具有調節的點火電壓的點火電路的製作方法
2023-10-10 03:30:09 2
專利名稱：具有調節的點火電壓的點火電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於為諸如高壓氣體放電燈之類的電燈產生點火脈衝的電路，並涉及用於為電燈產生點火脈衝的方法。最後，本發明也涉及具有這種點火電路(ignition circuit)的電燈鎮流器。
背景技術：
通常，所關心的此類點火電路的任務是將所謂的點火電壓脈衝傳送給電燈，這保證電源電壓的特定相位條件期間的可靠電燈點火。
從WO 97/08921，了解圖6中所示的點火電路。圖6中所示的點火電路具有用作磁鎮流器的扼流圈3，脈衝變壓器5，脈衝變壓器5的次級繞組6與扼流圈3和高壓氣體放電燈4串聯連接，並且脈衝變壓器5的初級繞組8與開關元件9串聯連接，以及脈衝電容器7，其中一側的脈衝電容器7與另一側的由初級繞組8和開關元件9構成的串聯電路形成並聯電路，該並聯電路本身與負載電阻13被串聯連接到可控開關10上。例如，可控開關10是整流橋中控制的二極體或場效應管。
此外，還有輔助點火電容器11和用於控制可控開關10的控制電路12。控制電路12在時間上依靠用於高壓放電燈4的點火脈衝的出現，控制可控開關10，點火脈衝由點火脈衝檢測器15檢測，點火脈衝檢測器15通過專用繞組14與脈衝變壓器5連接。
由此，圖6中所示的電路的功能如下最初，可控開關10打開，從而使由脈衝電容器7、脈衝變壓器5的初級繞組8和矽對稱二端開關元件9形成的並聯電路與施加在接線端1的a.c.電壓源分離。控制電路，例如ASIC，優選包含被設置為在發生電源電壓的零交叉時或電源電壓達到特定電平時運行的計數器，該特定電平對應於特定的開關角度。通過倒計數，可以確定何時達到要求的60°EL至90°EL或240°EL至270°EL之間的開關角度，即，電燈製造廠商要求的相位配置。當達到所希望的相位配置時，可控開關10閉合，從而，由於通過可控開關10的閉合，脈衝電容器7與輔助點火電容器11並聯連接，所以施加在輔助點火電容器11上的電壓短時間內降低。脈衝變壓器5的次級繞組6本身為低電阻。
在可控開關10閉合之後，產生正常的點火行為，即，通過經負載電阻13給脈衝電容器7充電，施加在脈衝電容器7上的電壓升高，從而使施加到電燈4或輔助點火電容器11上的電壓也升高。當達到矽對稱二端開關元件9的開關電壓時，它短路，並且脈衝電容器經過脈衝變壓器5的初級繞組8和矽對稱二端開關元件9放電，由此在高壓放電燈4處產生點火脈衝，該點火脈衝經過耦合的繞組14和點火脈衝檢測器15傳送到控制電路12。
由於點火脈衝的檢測，控制電路12立即打開可控開關10，從而使由脈衝電容器7、矽對稱二端開關元件9和脈衝變壓器5的初級繞組18形成的振蕩電路迅速地衰減，這是由於沒有新的能量傳送到這個振蕩電路。由此，矽對稱二端開關元件9的保持電流非常迅速地減小，這使得開關10能夠在開關10短暫的打開之後再次閉合，從而可以獲得快速點火脈衝序列。
這種電路的缺點是沒有考慮到點火電壓由於線路電容而降低。
從EP 479351 A1了解到一種自適應點火電路，該電路試圖對這一問題提供幫助。
根據這一公開的專利申請，提供兩個能夠切換的相互並聯的脈衝電容器。如果現在電路(圖1中的IV)檢測到施加在電燈本身的點火脈衝不具有足夠的幅度，那麼通過一個開關的啟動，使第二脈衝電容器接入，與目前的第一脈衝電容器並聯，眾所周知，這能夠增大電容，由此在隨後的點火過程中點火脈衝幅度相應地增大。
根據EP 479 351 A1的過程是這樣的，在一個點火過程的開始總是使用一個單一的脈衝電容器，在電燈的點火脈衝的幅度不夠的情況下，將第二電容器並聯地接入。因此提供電容的離散增加，從而也提供點火脈衝幅度的離散增加。相反，沒有造成電容的降低。
即使如此，根據EP 379 351 A1，採取這樣的措施來保證電燈中足夠的點火脈衝幅度，但是，這仍然不能使全部點火系統的容許偏差的有效補償成為可能，由於——電源電壓範圍，——線路電容，——環境溫度，——具有不同抽頭和不同結構的鎮流器(不同的製造廠商的)的使用(當前，對於每種脈衝點火裝置，必須構造完全匹配的鎮流器)，和——接地和非接地鎮流器之間的差異。
