控制至少一個低壓放電燈的電路裝置的製作方法

2024-03-08 13:56:15

專利名稱：控制至少一個低壓放電燈的電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及按照權利要求1前序部分的控制至少一個低壓放電燈的電路裝置。
例如在歐洲專利說明書EP0253224B1中披露的這種類型的電路裝置。該專利說明書描述了低壓放電燈高頻操作的電路裝置。該電路裝置有電網電壓整流器、逆變器、設計為串聯諧振電路的負載電路和為了降低電網電流諧振含量的目的而設置的諧波濾波器。諧波濾波器有在正向方向上與電網電壓整流器連接的兩個二極體的串聯電路、把二極體之間的中心抽頭連接到逆變器的電壓輸出端的電容器、以及把二極體之間的中心抽頭連接到串聯諧振電路的抽頭上的電容器。此外，諧波濾波器還有兩個二極體，該二極體與諧波濾波器的兩個二極體並聯連接，其中心抽頭與逆變器的電壓輸出端連接。
歐洲專利申請EP0679046A1披露了控制具有比較高的工作電壓的低壓放電燈的電路裝置。該電路裝置有高頻整流器電橋，該電橋阻斷平滑電容器充電，並供給逆變器使其具有逆變器轉換節律，結果，與高頻整流器電橋上遊連接的存儲電感器配合，並與配置在電網電壓整流器輸出端上的電容器配合，在與備用(back-up)電容器和負反饋電容器的相互作用中，允許在電網功率因數＞0.98的情況下的有效正弦電網電流抽取。
本發明的目的在於提供控制至少一個低壓放電燈的電路裝置，該電路裝置有用較少電部件組成的簡化的諧波濾波器。
按照本發明，通過權利要求1特徵部分的技術特徵來實現這一目的。在從屬權利要求中論述了本發明的特別有利的優選實施例。
本發明的電路裝置包括電網電壓整流器，與電網電壓整流器的DC電壓輸出端並聯連接的電容器，配有連接在下遊且設計為串聯諧振電路的負載電路的逆變器，與逆變器的DC電壓輸入端並聯連接的平滑電容器，帶有至少一個二極體和一個電容器的諧波濾波器。按照本發明，諧波濾波器的至少一個電容器的第一連接端與串聯諧振電路的諧振電容器連接，並與諧波濾波器的至少一個二極體的第一電極連接，還與電網電壓整流器的DC電壓輸出端連接。此外，諧波濾波器的至少一個電容器的第二連接端與逆變器的電壓輸出端連接，而諧波濾波器的至少一個二極體的第二電極與平滑電容器連接。
這樣，配備諧波濾波器的電路裝置與現有技術相比更簡化和更加成本有效並包括減少數量的電部件。與電網電壓整流器的DC電壓輸出端並聯連接的電容器最好按這樣的方式選定規格，即其電容至少為諧振電容器電容的0.33倍。上述電容器的電容的這種優選意味著即使在至少一個低壓放電燈上的電壓降超過平滑電容器上的電壓降，仍能確保有效地抽取正弦電網電流和相當低的諧振含量。為了避免電容器的不期望的高充電電流以及電部件上的大負載，與電網電壓整流器的DC電壓輸出端並聯連接的電容器的電容至多與諧振電容器的電容相等。
下面，利用優選的示例性實施例詳細說明本發明。附圖
表示本發明優選的示例性實施例的電路裝置的示意圖。該電路裝置有電網電壓輸入端j1、j2和與電網電壓輸入端j1、j2連接的濾波器電路，該濾波器電路包括電流補償濾波電感器L1、非電流補償濾波電感器L2和電容器C1、以及與該濾波器電路下遊連接的電網電壓整流器GL。備用電容器C2在連接點j3、j4上與電網電壓整流器GL的DC電壓輸出端並聯連接。二極體D1的正極通過連接點j3與電網電壓整流器GL的正極輸出端連接。二極體D1的負極與平滑電容器C3的正極連接端連接。平滑電容器C3的負極連接端通過連接點j4與電網電壓整流器GL的負極輸出端連接。