TW200908800A - Circuit arrangement for igniting and operating a discharge lamp - Google Patents

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200908800 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種放電燈的點燃及操作用的電路配置和 電子式操作裝置。氣體放電燈用的電子式操作裝置由於其 較傳統式安定器的多種優點’例如，較高的光品質、較佳 的光效益和壽命期間氣體放電燈可自動切斷等而更常使 用。目前主要是使用全橋式電路於高壓氣體放電燈中，全 橋式電路以交變式的直流來操作該燈。這是必要的，此乃 因大部份的高壓-氣體放電燈會由於點燃器管件中的共振 而不能以較高頻率的交流電流來操作。因此，可區別出二 種基本組態，其中一種組態具有低頻設定器，其後連接著 全橋式電路’另一種是全橋式電路，其具有積體式的低頻 設定器功能。由於成本的原因，後者在一些時間中較常使 用。通常使用一種脈衝點燃器來進行點燃，此時需使用另 一開關來觸發以點燃脈衝。在點燃電壓較低的各種燈型式 中，亦可使用共振點燃方法。 【先前技術】 因此’爲了達成共振點燃，須使用一種具有點燃抗流圈 和小電容之點燃電容器的全橋式電路之半橋分支。一種低 頻設定級可在該燈點燃之後提供低頻矩形電流，可使用第 二半橋分支作爲此種低頻設定級，其具有低頻設定抗流圏 和低頻設定器-濾波電容器（較大的電容）。此種低頻設定級 因此在一種可達成零電壓切換的有利之空缺（blackout)操 作中操作。 200908800 由US 2004/ 1 83463 A1中已知一種電路，其以全橋式電 路來操作一氣體放電燈，其中全橋式電路劃分成二種不同 操作形式的半橋分支，其中一分支以較低頻率來操作，反 之，另一分支可以較高的頻率來操作。一種LCR-振盪電路 用來點燃一氣體放電燈，該振盪電路藉由以高頻來操作的 半橋分支來激發。 上述全部的配置在成本上都很昂貴。因此，早期中大都 試圖以成本較有利的半橋式電路來取代成本昂貴的全橋式 電路。半橋式電路在操作時使用小的電容器。半橋式電路 在低頻操作時因此是在無空缺的操作中運作。在無空缺的 操作中，電容器的電容値在對燈電流進行濾波時並不重 要。因此’此處使用一種小的電容，其作爲共振點燃用的 點燃電容器。然而，無空缺的操作的缺點在於，會產生大 很多的切換損耗且會對低頻設定器抗流圈的尺寸不利，該 低頻設定器抗流圏需要大的電感，這樣會使造型較大或損 耗更多。大的抗流圈需要較多的空間且會造成較高的成本。 【發明內容】 本發明之目的是提供一種氣體放電燈的起動和操作用 的電路配置和方法，其不會有上述的缺點。 上述目的藉由申請專利範圍第1項之特徵和第7項的方 法來達成。本發明特別有利的實施形式描述在申請專利範 圍各附屬項中。 本發明以下述的認知爲基準，即，就以無空缺的操作方 式來操作一低頻的半橋式電路而言，在濾除所產生的漣波 200908800 電壓時未必需要一種大的電容。已顯示的事實是，在該低 頻設定器操作於較高的操作頻率時，漣波電壓的大部份都 可藉由一種電感來補償。施加至氣體放電燈的電壓的剩餘 漣波因此不會有不良的作用，此乃因氣體放電燈之衰減在 較高的操作頻率時須較大，使所施加的剩餘漣波本身平滑 化。因此，一種大很多的漣波電壓可施加至氣體放電燈而 不會對氣體放電燈的壽命造成不良的影響。 高的低頻設定器頻率具有其它良好的效應。平滑用抗流 圏L2可由於高的頻率而具有較小的造型，這樣可進一步節 省成本。平滑用抗流圈L2可藉由高的切換頻率而使共振電 容器C 1上所產生的電壓漣波之大部份被平滑化，此時雖然 會由於電容器C1之不充份的濾波但仍可將一種電壓漣波 施加至該氣體放電燈上，該電壓漣波由於具有高的頻率而 可由氣體放電燈來作良好的處理。 須設定該電容器C 1的尺寸，使其可與燈抗流圈L 1 一起 形成一種串聯共振電路，藉由激發此串聯共振電路來產生 該氣體放電燈所需的點燃電壓。 藉由該電容器C1之有利的小電容，則該電感以及該燈 抗流圈L 1之造型同樣可保持較小，這樣可進一步節省成 本。 爲了起動該燈，半橋式電路須以一種接近共振頻率之頻 率來操作，以便激發該由L 1和C 1所構成的串聯共振電路 且產生一種高的點燃電壓，其經由L2而施加至燈5。只要 該燈被點燃，則該半橋式電路即以一般之交變式直流電流 200908800 來操作，此時一種高的控制頻率須疊加至各電晶體，以達 成低頻設定器的特性。 【實施方式】 第1圖顯示本發明之第一實施形式的電路配置的電路圖。 在接地點1和電壓源3之間施加一種中間電路電壓Uz，其 通常介於3 80伏和400伏之間。此電路配置由一種對稱的 半橋式電路構成，其包括二個串聯配置的開關S1和S 2， 各開關具有所屬的耦合電容器C3和C4 ’其連接至該中間 電路電壓。在該二個開關s 1和S2之間的連接點24和該二 個電容器C3和C4之間的連接點26之間連接著一種由燈抗 流圈L1、平滑用抗流圈L2和氣體放電燈5所構成的串聯 電路。在該燈抗流圈L 1和該平滑用抗流圈L 2之連接點2 2 上連接一種共振電容器C1’其另一端位於電路接地點1。 共振電容器C 1是與燈抗流圈L 1 一起形成一種串聯共振電 路17。 爲了將該氣體放電燈5點燃，半橋式電路須以一種位於 該串聯共振電路17之共振頻率附近的頻率來操作。因此， 在作爲點燃電容器用的電容器C1上會形成一種高電壓。只 要該燈已點燃且在正常操作時，則該半橋式電路即以一種 位於100赫（Hz)至1000赫之低頻率來操作。此種低頻率疊 加至一種位於200仟赫至500仟赫之範圍中的高之截波頻 率。此頻率是必要的，以使較高的中間電路電壓U z被轉換 成爲該氣體放電燈之較低的點燃電壓。藉由此種疊加後的 頻率以依據該電容器C1之小的電容而在該電容器C1上形 200908800 成一較高的電壓漣波。該電容器Cl之電容値可由以下的公 式來決定： C1 = CW*-^- N low

