TW200403960A - Circuit apparatus and method for operating a lamp - Google Patents

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200403960 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明係有關於一種用於一具有一反向器裝置之一放 電燈，尤其係一低壓放電燈，之電路裝置，其具有至少一 用於供應交流電至該低壓放電燈之電晶體切換單元以及一 透過該電晶體切換單元，限制該電流之限流裝置，其係被 連接至該至少一電晶體切換單元。本發明係有關於一用於 操作一低壓放電燈之對應方法。 低壓放電燈一般係藉由一電子鎭流器（EVG )之該輔助來 操作。操作該低壓放電燈所需之交流電一般係藉由熟知的 半橋式反向器而被產生於該鎭流器中。該半橋式係被用以 操作一包含一或多低壓放電燈之負載電路。該負載電路包 含電感及電容元件，該結果係一規定的負載電路諧振頻率 〇 依據該電路原理，該諧振頻率處之自諧振電路運作係 於閒置模式被設定，也就是於一 EVG條件下的該低壓放電 燈之起動階段處被設定。因此，該諧振電流完全是藉由該 諧振電路之Q因素來確定。這樣，在一高Q因素的情形下 便導致一非常高的元件負載，這是因爲產生非常高的電流 所致。 (二） 先前技術 藉由一諧振電路啓動一低壓放電燈之該啓動電壓以及 與之結合的該無功電流，於該啓動前僅可藉由該諧振電感 器之飽和作用或藉由該諧振電路之Q因素的降低來限制。 200403960 因此，迄今，該無負載電壓已經藉由一諧振電感器來限制 ，該電感器之飽和經考慮之後以決定降低。該方法係使該 諧振電流再度提高。該電流極限係靠該諧振電路之一 q因 素而決定，因爲在某些情況下會使該電路變得更糟。然而 ，當效能損失時，則會更糟，只有在設備功率非常低時， 才可允許較差之條件產生。 一揭露之限流係被發表於編號EP 0 7 9 8 9 52 B1之歐 洲專利。在該處所述之EVG中，一電晶體之該控制路徑係 被配置於該些反向電晶體之其中之一的射極線路中。該反 向電晶體之有效射極阻抗係經由該控制區域之可變導電率 ，連續隨該些諧振電路零件之其中之一的另一端電壓降之 一功能而變化，該反向器之時脈頻率也因此被提高至一定 程度，以致降低該諧振電路中之無負載電壓以及降低電流 極限，這是因爲該諧振電路之諧振頻率的較大失諧所致。 一相似限流電路係被發表於編號EP 0 800 3 3 5 A2之 歐洲專利申請案。該些半橋式反向電晶體之該些控制迴路 中的一輔助電晶體係被連接，以致每一半橋式反向電晶體 之射極阻抗係藉由一並聯電路所構成，該電路包含該對應 輔助電晶體之至少一並聯於該處的歐姆電阻以及該控制路 徑。因此可使該半橋式反向器之有效射極電阻或回授轉換 爲該低壓放電燈之該些工作相位的一功能，以及可以一簡 單方式，依據本發明於廣泛極限範圍內，藉由該並聯電路 之該些電阻的尺寸規定，使該半橋式反向器之時脈頻率變 化。於此，該輔助電晶體亦依據上述，被該低壓放電燈電 200403960 壓所控制，其依次控制一半橋式電晶體之該射極線路。 (三）發明內容 本發明之目的係在於建議一藉由一用於操作低壓放電 燈之反向裝置的電晶體單元所實現之限流改良類型。 依據本發明，該目的係藉由一用於操作一放電燈，尤 其是一低壓放電燈，之電路裝置來實現，該裝置具有一提 供交流電給該放電燈之反向裝置，其具有至少一電晶體切 換單元，以及該目的係藉由一限流裝置來實現，其係被連 接至該至少一電晶體切換電路，目的是限制流過該至少一 電晶體切換單元之該電流，基於限流之目的，其可使該至 少一電晶體切換電路之該控制電極被該限流裝置驅動。