CN88103402A - 用于气体放电灯引燃和供电的直流-交流变换器 - Google Patents

Abstract

用于气体放电管引燃和供电的直流—交流变换器，该变换器有两个待连接到直流电压源上的输入端子(C，D)，所述端子(C，D)通过一系列装置相互连接，后者包括至少含有该放电管和感应线圈的负载电路以及包含续流二极管的第一半导体开关元件，所述负载电路跨接一个包括第二半导体开关元件并且含有续流二极管的电路，所述两个导体开关元件备有用于使该两开关元件交替地导通的控制电路，同时，开关元件的控制电路有一个电压测定点。

Description

本发明涉及一种用于气体放电灯引燃和供电的直流-交流变换器，该变换器有两个待连接到直流电压源的输入端子，所述两输入端子通过一系列装置相互连接，这一系列装置包括至少含有该气体放电灯和一个感应线圈的负载电路，以及包含续流二极管的第一半导体开关元件，所述负载电路跨接一个包括第二半导体开关元件，并且也含有续流二极管的电路，所述两半导体开关元件备有用于使两开关元件交替地导通的控制电路。已公开的申请号为8400923的荷兰专利申请公开了这种型式的变换器。

借助于各自的控制电极使上述两个半导体开关元件导通和不导通。使用一种具有积分二极管元件的半导体元件或者使用一个与之并联配置的单独的二极管元件，可以提供所述续流功能。

所述专利申请描述了一种带变压器的半桥路变换器，该变压器存在于负载电路（该电路中连有放电灯）中，它有两个次级绕组。这些绕组组成半导体开关元件的控制电路的一部分。借助于该变压器和控制电路使两开关元件交替地导通和不导通。实验证明，在使用变压器的情况下，以一种具有重现性的方法把该系统的振荡频率调节到一固定值是困难的。这是一个缺点，特别是当该系统用于以大批量制作工艺制造的灯管时。况且，所述变压器体积大而且很昂贵，同时，有关的控制电路包括比较多的元件。此外，在一种小型放电灯（例如一种“SL”灯管）中，该电路的集成化是困难的。

本发明的一个目的是提供一种避免已知的变换器的各种缺点，同时把在该电路中所需要的元件数降低到最小限度的直流-交流变换器。

因此，根据本发明，开关一节中所描述的那种型式的变换器的特点在于：第二开关元件的控制电路有一个电压测定点，该点连接到与第一开关元件的控制电路相连的整流元件上。

第二开关元件的控制电路起主控制电路的作用，第一开关元件的控制电路起辅助控制电路的作用。在辅助控制电路中，借助于所述整流元件确定第二开关元件的电导的瞬时状态。根据第二开关元件的控制电路中的所述电压值，将第一开关元件引向与第二开关元件的状态相反的导电状态。

根据本发明的该变换器中只需要一个感应线圈，这避免了在变换器中使用体积大又很昂贵的变压器（由于对初级和次级绕组之间电气绝缘产生的各种特殊需要）。与已知的变换器作比较，该电路所需的电元件的数量减少了。此外，各元件的集成化（例如，利用“表面镶嵌器件”技术，变得更加实际了。这使该变换器变得更适用于小型放电灯中，以取代供一般照明用的白炽灯。

在一个最佳实施例中，所述整流元件连接到第二半导体开关元件的控制电路中一个LC振荡电路的中心抽头上，该中心抽头起电压测定点的作用，而该LC电路的线圈与所述感应圈是磁分隔的，所述中心抽头通过该LC振荡电路的电容器连接到负载电路上。

借助所述振荡电路可以精确调节各开关元件导通的频率。而且，这频率是非常稳定的。

在变换器的一个实用的实施例中，第一半导体开关元件的控制电路包括连接到一个输入端子上、用于接通该开关元件的电路，和用于断开该开关元件的单独的电路，所述后一电路包括第三半导体开关元件，该元件在基本上与第二开关元件相同的时间内导通。

