用於操作放電燈的電路布置的製作方法
2024-03-08 11:21:15
專利名稱：用於操作放電燈的電路布置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於操作燈負載的電路布置，該電路布置包括-輸入端子，用於連接到電源電壓，-串聯布置I，包括第一開關元件和第二開關元件並連接輸入端子，-控制電路，耦合到第一開關元件和第二開關元件各自的控制電極，用於控制第一和第二開關元件的導通狀態，-串聯布置II，包括第一電路元件A和第二電路元件B並連接輸入端子，-第一負載電路，包括第一鎮流器電感和第一燈連接端子，並將開關元件之間的串聯布置I的端子N1連接到第一電路元件A和第二電路元件B之間的串聯布置II的端子。
這種電路布置是橋式直流一交流轉換器，經常用於操作高壓放電燈以及低壓放電燈。該電路布置可以是全橋或者半橋。半橋只包括兩個開關元件，這是因為第一電路元件A和第二電路元件B都是由電容器形成的。但是，全橋包括四個開關元件，這是因為第一電路元件A和第二電路元件B是由第三和第四開關元件形成的。由於需要控制取代了只有兩個開關元件的四個開關元件的導通狀態，因此全橋的控制電路比半橋的控制電路要複雜。在工作過程中，全橋的負載電路上電壓的幅值是由相同的電源電壓供電的半橋的兩倍高。結果，全橋可用來操作串聯的兩個燈，使得每個燈都承載相同的電流。如低壓放電燈通常所遇到的情況，在燈的燈電壓基本上相同的情況下，燈基本上消耗相同量的功率，並具有基本上相同的光輸出。但是，在高壓放電燈的情況下，燈電壓完全取決於燈的年齡(年齡＝燃燒的小時數)。結果，當燈的年齡不同時，串聯工作的兩個高壓燈的光輸出可完全不同。由相同的電源電壓供電的半橋的負載電路上的電壓通常不足以高到操作這種串聯布置的燈。全橋的缺點是，因為具有兩個附加的開關和更複雜的控制電路，所以要比半橋貴。作為操作全橋中串聯的兩個燈的一種可供選擇的替換方式，可以使每個都包括有燈和鎮流器電感的兩個負載電路以半橋方式並聯連接。在燈是用高頻燈電流操作的低壓汞燈的情況下，可以通過利用均壓變壓器將燈電流控制在基本上相等的值上。但是，這種變壓器是很昂貴的元件。在燈是由低頻交流電流操作的高壓燈的情況下，由於低頻要求用非常大的變壓器，因此不能用均壓變壓器來控制燈電流。不過，在不使用均壓變壓器的情況下，燈之間燈電壓的不同實際上經常會導致提供給燈的功率量的不同。
本發明的目的是提供一種電路布置，該電路布置能夠操作並聯的兩個燈使得由這兩個燈所消耗的功率的差別比較小。
因此，如在開頭的段落中所描述的電路布置的特徵在於，該電路布置包括-串聯布置III，包括端子N1、第一二極體D1和第二二極體D2，並連接第一開關元件和第二開關元件，其中端子N1位於第一二極體D1和第二二極體D2之間，-串聯布置IV，包括第三二極體D3和第四二極體D4，並連接第一開關元件和第二開關元件，-第五二極體D5，旁路第一開關元件和二極體D1，-第六二極體D6，旁路第一開關元件和二極體D3，-第七二極體D7，旁路第二開關元件和二極體D2，-第八二極體D8，旁路第二開關元件和二極體D4，-第二負載電路，包括第二鎮流器電感和第二燈連接端子，並將位於第三二極體D3和第四二極體D4之間的串聯布置IV的端子N2連接到第一電路元件A和第二電路元件B之間的串聯布置II的端子。
當根據本發明的電路布置中的導通的開關元件變成不導通狀態時，在第一和第二負載電路中的鎮流器電感使得負載電路中的電流在一短時間內保持住它們的極性，而它們的幅值減小。在這個時間段中，通過部分形成「續流二極體」的二極體D5-D8傳導負載電路的電流。在根據本發明的電路布置中，在每個負載電路中的電流在開關元件已經變成不導通狀態之後立即流過不同的「續流二極體」。結果，可獨立地操作兩個燈。已經發現，因為利用了這種獨立的操作，使得燈電壓之間的不同不會導致在燈所消耗的功率量之間存在明顯的不同。
