CN202857113U

CN202857113U - 用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器和方法

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Publication number: CN202857113U
Application number: CN2010900013079U
Authority: CN
Inventors: 奥拉夫·布塞; 西格弗里德·迈尔
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Osram Co Ltd
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2020-11-03
Also published as: EP2468078A1; KR20120005923U; DE102009053617A1; WO2011061053A1; EP2468078B1

Abstract

本实用新型涉及一种用于驱动至少一个放电灯（La）的电子镇流器，该电子镇流器具有：具有用于与直流供电电压（U_zw）耦合的第一（E1）和第二输入端子（E2）的输入端；具有用于与至少一个放电灯（La）耦合的第一（A1）和第二输出端子（A2）的输出端；具有至少一个第一（S1）和至少一个第二电子开关（S2）的桥接电路，其中第一（S1）和第二电子开关（S2）的串联电路在构成第一桥中点（HBM1）的情况下，耦合在第一（E1）和第二输入端子（E2）之间；耦合在第一桥中点（HBM1）和第一输出端子（A1）之间的灯电感线圈（L1）；至少一个梯形电容器（C_T），其与电子开关（S1、S2）之一并联耦合；谐振电容器（C_R），其与第一（A1）和第二输出端子（A2）并联耦合；控制装置（12），用于借助激励信号（AL、AH）来激励至少第一（S1）和第二电子开关（S2），其中激励信号（AL、AH）在至少一个连接在第一（A1）和第二输出端子（A2）之间的放电灯（La）的第一（W1）和第二灯丝（W2）的预热阶段（T_加热）期间具有工作频率（f），其中控制装置（12）设计为在放电灯（La）的点燃阶段（T_Z）期间使工作频率（f）下降；和加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂），其与控制装置（12）耦合，其中加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂）此外与第一桥中点（HBM1）耦合并且设计为加热放电灯（La）的第一（W1）和第二灯丝（W2）；其中控制装置（12）设计为至少在点燃阶段（T_Z）的预先确定的时间间隔期间将加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂）激活。此外，本实用新型涉及一种相应的、用于驱动至少一个放电灯的方法。

Description

用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器和方法

技术领域

本实用新型涉及一种用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器，该电子镇流器具有：具有用于与直流供电电压耦合的第一和第二输入端子的输入端；具有用于与至少一个放电灯耦合的第一和第二输出端子的输出端；具有至少一个第一和至少一个第二电子开关的桥接电路，其中第一和第二电子开关的串联电路在构成第一桥中点的情况下耦合在第一和第二输入端子之间；耦合在第一桥中点和第一输出端子之间的灯电感线圈；至少一个梯形电容器，其与电子开关之一并联耦合；谐振电容器，其与第一和第二输出端子并联耦合；控制装置，用于借助激励信号来激励至少第一和第二电子开关，其中激励信号在连接在第一和第二输出端子之间的至少一个放电灯的第一和第二灯丝的预热阶段期间具有工作频率，其中控制装置设计为在放电灯的点燃阶段期间使工作频率下降；和加热装置，其与控制装置耦合，其中加热装置此外与第一桥中点耦合并且设计为加热放电灯的第一和第二灯丝。此外，本实用新型涉及一种相应的、用于驱动至少一个放电灯的方法。

背景技术

本实用新型所基于的问题在于设计所谓的多灯EVG（电子镇流器），这就是说用于驱动不同的放电灯、特别是低压放电灯的电子镇流器。在典型的多灯EVG的情况下，可由此驱动的放电灯的功率范围例如达到14W至80W。

在此，常规地在预热阶段期间加热连接有电子镇流器的至少一个放电灯的灯丝。在点燃阶段开始前不久，关断灯丝的加热。为了实现相应的开关过程，在已知的常规电子镇流器中将控制装置实现为ASIC（专用集成电路），其中这类的集成电路用作所谓的状态机。据此仅能够顺序地执行状态，即首先是预热阶段，接着是点燃阶段。

因为直流供电电压与相应连接的放电灯无关，所以与相应连接的放电灯相匹配的唯一可能性是改变用于第一和第二电子开关的激励信号的工作频率。相应地在所述例子中，工作频率的频谱达到90kHz（用于14W灯）至45kHz（用于80W灯）。

那么，然而在此应满足不同的边界条件：一方面为了产生尽可能小的损耗，选择小的谐振电容器，例如2.2nF。因为，在具有特别高效率的常规电子镇流器中，有源部件、尤其是控制装置优选从负载回路中的交变电压源、优选梯形电容器中来供给能量，梯形电容器的尺寸确定为使得其在下限截止频率时，例如即在大约45kHz时，提供足够的电流。因此，梯形电容器应该尽可能大地确定尺寸，在该示例中为大概1nF。