發明內容
本發明的目的是相應地提出用於改進的點火系統的技術，該技術能夠以有效的方式保證電燈上足夠的點火脈衝幅度。
更具體地講，本發明的目的在於用於點火脈衝幅度的(連續的)調節的技術，從而由於點火脈衝幅度的調節，能夠將點火電壓的希望值設置在電燈製造廠商要求的性能窗的下限附近，由此可減小鎮流器和其它組件的負載，從而有效地增加它們的操作壽命。
更精確地講，通過獨立權利要求的特徵達到上述指明的目的。從屬權利要求以特別有利的方式進一步發展了本發明的中心概念。
根據本發明的又一個方面，提供用於產生電燈點火脈衝的電路，其中該電路具有點火脈衝變壓器(如果適當，它也可在點火之後用作電燈電流的扼流圈)。此外，提供用於在該點火脈衝變壓器的初級繞組(點火繞組)中產生點火脈衝的設備，其中在該點火脈衝變壓器的次級繞組(主繞組)中變換點火脈衝。此外，提供用於檢測變換的點火脈衝的電壓值(在點火裝置的接線端LA的幅度)的裝置，和用於將變換的點火脈衝的電壓值調節到預定的參考值的設備。
通過語句「變換的點火脈衝的電壓值的調節」，從而可理解，如果產生與預定參考值的差值，那麼要根據差值的符號，對應於離開預定參考值的差值調節所述設備，以便不僅增大施加的點火脈衝的實際幅度，而且在適當的情況下也要減小點火脈衝的實際幅度。
從而，變換的點火脈衝的電壓值是可連續調節的。這允許更有效和更精確地控制施加在電燈上的點火電壓，特別是與上述EP 0 479 351 A1相比。
用於產生點火脈衝的設備可具有由脈衝電容器以及與脈衝變壓器的次級繞組和電燈並聯的開關構成的串聯電路。從而，用於調節變換的點火脈衝的電壓值的設備可將在點火時間點施加的脈衝電容器上的脈衝電壓設置為控制電壓。
例如，這可以通過開關的接通和/或斷開點的選擇來實現。在一定程度上，還可以想到的其它可能性是，如何能夠設置在點火時間點施加到脈衝電容器上的脈衝電壓(可設置電壓源，等等)。雖然根據現有技術(見EP 479351 A1)的情況，通過接入另一個脈衝電容器以離散的方式提高點火電路的電容，但本發明建議更好的方式，不改變電容而是在其位置處改變脈衝電壓，它具有的好處是可用更簡單的方式連續地實施，此外，也不用提供多個多餘的脈衝電容器。
例如，用於調節變換的點火脈衝的電壓值的設備可以控制開關的接通持續時間。
從根本上講，開關可以在任意時間點打開和閉合，但是，特別是可以在電源半波的峰值之前的時間點(如果適合，在固定的時間點)閉合，優選在緊接著的電源半波的峰值到達之前打開，並且再次重新閉合。
根據本發明的又一個方面，提供用於為電燈產生點火脈衝的電路，該電路具有點火脈衝變壓器，
用於在該點火脈衝變壓器的初級繞組產生點火脈衝的設備，上述點火脈衝在該點火脈衝變壓器的次級繞組被變換，其中該設備具有由脈衝電容器以及與該點火脈衝變壓器的次級繞組和電燈並聯的開關構成的串聯電路，其中，通過打開的開關，該脈衝電容器中的電荷基本上保持不變，並且通過閉合的開關，該脈衝電容器充電到電源電壓的當前瞬時值(current instantaneousvalue)。最後，又一個控制單元被提供，通過該控制單元，該開關的接通/斷開時間點可按照需要被設置。
該控制單元可控制該開關的接通持續時間，從而，如果合適，該接通時間點被選擇為固定地同步於該電源電壓的預定相位配置。
為了電流限制，歐姆電阻和/或電感器可被與該開關串聯連接。
根據本發明的又一個方面，提供用於為電燈產生點火脈衝的方法，其中點火脈衝被產生在點火脈衝變壓器的初級繞組中，並且在該點火脈衝變壓器的次級繞組中被變換。變換的點火脈衝的電壓值(幅度)被檢測。然後，根據被檢測的該變換的點火脈衝的電壓值，該變換的點火脈衝的電壓值被調節到預定的參考值。在這裡，也應當理解，調節包括增大和減小變換的點火脈衝的幅度的可能性。
變換的點火脈衝的電壓值可通過脈衝電容器的充電/放電過程的時間控制被調節。
該方法可具有用於脈衝電容器充電/放電的開關在電源半波的峰值之前的時間點被閉合、並且在緊接著的電源半波的峰值到達之前打開和再次閉合的步驟。
現在參考附圖和實施例，更詳細地說明本發明的進一步的特性、優點和特徵。
從而給出以下附圖圖1是根據本發明的點火電路的示意圖；