在該階段注意到，根據本發明的電路布置可以適用於並聯的多於兩個燈的操作。對於每個附加的燈，都要在該電路布置中多設置四個二極體和一個附加的負載電路。例如，可以如下所述實現對並聯的三個燈的操作。該電路布置進一步配備一個串聯布置V，該串聯布置V連接第一和第二開關元件並包括兩個新的二極體。這兩個附加的二極體中的每個都旁路一個新的二極體和一個開關元件，並且包括有第三鎮流器電感和第三燈連接端子的第三負載電路將新的二極體之間的端子連接到第一電路元件A和第二電路元件B之間的端子上。
已經從根據本發明的電路布置的實施例中得到了好的結果，其中第一電路元件A和第二電路元件B中的每個都包括電容器。這種實施例是半橋電路，其比較便宜。已經更具體地發現，在控制電路配備有用於在低頻條件下交替地操作該電路布置工作在第一和第二工作狀態下的裝置的情況下，這種實施例非常適合於操作並聯的高壓放電燈，其中在第一工作狀態下，第一開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，而第二開關元件保持在不導通狀態下，並且在第二工作狀態下，第二開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，而第一開關元件保持在不導通狀態。這種工作模式通常被稱為「前向整流」。優選地，該電路布置配備有功率控制環，用於將由兩個燈消耗的總功率的平均值控制在所希望的值上，這種控制是通過調整第一開關元件在第一工作狀態下的每個高頻周期內變成導通狀態所經過的時間和調整第二開關元件在第二工作狀態下的每個高頻周期內變成導通狀態所經過的時間來實現的。實現的。這種功率控制環補償了該電路布置中各元件的容差。
從根據本發明的電路布置的實施例中也已經得到了好的結果，其中第一電路元件包括第三開關元件且第二電路元件包括第四開關元件，控制電路耦合到第三開關元件和第四開關元件各自的控制電極上，用於控制第三和第四開關元件的導通狀態。這種實施例是全橋電路，其允許對並聯的具有高燈電壓的燈進行獨立操作，或者允許對並聯的(具有相同的燈電壓)的兩個或多個串聯布置的燈進行交替的操作。而且從根據本發明的電路布置的這些實施例中還發現，在控制電路配備有用於在低頻條件下交替地操作該電路布置工作在第一或第二工作狀態下的裝置的情況下，這些實施例特別適合於操作並聯的高壓放電燈，其中在第一工作狀態下，第二和第三開關元件保持為不導通，而第四開關元件保持為導通，並且第一開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，並且在第二工作狀態下，第三開關元件保持為導通，而第二開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，並且第一和第四開關元件保持為不導通。而且在這些實施例中，也希望該電路布置配備有功率控制環，用以補償該電路布置中各元件的容差。
將參考附圖進一步說明根據本發明的電路布置的實施例。附圖中
圖1示出了根據本發明的電路布置的第一實施例，其上連接有兩個燈，和圖2示出了根據本發明的電路布置的第二實施例，其上連接有兩個燈。
圖1中，K1和K2是用於連接到電源電壓上的輸入端子。通過串聯布置的第一開關元件T1、二極體D1、端子N1、二極體D2和開關元件T2來連接輸入端子K1和K2。二極體D1和D2分別形成第一和第二二極體。二極體D1和D2與端子N1一起形成連接第一和第二開關元件的串聯布置III。通過串聯布置的二極體D3、端子N2和二極體D4旁路串聯布置III。二極體D3和D4分別形成第三和第四二極體。二極體D3和D4與端子N2一起形成連接第一和第二開關元件的串聯布置IV。第一開關元件T1、第二開關元件T2以及並聯布置的串聯布置III和IV一起形成串聯布置I。通過形成第五二極體的二極體D5旁路串聯布置的二極體D1和第一開關元件T1。