CN1739321A

CN1739321A - 电路装置

Info

Publication number: CN1739321A
Application number: CNA2003801088058A
Authority: CN
Inventors: D·H·J·范卡斯特伦
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2006-02-22
Also published as: US20060113924A1; WO2004064457A1; JP2006513539A; EP1588590A1; AU2003283756A1; US7170235B2

Abstract

在用于操作高压放电电灯的电桥电路中，引入了附加开关元件、用于驱动该附加开关元件的控制电路、谐振电感器和谐振电容器。这些附加的组件一起构成了比较简单的谐振点火器。谐振电感器可以由包括在电桥中的滤波器的一部分构成。

Description

电路装置

本发明涉及一种电路装置，用于操作高压放电电灯，配备有DC-AC转换器，包括

-输入端，用于连接到用于提供第一DC电压的供电电压源，

-第一和第二开关元件的第一串联装置，耦合在输入端之间

-第一控制电路，耦合到第一和第二开关元件的各自控制电极，用于控制第一和第二开关元件的导通状态，

-负载电路，与开关元件之一并连，并且包括第一电感元件和用于电灯连接的端子。

这种电路装置是众所周知的。DC-AC转换器是桥式的。在电灯的稳态操作期间，开关元件这样控制，即所得到的电灯电流是低频、大体方波形AC电流。已经发现，这样的电流形状允许高效和可靠的操作电灯。已知的电路通常配备有脉冲点火器。在连续脉冲之间的时间推移通常很长，使得因为由点火脉冲产生的电灯内的电荷载体在下一个点火脉冲产生时已经消失了，所以电灯不得不在单个脉冲的作用下点火。由于电灯不得不在单个点火脉冲上点火，所以需要这个脉冲的幅值和宽度比较高。从而，组成脉冲点火器的元件是大体积的和昂贵的。一种对电灯点火的可能可选择是设置与电灯并联的谐振电容器，并且在一个高频下交替地使第一和第二开关元件导通和非导通，从而在电灯上产生具有比较高幅值的AC电压。然而，为了使电灯上的电压具有足够高的幅值，需要在一个频率上操作电桥开关，该频率接近于DC-AC转换器的负载电路的谐振频率。此外，这要求第一控制电路包括另外的电路系统，实现对电容性操作的保护。因此，第一和第二控制电路变得非常复杂。

本发明想要提供一种电路装置，用于操作包括有用于对电灯点火的装置的高压放电电灯，该装置确保了有效地对电灯的点火并且比较简单和小。

因此，根据本发明在开篇中提到电路装置的特征在于：该电路装置进一步配备有

-谐振电容元件，耦合在用于电灯连接的端子之间，

-第二电感元件，与谐振电容元件串联耦合，

-第三开关元件，耦合在第二电感元件的端子与输入端子之一之间，和

-第二控制电路，耦合到第三开关元件的控制电极，以频率f交替地使第三开关元件导通和不导通，并且因此在谐振电容元件上产生AC点火电压。

谐振电容器、第二电感元件、第三开关元件与第二控制电路一起构成了单独的谐振点火器。已经发现使用这种单独的谐振点火器能够以一种可靠的和有效的方式实现电灯点火。此外，包括在第二控制电路中的控制电路系统能够比较简单。

为根据本发明的电路装置的实施例获得了好的结果是，电路装置进一步配备有用于提供第二DC电压的辅助电源，辅助电源的相应电极耦合到第三开关元件的相应主电极。

还为根据本发明的电路装置的实施例获得了好的结果，其中第二电感元件包括配备有初级线圈和次级线圈的变压器，初级线圈耦合在第三开关元件和输入端之间，次级线圈与用于电灯连接的端子串联耦合。

