用於驅動放電燈的電路裝置和方法

2024-03-08 14:15:15

專利名稱：用於驅動放電燈的電路裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於驅動放電燈的電路裝置，其包括帶有第一輸入端子和第二輸入端子的輸入端，用於連接供電電壓；第一電子開關，其具有控制電極、工作電極和參考電極，其中工作電極與第一輸入端子耦合；第一二極體，其正極與第二輸入端子耦合併且其負極與第一電子開關的參考電極在形成第一連接點的情況下耦合；控制裝置，其為了激勵第一電子開關而與該電子開關的控制電極耦合；帶有第一輸出端子和第二輸出端子的輸出端，用於將輸出電壓提供給放電燈；電感器，其與輸出端子之一串聯地設置；燈電感線圈， 其耦合在第一連接點和第一輸出端子之間；以及第一電容器，其耦合在第一輸出端子和第一二極體的正極之間，其中控制裝置設計為將第一電子開關持續地在接通時間中切換為導通並且在關斷時間中切換為不導通。此外，本發明涉及一種用於驅動放電燈的相應方法。
背景技術：
這種電路裝置在現有技術中是已知的。該電路裝置基本上是用於放電燈的帶有連接在其後的點燃裝置的升壓轉換器，其中所提及的電感器是點燃電感器。在實踐中，現在確定的是，藉助這種電路裝置來驅動的放電燈有時會熄滅。通過將附加的歐姆電阻器引入到輸出迴路中，即串聯於放電燈，可以在很大程度上防止熄滅。然而，該解決方案在形成的損耗功率方面是不希望的。

發明內容
因此，本發明的任務是，改進開頭所提及的電路裝置或者開頭所提及的方法，使得在較小的損耗功率情況下可靠地防止放電燈的熄滅。該任務通過具有權利要求1所述的特徵的電路裝置以及通過具有權利要求14所述的特徵的方法來解決。本發明基於以下認識振蕩會根據點燃電感器和第一電容器在輸出迴路中出現。 在低的燈阻抗情況下，該振蕩被較少地衰減並且會干擾燈工作，因為燈電流振蕩。在現有技術中已知的常規電路裝置的通常的其他布線中，設計了輸出電流的測量，其中通過相應地激勵第一電子開關來以固定頻率峰至峰地調節輸出電流。如果現在在輸出迴路中出現振蕩，則這會導致接通循環完全失效並且有效的激勵頻率接近諧振頻率，該諧振頻率基本上通過點燃電感器和第一電容器來確定。調節迴路於是被「拉入振蕩」。在此，電流甚至振蕩到負值並且由此導致燈熄滅。由現有技術中已知的將歐姆電阻器插入輸出迴路的方式無意地用於使得振蕩衰減，然而導致不希望的高的損耗功率。基於該認識，本發明通過如下方式克服了上述問題在連續模式中，電路裝置並非幾乎以固定頻率工作，而是第一電子開關的關斷時間變化。通過測量輸出電壓確定與所提及的諧振頻率的距離並且通過改變關斷時間來建立與其足夠的間距。由此，可靠地避免了將振蕩迴路「拉入」到振蕩中。由此，不使用附加的歐姆電阻器來對輸出迴路進行衰減也 可以可靠避免放電燈的熄滅。控制裝置可以設計為將關斷時間與輸出電壓成比例地、尤其是直接或者間接成比例地改變。控制裝置尤其是可以設計為在輸出電壓增大時縮短關斷時間，並且反之亦然。當 Tea表示接通時間，T^sffi表示關斷時間，Lz表示與輸出端子之一串聯設置的電感，而C1表示第一電容器的電容時，控制裝置尤其是設計為改變關斷時間，使得適用如下式子
1 ^ 1
了接通+ f關斷 2;r ^LzCl特別優選的是，控制裝置通過改變關斷時間避開了低於諧振頻率20%至高於諧振頻率20%的範圍，使得適用如下式子
---乒0.8至1.2*——J——
了接通+ 了關斷^1J Lz C1為了保證也避免諧振頻率的諧波，進一步適用的是
1 1
――ι — ι ft = 1，2，·3,.·.