圖2和3是說明通過選擇點火電路的開關的接通持續時間來調節點火脈衝幅度的曲線圖；圖4是圖1中點火電路的更為詳細的視圖；圖5是根據本發明的點火電路的控制單元的詳細視圖；以及圖6是從WO 97/08921了解到的電路。
具體實施例方式
在圖1中，示意性地示出了用於諸如高壓氣體放電燈的鎮流器。從而將電源電壓施加到接線端L、N(L2)，在電源電壓接線端L、N之間可連接可選的補償電容器(也可以在鎮流器中提供中央補償)。此外，可以看到，鎮流器的脈衝變壓器VG，具有點火繞組ZW和連接到其上的主繞組HW，從而，在示意性示出的電燈點火之後，脈衝變壓器VG為電燈電流充當扼流圈。在脈衝變壓器VG的點火繞組ZW和用於電源電壓的接線端N(L2)之間，提供有通常用ZG表示的點火裝置(點火電路)。
從而點火脈衝變壓器VG在電燈啟動之後，充當限流扼流圈。從而，電燈一點火，點火繞組ZW和主繞組HW就以本身已知的方式起到為電燈限制電流的作用。
一方面，點火裝置ZG具有由限流電阻R1、電感器L1和脈衝電容器C1構成的串聯電路(串聯振蕩電路)。此外，點火裝置ZG具有開關S1(例如，二極體和MOSFET電晶體)，通過該開關的控制，可控制脈衝電容器C1的充電/放電過程。
從而開關S1可通過控制單元啟動，該控制單元根據比較器檢測到的參考電壓UZ-REF與檢測到的電燈LA上點火脈衝的實際幅度之間的差值，控制開關的接通/斷開過程。
在已知的方式中，為了點火，閉合開關S1(優選為二極體整流器橋中的半導體)，以便點火脈衝電流流過由點火繞組ZW、脈衝電容器C1、電感器L1和限流電阻R1構成的串聯電路。這個脈衝電流在點火脈衝變壓器VG的主繞組HW中變換到點火電壓脈衝，高壓氣體放電燈可利用該點火脈衝來點火。
關於圖1，也可以看到，一方面根據檢測到的希望值UZ-REF與電燈上點火脈衝的實際幅度之間的差值，實施開關S1的控制。另一方面，可以自然連續地改變這種控制，即，與現有技術的情況相反，可以如此控制開關S1，以便在電源半波期間，按照需要接通和斷開開關S1。眾所周知，接通代表著點火時間點。
以下參考圖2和3說明如何通過開關S1的接通和斷開行為，基本上任意並連續地改變脈衝電容器C1中的電壓，並且也相應地改變接線端LA的點火電壓。接線端LA的點火脈衝電壓的任意設置使得可以有效地補償上述點火系統的偏差(電源電壓、線路電容、環境溫度範圍、接地或非接地鎮流器，等等)。這又允許將點火脈衝幅度的希望值UZ-REF設置到稍高於電燈製造廠商需要的性能窗口的下限，由此減小鎮流器的負載，從而可顯著地增加工作壽命。
在圖2中，示出了照常在即將達到電源半波的峰值(時間點t1)之前閉合開關S1、由此在這個限定的電源電壓的相位配置處觸發至少一個點火脈衝的情況。點火電路的串聯電路(串聯振蕩電路)用脈衝電流響應於開關S1的閉合，以便補償脈衝電容器C1的電荷差。在開關S1保持閉合的同時，串聯振蕩電路R1、L1、C1振蕩，並且脈衝電容器上的電壓連續地修正到施加的電源電壓的實際值。
然後在圖2的情況下，將開關S1保持閉合相對長的時間，直到時間點t2。施加在脈衝電容器C1上的電壓基本上在整個接通時間tx內跟隨施加的電源電壓的實際值。在時間點t2，開關S1再次打開，從而基本上在脈衝電容器C1上施加電壓，並且在開關S1打開的時間中保持該電壓，這個電壓對應於時間點t2的電源電壓的值。
由於斷開時間點t2僅稍微領先下一個隨後的接通時間點(點火時間點)t3，所以脈衝電容器C1的電壓與點火時間點t3的電源電壓值之間的差相當小，這會在脈衝電容器C1上產生較小的脈衝電壓，並且相應地在接線端LA產生小的點火脈衝幅度。因此，斷開時間點t2越靠近下一個隨後的點火時間點t3(也就是說，在固定的點火時間點的情況下，開關S1的接通持續時間tx越長)，在接線端LA產生的點火脈衝的幅度越小。如果t2基本上對應於接通和點火時間點t3，或開關恆定地保持接通，那麼如果合適，可以將點火脈衝幅度設置到接近於零。
圖3示出了在接通和點火時間點t1之後，在較短的接通持續時間tx之後，開關S1已經再次在時間點t2打開，從而在這個時間點t2，脈衝電容器C1上保留電源電壓的較高的值的另一方面的情況。當此時在時間點t3發生隨後的點火(對應於開關S1的接通)而產生一個或多個點火脈衝時，由於脈衝電壓，即，保留在脈衝電容器C1上的電壓(基本上等於時間點t2的電源電壓值)與點火時間點t3的電源電壓值之間的差值很大，所以這些點火脈衝具有大的幅度(與圖2的情況相比)。