根据本发明的电路装置的实施例实现了第二电感元件的非常有效的应用，其中第二电感元件的一部分是包括在电路装置中的滤波器的一部分。

在根据本发明的电路装置的第一优选实施例中，第一和第二开关元件或者包括二极管，或者每一个与二极管并联，DC-AC转换器包括半桥电路，并且第一控制电路配备有部件，用于以一个低频交替地使电路装置操作在第一和第二操作状态，其中在第一操作状态中，以一个高频使第一开关元件导通和非导通，同时使第二开关元件保持为非导通状态，并且其中在第二操作状态中，以一个高频使第二开关元件导通和非导通，同时使第一开关元件保持为非导通状态。第一和第二操作状态对应于通常称作“正向换向(commutating forward)操作”的电路装置的操作模式。正向换向操作允许在稳态电灯操作期间有效的控制电灯电流。

在第二优选实施例中，DC-AC转换器包括全桥电路，全桥电路配备有耦合在输入端之间的第四和第五开关元件的第二串联装置和包括在第一控制电路中的部件，包括在第一控制电路中的部件耦合到第四和第五开关元件的控制电极，用于控制第四和第五开关元件的导通状态，并且其中第一控制电路配备有用于以一个低频交替地使该电路装置操作在第一或第二操作状态中的部件，其中在第一操作状态中，在每个串联设置中的开关元件之一为非导通，同时两个剩下的开关元件中的一个开关元件保持为导通，和以一个高频使另一个开关元件导通和非导通，并且其中在第二操作状态中，在第一操作状态中非导通的开关元件之一保持为导通，同时以一个高频使另一个开关元件导通和非导通，另外两个开关元件保持为非导通，并且其中与那些在一种操作状态中以一个高频操作的开关元件串联的开关元件，或者包括二极管，或者每一个与二极管并联。还是在这个第二优选实施例中，在第一和第二操作状态期间，电路装置以正向换向模式中操作。

如果在每个点火电压周期内使第三开关元件导通，那么该AC点火电压的频率等于第二控制信号的频率。在该情况中，该AC点火电压的幅值是比较高的并且不变。可选择地，能够在每n个点火电压周期内仅使第三开关元件导通一次，n是大于或等于2的自然数。在后种情况中，AC点火电压的平均幅值是更低，并且AC点火电压的频率是n*f。在不使第三开关元件导通的AC点火电压的周期期间，AC点火电压的幅值呈指数减小。已经发现，当选择第二控制信号的频率使AC点火电压的幅值通常大于其最大值的一半时，可以获得好的结果。

在高压放电电灯点火后，跟随着一个短的时间间隔，其间电灯中的放电是稳定的。这个短时间隔通常称为电灯的“接管(take over)”和“接管相位(take over phase)”。在接管期间，电灯电压通常在高和低值之间随机改变。由于这种原因，需要计算该电路装置，使得它具有相对高的开路电路电压。然而，已经发现，如果在电灯点火之后第二控制电路一直使第三开关元件导通和非导通，在接管期间，即使当没有计算该电路装置以产生高开路电路电压时，也能够实现好的接管状态。好的接管状态意味着，在点火之后，电灯不会熄灭，而是在多数点火尝试中维持放电，使得电灯向前通过接管和起动相位(run upphase)到稳态操作。为了实现这种好的接管行为，第二控制电路优选地配备了用于检测接管相位结束的部件。在跟随接管相位的起动相位的第一部分，电灯电压是低的，并且比较稳定。因此，用于检测接管相位末端的部件能够例如包括用于确定在预定的时间间隔内电灯电压是否高于预定值的部件。当没有在预定的时间间隔内检测到高于预定值的电灯电压时，由于已经经过了接管相位，电灯处于起动相位，所以第二控制电路关断。