由第三开关元件来确定第一开关元件是处于导通状态还是处于不导通阶段。使用第三半导体开关元件具有使有关控制电路不再需要任何额外感应元件这样的优点。

在一个特殊的实施例中，在第二开关元件的控制电路中的LC振荡电路的线圈（其中，该电路的中心抽头连接到整流元件上）跨接一个可变阻抗。

这一实施例的优点是通过增加振荡电路的频率能够使灯管变暗。

在一个特殊的实施例中，所述可变阻抗包括一个电阻器和两个反向串联相接的齐纳二极管等一系列装置。与配置在灯管两电极之间的电容器以及与灯管串联的线圈一起，该LC振荡电路的频率调节到接近由所述电容器和线圈与灯管串联组成的振荡电路的谐振频率值。

通过选择适当的启动频率来得到用于引燃灯管的高电压。

现参照附图结合实施例对本发明作进一步详细说明，其中：

图1是根据本发明的变换器与一放电灯连接的简化电路图;和

图2是根据本发明的变换器的实施例的电路图。

图1中，标号1表示一个U形低压汞气放电灯。在一实施例中，该灯管有四个平行的放电管，它们组成一个方形，并相互桥接〔参见美国专利说明书第4，374，340号（US4，374，340）〕该灯管有两个电极（分别为2和3）。

标号C和D表示该变换器的输入端子。这些端子预定连接到直流电压源，例如带有平流电容器的二极管桥路上。（参见图2）。

端子C和D通过一系列装置相互连接，这些装置包括负载电路（含有电容器4，灯管1和感应线圈5）和具有积分续流二极管（6a）的第一半导体开关元件6，前者在图上以虚线形式表示。该负载电路跨接一个包含第二半导体开关元件7（具有续流二极管7a）的电路。开关元件6和7备有控制电路8和9，后者在图上是利用方框表示的。借助于这些控制电路，使开关元件6和7交替地导通和不导通。用于第二开关元件7的控制电路9有一个电压测定点，后者连到整流元件（二极管）10上，该元件10连接到第一开关元件6的控制电路8上。该整流元件对于所述测定点的电压起一种传感器的作用。另一电极2通过电容器11连接到D上。

控制电路9起主控制电路的作用，而控制电路8起辅助控制电路的作用。在电路8中，借助于整流元件10来确定开关元件7的瞬时导电状态。根据所述开关元件7的控制电路中的电压值，把开关元件6引向与开关元件7相反的导电状态。实际上，已在按照图2的电路中实现这一点。

图2中，与图1中相同的元件具有相同的标号。标号12和13表示待连接到交流电压源（220伏，50赫兹）的输入端子。输入端子12通过电阻器14连接到二极管电桥15的一个输入端子。该电桥的两输入端通过电容器16相互连接。电阻14和电容器16联合组成一个输入滤波器。电桥15的两个输出端子通过平流电容器17相互连接。此外，平流线圈18串接在该电桥一个端子和直流-交流变换器的第一输入端子C之间。该变换器实际上是连接在电容器17和线圈18的联合体的两端上。该变换器具有半桥路变换器的形式。该半桥路变换器的第一对桥臂由两个支路的一系列装备组成，各支路分别包括电容器4和电容器11。第二对桥臂由两个支路的一系列装备组成，各支路分别包括半导体开关元件6和7（参见图1，具有积分续流功能）。

该变换器的中心支路由点A（在6和7之间）和B（在11和4之间）的连接元件组成。在图1中，已经提到端子C和D通过负载电路相互连接（包括电容器4、灯管1、线圈5和开关元件6等一系列装置）。这个负载电路跨接一个包括第二开关元件7的电路。

第一开关元件6与控制电路（8）相联系，控制电路（8）包括一个连接到输入端子（D）的、用于接通元件6的电路。还提供一个单独的电路，该电路连接到包括线圈19和电容器20的LC振荡电路的中心抽头上。线圈19通过线圈5上的辅助绕组21与线圈5电连接。该电路包括整流元件10，后者连接到辅助晶体管22的基极上。这个晶体管的基极通过电阻器23也连接到端子C上。22的集电极连接到6的控制电极上。此外，电阻器24连接在22的集电极和端子C之间。第二开关元件7的控制电路包括连接在元件7的控制电极和LC振荡电路（19和20）中心抽头之间的电阻器25。此外，两个反向相接的齐纳二极管26和27连接在点A和元件7的控制电极之间。晶体管22也跨接一个齐纳二极管22a。