谐振电容器的电容与梯形电容器的电容的比例限定了在桥接电路的第一桥中点上的电压U_HBM的边沿的斜率。参考图1，曲线1）示出所提及的比例大的情况下的变化曲线，曲线2）示出所提及的比例小的情况下的变化曲线。如在图1的示意图中进一步看到的，在曲线2）中时间间隔t_s2与时间间隔t_s1相比减少。因此，所述比例越小，则越难以保证将桥接电路以开关卸载方式（schaltentlastetes）转换，因为触发转换的开关过程在时间间隔t_s1、t_s2之内进行。

如果在第一桥中点上的电压U_HBM仍不等于零或已经不再等于零时进行开关过程，则将“硬”开关。这导致不希望的损耗和过度的应力，并且由此缩短了所涉及的器件的使用寿命。

当用高频率工作时，时间间隔t_s2是特别短的。在该情况下要注意的是，桥接电路的开关为了预热和点燃而必须用与例如用于上面给出的常规工作相比明显更高的频率来工作。尤其当具有小功率的放电灯连接在电子镇流器上时，频率在加热放电灯灯丝期间可以不变得太低，因为否则当超过放电灯的OCV（Open Circuit Voltage（开路电压））时存在提前点燃的危险。

因此，总的来说可以确定，恰好在损耗、可靠的辅助电压源和避免提前点燃的危险方面设置电子镇流器时，得到在第一半桥中点上的电压U_HBM的电压变化曲线，所述变化曲线趋于类似于图1中的曲线2），事实上甚至还具有更短的阶段t_s2。这导致这样设计的电子镇流器在考虑通常波动的直流供电电压-当然，该直流供电电压通常从已知的波动的电网电压导出-、部件的公差、环境温度、灯老化等等时只能极其困难地在连接于所述电子镇流器的不同放电灯的情况下以开关卸载模式工作。如分析得到的，这在点燃阶段的范围中特别关键。

为了确保以开关卸载方式工作，在现有技术中曾将谐振电容器设置为比实际希望的更大，其后果是损耗的升高。

实用新型内容

因此，本实用新型所基于的目的是将一种常规电子镇流器或者一种常规方法改进为使得可以在尽可能小的损耗下、特别是也在放电灯的点燃阶段确保可靠地以开关卸载方式工作。

所述目的通过一种根据本实用新型的电子镇流器实现。所述电子镇流器具有：输入端，所述输入端具有用于与直流供电电压耦合的第一输入端子和第二输入端子；输出端，所述输出端具有用于与所述至少一个放电灯耦合的第一输出端子和第二输出端子；桥接电路，所述桥接电路具有至少一个第一电子开关和至少一个第二电子开关，其中所述第一电子开关和所述第二电子开关的串联电路在构成第一桥中点的情况下耦合在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间；灯电感线圈，所述灯电感线圈耦合在所述第一桥中点和所述第一输出端子之间；至少一个梯形电容器，所述梯形电容器与所述电子开关之一并联耦合；谐振电容器，所述谐振电容器与所述第一输出端子和所述第二输出端子并联耦合；控制装置，所述控制装置用于以激励信号来激励至少所述第一电子开关和所述第二电子开关，其中所述激励信号在连接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间的至少一个放电灯的第一灯丝和第二灯丝的预热阶段期间具有工作频率，其中所述控制装置设计为在所述放电灯的点燃阶段期间使所述工作频率下降；和加热装置，所述加热装置与所述控制装置耦合，其中所述加热装置此外与所述第一桥中点耦合，并且设计为加热所述放电灯的所述第一灯丝和所述第二灯丝；其特征在于，所述控制装置设计为至少在所述点燃阶段的预先确定的时间间隔中激活所述加热装置。

本实用新型所基于的基本认识是：与可靠的开关卸载方式的工作相对应地，当在电子镇流器的负载回路中，即尤其通过灯电感线圈总是流过为桥接电路的转换提供所需的无功能量的足够大的电流时，在谐振电容器的电容与梯形电容器的电容之比很小时也可以保证可靠的转换。对于现有技术中的方法的较精确分析形成如下认识：在那里，由于切断负载、即由负载电路供电的灯丝加热装置，所以在放电灯的点燃阶段开始之前造成在负载电路中存在的无功能量的迅速下降。这是现有技术中问题的根本原因。因为根据本实用新型，灯丝的加热保持至点燃阶段的开始后，所以在负载电路中的功率消耗中没有下降，因为加热装置一如既往地由负载电路供电。因此，存在足够用于可靠的桥接电路转换的无功能量。

