專利名稱：高壓放電燈鎮流器的過壓保護的制作方法
技術領域：
本發明涉及驅動高壓放電(HID)燈的裝置。
已知用于驅動放電燈的鎮流電路，它包括開關型電源(SMPS)，連接在電力線和燈之間，用來驅動放電燈。在三級鎮流電路中，第一級開關型電源包括預調節器，例如用于將電源(230V，50Hz)整流的雙整流器；以及上變換器。第二級可以包括下變換器(DC-DC變換器)，也稱為正向或降壓變換器，用于穩定輸出電流。鎮流電路的第三級包括換向器全橋電路(和點火器)，用于實現燈的方波電流工作。在兩級鎮流布局中，下變換器和換向器橋路由半橋換向正向(HBCF)或全橋換向正向(FBCF)布局代替。
半橋換向正向(HBCF)電路對應于其中橋路的一部分由兩個串聯的(電解)電容器代替的全橋換向正向(FBCF)電路。所述布局的鎮流器包括與半橋電路相結合的上變換器，作為雙下變換器。這種兩級的用于驅動HID燈的鎮流布局比較簡單而且需要較少的價格昂貴的電子元件。
為了提高鎮流器的工作效率，在燈的啟動階段，即在燈點火時，上變換器的輸出電壓或干線電壓被升壓，而在燈正常工作時此電壓降低。另外，在啟動階段以及在燈的壽命終了時，燈的性能可能不規則。在上述半橋換向正向電路的電容器串聯電路中，這可能引起半橋電路的中點電壓的偏移，從而導致超過電容器之一的最大電壓額定值。這樣就會損壞電容器和/或鎮流電路。
此問題的一個解決方案是在鎮流器的半橋電路中加入其電容器具有增大的最大電壓額定值的電容器串聯電路。但這會使鎮流器更加昂貴并會增加其尺寸。
本發明的目的是要解決此問題并提供用于驅動高壓燈的價廉且簡單的電路配置。
按照本發明，提供一種用于驅動高壓放電燈的裝置，它包括開關型電源電路(SMPS)，用于從供電電壓向高壓放電燈供電，所述電源電路包括半橋換向正向電路，此電路包括電感、由第一電容器和第二電容器串聯的電容器電路，所述燈可以連接在電感與第一和第二電容器間的某一點之間；其中，過壓保護裝置與燈并聯，當保護裝置上的電壓差超過穿通電壓時，保護裝置從高電阻工作的斷開狀態轉換為低電阻工作的接通狀態，穿通電壓選擇為對應于第一或第二電容器兩端的預定最大電壓。
當性能不規則的燈在一個半周期中導通而在另一個半周期中不導通時，中點電壓、即第一和第二電容器之間的中間電壓，可能會偏移。如果中點電壓以這樣的偏移量偏移、使得超過了預定的穿通電壓，則保護裝置開關從斷開狀態(此時保護裝置顯示高阻性能，因而(實際上)沒有電流通過保護裝置)轉為接通狀態，此時保護裝置導通電流。這樣就可將中點電壓校正到安全值。這樣，過壓保護裝置就防止了電容器串聯電路中每個電容器的過壓情況。
在接通狀態時，通過保護裝置的電流受到開關型電源電路(SMPS)中控制裝置的短路控制的限制。
最好當通過保護裝置的電流下降到最小保持電流一段時間(再組合時間)后，保護裝置從接通狀態轉換為斷開狀態。在HBCF電路中的電流換向期間，電流以預定的電流斜度改變方向。這就是說，電流電平有一段時間很低，在某一時刻甚至為零。因而，在換向時流過保護裝置的電流下降到低于最小保持電流的數值，結果保護裝置回到斷開狀態。當保護裝置回到斷開狀態時，又進入高阻工作模方式，結果保護裝置停止導通電流。
在另一個優選實施例中，過壓保護裝置包括一個或多個雙向電壓觸發半導體器件，這意味著快速的開關特性。在此實施例中，所述雙向器件可以是一種具有基本對稱的電流-電壓I-V特性的類型。這就是說，中點電壓偏移到較高正電壓值的情況的處理方式和中點電壓偏移到較高負電壓值的情況的處理方式相同。最好過壓保護裝置包括SIDAC或等效的半導體器件，它具有高阻工作區和所述期間在其中本質上模擬短路的工作區。所述器件可以模擬“短路”，直到流經所述器件的電流被中斷或降到最小保持電流以下。然后所述半導體器件本身復位，并回到高阻工作狀態。