龀 外，上述該目的係依據本發明，藉由操作一放電燈，尤其 是一低壓放電燈，之一方法，利用產生一交流電以藉由至 少一電晶體切換單元來供應該放電燈以及利用限制流過該 至少一電晶體切換單元之該電流而得以實現，基於限流之 目的，該至少一電晶體切換單元之該控制電極係被驅動。 該反向裝置可包含一由至少一電晶體單元及另一電晶 體單元組成之半橋式電路。該反向器因此可符合成本效益 ，只由兩個主動元件構成。如果適當，則該些電晶體單元 都可由M0SFET電晶體組成。 該低壓放電燈係較佳地於一被連接至該反向裝置之負 載電路中被啓動。該負載電路係較佳地包含一用於操作含 有一指定諧振頻率之低壓放電燈的LC諧振電路以及包含一 用於抑制直流元件之耦合電容器。 200403960 基於一成本效益設計之目的，該電路裝置包含一相位 設定裝置，其係被連接至該反向裝置，目的是將該反向裝 置之工作頻率與該負載電路之一諧振頻率匹配。因此可實 現一需用於該啓動操作之電壓升。基於該至少一電晶體切 換單元之一控制電極的目的，該相位設定裝置可被連接， 以致該反向裝置之該些電晶體中的該切換操作係與該負載 電路諧振匹配。 該限流裝置係有效地與該反向裝置之一電晶體的該控 制電極處之該相位設定裝置並聯。該低壓放電燈電流之振 幅因此藉由匹配該切換率，透過該電晶體之控制電極來調 節。 · (四）實施方式 爲要說明本發明，第1圖係例示低壓放電燈之啓動期 間的該電壓之包絡特性。在該導通操作之後，該電壓上升 的程度係與該數値一樣大，其中該個別的低壓放電燈係啓 動。該數値到達該時間點t i。該起動階段之結束時間一般 小於1毫秒。在該開始之後，該低壓放電燈之另一端的該 電壓係降至該輝光放電之準位。當燈絲未被預先加熱時， 該輝光相位可超過一秒之時間。該輝光放電期間之該電壓 準位大致上於操作期間係高於標稱値UB處之該準位。在該 時間點12，該低壓放電燈電壓下降至該操作準位。倘若該 低壓放電燈未在一時間點tgl_，max依標稱値變換操作，該安 全設備也會安全關閉以保護該些元件。 如果該低壓放電燈未啓動，一保護電路即關閉該電子 -8 - 200403960 鎭流器（見第2圖）。其作用係保護該半橋式或反向器電晶 體，因爲該些可導通該高電流僅一短暫時間且不造成永久 損壞之結果。該時間間隔tstaM及tglC)W，max —般係依據電路 系統而產生相互關係，以及藉由保護所指定之一短暫時間 亦限制該輝光相位。此外，該電子鎭流器必須確保該無負 載電壓…不超過安規所指定的一極限値。 藉由低電流來降低該元件負載及由此能夠達到一長輝 光相位係維持可靠度啓動及一良好低壓放電燈使用壽命之 決定關鍵。在相同時間點時，該無負載電壓U。必須被限制 到該些安規範圍內的適當數値。在習知電路中，該啓動電 壓係藉由降低該諧振電感器之飽和限度以達到限制。然而 ，該方法卻導致高電流產生於該反向器內。該電流i與該 電壓u之該飽和起始點分別係藉由第2圖之isat及Usat來表 示0 因此，依據本發明，該啓動電壓係於該起動階段處被 縮減，以致該半橋式電路中之電流下降以及該起動階段可 被大幅加長，但不會損害該電子鎭流器。該延長係被說明 於第3圖中。於此，較佳地，於導通之後，該電壓首先上 升至U〇2。依據習知技術，該數値係低於該UQ1之數値。由 於電流及電壓之間的非線性關係，通過該些電晶體之該電 流因結合該Um之限制，僅上升至12。該大量電流降低容許 該起動階段之該最大持續時間的一同樣大幅延長之產生。 因此，即使於tsta^過後，一般被使用之該些電晶體是不會 受到損害，因爲其皆只被一 12之電流流過。tstut2之後，在 一 9 - 200403960 最後，如果該低壓放電燈未啓動，該電子鎭流器係被關閉 ‘ 。然而，如果該低壓放電燈在最後時間點tstaM2啓動，該電 壓同樣會下降至該ugl()W之輝光電壓。該啓動時間係藉由 tstarti之對照而大幅被延長，因此亦容許一成比例延長之輝 光相位tgl_，max，以及依據超過一第二之輝光相位的低壓放 電燈可被穩定啓動。 