仔细观察，相应地在现有技术中桥接电路在预热期间仍以开关卸载方式工作，因为由于加热灯丝而消耗了能量。在从灯丝加热过渡到点燃阶段时，在点燃阶段开始之前关断加热装置。由此，在输出电路中不消耗功率，因为还没有点燃放电灯。由于缺乏功率消耗，通过灯电感线圈的电流小，并且因此在负载电路中存在的无功能量很小。因此，电流的转换通过灯电感线圈延长。如果第一桥中点上的电压U_HBM不再是零，则这可以实现。桥接电路的开关因此不再以开关卸载方式开关。在桥接电路中流过无功电流

其在相应的监控中甚至可以导致电子镇流器关断。

由于在根据本实用新型的方法中，灯丝的预热延续到点燃阶段中，所以在该阶段中也有足够大的电流在负载电路中流动。因此，存在足够量的无功电能，其使得电路装置在放电灯点燃之后可靠转换。从中得到的优点是在根据本实用新型的电子镇流器中，谐振电容器的尺寸可以确定为很小，这引起损耗功率的减少。此外，通过在点燃期间加热灯丝可以明显提高放电灯的开关速率，因为放电灯在较低的电压下点燃。这是由于现在通过加热装置的继续工作而在比在现有技术中更高温度下实现点燃，因为在较高的温度下存在更多的电子。此外，在根据本实用新型的方法中，不用将灯电感线圈如在现有技术中那样强烈地负荷，因为负荷变化不是跳跃式的，而是连续的。这导致使用寿命的进一步延长。

根据本实用新型的电子镇流器的另一优点在于由此还可以使灯备用电阻器在没有接收问题的情况下工作，因为通过本实用新型，通过加热装置的继续工作可靠地阻止了与桥接电路的高工作频率结合的、在预热之后的负载跳变。

优选的是，将灯丝加热保持至放电灯点燃。在点燃之后总是有足够的电流在输出回路中流动，该电流减少转换时间并且保证桥接电路的开关以开关卸载方式工作。

在优选的实施形式中，预先确定的时间间隔从工作频率下降开始起为至少20ms、优选至少50ms、更优选至少100ms。在此，预先确定的时间间隔的长短与工作频率下降的速度相关。加热和点燃阶段的短时间重叠已经引起电子镇流器的桥接电路的转换改进方面的优点。这可以趋于随着该时间间隔的延长而进一步改进。因此，在特别优选的实施形式中，将预先确定的时间间隔的大小设计为使得该时间间隔延伸至放电灯的点燃时刻之后。

在工作频率下降之前，这就是说在预热阶段时，工作频率为100kHz和150kHz之间。在放电灯点燃时，工作频率优选为50kHz至100kHz之间。

控制装置优选设置为在放电灯点燃之后将工作频率调整到额定频率。所述额定频率可以为40kHz和95kHz之间。

如已经提到的，电子镇流器还可以包括辅助电压源，该辅助电压源为了其供电，特别是在使用电荷泵情况下的供电而与梯形电容器耦合。这提供了实现一种损耗特别小的电压源的可能性，所述电压源的振幅明显小于直流供电电压的振幅。特别优选的是如提到的，控制装置为了其供电而与辅助电压源耦合。

此外，控制装置可以设置为，只要放电灯的点燃可确定，就将加热装置去激活。放电灯的点燃能够以简单的方式通过监控灯电弧工作电压来确定。因为在灯点燃之后大电流在负载电路中流动、即存在负载，所以可以将加热装置轻易地关断，而不会威胁到桥接电路的可靠转换。