平滑電容器C3用作自激半橋式逆變器的DC電壓源，該逆變器由兩個電晶體Q1、Q2、其驅動裝置N1、N2、N3、L3、L4、R1、R2、R4、R5和發射極電阻R3、R6以及分別與電晶體Q1和Q2中一個的集電極-發射極通路並聯連接的兩個續流二極體D2、D3組成的自激半橋式電網電壓整流器。由電晶體Q1的集電極端和電晶體Q2的發射極端或發射極電阻R5組成的半橋式逆變器Q1、Q2的DC電壓輸入端與平滑電容器C3並聯地設置。設計為串聯諧振電路的負載電路與電壓輸出端連接，就是說，與半橋式逆變器Q1、Q2的中心抽頭M連接。負載電路有屬於驅動裝置的環形鐵心變壓器的初級繞組N1，耦合電容器C4、燈電感線圈L5和諧振電容器C6，它們全都串聯連接。半橋式逆變器Q1、Q2的中心抽頭M通過初級繞組N1、耦合電容器C4、燈電感線圈L5和諧振電容器C6與二極體D1的正極連接，並與連接點j3連接。此外，該電路裝置有梯形波電容器C7，其第一連接端與二極體D1的正極連接，並與連接點j3連接，其第二連接端與半橋式逆變器Q1、Q2的中心抽頭M連接。此外，該電路裝置有包括二端交流開關DC、起動電容器C9、電阻R7和二極體D4的起動裝置，兩個串聯連接的低壓放電燈LP1、LP2的連接端j5、j6、j7、j8和輔助點火電容器C8。輔助點火電容器C8與第二低壓放電燈LP2並聯連接。輔助點火電容器C8的第一連接端通過負載電路中的節點與諧振電容器C6連接，並與燈電感線圈L5連接。輔助點火電容器C8的第二連接端與第一低壓放電燈LP1的第二電極連接，並與第二低壓放電燈LP2的第一電極連接。第一低壓放電燈LP1的第一電極通過連接端j5與二極體D1的負極連接，並與電晶體Q1的集電極連接以及與平滑電容器C3的正極連接端連接，還通過連接端j6、電阻R7、起動電容器C9與連接端j4連接，並與平滑電容器C3的負極連接端連接。第二低壓放電燈LP2的第二電極通過連接端j8與燈電感線圈L5連接，並與諧振電容器C6連接，以及與輔助點火電容器C8連接。
起動裝置用於啟動半橋式逆變器Q1、Q2的振蕩。在控制單元接通後，二端交流開關DC對電晶體Q2的基極產生觸發脈衝。為此，二端交流開關DC的一個連接端與設置於電阻R7和起動電容器C9之間的抽頭連接，而二端交流開關DC的另一連接端通過基極串聯電阻R4與電晶體Q2的基極連接。此外，設置在起動電容器C9、電阻R7和二端交流開關DC之間的上述抽頭通過正向偏置的二極體D4與半橋式逆變器Q1、Q2的中心抽頭M連接。
逆變器設計成為帶有兩個雙極電晶體Q1、Q2的自激半橋式逆變器。該逆變器基本上利用環形鐵心變壓器N1、N2、N3來驅動，該變壓器的初級繞組N1設置在負載電路中，而其次級繞組N2、N3分別設置在兩個逆變器電晶體Q1、Q2中各電晶體的基極電路上。對於兩個電晶體Q1、Q2來說，驅動裝置在每一種情況下分別有基極串聯電阻R1和R4、電感器L3和L4、以及與基極-發射極結並聯連接並改善倒相電晶體Q1、Q2開關狀態的電阻R2和R5。
