的高频交流（AC）灯电流。
图2所示的灯驱动器的工作如下：
当输入端子K1和K2被连接到提供低频供电电压的供电电压源，电路部件I所生成的控制信号使开关元件M1和M2以平均频率f交替导通和不导通。由此，在开关元件M1和M2之间的一端出现具有平均频率f的电压，并且具有平均频率f的交流（AC）电流流过所述灯。
在图2所示的灯驱动器的工作期间，电流源CS为电容器C1和开关元件S的公共端提供一恒定电流。除此之外，第二电流经过由电阻器R1和R2形成的分压器，电容器C2和电阻器R3也被提供到这个公共端，其中电阻器R1和R2，电容器C2和电阻器R3一起形成电路部件II。当开关元件S非导通时，这些电流为电容器C1充电。当电容器C1上的电压达到等于参考电压Vref的电压时，比较器COMP的输出端的信号从低变到高以使得开关元件S导通并且电容器C1被放电。这引起所述比较器COMP的输出从高变到低以使得开关元件S呈非导通并且电流源CS和电路部件II一起再次为电容器C1充电。这个序列连续重复以使得电容器C1上出现具有平均频率f的电压。如果输入端子K1和K2连接到提供一50Hz频率的AC供电电压的供电电压源时，缓冲电容器装置C6上出现如图4所示的具有100Hz纹波的电压，并且为电容器C1充电的第二电流也以100Hz的频率进行调制。接下来这又引起电容器C1上的电压的频率以及比较器COMP输出端信号的频率将以100Hz的频率进行调制。由于被用于控制DC-AC转换器中的开关元件M1和M2的控制信号是通过电路部件CC中所包含的电路根据比较器COMP输出端的电压来得出的，这些控制信号的频率以及灯电流的频率也以100Hz频率进行频率调制并因此也具有平均值f。FM调制的幅值由电阻器R1、R2和R3，电容器C1、C2和缓冲电容器装置C6的电容，以及灯功率确定。
图3示出了所得出的FM形状。瞬时频率围绕平均频率f变化。当缓冲电容器装置C6上的瞬时电压为低并且所述灯电流较小时，HID灯的灯阻抗将增加。这是由HID灯的热属性引起的。所述增加的灯阻抗可能会导致灯的熄灭。当HID灯工作在由整流的市电供电电压进行供电的DC-AC转换器上时，这是一个确实存在的缺陷。然而，通过FM调制，如果满足了下列要求，这个不期望的缺陷能够避免：
a）所述FM算法与市电纹波（100Hz）同步；
b）所述市电纹波与所述FM之间的相位定义如下：
－ 当纹波电压为低时FM信号导致低的半桥频率，以及
－ 当纹波电压为高时FM信号导致高的半桥频率。
在图2所示的灯驱动器中，这两个要求都满足了，因为FM调制直接从缓冲电容器装置C6上的纹波得出。当所述纹波电压为高时由电路部件II提供给电容器C1的第二电流也较高。由此，电容器C1的充电较快地发生，从而电容器C1上的电压的频率也较高。因此，所述控制信号的频率以及灯电流的频率也较高。类似地，当所述纹波电压为低时所述灯电流的频率为低。由于所述频率调制，在供电电压的一周期期间，灯电阻变化较小。这也增加了灯的寿命。
除了频率调制（FM），缓冲电容器装置C6上的纹波电压引起了所述灯电流的振幅调制（AM）。图3的上半部分示出了所述灯电流的AM调制。除了所述频率调制，所述振幅调制也导致了展宽的频谱。这有助于触发HID灯管的弧矫直谐振。所述灯电流的频谱中的谱分量由平均电流频率、FM参数、AM参数、DC-AC转换器的部件以及灯功率确定。
在点火之后，所述灯驱动器将立即生成触发所述HID灯管的弧矫直频率所需的正确的频谱。
请注意，根据组成所述灯驱动器的电路，所述电路部件II和所述整流装置输出端之间的耦接能够以不同的方式实现。缓冲电容器装置能够直接连接到整流装置的输出端，如图2所示实施例的情况。在这个第一组的实施例中，所述电路部件II直接连接到整流装置的输出端。然而，在第二组实施例中，整流装置的输出端之一经由一二极管耦接到所述缓冲电容器装置。在这些实施例中，整流装置的各输出端能够通过一（较小的）电容器相连接。在图1左侧示出这样一实施例。在属于第二组的实施例中，电路部件II能够直接耦接到整流装置的输出端。在第三组实施例中，一功率因数校正（PFC）电路耦接在整流装置和缓冲电容器装置之间。这种功率因数校正电路例如可以是一向上转换器。在图1右侧示出了这样一实施例。在后一情况下，所述整流装置的输出端之一经由一扼流圈和一二极管的串联设置耦接到所述缓冲电容器装置。在第三组实施例中，电路部件II可以直接连接到所述整流装置的输出端，也可以例如连接到功率因数校正电路的输出端。如果所述功率因数校正电路是一向上转换器，这些输出端通过所述向上转换器的二极管的阴极和整流装置的输出端之一形成。在后一情况中，所述电路部件II经由所述扼流圈和所述二极管的串联设置耦接到整流装置的第一输出端，并且直接耦接到整流装置的第二输出端。在所有这些实施例中，获得了所述电路部件II的正确功能。
在一已测试的示例性实施例中所使用的一特定HID灯（20W）需要以下FM参数来执行弧矫直：
- 平均频率faverage=52kHz
- FM的幅值FMamplitude=4kHz
- FM的重复频率FMrepetition frequency=100Hz（与市电电源同步）。
Claims (5)
1.一种用于操作HID灯的灯驱动器，包括
输入端子，用于连接到低频供电电压的电极；
整流装置，其耦接到所述输入端子，用于对所述低频供电电压进行整流；
缓冲电容器装置，其耦接到所述整流装置的输出端，用于对整流的低频供电电压进行滤波；
DC-AC转换器，其耦接到所述缓冲电容器装置，用于根据所述缓冲电容器装置上的电压生成一具有平均频率f的高频AC灯电流，所述DC-AC转换器包括一电路部件I，其用于生成一具有平均频率f的控制信号；
其特征在于，所述灯驱动器还装配有电路部件II，其耦接在所述整流装置的输出端和所述电路部件I之间，用于以等于所述低频供电电压的频率的两倍的一频率来调制所述控制信号的频率。
2.根据权利要求1所述的灯驱动器，其特征在于
在工作期间，所述控制信号的频率的调制与所述缓冲电容器装置上的电压的AC分量同步。
3.根据权利要求2所述的灯驱动器，其特征在于
当所述缓冲电容器装置上的电压的幅值低时，所述控制信号的频率为低，而
当所述缓冲电容器装置上的电压的幅值高时，所述控制信号的频率为高。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的灯驱动器，其特征在于
所述电路部件I包括电流源CS，电容器C1，比较器COMP和开关元件S。
5.根据权利要求4所述的灯驱动器，其特征在于
所述电路部件II包括耦接在所述缓冲电容器装置和所述电容器C1之间的电容器C2和电阻器R3。
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