專利名稱：鎮流電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于具有諧振啟動的放電燈的鎮流器裝置，包括一個位于橋式整流電路的對角支路中并且與電燈連接串聯的線圈，還包括一個與這些連接并聯的電容器，該整流電路給燈提供幅值較小、頻率較低的方波電源電壓，在正常運行階段之前的啟動階段中，通過在根據時間變化的開關頻率切換電壓，使整流電路以較高頻率整流。
更具體講，本發明涉及具有燈的諧振啟動的鎮流器裝置，其中，通過使所述線圈和所述電容器電氣諧振，將使燈啟動的啟動電壓加在電燈連接的兩端。
背景技術：
例如，在序列號為EP 0408121的歐洲專利申請中披露了這種鎮流器裝置。在所述申請中，描述了在啟動階段中，以隨時間變化的開關頻率使整流電路整流，該頻率某一瞬間經過所述線圈和電容器的諧振頻率。本發明的一個目的是在諧振啟動階段與正常運行階段之間的所謂接管/預熱階段利用輝光放電對燈的電極充分加熱，以便在沒有供電電路的情況下，可靠地轉換到正常運行階段，該電路反過來又為超負載的整流電路供電。
按照同樣涉及諧振啟動的序列號為5932976的美國專利，其中，也使用了整流電路的按照頻率進行掃描的電路頻率，在頻率掃描的結尾，將頻率保持在與線圈和電容器的諧振頻率接近的頻率值一段時間。但是，結果使反過來為整流電路供電的電源電路負載很重，并且燈的電極沒有被有效預熱。
發明內容
利用如上定義的用于具有諧振啟動的放電燈的鎮流器裝置實現了按照本發明的目的，所述整流電路的特征在于，在所述啟動階段與所述正常運行階段之間的接管/預熱階段，將比所述較高頻率電源電壓的頻率低的電源電壓提供給燈，與所述較高頻率的電源電壓的頻率相比，使該電壓的頻率按照一個或多個時間順序的步驟減小一個頻率臺階，以便在接管/預熱階段中使每次提供給燈的電流最佳。
本發明人發現，在接管/預熱階段，通過用與開關頻率無關的因數2放大燈電容器兩端的電壓，電容器兩端的電壓足以在正常運行階段產生轉換接管(take-over)，從而可以按照這個階段需要提供給燈的電流來選擇頻率。開關頻率越低，這個所謂的接管電流越高，本發明通過按照階段和步驟減小開關頻率來利用這個現象，其結果可以預防太大的電流，如在接管階段中，在燈的性能不均勻的情況下可能發生的電流，這個不均勻性能具有整流器作用并且因此產生單邊大電流。
參照以下描述的實施例，將清楚和明白本發明的這些和其他方面。
圖1示出了以簡化形式表示的UHP燈的常規鎮流器裝置，其中省略了對于理解本發明來說不必要的細節；圖2示出了作為圖1的整流電路的開關頻率的函數的燈電壓；圖3為鎮流器電路在不同的時間運行階段示意圖，其中，示出了電壓幅值和開關頻率；圖4示出了在接管/預熱階段中作為開關頻率的函數的燈電流；圖5示出在接管階段中作為時間的函數的燈電壓。
具體實施例方式
按照圖1用于放電燈的鎮流器裝置包括連接到AC電壓干線1的AC/DC變換器電路2，該變換器電路包括作為輸出電容的電容器C1。
也稱為“斬波器”的受控/開關DC/DC變換器電路3連接到變換器電路1，該斬波器包括被切換的開關晶體管T0、二極管D1、線圈L1和輸出電容器C2。在正常運行階段，在控制電路4的控制下，按照已知的方式將該斬波器用于使燈電流穩定，在正常運行階段中，在燈中發生連續弧光放電，即“開”燈。
包括受控制電路6控制的開關晶體管T1-T4的整流電路5連接到斬波器3。在橋形整流電路5的對角支路P1-P2中，有與燈L的電燈連接串聯的線圈L2以及與這些連接并聯的燈電容器C3。
例如，燈L為HID燈或UHP燈。在燈L中連續產生弧光放電，因而“開”燈的正常運行階段，控制電路6給開關晶體管T1-T4提供頻率較低的開關電壓，使這些晶體管按TI、T4和T2、T3的導通方式交替成對導通和關斷，由此給燈提供幅值較小或適中的方波電源電壓。
在所述正常運行之前的諧振啟動階段，控制電路6給開關晶體管T1-T4提供頻率較高的開關電壓，開關頻率隨時間變化，以便(至少近似地)使線圈L2與電容器C3電氣諧振，從而在燈L兩端產生啟動電壓。