通過形成第六二極體的二極體D6旁路串聯布置的二極體D3和第一開關元件T1。通過形成第七二極體的二極體D7旁路串聯布置的二極體D2和第二開關元件T2。通過形成第八二極體的二極體D8旁路串聯布置的二極體D4和第二開關元件T2。第一和第二開關元件各自的控制電極耦合到電路部分CC的輸出端子。圖1中，利用虛線表示這種耦合。電路部分CC是用於控制第一和第二開關元件的導通狀態的控制電路。控制電路CC的輸入端子也耦合到二極體D5-D8，用以使得控制電路CC能夠監控二極體D5-D8中的哪些(哪個)正在通電流而哪些二極體沒有導通。為了避免由於虛線太多而使圖1變得不清楚，在圖1中沒有表示出這種耦合。還利用串聯布置的電容器C3和C4連接輸入端子K1和K2。電容器C3和C4分別形成第一電路元件A和第二電路元件B。利用串聯布置的第一鎮流器電感L1、第一燈連接端子K3、高壓放電燈LA1和第一燈連接端子K4將端子N1連接到電容器C3和C4的共用端子。利用濾波電容器C1連接第一燈連接端子K3和K4。第一鎮流器電感L1、第一燈連接端子K3和K4、高壓放電燈LA1和濾波電容器C1一起形成第一負載電路。利用串聯布置的第二鎮流器電感L2、第二燈連接端子K5、高壓放電燈LA2和第二燈連接端子K6將端子N2連接到電容器C3和C4的共用端子。利用濾波電容器C2連接第二燈連接端子K5和K6。第二鎮流器電感L2、第二燈連接端子K5和K6、高壓放電燈LA2和濾波電容器C2一起形成第二負載電路。
圖1中所示的電路布置的工作如下所示。在輸入端子K1和K2連接到提供直流電壓的電源電壓的情況下，控制電路CC交替地並以低頻操作電路布置工作在第一和第二工作條件下。在第一工作狀態過程中，第一開關元件T1以高頻變成導通和不導通，而第二開關元件T2保持在不導通狀態下。當第一開關元件T1導通時，流過第一鎮流器電感的電流隨時間線性增加。同樣地，流過第二鎮流器電感的電流也隨時間線性增加，但是，由於LA1和LA2都是高壓燈，所以它們的燈電壓可能相差很多，例如由於年齡(年齡＝燃燒小時的總數)上的不同而造成的差別。在例如燈LA1的燈電壓遠小於燈LA2的情況下，這種情況導致流過第一鎮流器電感L1的電流增加得比流過第二鎮流器電感L2的電流要快。結果，當第一開關元件變成不導通狀態時，流過第一鎮流器電感L1的電流的幅值比流過第二鎮流器電感L2的電流要大。在第一開關元件T1已經變成不導通狀態之後，二極體D7傳導流過第一鎮流器電感L1的電流，二極體D8傳導流過第二鎮流器電感L2的電流。流過第一和第二鎮流器電感L1和L2的電流的極性保持不變，但它們的幅值線性減小。由於流過第二鎮流器電感的電流的幅值小於流過第一鎮流器電感的電流，所以當第一開關元件T1變成不導通狀態時，流過第二鎮流器電感的電流的幅值第一次降到零，並且二極體D8將變為不導通，而二極體D7仍導通。儘管由於存在寄生電容而會產生某些振鈴現象，但流過第二鎮流器電感的電流的幅值基本上保持為等於零，直到流過第一鎮流器電感的電流的幅值也達到零為止，這樣使得二極體D7也停止導通。當流過二極體D7和二極體D8的電流都已經降到零時，第一開關元件再次變成導通狀態。這可以在兩個二極體都已經變為不導通狀態之後立即執行(這種工作模式被稱為臨界不連續模式)，或者在兩個二極體都已經變為不導通狀態之後經過預定時間再執行(這種工作模式被稱為不連續模式)。
由於在圖1中所示的電路布置中，流過第一鎮流器電感L1的電流降到零所需的時間間隔可能(實際上幾乎一直是這樣)與流過第二鎮流器電感L2的電流降到零所需的時間間隔不同，所以高壓燈LA1的操作與高壓燈LA2的操作無關。已經發現，這種兩個燈無關的操作導致由燈所消耗的功率的量的不同比較小，即使在由於具有不同的年齡(＝燃燒時間的不同的量)而使燈具有基本上不同的燈電壓的情況下也是這樣。在每個鎮流器電感中的電流都具有三角形形狀。利用濾波電容器C1和C2，這些呈三角形的電流被轉換成流過燈LA1和LA2的連續直流電流。