結合第5圖，被例示於下之該電路配置係藉由回授而 產生結合一提昇低壓放電燈效率之該所需的限流。第5圖 中之該電路係標示一低壓放電燈LA。其係藉由一半橋式電馨 路所建構，該半橋式包含該些MOSFET電晶體T1與T2以及 該電容器C1。該兩個電晶體T1與T2係被串聯，而該電容 器C1係與該電晶體T1並聯。一電感器LI -A係被連接於該 兩個電晶體T1及T2之連結點與該電容器C1之間。結合該 電容器C 1，其構成一指定該閒置頻率或處於該起動階段之 頻率的諧振電路。該低壓放電燈LA係與該電容器C1並聯 ，一耦合電容器C2係被配置於該低壓放電燈LA之一電極 與該電容器C1之一電極之間，該耦合電容器C2係濾除該 ® 電源供應器之直流元件。因此，該半橋式負載電路之該些 特性除了藉由該低壓放電燈測定之外，還藉由L 1 - A、C 1、 及C2該些元件測定。 該電晶體T2係經由一電阻器R1接地。除了其他控制 作業之外，該電阻器R丨係作爲預防一所謂諧振驟變之用途 ，當其之非常高電流產生時，則係將該諧振電路LI，C 1去 諧以實現者。

n r r SO 10 - 200403960 一所謂相位設定電路係被連接於該電晶體T2之閘極與 接地之間。該相位設定電路之作用係要將該半橋式之頻率 匹配至該負載電路之諧振頻率。該相位設定電路包含一電 阻器R2、一電容器C2、以及一線圈L2之一並聯電路。該 相迴轉係導因於該些電抗C2及L2之計算。有關該相位設 定電路，得參考編號ΕΡ 0 78 1 077 Β1之歐洲專利。 該電晶體Τ2之閘極的控制電壓係藉由一線圈L1 - Β產 生’該線圈L 1 - Β係磁性耦合至該線圈L 1 - Α以及由此耦合 該半橋式所產生之該電壓至該電晶體2之閘極電路以利控 制該後者。該線圈L 1 - B係基於此目的而被連接於該電阻器 R2與接地之間。 該目的係要經由其之閘極控制該電晶體T2，以致流過 之該電流未超過某一底限値。使用之目的係因爲該雙極電 _體T3之基極係藉由該電阻R1之另一端的電壓降之輔助 而被控制。被連接於該電晶體T3之基極與該電阻器R 1之 間係一稽納二極體D 1，其係結合一電容器C 3而產生作用， 該電容器C3係連接於該電晶體T3之基極與接地之間，也 就是該電晶體T3僅於一非常高電流範圍內，即於起動階段 期間，才是主動元件，而該電晶體T2先被關閉，如果適當 ’則處於各切換週期內。其提高該切換率。如果電壓很低 ，也就是說在該輝光相位及發亮相位期間，該電晶體T3未 被啓動，以及該半橋式之電晶體T2都不是基於限流目的而 被關閉。該電晶體T3之射極係接地，而該集極係被連接至 兩個稽納二極體D2與D3之中點，該些稽納二極體係與該 200403960 相位設定電路並聯’也就是說連接於該電晶體T2之閘極與 接地之間。 第4圖係處於該起動階段之M0SFET電晶體內的電流。 一連續線係表示無限流之電流特性，而一虛線係表示依據 本發明之無限流的電流特性。該半橋式之頻率上升係藉由 提早於該工作點12關閉來實現。無含一限制電路之該週期 連續時間的長度遠大於含一限制電路之該週期連續時間tz2 。該電容器C3係被插入以致該關閉電晶體T3未於該線性 範圍內工作，以及該M0SFET電晶體T2完全被關閉。啓動 馨 該低壓放電燈LA以及一隨後產生的輝光相位之後，流過該 電晶體T2之該電流實際下降至該工作點12以下，因此該 低壓放電燈持續工作時就不會再有該限流電路存在。 因此，從本發明之電路整體上看來，該半橋式之工作 頻率係藉由該相位設定器R2、C2、及L2與該負載電路1^1-A、Cl、C2、及LA之諧振頻率匹配，而流過該電晶體T2之 電流於該期使相位期間，係透過該電晶體T2之閘極，被該 限流電路Dl、D2、D3、T3、及C3所限制。 _ 該電晶體T1之閘極同樣係被一相位設定電路驅動，而 該控制電壓也係藉由一磁耦合電感器產生。諸如一限流電 路係被使用以驅動該電晶體T2之閘極，而不需被用以驅動 該電晶體T1之閘極，因爲若該充電電流被限制，源自該線 圈L 1 - A之放電電流則自動被限制。