"^^接通+^關斷)MjLzC1在該方面特別優選地又有避免了低於相應的頻率20%至高於相應的頻率20% 的範圍，使得適用
--壚 0.8至1.2*——γ——； = 1,2,3,…尤其是當要連接在輸出端上的放電燈的阻抗不可忽略時，在相應的上面提及的式子中要考慮由於要連接在輸出端上的放電燈的阻抗導致的由第一電容器和電感器構成的振蕩迴路的失諧。由此，可以確定並且在通過控制裝置控制時考慮針對要避免的頻率的特別精確的值。優選的是，根據本發明的電路裝置此外包括電流測量電阻器，其耦合在第一二極體的正極和第二輸入端子之間，以在其導通狀態中測量通過第一電子開關的電流，其中控制裝置與電流測量電阻器耦合，並且設計為改變接通時間以將電流調節到可預先給定的值。在此，接通時間尤其是被調節為使得儘管關斷時間不同而平均電流保持恆定。前面提及的根據本發明的電路裝置的實施形式尤其涉及藉助單個電子開關的實現。然而，本發明所基於的思想尤其是也可以轉移到全橋拓撲。就此而言，根據本發明的電路裝置的一個優選的改進方案此外包括第二、第三和第四電子開關，其中第一、第二、第三和第四電子開關構成全橋，其中第一連接點是第一橋中點，其中該電路裝置還包括第二二極體，其與第一電子開關並聯耦合，其中第二電子開關與第一二極體並聯耦合，其中第三和第四電子開關在形成第二連接點的情況下彼此耦合(第二連接點是第二橋中點)，其中第二橋中點是第二輸出端子，其中控制裝置設計為，將第一、第二、第三和第四電子開關根據本發明地激勵。在此，控制裝置優選設計為，在第一階段中將第三電子開關切換為導通，將第四電子開關和第一電子開關切換為不導通，在第二階段中將第四電子開關切換為導通， 將第三電子開關和第二電子開關切換為不導通，其中第一階段和第二階段以可預先給定的、尤其是在低頻範圍中的第一頻率持續地交替，其中控制裝置此外設計為在第一階段中將第二電子開關以及在第二階段中將第一電子開關以可預先給定的、尤其是在高頻範圍中的第二頻率交替地切換為導通和不導通，並且在此根據所測量的輸出電壓來改變關斷時間。優選的是，與第三電子開關和第四電子開關分別並聯連接有續流二極體。此外優選的是，電路裝置包括第二電容器，其耦合在第一輸入端子和第一輸出端子之間。在該情況中，在上述式子中可以使用第一電容器和第二電容器的總電容以替代第一電容器的電容。其他優選的實施形式由從屬權利要求得出。參照根據本發明的電路裝置提出的優選實施形式及其優點只要可用則相應地適用於根據本發明的方法。


下面現在參照附圖進一步描述本發明的實施例。其中圖1在示意圖中示出了根據本發明的帶有電子開關的電路裝置的第一實施例；圖2在示意圖中示出了根據本發明的帶有全橋拓撲的電路裝置的第二實施例；圖3示出了根據現有技術的在峰至峰調節情況下不同電流的時間變化曲線；以及圖4示出了根據現有技術的在諧振情況下相應量的時間變化曲線。
具體實施例方式圖1在示意圖中示出了根據本發明的電路裝置的第一實施例。該電路裝置包括帶有第一輸入端子E1和第二輸入端子氏的輸入端，供電電壓可以連接到該輸入端上。在輸入端之間設置有可選的電容器Ce，其用於穩定輸入電壓。電路裝置包括第一電子開關％，其帶有控制電極、工作電極和參考電極。工作電極與第一輸入端子E1耦合。此外，存在二極體 D1，其負極與電子開關％的參考電極在形成連接點N的情況下耦合。此外，該電路裝置包括帶有第一輸出端子A1和第二輸出端子A2的輸出端，在該輸出端上將輸出電壓Ua提供給放電燈La。在連接點N和第一輸出端子A1之間設置有燈電感線圈L1和點燃電感器Lz的串聯電路。在燈電感線圈L1和點燃電感器Lz之間的連接點通過電容器C1與第二輸出端子A2耦合。二極體D1的正極同樣與輸出端子A2耦合。