TW201014469A - Circuit arrangement and method for the operation of discharge lamp - Google Patents

Description

201014469 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種用來操作放電燈的電路配置，包括：一 輸入，其具有一第一和一第二輸入端，用來連接電源電壓； 一第一電子式開關，其具有一控制電極、一操作電極和一 參考電極，其中該操作電極是與第一輸入端相耦接；一第 一二極體，其陽極是與第二輸入端相耦接且其陰極是在形 I 成第一連接點下與第一電子式開關之參考電極相耦接；一 控制裝置，其是與第一電子式開關之控制電極相耦接以控 制該第一電子式開開：一輸出，其具有第一和第二輸出端 以提供一輸出電壓至該放電燈；一電感，其串聯配置於一 輸出端；一燈抗流圈，其耦接在第一連接點和第一輸出端 之間；以及一第一電容器，其耦接在第一輸出端和第一二 極體之陽極之間，其中該控制裝置設計成將該第一電子式 開關於接通期間持續地導通且於關閉期間不導通。本發明 〇 亦涉及一種用來操作放電燈之方法。 【先前技術】 上述的電路配置由先前技術中已爲人所知，其基本上是 —種反向（Buck)-轉換器，具有連接於後的用於放電燈的點 燃裝置，其中上述電感是一種點燃電感。實際上，目前可 確定的是：在此種電路配置上操作的放電燈有時會熄滅。 藉由將其它的歐姆電阻導入至輸出電路中，即，串聯至放 電燈，則可廣泛地防止熄滅現象。當然，此種解決方式就 201014469 所產生的損耗功率而言是吾人不期望的。 【發明內容】 本發明的目的是繼續上述的電路配置或上述方法，以便 在較小的損耗功率下能可靠地防止該放電燈的熄滅。 上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵之電路 配置以及一種具有申請專利範圍第14項特徵之方法來達 成。 本發明以下述認知爲基準：由於該點燃電感和該第一電 容器，該輸出電路中會發生振盪。在燈的阻抗較低時，此 阻抗幾乎不會衰減而會干擾該燈的操作，此乃因燈電流會 發生振盪。在由先前技術中已知之此種類型的電路配置之 一般的其它連接方式中，須對輸出電流進行測量，其中藉 由對第一電子式開關之控制，以便以固定頻度來對輸出電 流之尖峰至尖峰之値進行調整。現在，該輸出電路中若發 生振盪，則這樣將造成導通周期完全失效且使有效的控制 〇 頻率接近於共振頻率，其是由該點燃電感和該第一電容器 來決定。調整用的電路因此傾向於”振逯”。於是，電流 甚至會發生負振盪且因此使燈熄滅。 輸出電路中由先前技術中已爲人所知的增加歐姆電阻的 方式無意中可使振盪現象衰減，但會造成不期望的高損耗 功率。 以上述認知爲基準，本發明可以下述方式來消除上述問 題’即：在連續模式中上述電路配置不是以幾乎固定的頻 201014469 率來操作’，而是使第一電子式開關之關閉期間可變化。藉 由測量該輸出電壓，則可測得至上述共振頻率之間隔且藉 由該關閉期間的變化則可形成一足夠的間距。於是’調整 用的電路之”傾向於"振盪能可靠地予以避免。結果’不 需使用額外的歐姆電阻來使輸出電路衰減即能可靠地防止 該放電燈的熄滅。 可對該控制裝置進行設計，使關閉期間可與輸出電壓成 比例，特別是直接地或間接地成比例。特別是可設計該控 制裝置，以便在輸出電壓增大時使關閉期間縮短且反之亦 然。當T«u是導通期間，T…是關閉期間，LZ是串聯配置於 一輸出終端之電感且Ch是該第一電容器之電容時，該控制 裝置特別是設計成可使該關閉期間發生變化，使符合： 1 1 Tein Φ