在電路裝置已經接通後，由電網電壓整流器GL整流的電網電壓施加於備用電容器C2上。起動電容器C9通過二極體D1和電阻R7充電至二端交流開關DC的擊穿電壓，由此二端交流開關DC產生驅動電晶體Q2基極的觸發脈衝，從而觸發半橋式逆變器Q1、Q2的諧振開始。利用環形鐵心變壓器RK，按電晶體Q1、Q2交替接通的方式驅動電晶體Q1、Q2的基極。在電晶體Q2導通之後，起動電容器C9通過二極體D4、電晶體Q2的接通路徑和發射極電阻R6放電，直到二端交流開關DC不再產生下一個觸發脈衝的程度。其頻率由電晶體Q1、Q2的轉換周期確定的高頻交流電流流過負載電路和串聯連接的燈LP1、LP2。把其值大約對應於電網電壓峰值的1.4至1.5倍的DC電壓施加在平滑電容器C3上。耦合電容器C4大約充電至平滑電容器C3上電壓的一半。由於電晶體Q1、Q2交替接通，所以中心抽頭與平滑電容器C3的負極連接端和正極連接端交替地連接，中心抽頭的電位相應地減小或增加。結果，由電晶體轉換周期確定的高頻交流電流在負載電路中流動。在電晶體Q1、Q2的接通間隙期間，即在兩個電晶體Q1、Q2均處於截止狀態期間，存儲在燈電感線圈L5中的能量分別維持流過對應的續流二極體D2和D3的電流。燈電感線圈L5與諧振電容器C6形成串聯諧振電路。為了在低壓放電燈LP1、LP2中點火氣體放電，按這樣的方式確定電路裝置的電部件，即把增加的諧振電壓提供在諧振電容器C6上和輔助點火電容器C8上。在氣體放電已被點燃之後，用低壓放電燈LP1、LP2的放電通路的阻抗來衰減串聯的諧振電路C6、L5。
二極體D1、備用電容器C2、梯形波電容器C7和諧振電容器C6組成諧波濾波器，該諧波濾波器利用逆變器Q1、Q2的轉換周期把少量電荷送入平滑電容器C3中，並與電網電壓成正比。備用電容器C2、諧振電容器C6、梯形波電容器C7和二極體D1一起起電荷泵的作用。
如果電晶體Q2導通，那麼逆變器Q1、Q2的中心抽頭M通過電晶體Q2的導通的集電極-發射極通路與電網電壓整流器輸出端的負極連接。然後，根據由備用電容器C2上電壓的瞬間值與中心抽頭M上的電位之間的差確定的電位差，對梯形波電容器C7進行充電。其頻率為電網電壓頻率兩倍的脈動DC電壓施加於備用電容器C2上。如果電網電壓直接通過其峰值點，那麼梯形波電容器C7大約被充電至電網電壓值的1.4倍。
在隨後的電晶體Q2的截止階段，逆變器Q1、Q2的中心抽頭M處的電位以及相應地在梯形波電容器C7處的電位急劇地增加。因此，梯形波電容器C7達到比平滑電容器C3高的電位，並可以通過二極體D1放電給平滑電容器C3。
當電晶體Q1隨後導通時，中心抽頭M的電位上升至平滑電容器C3的電位。在相反的方向上使燈電感線圈L5充電。
在電晶體Q1此後的截止階段，存儲於燈電感線圈L5中的能量流入梯形波電容器C7和諧振電容器C6。然後，電晶體Q2再次導通。
以這種方式，按高頻AC電壓的每個周期和逆變器Q1、Q2的每個轉換周期，把能量注入給平滑電容器C3一次。在負載電路中流動的交變電流的頻率一般大於20kHz。注入到平滑電容器C3中的電荷部分與備用電容器C2上的電壓瞬間值成正比。
如果兩個低壓放電燈LP1、LP2的串聯電路的燈電壓峰值超過平滑電容器C3電壓的一半，那麼中心抽頭M處的電位下降，在極性顛倒的情況下，下降至連接端j4的地電位以下，而諧振電容器C6在主電壓零交叉(crossing)的區域中被再充電。在本示例性實施例中選擇的備用電容器C2和諧振電容器C6的電容規格(表I)確保諧振電容器C6主要通過備用電容器C2而基本上不是由電網來再充電。因此，可以使電網電流的諧波含量低。為了使諧振電容器C6在電網電壓零交叉期間主要通過備用電容器C2再充電，備用電容器C2的電容額定值應該至少為諧振電容器C6的電容額定值的0.33倍。為了避免過大的充電電流，備用電容器C2的電容額定值應該不超過諧振電容器C6的電容額定值。
在表I中表示優選的示例性實施例的電部件的適當規格。