将参照附图描述本发明的实施例。附图中

图1示出了根据本发明其上连接有电灯的电路装置的第一实施例，和

图2示出了根据本发明其上连接有电灯的电路装置的第二实施例。

在图1中，K1和K2是输入端，用于连接到用于提供第一DC电压的供电电压源。通过第一开关元件T1和第二开关元件T2的串联设置，连接输入端K1和K2。第一开关元件T1并联有二极管D1，和第二开关元件T2并联有二极管D2。注意，在开关元件例如是MOSFETS的情况下，它们包括内部的二极管，使得能够省去与开关元件并联的外部二极管。电路部分CC1形成了第一控制电路，用于控制第一开关元件T1和第二开关元件T2的导通状态。电路部分CC1的各自输出端连接到第一开关元件T1的控制电极和第二开关元件T2的控制电极。还通过电容器Cr1和Cr2的串联装置以及通过电容器Cs1和Cs2的串联装置，连接输入端K1和K2。第一开关元件T1和第二开关元件T2的公共端通过电感器L1连接到电容器Cr1和Cr2的公共端。在图1所示的实施例中，电感器L1形成第一电感元件。通过电灯连接端K3、高压放电电灯La、电灯连接端K4和电感器L2的串连设置，电容器Cr1和Cr2的公共端连接到电容器Cs1和Cs2的公共端。通过电容器Cres，连接电灯连接端K3和K4。在图1所示的实施例中，电灯连接端K3和K4、电容器Cres和Cs2以及电感器L1和L2一起构成了与第二开关元件T2并联的负载电路。电感器L2和电容器Cres分别构成了第二电感元件和谐振电容元件。电感器L2还与电容器Cr1和Cr2一起构成了滤波器。电感器L2是自耦变压器，并且在电感器L2的第一端配设有第一端子K5、在电感器L2的第二端配设有第二端子K6以及位于第一端子K5和第二端子K6之间的第三端子K7，第一端子K5连接到电灯连接端K4，第二端子K6连接到电容器Cr1和Cr2的公共端。第三开关元件T3耦合在电感器L2的第三端子K7和输入端K2之间。电路部分CC2是第二控制电路，以频率f交替地使第三开关元件T3导通和非导通，并且因此在电容器Cres上产生AC点火电压。电路部分CC2的输出端耦合到第三开关元件T3的控制电极。电路部分CC2的输入端连接到电灯La。在图1中，通过虚线表示这两个耦合。电路部分APS是辅助电源，用于提供第二DC电压。电路部分APS并联于电容器Cs2。

图1所示的电路装置的操作如下。

当高压放电电灯La还没有点火时，电路部分CC2以频率f交替地使第三开关元件T3导通和非导通。从而，辅助电源APS使AC电流流过电感器L2和电容器Cres，并且使AC点火电压出现在电容器Cres两端。当在比较短的时间推移过程中维持这个AC点火电压时，高压放电电灯经由其进行点火。在电灯点火之后，电路部分CC2继续以频率f使第三开关元件T3导通和非导通，从而产生了流过电灯La具有频率f的电流。此外，电路部分CC1以一个低频交替地将该电路装置的操作控制在第一和第二操作状态，其中在第一操作状态中，以一个高频使第一开关元件T1导通和非导通，同时使第二开关元件T2保持为非导通状态，并且其中在第二操作状态中，以一个高频使第二开关元件T2导通和非导通，同时使第一开关元件保持为非导通状态。这种操作通常称为正向换向，并且这种操作的结果是产生低频的、大体矩形的电灯电流。由电感器L2和电容器Cr1和Cr2组成的滤波器抑制由包括在电灯电流中的高频脉动产生的干扰。第二控制电路CC2包括电路系统，用于检测电灯La两端的电灯电压在预定的时间间隔内是否高于预定值。当检测到电灯电压在预定的时间间隔内不高于预定值，第二控制电路保持第三开关元件为非导通状态。电灯La处于起动相位，并且它仅用低频的、大体矩形的电流供电，该电流由第一控制电路CC1和第一及第二开关元件T1和T2产生。