特別有利的是藉由該關閉期間之變化，該控制裝置可使 小於該共振頻率之20%及大於該共振頻率之20%之範圍不 會出現，以符合：

Tem +Tm 矣 0.8 〜1.23 27r^lLzCl 爲了確保可使該共振頻率不出現諧波，則另外須符合： 1 當小於各別頻率之20%及大於各別頻率之20%之範圍不 會出現且符合下式時，則此時特別有利： n*(Tein+Taus) Φ 0.8 —1.2*--Γ - .. \η = 1，2,3,… 2n^LzCx 特別是當即將連接至輸出之放電燈的阻抗不可忽略時， 201014469 在上述的各公式中須考慮藉由即將連接至輸出之放 阻抗來對由第一電容器和電感所構成的振盪電路 整。因此，可測得一些將被避免的頻率之特別準確 在以控制裝置來控制時須予以考慮。 此外，本發明的電路配置較佳是包括一電流測量 其耦接在第一二極體之陽極和第二輸入端之間，以 一電子式開關導通的狀態下用來測量流經第一電子 之電流，其中該控制裝置是與該電流測量電阻相耦 ❹ 設計成使導通期間可變化，以將電流調整至一可 値。於是，特別是須調整該導通期間，使平均電流 的關閉期間時仍保持固定。 本發明之電路配置的上述實施例特別是以唯一的 開關來實現。然而，本發明所依據的理念特別是亦 至一種全橋式拓樸電路。就此而言，本發明的電路 較佳的其它形式另外亦可包括第二、第三和第四電 〇 關，其中第一、第二、第三和第四電子式開關是一 式電路，第一連接點是第一橋接中點，此電路配置 包括第二二極體，其與第一電子式開關並聯耦接， 二電子式開關是與第一二極體並聯耦接，第三和第 式開關在形成一第二連接點之情況下互相耦接，第 點是第二橋接中點，且第二橋接中點是第二輸出端 該控制裝置須設計成可控制本發明中的第一、第二 和第四電子式開關。於是，該控制裝置較佳是設計 電燈之 進行調 的値且 電阻， 便在第 式開關 接且須 預設的 在不同 電子式 可轉移 配置之 子式開 種全橋 另外亦 其中第 四電子 二連接 ，其中 、第三 成在第 201014469 一相位中使第三電子式開關導通，且使第四和第一電子式 開關不導通、在第二相位中使第四、第三和第二電子式開 關導通，其中第一和第二相位是以可預設的第一頻率而持 續地切換，第一頻率特別是位於低頻區中》該控制裝置另 外設計成在第一相位中使第二電子式開關且在第二相位中 使第一電子式開關以可預設的第二頻率來交替地切換成導 通和不導通，第二頻率特別是位於高頻區中，該關閉期間 是依據共同的輸出電壓而變化。 較佳是分別將一自由運行的二極體並聯至第三和第四電 子式開關》 此外，該電路配置較佳是包括一第二電容器，其耦接在 第一輸入端和第一輸出端之間。在此種情況下，在上述的 公式中使用由第一和第二電容器之總電容來取代第一電容 器的電容。 申請專利範圍各附屬項描述了其它較佳的實施形式。 本發明之電路配置的較佳實施形式及其優點只要可應 用，則亦適用於本發明的方法中。 以下，將參考附圖來詳述本發明的實施例。 【實施方式】 第1圖顯示本發明之電路配置的第一實施例，包括—輸 入，其具有第一輸入端E!和第二輸入端E2，電源電壓可連 接至輸入端。在二個輸入端之間配寘一可選擇的（〇Ptional) 電容器CE，其用來穩定輸入的電廯。此電路配置包括第一 201014469 電子式開關其具有一控制電極，一操作電極和一參考 電極。該操作電極是與第一輸入端E，相耦接。此外’存在 —個二極體Di，其陰極是與電子式開關（^之參考電極相耦 接以形成一連接點N。此電路配置又包括一輸出’其具有 第一輸出端Ai和第二輸出端A2，一放電燈La上的輸出電 壓Ua提供至二個輸出端。在該連接點N和第一輸出端A, 之間配置一種由燈抗流圈Li和點燃電感Lz所構成的串聯 電路。該燈抗流圈L和點燃電感Lz之間的連接點經由電容 ❹ 器匕而與第二輸出端A2相耦接。二極體D，之陽極同樣與 輸出端A2相耦接。 爲了測量該輸出電壓uA，須設有一電壓測量裝置ίο。一 種與輸出電壓UA相關的數値耦合至一控制裝置12,其是與 電子式開關Q!之控制電極相耦接。此控制裝置12另外與 電流測量裝置14相耦接，以測量一耦接在二極體D»和第 二輸入端E2之間的電流測量電阻Rs上的電壓，且將此電壓 〇 提供至該控制裝置12。以虛線來表示的是一種點燃電容器 CZ1。