為了測量輸出電壓UA，設置有電壓測量裝置10。與所測量的輸出電壓Ua相關的量被耦合到控制裝置12上，該控制裝置與電子開關A的控制電極耦合，以便對其進行激勵。 此外，控制裝置12與電流測量裝置14耦合，該電流測量裝置測量電流測量電阻器&上的電壓並將其提供給控制裝置12，其中電流測量電阻器耦合在二極體D1W正極和第二輸入端子 E2之間。虛線示出的是點燃電容器CZ1。控制裝置12根據本發明設計為根據所測量的輸出電壓Ua來改變開關％的關斷時間。該改變尤其進行為使得藉助來激勵開關％的頻率不同於諧振頻率及其倍數，該諧振頻率基本上通過點燃電感器Lz和第一電容器C1來限定。流過燈電感線圈L1的電流用Iu表示，流過燈La的電流用L表示，並且流過開關Q1的電流用 Iqi表不。圖2在示意圖中 示出了根據本發明的電路裝置的第二實施例，其中該電路裝置現在具有全橋拓撲。結合圖1介紹的附圖標記進一步適用於圖2的相同和作用相同的部件並且不再介紹。此外，該電路包括第二開關Q2、第三開關Q3和第四開關Q4。與開關Q1並聯連接有第二二極體d2。在第一輸入端子E1和第一輸出端子A1之間耦合有第二電容器C2。在第一開關Q1和第二開關Q2之間形成第一橋中點BM1，在第三開關Q3和第四開關Q4之間形成第二橋中點BM2。在此，點燃電感器Lz設置在第二輸出端子A2和第二橋中點BM2之間。任選地，繪出了另一點燃電容器Cz2，其可以對於點燃電容器Czi可替選地或者附加地來設置。該點燃電容器可以與兩個輸出端子ApA2並聯耦合。圖2的電路裝置的工作通過由控制裝置12相應地激勵開關Q1至Q4來進行。在此，控制裝置12在第一階段中控制開關Q4導通，開關Q3和Q2不導通。在第二階段中，開關 Q3切換為導通，開關Q4和Q1切換為不導通。第一階段和第二階段以可預先給定的第一頻率持續地交替，該第一頻率尤其是在低頻範圍中。在第一階段中開關Q1並且在第二階段中開關92以可預先給定的第二頻率交替地切換為導通和不導通，其中第二頻率尤其是在高頻範圍中。在此，根據所測量的輸出電壓Ua改變關斷時間，使得激勵頻率不同於諧振頻率及其倍數，其中諧振頻率基本上通過電容Cp C2和點燃電感Lz來限定。圖3和圖4再次說明了本發明所基於的考慮和認識。針對圖2的基本的拓撲(然而沒有根據本發明的控制)圖3示出了在通過開關Q1的電流Iqi的峰至峰調節情況下不同電流的時間變化曲線。繪出了關斷電流閾限Is。一旦通過開關的電流達到該電流值Is，則開關Iqi切換到不導通狀態。接通時間為Tea並且導致通過燈電感線圈L1的電流Iu升高。 在關斷開關Q1之後，即在燈電感線圈L1的去磁化階段中，通過燈電感線圈的電流Iu連續減小，參見此外繪出了在續流階段中、即在斷開的開關Q1情況下的電流ID1。最後，繪出了提供給放電燈La的電流該電流對應於通過燈電感線圈L1的平均電流IUiUCT。圖4示出了在輸出迴路中出現振蕩時的情況，即輸出電流L振蕩的情況。如果在輸出迴路中出現振蕩，則經過電流測量電阻器Rs的電流在振蕩的最大值的情況下得到「偏移」，即更早達到關斷時間點，並且開始將接通時間Tea降低。在振蕩的最小值的情況下，T 保持不變，即在最小值的情況下比在最大值的情況下耦合輸入更多能量。尤其是，能量以點燃電感器Lz和電容器C1W2構成的振蕩迴路的固有頻率而耦合輸入。結果，迴路起振，在最大值情況下的偏移變大，直到其高到使得在開關Q1的接通時間點(參見圖4的、)已經達到關斷閾限。由此，開關Q1不再接通。總能量在最小值的情況下被耦合輸入，迴路以其諧振頻率來激勵。換言之，調節迴路「將自己拉入振蕩中」。
權利要求