Pl表示該燈的額定功率。電容Cn在操作時可在4nF至大 約20nF之間變動。電容Cn較佳是在4nF至大約10nF之間 變動。 爲了顯示本發明之電路配置和先前技術之間作用方式 Γλ 的不同’可考慮第2圖和第3圖。第2圖中顯示先前技術 之電路配置之一些主要信號的波形。此電路配置已如本文 開頭所示是由以無空缺方式來操作的半橋式電路所構成。 於是，此處將產生很高的切換損耗。第2圖之電路在原理 上很類似於本發明的電路。就無空缺方式的操作而言，一 種較小的濾波電容器即已足夠，就像其用在本發明中一 樣。施加至該濾波電容器上之具有較小的電壓漣波之電壓 是由信號31來表示。處於相同位準的信號34表示該燈上 t ; 的電壓。此種很小的電壓漣波藉由一種濾波抗流圈和該燈

K.J 本身而完全受到補償。信號32是點24中已被脈波寬度調 變的半橋式電路的電壓，其會造成一種經由低頻設定器抗 流圈之電流（信號33)，此低頻設定器抗流圈大致上可與本 發明的抗流圈L 1相提並論。總之，小的濾波電容器對該非 空缺式的操作而言已足夠對該氣體放電燈提供一種高品質 的信號。 第3圖顯示本發明的電路配置中相同的信號。半橋式電 路以準（Quasi)共振方式來操作，這樣可使各切換電晶體達 200908800 成一種幾乎無電壓的起動方式。此處該準共振的意義是 指’該抗流圈電流是在空缺式·和非空缺式操作之間的邊界 處。信號44明顯地顯示該電容器C1上有大的電壓漣波。 此電容器C 1因此滿足雙重功能。在點燃時的相位期間，該 電容器C1表示一種共振電容器且因此是一種點燃電容 器。只要該燈已點燃，則該橋式電路切換成正常操作，且 該電容器C1現在用作濾波電容器。在燃點期間該抗流圈 L 1用作共振抗流圈且在正常在作期間該抗流圏L1用作燈 抗流圈。信號4 1表示該燈上的電壓，其上仍可辨認出一種 輕微的漣波，但此漣波由於高的頻率而對該氣體放電燈並 不危險。此處因此可顯示一種與先前技術的差異。該電壓 漣波不是由濾波電容器來補償而是由濾波電感L2來補 償。信號42表示半橋式電路之平均電壓，信號43表示流 經抗流圈L 1之電流。 爲了在高頻時使該配置的損耗保持較小，則須使準共振 的共振轉換過程中所加入的多種電容最小化。這些電容是 由開關電容（在MOSFETs時是指汲極-源極-電容）、額外配 置在開關上的拱形電容以及共振抗流圈之寄生電容所組 成。共振轉換過程中所加入的電容亦稱爲有效之半橋式中 點電容。此種中點電容應儘可能小。這可藉由適當的切換 電晶體以同樣藉由共振抗流圈L1之電容量少的線軸構造 來達成。各拱形電容器在尺寸上亦應儘可能小。 爲了確保一種最佳的操作，該有效之半橋式中點電容應 滿足以下的不等式： -10- 200908800 參數應位於〇·4*ΙΝ和〇 6*In之間的範圍中，其中IN是 氣體放電燈的標稱電流。 第二實施形式 第4圖之第二實施形式類似於第一實施形式。因此，只 說明其與第一實施形式不同之處。 第二實施形式中’使用一種並聯著二個低頻設定器的配 置以取代傳統的半橋式配置。第二實施形式之此種配置亦 稱爲交流低頻設定器。第一低頻設定器在發生正的燈電流 時受驅動’反之’第二低頻設定器在發生負的燈電流時受 驅動。低頻設定器由開關元件（S3，S4)和二極體（D 1，D2)之 串聯電路所構成。