在另一優選實施例中，所述裝置包括與保護裝置的半導體器件串聯的附加電感。所述附加電感保護過壓保護裝置本身的半導體器件，用來限制在所述半導體器件從斷開狀態轉換到接通狀態時流過半導體器件的電流尖峰，電流尖峰是由并聯的第三電容器引起的。所述附加電感最好是空氣電感，因為即使在相對較高的電流通過半導體器件時，空氣電感也不會飽和。
在另一優選實施例中，穿通電壓選擇在開關型電源的工作電壓的0.5到0.7倍的范圍內。對于工作干線電壓為大約500V的干線，即開路電壓為250V，穿通電壓選擇為270V，相當于工作電壓的0.54倍。
本發明的其他優點、特征和細節將參閱附圖加以說明，附圖中
圖1示出本發明第一實施例的示意的電路圖；圖2示出SIDAC的電流I-電壓V特性的曲線圖；圖3示出本發明第二實施例的示意的電路圖。
圖1示出高壓放電燈LA的兩級鎮流器。鎮流器的第一級I包括將AC電源(通常為230V，50HZ)轉換成DC供電電壓的整流器2和升高DC供電電壓的上變換器或升壓變換器3。圖1示出升壓變換器或上變換器的典型布局。升壓變換器由電感Lboost、開關元件T和二極管D構成。
在燈的起動階段，開關型電源SMPS的輸出電壓或干線電壓被升壓，形成足夠高的開路電壓(OCV)。在燈的這個階段所需的開路電壓取決于所用的HID燈的類型。通常在起動階段將干線電壓升壓到大約500V，形成250V的OCV，在隨后燈的正常工作階段，干線電壓下降(一般降到大約400V)，以提高鎮流器的效率。
鎮流器的第二級II包括半橋換向正向(HBCF)電路，用作雙下變換器。HBCF電路包括第一MOSFET T1；第二MOSFET T2；第一和第二(內部)體二極管D1和D2；與燈串聯的燈電感Lhbcf；與燈并聯的燈電容Cr；以及兩個串聯的電解電容器Cs1和Cs2。電容器Cs1和Cs2是體積較小且價格低廉的電解電容器，每個電容器的最大電壓額定值僅300V。半橋換向正向電路工作在嚴格的不連續模式，以允許零電壓轉換。在每半個換向周期(換向頻率約為100HZ)，一個MOSFET(第一MOSFET T1或第二MOSFET T2)與另一MOSFET的二極管(D2或D1)一起工作。
在燈的起動階段和/或壽命終止(EOL)時，燈的性能可能不規律。在電容器串聯電路Cs1，Cs2中，這會導致中點電壓(也就是在第一電解電容器Cs1和第二電解電容器Cs2之間的位置M上的電壓)偏移。當燈在例如開關型電源SMPS的第一個半周期導通而在開關型電源SMPS的第二個半周期不導通時，中點電壓在第一個半周期就會從250V(如果干線電壓為500V)偏移到超過電解電容器Cs1和Cs2之一的最大電壓額定值(300V)的電壓值。
為了防止超過電解電容器之一的最大電壓額定值，提供了過壓保護裝置。根據圖1所示的實施例，將SIDAC4設置在半橋換向正向線圈LHBCF的“冷”側和串聯電容器電路的中點M之間。SIDAC是固體器件，在橫跨其兩個端子加較低電壓且所述器件處于待機工作方式(斷開狀態)時，除了因其斷開態的高阻而有很小的漏電流Idrm之外，它不導通電流。但在其端子上出現超過穿通電壓Vbo的高電壓時，所述器件轉換成接通狀態，在此狀態下器件開始導通電流。
圖2示出SIDAC的I-V特性曲線圖。如圖所示，在斷開狀態流過SIDAC的漏電流Idrm接近零電平，直到SIDAC電壓達到穿通電壓Vbo。所述穿通電壓選擇為對應于最大所需中點電壓，即應低于電解電容器的最大電壓額定值。如果最大電壓額定值為300V，可將SIDAC的穿通電壓Vbo選擇為270V。在燈導通的第一周期，中點電壓偏移。在燈的導通狀態下SIDAC上的電壓差等于燈電壓而且比較低。在隨后的第二周期，燈不導通且在SIDAC端子上是全開路電壓(OCV)，當第一周期的電壓偏移較大時，所述電壓就比較高。當第二周期的OCV等于或大于SIDAC的穿通電壓(此處為270V)時，SIDAC從正常的電阻性工作狀態(斷開狀態)轉換成電流導通狀態(接通狀態)。在SIDAC的所述接通狀態下，中點電壓被校正到安全數值。