1.一種用於驅動放電燈的電路裝置，其包括-帶有第一輸入端子(E1)和第二輸入端子(E2)的輸入端，用於連接供電電壓；-第一電子開關(Q1),其具有控制電極、工作電極和參考電極，其中工作電極與第一輸入端子(E1)耦合；-第一二極體(D1),其正極與第二輸入端子(E2)耦合併且其負極與第一電子開關Oi1) 的參考電極在形成第一連接點(N)的情況下耦合；-控制裝置(12)，其與第一電子開關Oi1)的控制電極耦合，用於激勵第一電子開關 (Q1)；-帶有第一輸出端子(A1)和第二輸出端子(A2)的輸出端，用於將輸出電壓(Ua)提供給放電燈(La)；-電感器(Lz)，其與輸出端子(A1 ;Α2)之一串聯地設置；-燈電感線圈(L1),其耦合在第一連接點(N)和第一輸出端子(A1)之間；以及-第一電容器(C1),其耦合在第一輸出端子(A1)和第一二極體(D1)的正極之間；其中控制裝置(12)設計為將第一電子開關(Q1)持續地在接通時間中切換為導通並且在關斷時間中切換為不導通；其特徵在於，電路裝置此外包括用於測量輸出電壓(UA)的電壓測量裝置(10)，其中電壓測量裝置 (10)設計為在其輸出端提供信號，該信號與所測量的輸出電壓(UA)相關，其中電壓測量裝置(10)與控制裝置(12)耦合，用於將該信號傳輸給控制裝置(12)，並且其中控制裝置 (12)設計為根據所測量的輸出電壓(UA)改變關斷時間(T關斷)。
2.根據權利要求1所述的電路裝置，其特徵在於，控制裝置(12)設計為與輸出電壓 (UA)成比例地、尤其是直接或者間接成比例地改變關斷時間(T關斷)。
3.根據權利要求2所述的電路裝置，其特徵在於，控制裝置(12)設計為，在輸出電壓 (UA)增大時縮短關斷時間(I關斷),並且反之亦然。
4.根據上述權利要求之一所述的電路裝置，其特徵在於，控制裝置(12)設計為改變關斷時間(T關斷),使得適用如下式子
5.根據上述權利要求之一所述的電路裝置，其特徵在於，適用如下式子
6.根據權利要求4或者5所述的電路裝置，其特徵在於，
7.根據權利要求6所述的電路裝置，其特徵在於，
8.根據權利要求4至7之一所述的電路裝置，其特徵在於，在相應的式子中考慮由於要連接在輸出端上的放電燈(La)的阻抗導致的由第一電容器(C1)和電感器(Lz)構成的振蕩迴路的失諧。
9.根據上述權利要求之一所述的電路裝置，其特徵在於，所述電路裝置此外包括電流測量電阻器(Rs)，該電流測量電阻器耦合在第一二極體(D1)的正極和第二輸入端子(E2)之間，用於測量在第一電子開關Oi1)的導通狀態中通過第一電子開關Oi1)的電流，其中控制裝置(1 與電流測量電阻器耦合併且設計為改變接通時間(T接通)，以將電流調節到可預先給定的值。
10.根據權利要求9所述的電路裝置，其特徵在於，所述電路裝置此外包括第二電子開關似)、第三電子開關(Q4)和第四電子開關0 )，其中第一電子開關(Q2)、第二電子開關 (Q1)、第三電子開關(Q4)和第四電子開關0 )構成全橋，其中第一連接點(N)表示第一橋中點，其中所述電路裝置此外包括第二二極體(D2)，該第二二極體與第一電子開關(Q2)並聯耦合，其中第二電子開關Oi1)與第一二極體(D1)並聯耦合，其中第三電子開關(Q4)和第四電子開關0 )在形成第二連接點的情況下彼此耦合，所述第二連接點表示第二橋中點，其中第二橋中點表示第二輸出端子(A2),其中控制裝置(1 設計為激勵第一電子開關0 2)、 第二電子開關Ου、第三電子開關(Q4)和第四電子開關0 3)。