此控制裝置12在本發明中設計成使該開關之關閉 期間可依據所測得之輸出電壓Ua而變化。此變化特別是使 控制該開關（^用的頻率不同於該共振頻率及共振頻率的倍 數，該共振頻率是由該點燃電感Lz和第一電容器Ci來定 義。流經該燈抗流圈L,之電流是以Iu來表示，流經該燈 La之電流是以U»來表示，且流經該開關Qi之電流是以IQ1 來表示。 -10 - 201014469 具有全 2圖中 四開關 Ei和第 Qt和第 和第四 配置在 另一點 電容器 對開關 制裝置 通。在 導通。 。第一 第二相 成導通 關閉期 可與共 和該點 第2圖顯示本發明之電路配置的第二實施例，其 橋式拓樸形式。第1圖所用的參考符號亦適用於第 作用相同的元件且不再說明。 第2圖另外包括第二開關Q2，第三開關q3和第 開關Qi是與第二二極體D2並聯。第一輸入端 —輸出端間耦接一第二電容器c2。第一開關 二開關Q2之間是第一橋接中點BM1，第三開關Q3 ©開關之間是第二橋接中點BM2。該點燃電感Lz 第二輸出端A2和第二橋接中點BM2之間。亦可設有 燃電容器CZ2 ’其不同於該點燃電容器czl。此點燃 CZ2可與該二個輸出端A!，A2並聯。 第2圖之電路配置之操作是以該控制裝置12來 Qi至Q4進行控制而達成。於是，在第一相位中該控 12將該開關Q4控制成導通，該開關（^和q2則不導 第二相位中，該開關Q3導通，但該開關Q4和Q!不 Φ 第一和第二相位持續地以可預設的第一頻率來切換 頻率特別是在低頻區中。第一相位中該開關I以及 位中該開關Q2是以可預設的第二頻率來交替地切換 和不導通，第二頻率特別是位於高頻區中。此處， 間可依據所測得的輸出電壓UA而變化，使控制頻率 振頻率及其倍數不同，該共振頻率是由電容Ch C2 燃電感Lz來定義。 第3圖和第4圖顯示出本發明之各種思考和圖形。就第 201014469 2圖之基本連接方式而言’其未顯示本發明的控制方式。 第3圖顯示流經該開關Qi之電流IQ1之尖峰至尖峰調整時 不同電流的波形’其中顯示一種關閉電流臨界値Is。只要 流經該開關的電流到達此電流臨界値Is，則該開關即切換 成不導通的狀態。導通期間是T«in且會使流經該燈抗流圈 b之電流Iu上升。在該開關Q,關閉之後，即，在該燈抗 流圈^之去磁化相位時，流經該燈抗流圈之電流1^連續 地下降，請參閱Taus。此外，亦顯示一自由運行相位（即， 參 開關打開）時的電流Im。最後，亦顯示一種提供至該放 電燈La之電流，其對應於流經該燈抗流圏之平均電 I L 1 <j U e r。 第4圖顯示出輸出電路中發生一種振盪（即，有輸出電流 1^)時的情況。輸出電路中若發生振盪，則流經該電流測量 電阻Rs之電流在振盪最大時獲得一種”偏移”，即，關閉 時的時間點較早到達且該導通期間T»in在開始時就下降。 φ 在振盪最小時，Th仍保持著其特性，即，在振盪最小時進 入的能量大於振盪最大時進入的能量。能量特別是以由點 燃電感Lz和電容器所構成的振盪電路之特定頻率而 被輸入。然後，該振盪電路發生振盪，振盪最大時的偏移 將提高直至到達一種數値使該開關W之導通時間點（請參 閱第4圖之U)中該關閉臨界値已到達時爲止。因此，該開 關（^不再導通。全部能量都在振盪最小時輸入，此振盪電 路以其振盪頻率來激發。換言之，此振盪電路將”朝向一 -12- 201014469 振盪狀態”。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示本發明具有電子式開關之電路配置之第一 實施例。 第2圖顯示本發明具有電子式開關之電路配置之第二 實施例。 第3圖顯示先前技術中一種尖峰至尖峰的調整中各種 不同電流的波形。 第4圖顯示先前技術中在共振時相對應的數値的波形。 【主要元件符號說明】 E· 第 —* 輸 入 f-H > 贿 E2 第 二 輸 入 端 Qi 第 —' 電 子 式 開 關 Q2 第 二 電 子 式 開 關 Qb 第 二 電 子 式 開 關 q4 第 四 電 子 式 開 關 Αι 第 —^ 輸 出 端 A 2 第 二 輸 出 端 D! 第 — 二 極 體 10 電 壓 測 量 裝 置 12 控 制 裝 置 La 放 電 燈 Li 燈 抗 流 圈 -13- 201014469