在隨后的電流換向中，亦即在燈導通的下一個半周期開始時，由于換向時電流中斷或至少降到SIDAC的最小保持電流Ih以下，SIDAC停止導通。因此，在換向期間，SIDAC回到其高阻斷開狀態，僅當橫跨其兩個端子的電壓再次超過穿通電壓時才會再被激勵。
在上述實施例中，控制過壓保護裝置的控制裝置可以省略，因為從接通狀態到斷開狀態的轉換，作為半橋換向正向(HBCF)電路中電流整流的結果，可以自動完成。
圖3示出本發明的又一優選實施例。在此實施例中，設置與SIDAC串聯而與燈并聯的附加電感Lair。此電感用來在SIDAC轉換到接通狀態并開始導通時限制流過SIDAC的電流尖峰。所述電流尖峰是由于并聯電容器Cr所引起。所述電感是空氣電感，用來避免在高電流通過SIDAC時電感飽和。
本發明不限于上述實施例，以下權利要求書限定了所要求的權利，在其范圍內可以預計有許多改動。
權利要求
1.一種用于驅動高壓放電燈的裝置，它包括開關型電源電路(SMPS)，用于從供電電壓向高壓放電燈供電，所述電源電路包括半橋換向正向電路(HBCF)，此電路包括電感(Lhbcf)、由第一電容器(Cs1)和第二電容器(Cs2)串聯的電容器電路，燈(LA)可以連接在電感(Lhbcf)與第一和第二電容器(Cs1，Cs2)間的一點M之間；其中，過壓保護裝置與燈并聯，當所述保護裝置兩端的電壓差超過穿通電壓(Vbo)時，所述保護裝置從高電阻工作的斷開狀態轉換為低電阻工作的接通狀態，所述穿通電壓(Vbo)選擇為對應于所述第一或所述第二電容器(Cs1，Cs2)兩端的預定最大電壓。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于當通過所述保護裝置的電流(optie van interruptie van de stroom verwijderd)降到低于最小保持電流Ih時，所述過壓保護裝置從接通狀態轉換到斷開狀態。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述過壓保護裝置包括一個或多個雙向電壓觸發半導體器件。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于所述雙向半導體器件是具有基本對稱的電流-電壓(I-V)特性的類型。
5.如權利要求3或4所述的裝置，其特征在于所述半導體器件是SIDAC。
6.如權利要求3、4或5所述的裝置，其特征在于包括與所述半導體器件串聯的附加的電感(Lair)。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述附加電感是空氣電感。
8.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于穿通電壓選擇在所述開關型電源的工作電壓(Vrail)的0.5到0.7倍的范圍內。
9.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于包括用于控制所述開關型電源(SMPS)、以便在所述保護裝置處于接通狀態時限制流過所述保護裝置的電流的控制裝置。
全文摘要
本發明涉及用于驅動高壓放電燈的裝置，它包括開關型電源電路(SMPS)，用于從供電電壓向高壓放電燈供電，所述電源電路包括半橋換向正向電路(HBCF)，此電路包括電感(L
文檔編號H05B41/231GK1473453SQ02802941
公開日2004年2月4日 申請日期2002年6月5日 優先權日2001年7月19日
發明者D·H·J·范卡斯特倫, D H J 范卡斯特倫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司