11.根據權利要求10所述的電路裝置，其特徵在於，控制裝置(1 設計為在第一階段中將第三電子開關(Q4)切換為導通，將第四電子開關0 )和第一電子開關 (Q2)切換為不導通，在第二階段中將第四電子開關0 )切換為導通，將第三電子開關(Q4)和第二電子開關 (Q1)切換為不導通，其中第一階段和第二階段以可預先給定的、尤其是在低頻範圍中的第一頻率持續地交替，其中控制裝置(1 此外設計為在第一階段中將第二電子開關Oi1)以及在第二階段中將第一電子開關( )以可預先給定的、尤其是在高頻範圍中的第二頻率交替地切換為導通和不導通，並且在此根據所測量的輸出電壓來改變關斷時間。
12.根據權利要求10或者11所述的電路裝置，其特徵在於，與第三電子開關(Q4)和第四電子開關0 )分別並聯連接有續流二極體。
13.根據上述權利要求之一所述的電路裝置，其特徵在於，電路裝置此外包括第二電容器(C2),其耦合在第一輸入端子(E1)和第一輸出端子(A1)之間。
14.一種用於驅動在電路裝置上的放電燈的方法，所述電路裝置包括帶有第一輸入端子(E1)和第二輸入端子(E2)的輸入端，用於連接供電電壓；第一電子開關Oi1)，其具有控制電極、工作電極和參考電極，其中工作電極與第一輸入端子(E1)耦合；第一二極體(D1), 其正極與第二輸入端子(E2)耦合併且其負極與第一電子開關Oi1)的參考電極在形成第一連接點(N)的情況下耦合；控制裝置(12)，其與第一電子開關Oi1)的控制電極耦合，用於激勵第一電子開關Oi1)；帶有第一輸出端子(A1)和第二輸出端子(A2)的輸出端，用於將輸出電壓⑴Α)提供給放電燈(La)；電感器(Lz)，其與輸出端子(A1 ;Α2)之一串聯地設置；燈電感線圈(L1),其耦合在第一連接點(N)和第一輸出端子(A1)之間；以及第一電容器(C1)，其耦合在第一輸出端子(A1)和第一二極體(D1)的正極之間；其中控制裝置(1 設計為將第一電子開關Oi1)持續地在接通時間中切換為導通並且在關斷時間中切換為不導通； 其特徵在於以下步驟a)測量輸出電壓(Ua)；b)將與所測量的輸出電壓(Ua)相關的信號耦合到控制裝置(12)上；以及c)通過控制裝置(12)根據所測量的輸出電壓(Ua)來改變關斷時間(T^w)。
全文摘要
本發明涉及一種用於驅動放電燈的電路裝置，其包括帶有第一輸入端子(E1)和第二輸入端子(E2)的輸入端，用於連接供電電壓；第一電子開關(Q1)，其具有控制電極、工作電極和參考電極，其中工作電極與第一輸入端子(E1)耦合；第一二極體(D1)，其正極與第二輸入端子(E2)耦合併且其負極與第一電子開關(Q1)的參考電極在形成第一連接點(N)的情況下耦合；控制裝置(12)，其與該電子開關的控制電極耦合，用於激勵第一電子開關(Q1)；帶有第一輸出端子(A1)和第二輸出端子(A2)的輸出端，用於將輸出電壓(UA)提供給放電燈(La)；電感器(LZ)，其與輸出端子(A1；A2)之一串聯地設置；燈電感線圈(L1)，其耦合在第一連接點(N)和第一輸出端子(A1)之間；以及第一電容器(C1)，其耦合在第一輸出端子(A1)和第一二極體(D1)的正極之間；其中控制裝置(12)設計為將第一電子開關(Q1)持續地在接通時間中切換為導通並且在關斷時間中切換為不導通；其中電路裝置此外包括用於測量輸出電壓(UA)的電壓測量裝置(10)，其中電壓測量裝置(10)設計為在其輸出端提供信號，該信號與所測量的輸出電壓(UA)相關，其中電壓測量裝置(10)與控制裝置(12)耦合，用於將該信號傳輸給控制裝置(12)，並且其中控制裝置(12)設計為根據所測量的輸出電壓(UA)改變關斷時間(T關斷)。此外，本發明涉及一種用於驅動放電燈的相應方法。
文檔編號H05B41/392GK102160467SQ200880131216
公開日2011年8月17日 申請日期2008年9月17日 優先權日2008年9月17日
發明者沃爾特·利默, 阿洛伊斯·布朗恩, 馬克西米利安·施米德爾 申請人:奧斯蘭姆有限公司