在極端的情況下，即，當在第一電源半波的峰值範圍內實施開關S1的斷開，並且，在另一方面，在隨後的電源半波的峰值範圍內實施點火時，電容器C1上的脈衝電壓呈現最大值，即，大約為電源電壓的峰值的兩倍。通過減小開關S1的接通持續時間，從而連續地提高接線端LA上的點火脈衝電壓的幅度。
無論如何，根據本發明，通過脈衝電容器的相應電荷轉移，脈衝電壓可以超過電源電壓的峰值(電壓超調)。
因此，本發明採用脈衝電容器的電壓是可設置的途徑，以便最終設置點火脈衝幅度。相反，不需要改變點火裝置ZG中的電容。從而，根據本實施例，可以通過在電源半波內選擇開關的接通和斷開時間點來確定脈衝電壓。
通常，點火時間點以及接通時間點t1根據電燈製造廠商的要求來預定。相反，根據本發明，斷開時間點t2、t2』以及接通持續時間tx可任意地改變。
參考圖4，現在將說明如何利用微控制器或ASIC U1實施點火脈衝幅度的此種調節/控制過程。
在該情況下為MOSFET電晶體M1的開關連接在具有二極體D1的半導體橋中。通過相應地選擇電阻R6預定點火電壓幅度Uzref的希望值。在ASICU1的接線端Uzin，經過測量電阻R2檢測接線端LA上的點火脈衝電壓。
輸入Ubr-in起到ASIC的內部功能的作用。
藉助(本身已知的)外部帶隙標準，調節控制邏輯電路本身的電壓Vdd和開關S1、M1的控制信號OUT的輸出驅動器的電壓Vss。
在輸入Uz-in處，可以檢測電燈的發光電壓。
此外，藉助輸入Uzin可以檢測電源電壓的零交叉。每個零交叉可以觸發控制邏輯電路中的計數過程，從而，當前的計數值則代表電源電壓的即時相位配置。這對於根據光源製造廠商的要求的接通點以及點火時間點的正確計時是特別重要的。
在控制邏輯電路中，實際調節邏輯電路是通過諸如所謂的查表實現的。這意味著，根據點火電壓比較的結果Uzref-Uzin，在控制邏輯電路中通過一種功能或這種表，預先確定在什麼時間點，或在什麼接通持續時間tx之後，通過發出對應的信號OUT，閉合和/或再次打開開關S1、M1。
權利要求
1.一種用於為電燈產生點火脈衝的電路，具有點火脈衝變壓器(VG)，用於在該點火脈衝變壓器(VG)的初級繞組產生點火脈衝的設備(ZG)，所述點火脈衝在該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組被變換，用於檢測被變換的點火脈衝的電壓值的裝置(LA)，和用於將被變換的點火脈衝的電壓值調節到預定的參考值(Uzref)的設備(U1)。
2.一種用於為電燈產生點火脈衝的電路，具有點火脈衝變壓器(VG)，用於在該點火脈衝變壓器(VG)的初級繞組產生點火脈衝的設備(ZG)，所述點火脈衝在該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組被變換，和所述被變換的點火脈衝的電壓值通過其可被增大也可被減小的設備(U1)。
3.根據權利要求1或2所述的電路，其特徵在於，所述被變換的點火脈衝的電壓值可被連續地設置。
4.根據上述權利要求中任何一項所述的電路，其特徵在於用於產生點火脈衝的該設備(ZG)，具有由脈衝電容器(C)以及與該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組和該電燈並聯的開關(S1，M1)構成的串聯電路，而且用於調節所述被變換的點火脈衝的電壓值的該設備(U1)設置在點火時間點被施加到該脈衝電容器的電壓。
5.根據權利要求4所述的電路，其特徵在於，該脈衝電容器的電壓通過該開關(S1，M1)的接通和/或斷開時間點的選擇被設置。
6.根據上述權利要求中任何一項所述的電路，其特徵在於，用於調節所述被變換的點火脈衝的電壓值的該設備(U1)，控制該開關的接通持續時間。
7.根據權利要求2至6中任何一項所述的電路，其特徵在於控制電路(U1)，該控制電路在電源半波的峰值之前的時間點閉合該開關(S1，M1)，並且在緊接著的電源半波的峰值到達之前打開和再次閉合該開關。