本發明人進行了試驗，在圖2中示出了試驗的結果，該結果產生了使線圈L和電容器C3諧振的新方法。
在所述試驗中，在空載電路的情況下，測量作為開關頻率fb的函數的燈電壓VL，控制電路6使橋形整流電路5按照該開關頻率fb整流，以下將其稱為橋頻率fb。
圖2示出了在L2＝150mH并且C3＝250pF，即自然諧振頻率f0＝1/2π根下LC，約等于820kHz的情況下，隨橋頻率fb變化的燈電壓VL。由H3、H5和H7表示的電壓峰值出現在橋頻率fb，在該橋頻率fb，L2-C3分別在橋頻率的三次、五次和七次諧波頻率開始諧振。已經發現，如果L2-C3在橋頻率fb的三次諧波諧振，即如果已知線圈L2的自感值和電容器C3的電容，將橋頻率fb選擇為占L2-C3的自然諧振頻率的三分之一，則峰值H3可以給燈L提供足夠高的啟動電壓，并且根據燈的類型，甚至可能高于需要的電壓，并且峰值H5和H7也能夠如此，可以肯定，隨著UHP和HID燈的進一步發展，可以減小這些燈的啟動電壓的需要值。
這些結果產生了在圖3所示操作放電燈的方法。
在圖3A中，垂直方向表示空載電路的電壓幅值V，水平方向表示時間t，在圖3B中，垂直方向表示頻率f，水平方向表示時間t(這些圖不是按照比例繪出的；它們僅用作示意性的表示)。
其中燈連續“開”的正常運行階段從時刻t3開始，在這個階段中，將頻率較低，例如90Hz，且幅值較小的方波電源電壓提供給燈。
所討論的階段，即啟動階段自開始直到t2，t1為重要的中間時刻。在這個階段中，在中間時刻t1之前，整流電路5以隨時間變化的橋頻率fb運行，其中fb從例如210kHz變到160kHz，L2和C2使用的值分別為250μH和330pF，產生L2-C3的大約為554kHz的諧振頻率fo，因而在任何時刻，橋頻率fb可以達到這樣的值(近似554/3＝185kHz)，即橋頻率fb的三次諧波頻率等于諧振頻率f，并且在電容器C3兩邊建立能夠啟動燈的電壓峰值(圖2中的H3)。在這個連接中注意，只要橋頻率的三次諧波頻率接近諧振頻率fo，但距所述諧振頻率尚有一定距離(例如1kHz或更多)，就可在燈電容器兩端建立足夠高的啟動電壓。
這是有利的，因為諧振頻率fo與橋頻率fb的比例為3∶1，線圈L2的自感和電容器C3的電容量的值可以比常規的比例為1∶1的值低得多，盡管如此，仍然可以在不很高的橋頻率下進行諧振啟動。
圖3A示出了燈兩端的在時刻t1之前上升的電壓，當橋頻率fb接近諧振頻率f0的三分之一時，或者換句話說，當fb的三次諧波接近fo時，出現啟動電壓。該時刻由電壓電平檢測電路7(圖1)檢測，該電路接在燈連接P3、P2兩邊，當P3與P2之間的電壓達到某個電平時開始動作，并且在這種情況下，使這個電壓穩定在至少接近所述值，開始動作之后，所述檢測電路7給控制電路6提供一個指示信號，結果，后者將壓控振蕩器VCO保持在得到的頻率，該振蕩器連接在或包含在所述控制電路中，從該振蕩器得到橋頻率fb，在時刻t2之前，該頻率至少接近諧振頻率fo的三分之一。
為了說明，從t1到t2的時間長度可以是例如500ms，以便可靠啟動，從開始到t1的時間長度可以是例如100ms，但不是必要的。
如果峰值H5和H7(圖2)分別能夠提供足夠高的啟動電壓，則可以將以上提及的關于三次諧波的內容加以適當修改后應用于五次和七次諧波，以上為了說明給出的值都不應理解為限制性的，時間0-t1、t1-t2的值也只是為了說明，并且如果需要可以通過實驗確定。
重要的是在諧振啟動的啟動階段(圖3A的0-t2)與“開”燈的正常運行階段(t3之后)之間引入預熱和/或接管階段，在預熱和/或接管階段中，通過輝光放電使燈的電極預熱。
啟動之后，燈近似形成短路(電阻接近1歐姆)，如果在燈兩端產生接近三次諧波的空載電壓并且燈變為短路，則連接到整流電路5的斬波器或控制部分3提供較低的峰值電流，實踐中，該電流低于1安培。但是，為了使燈的電極預熱，需要較高的峰值，例如，實踐中接近2安培，并且控制部分3的輸出電容器C2兩端需要足夠高的電壓。