本發明不限於上述詳細說明的示例性實施例。按照實例，本發明的電路裝置可以有附加部件，例如，預熱低壓放電燈LP1、LP2的燈絲電極的裝置或當燈有故障時關閉逆變器的安全關閉斷路裝置。此外，諧波濾波器還可以有至少一個正向偏置的二極體，該二極體的第一電極與電網電壓整流器的DC電壓輸出端連接，而第二電極經一連接點連接與電網電壓整流器的DC電壓輸出端並聯連接的電容器，連接諧振電容器，並連接諧波濾波器的至少一個電容器和諧波濾波器的至少一個二極體。
表I在示例性實施例中使用的電部件的規格R1、R4 8.2Ω
R2、R547ΩR3、R60.56ΩR71MΩL12*3.9mHL22*39mHL3、L410μHL51.7mHC1150nFC24.7nFC310μFC4220nFC610nFC76.8nFC8560nFC9100nFQ1、Q2BUF644D1、D2、D3、D4BYD33JN1、N2、N35∶2∶2繞組LP1、LP2 各有18W功耗的螢光燈，例如，Osram Dulux D/E 18W
權利要求
1.一種控制至少一個低壓放電燈的電路裝置，包括電網電壓整流器(GL)；電容器(C2)，與電網電壓整流器(GL)的DC電壓輸出端(+，-)並聯連接；逆變器(Q1、Q2)，配有DC電壓輸入端和電壓輸出端(M)；設計為串聯諧振電路的負載電路，該電路與逆變器(Q1、Q2)的電壓輸出端連接，對於至少一個低壓放電燈(LP1、LP2)來說，負載電路有至少一個諧振電容器(C6)、燈電感線圈(L5)和連接端(j5、j6、j7、j8)；平滑電容器(C3)，與逆變器(Q1、Q2)的DC電壓輸入端並聯連接；諧波濾波器，有至少一個二極體(D1)和至少一個電容器(C7)，其特徵在於，諧波濾波器的至少一個電容器(C7)的第一連接端與諧振電容器(C6)連接，與諧波濾波器的至少一個二極體(D1)的第一電極連接，並與電網電壓整流器(GL)的DC電壓輸出端(+，-)連接；諧波濾波器的至少一個電容器(C7)的第二連接端與逆變器(Q1、Q2)的電壓輸出端(M)連接，諧波濾波器的至少一個二極體(D1)的第二電極與平滑電容器(C3)連接。
2.如權利要求1的電路裝置，其特徵在於，與電網電壓整流器(GL)的DC電壓輸出端(+，-)並聯連接的電容器(C2)的電容額定值大於或等於諧振電容器(C6)的電容額定值的0.33倍。
3.如權利要求1的電路裝置，其特徵在於，與電網電壓整流器(GL)的DC電壓輸出端(+，-)並聯連接的電容器(C2)的電容額定值小於或等於諧振電容器(C6)的電容額定值。
4.如權利要求1的電路裝置，其特徵在於，諧波濾波器包括與電網電壓整流器(GL)的DC電壓輸出端(+，-)並聯連接的電容器(C2)、諧振電容器(C6)、至少一個電容器(C7)和至少一個二極體(D1)。
5.如權利要求1的電路裝置，其特徵在於，諧波濾波器至少還有一個二極體，該二極體的第一電極與電網電壓整流器的DC電壓輸出端連接，而第二電極與和電網電壓整流器的DC電壓輸出端並聯連接的電容器經一連接點相連，並連接諧振電容器，並連接諧波濾波器的至少一個電容器和諧波濾波器的至少一個二極體。
全文摘要
本發明涉及用逆變器(Q1、Q2)控制至少一個低壓放電燈(LP1、LP2)的電路裝置。該電路裝置有限定電網電流諧振成分的簡化的諧波濾波器。在優選的示例性實施例中,由備用電容器(C2)、二極體(D1)、梯形波電容器(C7)和諧振電容器(C6)形成諧波濾波器。
文檔編號H05B41/24GK1263430SQ0010231
公開日2000年8月16日 申請日期2000年2月12日 優先權日1999年2月11日
發明者B·魯多夫 申請人:電燈專利信託有限公司