在图2中，实现如图1内的电路装置中相应电路部分和部件的相同功能的电路部分和部件，用相同的附图标记标注。

K1和K2是输入端，用于连接到用于提供第一DC电压的供电电压源。通过第一开关元件T1和第二开关元件T2的串联设置，连接输入端K1和K2。第一开关元件T1并联有二极管D1，和第二开关元件T2并联有二极管D2。电路部分CC1形成了一第一控制电路，用于控制第一开关元件T1和第二开关元件T2的导通状态。电路部分CC1的各自输出端连接到第一开关元件T1的控制电极和第二开关元件T2的控制电极。还通过电容器Cr1和Cr2的串联设置、通过电容器Cs3和Cs4的串联设置以及通过第四开关元件T4和第五开关元件T5的串联设置，连接输入端K1和K2。第四开关元件T4并联有二极管D3，和第五开关元件T5并联有二极管D4。电路部分CC1的相应输出端连接到第四开关元件T4和第五开关元件T5的控制电极。第一开关元件T1和第二开关元件T2的公共端通过电感器L1连接到电容器Cr1和Cr2的公共端。在图2所示的实施例中，电感器L1形成第一电感元件。通过电灯连接端K3、高压放电电灯La、电灯连接端K4和变压器L2的次级线圈Ls，电容器Cr1和Cr2的公共端连接到电容器Cs3和Cs4的公共端和连接到第四开关元件T4和第五开关元件T5的公共端。变压器L2构成了第二电感元件，并且除次级线圈Ls外包括初级线圈Lp。通过电容器Cres，连接电灯连接端KO和K4。在图2所示的实施例中，电灯连接端K3和K4、电容器Cres、以及电感器L1和L2和第五开关元件T5一起构成了第二开关元件T2并联的负载电路。电感器L2和电容器Cres分别构成了第二电感元件和谐振电容元件。电感器L1在该电路装置的稳态操作过程中构成了镇流器，还与电容器Cr1和Cr2一起构成了滤波器。类似地，次级线圈Ls和电容器Cr3和Cr4也构成了滤波器。还通过初级线圈Lp和第三开关元件T3的串联设置，连接输入端K1和K2。电路部分CC2是第二控制电路，以频率f交替地使第三开关元件T3导通和非导通，并且因此在电容器Cres上产生AC点火电压。电路部分CC2的输出端耦合到第三开关元件T3的控制电极。电路部分CC2的输入端耦合到电灯La。在图2中，通过虚线表示这两个耦合。

图2中所示的电路装置的操作如下。当输入端K1和K2连接到提供第一DC电压的供电电压源并且高压放电电灯La还没有点火时，电路部分CC2以频率f交替地使第三开关元件T3导通和非导通。从而，使AC电流流过次级线圈Ls和电容器Cres，并且在电容器Cres两端出现AC点火电压。当在比较短的时间推移过程中维持这个AC点火电压时，高压放电电灯经由其进行点火。在电灯点火之后，电路部分CC2继续利用频率f使第三开关元件T3导通和非导通，从而产生了流过电灯La具有频率f的电流。此外，电路部分CC1以一个低频交替地将该电路装置的操作控制在第一和第二操作状态，其中在第一操作状态中，使第二开关元件T2和第四开关元件T4保持为非导通，同时使第五开关元件T5保持为导通，和以一个高频使第一开关元件T1导通和非导通，并且其中在第二操作状态中，使第一开关元件T1和第五开关元件T5保持为非导通，同时使第四开关元件T4保持为导通，和以一个高频使第二开关元件T2导通和非导通。这种操作通常称为“正向换向”，并且这种操作的结果是产生低频的、大体矩形的电灯电流。由电感器L2的次级线圈Ls和电容器Cr3和Cr4组成的滤波器抑制由包括在电灯电流中的高频脉动产生的干扰。第二控制电路CC2包括电路系统，用于检测在电灯La两端的电灯电压在预定的时间间隔内是否高于预定值。当检测到电灯电压在预定的时间间隔内不高于预定值，第二控制电路保持第三开关元件T3为非导通状态。电灯La处于起动相位，并且它仅用低频的、大体矩形的电流供电，该电流由第一控制电路CC1和第一、第二、第四及第五开关元件T1、T2、T4和T5产生。