圖2中的，由本發明人通過實驗得到的，在空載電路的燈電壓與橋頻率的關系曲線表明燈電壓總是高于虛線所示電平，在所述具體情況下，在輸出電容器C2兩端的電壓近似為160伏時，該電平為320伏。
進一步實驗產生了圖4中的曲線，其中繪出了燈電流I1與橋頻率fb的關系曲線。該曲線說明，為了得到理想電流值，必須減小橋頻率。
圖5示出在橋頻率，例如100kHz，的1個周期中，燈兩端作為時間函數的電壓V1，所示的振蕩Os的頻率等于L2-C3的諧振頻率fo。因此，諧振電路L2-L3被100kHz的信號激勵，且在電容器C3兩端建立兩倍于輸出電容器C2兩端峰值電壓值的振蕩OS，其結果，在輸出電容器C2上的較低的電壓就足夠了。
如圖3B所示，在時刻t2，將在時刻t1得到的頻率近似為f0/3的橋頻率fb(例如283kHz)減小一個臺階，例如減小到128kHz，以便使在這個階段中提供給燈的電流最佳，并且應該考慮，燈的性能不均勻也會導致很大的不對稱電流。在時刻t2′，為了得到有利于在時刻t3轉換到正常運行階段的更大(對稱)電流，可以使橋頻率進一步減小一個臺階，例如減小到84kHz。例如，t2-t3的持續時間可以是1秒。
需要注意，在時刻t2-t3期間，可以根據電流的需要對頻率臺階的數量和大小的選擇最佳，并且不應該將上述的純示意性的數據理解為對頻率臺階的數量和大小的限制。
參照圖3A，還應該注意，示出了在t3之前，在空載電路，即燈沒有被啟動的狀態中的電壓；在擊穿之后，該電壓低得多。實踐中，在t1與t3之間，燈可能再次熄滅。在這種情況下，如上所述，由于總有超過大約300V的最小電壓(圖3和圖5)，燈將再次“開”。如果在時刻t3之后燈不保持開的狀態—這可以按照已知的方法確定—則一段時間之后，重復上述的全部過程(圖3B)。
上述關于在啟動和接管/預熱階段中橋頻率fb變化的描述應該允許本領域技術人員以固定或可變的，給整流電路5提供合適的開關電壓的方式，對例如以微控制單元(微控制器)或微處理單元(微處理器)形式的配有VCO的控制電路6進行編程。本領域技術人員還應該能夠選擇具有指示信號的電壓檢測電路7，該電路可以是常規類型。
總而言之，按照本發明的措施提供了一種鎮流器裝置，其優點在于該裝置包括小尺寸的與燈連接串聯的線圈和小尺寸的與燈連接并聯的電容器，可以在靠近橋頻率的奇次諧波頻率使燈可靠啟動，并且在接管/預熱階段中，電壓和經過優化的電流足夠高。
權利要求
1.一種鎮流器裝置，用于具有諧振啟動的放電燈，包括一個線圈，該線圈位于一個橋形整流電路的對角支路中，并被安排與電燈連接串聯，還包括一個電容器，與這些連接并聯，在燈的正常運行階段中，所述整流電路給燈提供頻率較低、幅值較小的方波電源電壓，其中在所述燈的正常運行階段中，在燈內部持續發生電弧放電，而在所述正常運行階段之前的啟動階段，給燈提供頻率較高的電源電壓，這使得所述線圈和所述電容器發生電氣諧振，特征在于，在所述啟動階段與所述正常運行階段之間的接管/預熱階段，將頻率比所述較高頻率的電源電壓低的電源電壓提供給燈，與所述較高頻率的電源電壓的頻率相比，該電壓的頻率按照一個或多個時間順序的步驟減小一個頻率臺階，以便使所述接管/預熱階段中每次提供給燈的電流最佳。
全文摘要
本發明涉及用于使放電燈啟動和運行的鎮流器裝置。該燈連接在整流橋中，與電感器串聯并且與電容器并聯。在啟動階段中，電感器和電容器共同形成一個諧振電路。然后，使整流橋以較高頻率整流。在啟動階段之后，燈達到預備階段，導致穩定運行階段。在穩定運行階段中，使整流橋以較低頻率整流。按照本發明，在啟動階段中，使整流頻率逐步地從較高頻率降低到穩定運行階段的低頻，從而使預備階段中提供的電流最佳。
文檔編號H05B41/38GK1579114SQ02821766
公開日2005年2月9日 申請日期2002年10月22日 優先權日2001年10月31日
發明者W·H·M·蘭格斯拉格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司