线圈19跨接在包括电阻器28和两个反向相接的齐纳二极管29及30的一系列装置上。该变换器还备有一个启动电路，后者包括在元件7的控制电极和电阻器33与34的连接点之间的电阻器31以及双向击穿元件（二端交流开关元件）32等一系列装置。电容器25也连接在所述连接点和点A之间。灯管电极2和3的第一端通过电容器39相互连接。其另外两端通过具有正温度系数（PTC）的电阻器38和电容器37的并联装置相互连接。电阻器40与11并联连接。

该变换器运行如下。如果端子12和13连接到供电干线（220，50赫兹），那么，将通过二极管电桥15对电容器17充电。这导致电容器4和11也通过线圈18充电。启动电容器35也将通过电路18、33、35和A、D充电。当电容器35也将通过电路18、33、35和A、D充电。当电容器35上的电压达到电路元件32的门限电压时，所述元件32将导通，而且它将通过电路元件31使半导体开关7导通。灯管的电极2和3其时就受到预热（借助于正温度系数电阻38，参见已公开的、申请号为8400923的荷兰专利申请）。

由电容器4和11的电压直接提供使开关元件6导通的控制信号。在点P和A之间的电容器20两端产生-交流电压，其频率由线圈19和电容器20（LC振荡电路）非常精确地确定。所述电压导致7断开。开关元件7断开后，电流仍流经线圈5，其值等于流经元件6的续流电流。从而，点A获得与点D相同的电位。如果点P相对于点A的电压为负值，那么，辅助晶体管22的控制电流被通过整流器元件10的电流所抵销，22断开。然而，一旦P点和A点之间的电压差再度为零时，辅助晶体管22就接通，因而元件6变为不导通。于是，7又再度导通，以此类推。因此，可以在开关元件7的控制电路9中测定一电压值，而这一测定的电压值决定了何时元件6可再次导通。

为了引燃灯管，可借助于元件28、29和30来调节所述振荡电路的频率。

在一个实施例中，最重要的电路元件具有以下数值：

电容器4：220毫微法

电容器11：220毫微法

电容器20：10毫微法

电容器40：11毫微法

电容器35：22毫微法

线圈5：3毫亨

线圈19：680微亨

线圈5和线圈21的匝数比＝200：7匝

MOS-FET6：BST78型

MOS-FET7：BST78型

晶体管22：BC547型

LC电路频率＝28千赫兹

在这一实施例中，灯管1在电极2和3之间的电压为600伏时引燃。该灯管具有四个放电管，它们相互连接排列成方形（参见例如，已公开的申请号为8400923的荷兰专利申请）。该灯管效率接近于60流明/瓦特。

Claims (5)

1、一种供气体放电灯引燃和供电的直流-交流变换器，它有两个待连接到直流电压源的输入端子，所述输入端子通过一系列装置相互连接，所述一系列装置包括至少含有该气体放电灯和一个感应线圈的负载电路以及包含续流二极管的第一半导体开关元件，所述负载电路跨接一个包含第二半导体开关元件并且也具有续流二极管的电路，所述两个半导体开关元件备有用于使该两开关元件交替地导通的控制电路，其特征在于：第二开关元件的控制电路有一个电压测定点，后者连接到与第一开关元件的控制电路相连的整流元件上。

2、如权利要求1所述的直流-交流变换器，其特征在于：该整流元件连接到在第二半导体开关元件的控制电路中一个LC振荡电路的中心抽头上，该中心抽头起电压测定点的作用，而该LC电路线圈与所述电感圈是磁性分隔的，所述中心抽头通过该LC振荡电路的电容器连接到该负载电路上。

3、如权利要求1或2所述的直流-交流变换器，其特征还在于：第一半导体开关元件的控制电路包括一个连接到输入端子上、用于接通该开关元件的电路，以及一个用于断开该开关元件的单独的电路，所述后一电路包括第三半导体开关元件，该元件在基本上与第二开关元件相同的时间内导通。

4、如权利要求2或3所述的直流-交流变换器，其特征还在于：第二开关元件的控制电路中的LC振荡电路的线圈跨接一个可变阻抗。

5、如权利要求4中所述的直流-交流变换器，其特征还在于：该可变阻抗包括一个电阻器和两个反向相接的齐纳二极管等一系列装置。

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