Lz 電 感 Ua 輸 出 電 壓 N 連 接 點 Cl' C 2 電 容 器 T a u s 關 閉 期 間 T e i n 導 通 期 間 Rs 電 流 測 量電阻

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Claims (1)

1. 201014469 七、申請專利範圍： 1. 一種用來操作放電燈的電路配置，包括： -一輸入，其具有第一輸入端（EQ和第二輸入端（E2)，電源 電壓可連接至輸入端； -第一電子式開關（QO，其具有一控制電極，一操作電極和 一參考電極，該操作電極是與第一輸入端（E〇相耦接； 個二極體（D〇，其陽極是與第二輸入端（E2)相耦接且其 φ 陰極是與第一電子式開關（Q0之參考電極相耦接以形成一 連接點（N); -一控制裝置（12)，其與第一電子式開關（QQ之控制電極相 耦接以控制該第一電子式開關（Qd ; -一輸出，其具有第一輸出端（A〇和第二輸出端（A2)，以提 供一輸出電壓（Ua)至放電燈（La); ·—電感（Lz)，其與輸出端（AI;A2)之一相串聯； -燈抗流圈（L〇，其配置在該連接點（N)和第一輸出端（A〇 © 之間；以及 第一電容器（C〇，其耦接在第一輸出端（A〇和第一二極 體（DQ之陽極之間； 該控制裝置（12)設計成使該第一電子式開關（Q,)持續地在 導通期間導通且在關閉期間不導通； 其特徵爲：該電路配置另外具有一電壓測量裝置（10)以測 量該輸出電壓（Ua)，其中該電壓測量裝置（10)設計成在其 輸出端上提供一信號，此信號是與共同的輸出電壓（Ua)相 -15- 201014469 關聯，且該電壓測量裝置（10)是與該控制裝置（12)相耦接 以將該信號傳送至該控制裝置（12)，該控制裝置（12)設計 成使該關閉期間（T»us)隨著該共同的輸出電壓（UA)而變化。 2. 如申請專利範圍第1項之電路配置，其中該控制裝置（12) 設計成使該關閉期間（Τ·〃）比例於該輸出電壓（UO而變 化，特別是直接或間接地與該輸出電壓（Ua)成比例而變 化。 3. 如申請專利範圍第2項之電路配置，其中該控制裝置（12) 設計成在該輸出電壓（Ua)變大時使該關閉期間（Ta»s)變短 且反之亦然。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電路配置，其中 該控制裝置（12)設計成使該關閉期間（Ta»s)發生變化，以符 合： 1 / 1 Tei„ + 2k^LzCx 其中Tein是導通期間，T〃s是關閉期間，L是串聯至輸出 端（A1; A〇之一的電感（Lz)，且G是第一電容器（匕）之電容。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電路配置，其符 合以下的關係： —~^^~关0.8~1.2*-/ 。 Tein + Taus 6. 如申請專利範圍第4或5項之電路配置，其符合以下的 關係： ---Ψ-}=r；n = 1,2,3,...。 7. 如申請專利範圍第6項之電路配置，其符合以下的關係： -16- 201014469 矣 0.8 〜1·2: 2π具q ’ .如申請專利範圍第4至7項中任一項之電路配置，其中 在各別的公式中由第一電容器（CJ和電感（Lz)構成的振盪 電路之調整是藉由連接至輸出上的放電燈（La)之阻抗來 達成。