8.一種用於為電燈產生點火脈衝的電路，具有點火脈衝變壓器(VG)，用於在該點火脈衝變壓器(VG)的初級繞組產生點火脈衝的設備(ZG)，所述點火脈衝在該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組中被變換，其中該設備(ZG)具有由脈衝電容器(C1)以及與該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組和該電燈並聯的開關(S1，M1)構成的串聯電路，其中，通過打開的開關(S1，M1)，該脈衝電容器中的電荷基本上保持不變，並且通過閉合的開關(S1，M1)，該脈衝電容器(C1)充電到電源電壓(L，N(L2))的當前瞬時值，並且控制單元被提供，該開關的接通/斷開時間點可通過其被任意設置。
9.根據權利要求8所述的電路，其特徵在於，該控制單元控制該開關的接通持續時間，由此該接通時間點被選擇，以與該電源電壓的預定相位配置同步。
10.根據權利要求8或9所述的電路，其特徵在於，為了限流，歐姆電阻(R1)和/或電感器(L1)被串聯連接到該開關(S1，M1)。
11.根據上述權利要求中任何一項所述的電路，其特徵在於，在連接的電燈的點火被實施之後，該點火脈衝變壓器(VG)充當限制該電燈電流的扼流圈。
12.一種用於電燈的鎮流器，其特徵在於，它具有根據上述權利要求中任何一項所述的電路。
13.一種光源，具有根據權利要求12所述的鎮流器。
14.一種用於為電燈產生點火脈衝的方法，其具有如下步驟在點火脈衝變壓器(VG)的初級繞組產生點火脈衝，所述點火脈衝在該點火脈衝變壓器的次級繞組被變換，檢測所述被變換的點火脈衝的電壓值，依靠所述被變換的點火脈衝的被檢測的電壓值，將所述被變換的點火脈衝的電壓值調節到預定的參考值。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述被變換的點火脈衝的電壓值通過脈衝電容器(C1)的充電/放電過程的時間控制被調節。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其特徵在於以下步驟在電源半波的峰值之前的時間點，閉合該脈衝電容器的充電/放電開關(S1，M1)，並且在緊接著的電源半波的峰值到達之前，打開和再次閉合該開關。
17.一種用於為電燈產生點火脈衝的方法，其具有如下步驟在點火脈衝變壓器(VG)的初級繞組產生點火脈衝，所述點火脈衝在該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組被變換，其中所述點火脈衝通過由脈衝電容器(C1)以及與該點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組和該電燈並聯的開關(S1，M1)構成的串聯電路被產生，和通過打開該開關(S1，M1)，該脈衝電容器(C1)中的電荷基本上保持不變，並且通過閉合該開關(S1，M1)，該脈衝電容器(C1)充電到電源電壓的當前瞬時值，其中該開關(S1，M1)的打開和閉合時間點可被任意設置。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，該開關(S1，M1)的接通持續時間(tx)被控制從與電源相位同步的該開關(S1)的接通開始。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，該開關(S1，M1)的接通時間點與電源電壓的預定相位配置同步被實施。
全文摘要
一種用於為電燈產生點火脈衝的電路，包括點火脈衝變壓器(VG)；用於在點火脈衝變壓器(VG)的初級繞組產生其在點火脈衝變壓器(VG)的次級繞組被變換的點火脈衝的設備(ZG)；用於檢測被變換的點火脈衝的電壓值的裝置(LA)；和用於將被變換的點火脈衝的電壓值調節到預定參考值(Uz
文檔編號H05B41/04GK1781343SQ200480011390
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月16日 優先權日2003年4月30日
發明者凱·阿爾賓爵, 羅蒙·普魯諾, 漢德瑞克·海恩 申請人:三多尼克愛特克兩合股份有限公司