在第二工作狀態過程中，第一開關元件保持在不導通狀態下，而第二開關元件以高頻變成導通和不導通狀態。當第二開關元件不導通時，二極體D5和D6承載分別流過第一鎮流器電感L1和第二鎮流器電感L2的電流。僅在二極體D5和D6都已經變為不導通狀態之後，第二開關元件T2才再次立即或者在預定時間之後變成導通狀態。在該第二工作狀態下，在每個鎮流器電感中的電流也具有三角形形狀。利用濾波電容器C1和C2，這些呈三角形的電流被轉換成流過燈LA1和LA2的連續直流電流。流過燈和鎮流器電感的電流的極性相對於第一工作狀態是相反的。
圖2中，用相同的附圖標記標記出了與圖1所示實施例中的相似的電路部分和元件對應的電路部分和元件。圖2中所示實施例的結構與圖1中所示實施例的不同僅在於，用第三開關元件T3和第四開關元件T4分別替代了電容器C3和C4。在圖2所示的實施例中，第三開關元件T3和第四開關元件T4分別形成第一電路元件A和第二電路元件B。第三開關元件T3和第四開關元件T4一起形成連接輸入端子的串聯布置II。第三開關元件T3和第四開關元件T4各自的控制電極耦合到控制電路CC的輸出端。圖2中，利用虛線表示出這種耦合。控制電路CC對應的輸入端耦合到二極體D5-D8，用以監視哪些二極體正在傳導電流而哪些二極體是不導通的。圖2中也沒有表示出這些耦合。
圖2中所示的電路布置的工作如下所示。在輸入端子K1和K2連接到提供直流電壓的電源電壓上的情況下，控制電路CC交替地並以低頻操作電路布置工作在第一和第二工作狀態下。
在第一工作狀態下，開關元件T2和T3保持為不導通，而開關元件T4保持為導通且開關元件T1以高頻變成導通和不導通。在第二工作狀態下，開關元件T3保持為導通，而開關元件T2以高頻變成導通和不導通，且開關元件T1和T4保持為不導通。由於圖2中所示的電路布置是全橋電路，所以在操作負載電路的過程中出現的電壓是在圖1所示半橋電路中的負載電路上出現的電壓的兩倍高。另外，圖2中所示實施例的工作完全類似於圖1中所示電路布置的工作。在這兩種工作狀態的每種狀態中，電路布置都工作在臨界不連續模式或不連續模式下，這導致利用濾波電容器C1和C2使流過鎮流器電感的呈三角形的電流都被轉換為連續直流燈電流。而且，在該實施例中，通過在第一工作狀態下僅在二極體D7和D8都已經變為不導通狀態後開關元件T1才變成導通，並且通過在第二工作狀態下僅在二極體D5和D6都已經變為不導通狀態後開關元件T2才變成導通，保證了這種無關的燈操作。
注意到，實際上人們希望，對於圖1中所示的實施例以及對於圖2中的實施例都安裝一用於將由兩個燈所消耗的總功率的平均值控制在所希望的值上的功率控制環，上述這種控制是通過調整第一開關元件在第一工作狀態下的每個高頻周期內變成導通狀態所經過的時間和調整第二開關元件在第二工作狀態下的每個高頻周期內變成導通狀態所經過的時間來實現的。如上所述的這種功率控制環在本領域中是非常公知的。該功率控制環保證了，儘管用在不同的實際實施例中的相似元件的電性能可能不同，但由相同電路布置的不同實際實施例所消耗的功率的總量基本上將是相同的。
權利要求
1.用於操作燈負載的電路布置，包括-輸入端子，用於連接到電源電壓，-串聯布置I，包括第一開關元件和第二開關元件並連接輸入端子，-控制電路，耦合到第一開關元件和第二開關元件各自的控制電極，用於控制第一和第二開關元件的導通狀態，-串聯布置II，包括第一電路元件A和第二電路元件B並連接輸入端子，-第一負載電路，包括第一鎮流器電感和第一燈連接端子，並將開關元件之間的串聯布置I的端子N1連接到第一電路元件A和第二電路元件B之間的串聯布置II的端子，其特徵在於，該電路布置包括-串聯布置III，包括端子N1、第一二極體D1和第二二極體D2，並連接第一開關元件和第二開關元件，其中端子N1位於