   9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之電路配置，其中 另外包括一電流測量電阻（Rs)，其耦接在第一二極體（DO 之陽極和第二輸入端（E2)之間以用來測量第一電子式開關 (Q0導逋時所流過的電流，其中該控制裝置（12)是與該電 流測量電阻耦接且設計成使該導通期間（T%in)發生變化以 將該電流調整至一可預設的値。 10. 如申請專利範圍第9項之電路配置，其中另外包括第二 電子式開關（Q0、第三電子式開關（Q3)和第四電子式開關 (Q4)，其中第一（Q,)、第二（Q2)、第三（Q3)和第四電子式開 關（Q0是全橋式開關，第一連接點（N)是第一橋接中點， 該電路配置另外包括一第二二極體（DO，其是與第一電子 式開關（Q0並聯’該第二電子式開關（Qd是與第一二極體 (D〇,第三開關（Q3)和第四開關（Qd互相耦接以形成第二連 接點，其是第二橋接中點且亦是第二輸出端（Ad ’該控制 裝置（12)設計成可對第一（Q!)、第二（Q2)、第三（Q3)和第四 電子式開關（Q0進行控制。 11. 如申請專利範圍第10項之電路配置’其中該控制裝置 (12)設計成在第—相位時使第四電子式開關（Q4)導通’且 -17- 201014469 使第三（Q3)和第二電子式開關（Q2)不導通， 在第二相位時使第三開關（Q3)導通，且使第四（Q4)和第二 電子式開關（QO不導通， 其中第一和第二相位是以一可預設的第一頻率（特別是位 於低頻區中）而持續地切換，該控制裝置另外設計成 在第一相位時使第二電子式開關（q2)且在第二相位時使第 一電子式開關（Q!)以可預設的第二頻率（特別是位於高頻 ❹ 區中）而交替地切換成導通和不導通，且因此使該關閉期 間隨著共同的輸出電壓而變化。 12. 如申請專利範圍第1〇或11項之電路配置，其中該第三 電子式開關（Q3)和第四電子式開關（QO分別與一自由運行 的二極體相並聯。 13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之電路配置，其 ,中該電路配置另外包括第二電容器（CO，其耦接在第一輸 入端（E，）和第一輸出端（A,)之間。 〇 14. 一種用來操作一電路配置上的放電燈的方法，該電路配 置包括：一輸入，其具有第一輸入端（EO和第二輸入端 (E2)，電源電壓可連接至輸入端；第一電子式開關（Q,)， 其具有一控制電極，一操作電極和一參考電極，該操作電 極是與第一輸入端（E,)相耦接；一個二極體（DO，其陽極 是與第二輸入端（E〇相耦接且其陰極是與第一電子式開關 (Q0之參考電極相耦接以形成一連接點（N); —控制裝置 (12)，其與第一電子式開關（Q,)之控制電極相耦接以控制 -18- 201014469 該第一電子式開關（Qi);—輸出，其具有第一輸出端（Αι) 和第二輸出端（A2) ’以提供一輸出電壓（Ua)至放電燈 (La); —電感（Lz)’其與輸出端（Ai;A2)之一相串聯；燈抗 流圈（L·)，其配置在該連接點（N)和第一輸出端（Al)之間； 以及一第一電容器（CO’其耦接在第一輸出端（Al)和第一 二極體（Dd之陽極之間；該控制裝置（12)設計成使該第一 電子式開關（QO持續地在導通期間導通且在關閉期間不導 _ 通， 其特徵爲以下各步驟： a) 測量該輸出電壓（UO ; b) 將一信號耦合至該控制裝置（12)，此信號是與共同的 輸出電壓（Ua)相關聯；以及 c) 該控制裝置（12)設計成使該關閉期間（Ta»s)隨著該共同 的輸出電壓（UO而變化。

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