其他有利实施形式由从本实用新型中获得。

关于根据本实用新型的电子镇流器提出的优选实施形式和其优点相应地适用于根据本实用新型的方法，只要其可应用。

附图说明

现在，接下来参考附图进一步说明本实用新型的实施例。其中：

图1以示意图示出当根据现有技术的谐振电容器具有不同的尺寸时，在第一桥中点上的电压U_HBM的时间变化曲线；

图2以示意图示出常规电子镇流器的结构；

图3示出在根据现有技术设计电子镇流器时，图2的结构的不同电参数的时间变化曲线；

图4示出在根据本实用新型设计的实施例中，图2的电路设置的桥接电路的电子开关的激励信号中的工作频率的时间变化曲线；和

图5示出在根据本实用新型设计电子镇流器时，图2的结构的不同电参数的时间变化曲线。

具体实施方式

图2以示意图示出电子镇流器的结构。该结构自身从现有技术中已知，其中本实用新型还体现在图2中暂时不可见的、待引入的控制装置12的设计中。

在图2中示出的电子镇流器包括：具有第一E1和第二输入端子E2的输入端，在所述第一和第二输入端子之间施加直流供电电压、优选所谓的中间电压U_Zw。为了控制中间电压U_Zw，与输入端并联连接有存储电容器C₁。存储电容器C₁为逆变器10馈电，所述逆变器包括在此实现为半桥装置的桥接电路。半桥装置就其而言包括：电子开关S1和电子开关S2的串联电路，在所述两个电子开关之间构成了第一半桥中点HBM1；以及两个耦合电容器C_K1以及C_K2，在所述两个耦合电容器之间构成了第二半桥中点HBM2。灯电感线圈L1在电子镇流器的第一半桥中点HBM1和第一输出端子A1之间耦合。第二输出端子A2与第二半桥中点HBM2耦合。在输出端子A1、A2之间耦合有放电灯La，所述放电灯包括第一W1和第二灯丝W2。与开关S2并联耦合有梯形电容器C_T。谐振电容器C_R在第一输出端子A1和参考电势之间耦合，所述参考电势当前为第二输入端子E2。电子镇流器此外包括控制装置12，其以具有工作频率的激励信号通过输出端AL来激励开关S2以及通过输出端AH来激励开关S1。

此外，在图2中示出的电子镇流器包括加热装置。为了该目的，变压器TR的初级绕组La、电容器C₂以及电子开关S3的串联电路在第一半桥中点HBM1和参考电势之间耦合。第一次级绕组Lb1与放电灯La的第一灯丝W1耦合，第二次级绕组Lb2与放电灯La的第二灯丝W2耦合。开关S3同样由控制装置12激励，更确切而言通过输出端AS3来激励。如果此后将开关S3切换为导通，则电流流过变压器T_r的初级绕组La，由此产生通过相应的次级绕组Lb1、Lb2的电流流动。这引起对放电灯La的灯丝W1、W2的加热。

为了实现辅助电压源U_H，包括二极管D1和D2的半波整流器与梯形电容器C_T耦合。为了将在整流器D1、D2的输出端上提供的电压积分，使用与齐纳二极管Z1并联的电容器C₃。辅助电压源U_H与控制装置12的端子VCC耦合，并且为控制装置供电。

在输出端子A1、A2上降落的电压用U_La，流过灯电感线圈L1的电流用I_L1，激励开关S3的电流用I_GS3以及流过开关S2的电流用I_S2来表示。

图3示出按照现有技术设计根据图2的电子镇流器时参数I_GS3、U_La、I_L1、I_S2的时间变化曲线，其中图3b以明显放大的分辨率示出在时刻t₁不久后的图3a的部分。如从图3a中可以明显看到的，开关S3在时刻t₁切换为截止，由此灯丝W1、W2的预热结束。接着，开关S1、S2的工作频率持续下降，由此从上面，这就是说从较高的频率开始，接近负载电路的谐振频率。这导致电压U_La的变大，这在时刻t₂引起放电灯La点燃。在t₁和t₂之间的时间间隔期间电压U_La的增长与电流I_S2的增长相关联。在放电灯La点燃之后在时刻t₂，电流I_L1明显增长。

在图3b中可以看到，电流I_S2具有电流尖脉冲，其表示半桥装置的开关S1、S2并非软地、即并非以开关卸载方式来开关。如果如通常那样例如使用分路电阻器来测量电流I_S2，并且将在分路电阻器上降落的电压输送给控制装置12，那么这类电流尖脉冲的检测可以造成电子镇流器关断。

图4示出激励信号中的工作频率的时间变化曲线，这些激励信号在根据图2的电子镇流器的根据本实用新型的设计中控制装置12的输出端AH、AL上提供给开关S1、S2。因此，直到时刻t₁，工作频率f为值f_加热，即一般用于预热的频率。在时刻t₁，这就是说在点燃阶段开始时，工作频率f逐渐地下降，直到时刻t₂实现放电灯La的点燃。因此，工作频率f下降到额定频率f_额定。在此，点燃阶段在位于t₂和t₁之间并且在此用T_Z表示的时段上延伸。在现有技术中，在时刻t₁开关S3切换为截止，而在此加热阶段T_加热延伸超过时刻t₁；加热阶段可以像通过点划线所表示的甚至延伸超过时刻t₂。