其可由該線圈L卜A之 能量平衡直接衍生出。 如上所述，藉由該電晶體2之閘極適當控制而實現的 200403960 該限流作用係指流過該些電晶體Τ 1及T2之電流被限制， 以致其之使用壽命實際被提高，以及該起動階段可被延長 。依據本發明之該電路因此亦可被使用以啓動低壓放電燈 ’其之起動階段長度實際大於習知電子鎭流器之起動階段 的最大持續時間。 (五）圖式簡單說明 第1圖係顯示具有電子安定器之電燈的電壓特性包絡 線。 第2圖係顯示依照習知技術之安定器之電燈的電壓和修 電流特性包絡線。 第3圖係顯示依照本發明之安定器之電燈的電壓和電 流特性包絡線。 第4圖係顯示在一切換週期中橫跨反相器之切換電晶 體的電流特性。 第5圖係顯示依照本發明之相關電路裝置的電路圖。 元件符號說明

電燈 電晶體 電容器 稽納二極體 線圈 電阻器

LA ΤΙ，Τ2，Τ3 Cl，C2，C3 D1, D2， D3 Ll-A， Ll-B， L2 Rl，R2 - 1 3 -

Claims (1)

1. 200403960 拾、申請專利範圍： 1 · 一種用於操作低壓放電燈之電路裝置， 流電至該電燈（LA)之反向器裝置，其具 切換單元（T2)，以及一限流裝置（D卜D2 ’其係連接至該至少一電晶體切換單元 限制流過該至少一電晶體切換單元之該 該S少一電晶體切換單元之控制電極可 ’藉由該限流裝置（Dl、D2、D3、T3、及 2 ·如申請專利範圍第1項之電路裝置，其 包含一半橋式電路，其含有該至少一電 及另一電晶體單元（T1 )。 3 ·如申請專利範圍第2項之電路裝置，其 體單元（T2)包含一MOSFET電晶體。 4 .如申請專利範圍第1項至第3項中任一 其中該電燈（LA)可於一連接至該反向器 中操作。 5 .如申請專利範圍第4項之電路裝置，其 裝置U2、C2、及L2)，其係被連接至該 的是將該反向器裝置之工作頻率匹配至 諧振頻率。 6 .如申請專利範圍第5項之電路裝置，其 置（R2、C2、及L2)係被連接至該至少一 (T2)之一控制電極。 7 .如申請專利範圍第5項或第6項之電路 其具有一供應交 有至少一電晶體 、D3、T3、及 C3 ) (T 2 )，其係用於 電流，其特徵爲 基於限流之目的 C 3 )而驅動。 中該反向器裝置 φ 晶體單元（T2 )以 中該至少一電晶 項之電路裝置， 裝置之負載電路 包含一相位設定· 反向器裝置，目 該負載電路之一 中該相位設定裝 電晶體切換單元 裝置，其中該相 一 1 4 一 200403960 位設定裝置（R2、C2、及L2 )係與該限流裝置（D1、D2、D3 、T3、及C3)並聯連接。 8 .如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之電路裝置’ 其中該限流裝置（Dl、D2、D3、T3、及C3 )包含一切換裝 置（T3)，該至少一電晶體切換單元（T2)可藉由其導通或 關閉，而作爲該電流流過該至少一電晶體切換單元（T2 ) 之一功能。 9 . 一種用於操作低壓放電燈之方法，藉產生一交流電流， 用於經由至少一電晶體切換單元（T2 )，供應該電燈（LA) 及限制流過該至少一電晶體切換單元（T2 )之該電流；其 特徵爲該至少一電晶體切換單元（T2 )之控制電極係基於 限流之目的而驅動。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該電燈（LA )係操作 於一負載電路中。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該產生之交流電的 頻率係被匹配至該負載電路之一諧振頻率。 1 2 ·如申請專利範圍第9項至第1 1項中任一項之方法，其中 該至少一電晶體切換單元（T2 )係以一規定臨限値被關閉 ，作爲該電流流過其之一功能。