一低頻設定器抗流圈（Ll，L11)以其第一 端連接至開關和二極體之間的連接點上。該低頻設定器之 第二端連接至共振電容器19，其由電容器C1及/或C11及 /或C5中之至少一個電容所組成。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明的電路配置的電路圖。 第2圖 依據先前技術在無空缺的操作中一種低頻設定 用的半橋式電路之信號波形。 第3圖 依據本發明在有空缺的操作中一種低頻設定用 的半橋式電路之信號波形。 第4圖 本發明之第二實施形式的電路配置的電路圖。 200908800 【主要元件符號說明】 1 3 5 17 19 22 、 24 、 26 31 〜34 41 〜44 C1 〜C1 1 Dl、D2 LI、L2、LI 1 S1 〜S4 接地點 電壓源 氣體放電燈 串聯光振電路 共振電容器 連接點 信號 信號 電容器 二極體 抗流圏 開關

C -1

Claims (1)

1. 200908800 十、申請專利範圍： 1. 一種氣體放電燈之點燃和操作用的電路配置，其包括： 一交流低頻設定器或一種半橋式配置，其在準共振操作 中操作成低頻設定用的整流器：一燈抗流圈（L 1)和一共振 電容器（c 1 )，其形成一種共振電路（1 7);以及一平滑用抗 流圈（L2)，此電路配置的特徵爲：該共振電容器（C1)之尺 寸大小須使該燈在正常操作期間一種最大値至最大値之 間的値超過1 00伏之電壓漣波施加至該燈，同時該平滑 " 用抗流圈（L2)之尺寸須使其可濾除大部份的電壓漣波，且 一種切換頻率同時介於200仟赫和500仟赫之間。 2. 如申請專利範圍第1項之電路配置，其中該切換頻率同 - 時介於3 00仟赫和45 〇仟赫之間。 3. 如申請專利範圍第1或2項之電路配置，其中該半橋式 配置以場效電晶體來製成。 4. 如申請專利範圍第3項之電路配置，其中有效之半橋式 f 中點電容具有一種値其中11 = 0.6*^，且In是 UZ 氣體放電燈的公稱電流（nominal current)。 5. 如申請專利範圍第3項之電路配置，其中有效之半橋式 f 中點電容具有一種値CCL，·^，其中1 = 0.4*；^，且In是 氣體放電燈的公稱電流。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電路配置，其中 該共振電容器C1之電容是由C1 = C，·^算出，其中 是氣體放電燈的額定功率，且Cn是在3nF和12nF之間的 範圍中。 -13- 200908800 7. —種氣體放電燈之點燃和操作用的方法，此氣體放電燈 具有：半橋式配置，此半橋式配置操作成低頻設定用的 整流器；一燈抗流圈（L1)和一共振電容器（C1)，其形成一 種共振電路（1 7);以及一平滑用抗流圈（L2)，此方法的特 徵爲：爲了點燃該氣體放電燈，該半橋式配置須以一種 接近該共振電路（17)之共振頻率的頻率來操作，且在氣體 放電燈（5)點燃之後，該半橋式配置轉換成一種低頻操 作’此時該半橋式配置以一種高頻控制器來控制，須選 取該高頻控制器的頻率，使施加至共振電容器（C1)上的超 過100伏峰値至峰値的高電壓漣波之絕大部份都由該平 滑用抗流圈（L2)來補償。