第一二極體D1和第二二極體D2之間，-串聯布置IV，包括第三二極體D3和第四二極體D4，並連接第一開關元件和第二開關元件，-第五二極體D5，旁路第一開關元件和二極體D1，-第六二極體D6，旁路第一開關元件和二極體D3，-第七二極體D7，旁路第二開關元件和二極體D2，-第八二極體D8，旁路第二開關元件和二極體D4，-第二負載電路，包括第二鎮流器電感和第二燈連接端子，並將位於第三二極體D3和第四二極體D4之間的串聯布置IV的端子N2連接到第一電路元件A和第二電路元件B之間的串聯布置II的端子。
2.根據權利要求1的電路布置，其中第一電路元件A和第二電路元件B每個都包括電容器。
3.根據權利要求1的電路布置，其中第一電路元件包括第三開關元件，第二電路元件包括第四開關元件，控制電路耦合到第三開關元件和第四開關元件各自的控制電極，用於控制第三和第四開關元件的導通狀態。
4.根據權利要求2的電路布置，其中控制電路配備有用於以低頻交替地操作電路布置工作在第一和第二工作狀態下的裝置，其中在第一工作狀態下，第一開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，而第二開關元件保持為不導通狀態，並且在第二工作狀態下，第二開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，而第一開關元件保持為不導通狀態。
5.根據權利要求3的電路布置，其中控制電路配備有用於以低頻交替地操作電路布置工作在第一或第二工作狀態下的裝置，其中在第一工作狀態下，第二和第三開關元件保持為不導通狀態，而第四開關元件保持為導通狀態，並且第一開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，並且其中在第二工作狀態下，第三開關元件保持為導通狀態，而第二開關元件以高頻變成導通和不導通狀態，並且第一和第四開關元件保持為不導通狀態。
6.根據權利要求4和5的電路布置，其中電路布置配備有功率控制環，用於將由兩個燈所消耗的總功率的平均值控制在所希望的值上，這種控制是通過調整第一開關元件在第一工作狀態下的每個高頻周期內變成導通狀態所經過的時間和調整第二開關元件在第二工作狀態下的每個高頻周期內變成導通狀態所經過的時間來實現的。
全文摘要
一種採用半橋結構的直流－交流轉換器用於操作高壓放電燈以及低壓放電燈。該轉換器包括通過第一串二極體(D1、D2)和第二串二極體(D3、D4)串聯連接的兩個開關(T1－T2)，其中第一和第二燈負載(L1、L2、LA1、LA2)連接到上述第一串二極體和第二串二極體各自的中點上(N1、N2)。此外，燈負載的第二端連接到一串電容器(C 3、C4)的中點，而這串電容器還連接到電源電壓的端子(K1、K2)。該轉換器還包括四個二極體(D5、D6、D7、D8)，它們旁路開關(T1、T2)和它們對應的二極體串(D1、D2、D3、D4)。開關(T1、T2)由控制器(CC)進行控制，該控制器以低頻交替地變成這兩個開關(T1、T2)導通。在第一工作狀態下，第一開關(T1)以高頻變成導通和不導通狀態，而第二開關(T2)保持為不導通狀態，在第二工作狀態下，第二開關(T2)以高頻變成導通和不導通狀態，而第一開關(T1)保持為不導通狀態。串聯的兩個電容器(C3、C4)可以用串聯的兩個開關(T3、T4)來替代，這是為了得到轉換器的全橋結構。網絡特定的結構和其工作模式允許驅動燈負載使得由這些燈所消耗的功率的差別比較小。
文檔編號H05B41/282GK1714607SQ200380103736
公開日2005年12月28日 申請日期2003年10月28日 優先權日2002年11月21日
發明者D·H·J·范卡斯特倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司