在根据图4设计在图2中示出的电子镇流器时，得到在图5中示出的电参数U_La、I_GS3、I_L1、I_S2的时间变化曲线，其中图5b以明显放大的分辨率进一步示出了图5a的在时刻t₁不久后的部分。点燃阶段的开始还用t₁表示，点燃时刻用t₂表示。如在电流I_GS3的变化曲线上可以看到的，从现在起，将放电灯La的灯丝W1、W2加热至时刻t₃，这就是说远超过放电灯La的点燃时刻t₂。

图5b以放大的分辨率示出图5a的特别标记出的区域，即以放大的分辨率示出在放电灯La的点燃不久之前的区域。如在电流I_S2的变化曲线上可清楚看到，从现在起不再存在电流尖脉冲；半桥装置的开关S1、S2相应地软开关。

Claims

1.用于驱动至少一个放电灯（La）的电子镇流器，所述电子镇流器具有

-输入端，所述输入端具有用于与直流供电电压（U_zw）耦合的第一输入端子（E1）和第二输入端子（E2）；

-输出端，所述输出端具有用于与所述至少一个放电灯（La）耦合的第一输出端子（A1）和第二输出端子（A2）；

-桥接电路（10），所述桥接电路具有至少一个第一电子开关（S1）和至少一个第二电子开关（S2），其中所述第一电子开关（S1）和所述第二电子开关（S2）的串联电路在构成第一桥中点（HBM1）的情况下耦合在所述第一输入端子（E1）和所述第二输入端子（E2）之间；

-灯电感线圈（L1），所述灯电感线圈耦合在所述第一桥中点（HBM1）和所述第一输出端子（A1）之间；

-至少一个梯形电容器（C_T），所述梯形电容器与所述电子开关（S1、S2）之一并联耦合；

-谐振电容器（C_R），所述谐振电容器与所述第一输出端子（A1）和所述第二输出端子（A2）并联耦合；

-控制装置（12），所述控制装置用于以激励信号（AL、AH）来激励至少所述第一电子开关（S1）和所述第二电子开关（S2），其中所述激励信号（AL、AH）在连接在所述第一输出端子（A1）和所述第二输出端子（A2）之间的至少一个放电灯（La）的第一灯丝（W1）和第二灯丝（W2）的预热阶段（T_加热）期间具有工作频率（f），其中所述控制装置（12）设计为在所述放电灯（La）的点燃阶段（T_Z）期间使所述工作频率（f）下降；和

-加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂），所述加热装置与所述控制装置（12）耦合，其中所述加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂）此外与所述第一桥中点（HBM1）耦合，并且设计为加热所述放电灯（La）的所述第一灯丝（W1）和所述第二灯丝（W2）；

其特征在于，

所述控制装置（12）设计为至少在所述点燃阶段（T_Z）的预先确定的时间间隔中激活所述加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂）。

2.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述预先确定的时间间隔（t₃-t₂）从所述工作频率（f）的下降开始起为至少20ms。

3.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述预先确定的时间间隔（t₃-t₂）从所述工作频率（f）的下降开始起为至少50ms。

4.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述预先确定的时间间隔（t₃-t₂）从所述工作频率（f）的下降开始起为100ms。

5.根据权利要求1或2所述的电子镇流器，其特征在于，所述预先确定的时间间隔（t₃-t₂）的大小设计为使得所述时间间隔延伸至所述放电灯（La）的点燃时刻之后。

6.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述工作频率（f）在其下降之前在100kHz和150kHz之间。

7.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述工作频率（f）在所述放电灯（La）点燃时为50kHz和100kHz之间。

8.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置（12）设计为在所述放电灯（La）点燃之后将所述工作频率（f）调节到额定频率（f_额定）。

9.根据前述权利要求8所述的电子镇流器，其特征在于，所述额定频率（f_额定）在40kHz和95kHz之间。

10.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述电子镇流器还包括辅助电压源（U_H），所述辅助电压源与梯形电容器（C_T）耦合，用于在使用电荷泵情况下所述辅助电压源的供电。

11.根据前述权利要求10所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置（12）与所述辅助电压源（U_H）耦合，用于所述控制装置的供电。

12.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置（12）设计为，如果所述放电灯（La）的点燃能够确定，则所述加热装置（T_R、La、Lb1、Lb2、S3、C₂）去激活。