在图1所示的电路装置或在图2所示的电路装置中产生的AC点火电压，通常具有近似等于电感器L2和电容器Cres的谐振频率的频率。这样设置的电路装置使电感器L2和电容器Cres的谐振频率是由第二控制电路(电路部分CC2)产生的控制信号的频率f的倍数。如果在每个AC点火电压周期的部分期间内使第三开关元件T3导通，那么该AC点火电压的幅值是不变的并且比较高。如果在每n个AC点火电压周期内仅使第三开关元件T3导通一次，n是大于等于2的自然数，那么该AC点火电压的平均幅值是更低，并且该AC点火电压的频率是n*f。在不使第三开关元件导通的AC点火电压的周期期间，该AC点火电压的幅值呈指数减小。在后种情况中，能够选择AC点火电压的平均幅值，使其匹配由某种高压放电电灯要求的值。

Claims

1、电路装置，用于操作高压放电电灯，配备有DC-AC转换器，包括：

-输入端，用于连接到用于提供第一DC电压的供电电压源，

-第一和第二开关元件的第一串联装置，耦合在输入端之间，

-负载电路，与开关元件之一并连，并且包括第一电感元件和用于电灯连接的端子，特征在于：该电路装置进一步配备有

-谐振电容元件，耦合在用于电灯连接的端子之间，

-第二电感元件，与谐振电容元件串联耦合，

2、如权利要求1所述的电路装置，其中该电路装置进一步配备有用于提供第二DC电压的辅助电源，辅助电源的相应电极耦合到第三开关元件的相应主电极。

3、如权利要求1所述的电路装置，其中第二电感元件包括配备有初级线圈和次级线圈的变压器，初级线圈耦合在第三开关元件和输入端之间，次级线圈与用于电灯连接的端子串联耦合。

4、如权利要求1所述的电路装置，其中第二电感元件的一部分是包括在电路装置中的滤波器的一部分。

5、如权利要求1所述的电路装置，其中第一和第二开关元件或者包括二极管，或者每一个与二极管并联，其中DC-AC转换器包括半桥电路，并且第一控制电路配备有部件，用于以一个低频交替地使该电路装置操作在第一和第二操作状态，其中在第一操作状态中，以一个高频使第一开关元件导通和非导通，同时使第二开关元件保持为非导通状态，和其中在第二操作状态中，以一个高频使第二开关元件导通和非导通，同时使第一开关元件保持为非导通状态。

6、如权利要求1所述的电路装置，其中DC-AC转换器包括全桥电路，全桥电路配备有耦合在输入端之间的第四和第五开关元件的第二串联装置，其中并且配备有包括在第一控制电路中的部件，包括在第一控制电路中的部件耦合到第四和第五开关元件的控制电极，用于控制第四和第五开关元件的导通状态，并且其中第一控制电路配备有用于以一个低频交替地使该电路装置操作在第一或第二操作状态中的部件，其中在第一操作状态中，在每个串联装置中的开关元件之一保持为非导通，同时两个剩下的开关元件中的一个开关元件保持为导通，和以一个高频使另一个开关元件导通和非导通，和其中在第二操作状态中，在第一操作状态中非导通的开关元件之一保持为导通，同时以一个高频使另一个开关元件导通和非导通，另外两个开关元件保持为非导通，并且其中与那些在一种操作状态中以一个高频操作的开关元件串联的开关元件，或者包括二极管，或者每一个与二极管并联。

7、如权利要求1所述的电路装置，其中AC点火电压的频率等于f。

8、如权利要求1所述的电路装置，其中AC点火电压的频率是n*f，n是大于或等于2的自然数。

9、如权利要求1所述的电路装置，其中AC点火电压的幅值是不变的。

10、如权利要求1所述的电路装置，其中AC点火电压的幅值具有一个最大值并总是大于该最大值的一半。

11、如权利要求1所述的电路装置，其中第二控制电路优选地配备有用于检测高压放电电灯的接管相位结束的部件。

12、根据权利要求11的电路装置，其中用于检测高压放电电灯的接管相位结束的部件包括有用于确定在预定的时间间隔内电灯电压是否高于预定值的部件。