用於點燃高壓放電燈的電路裝置和方法
2023-11-08 11:24:47
專利名稱：用於點燃高壓放電燈的電路裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於點燃高壓放電燈的電路裝置，該高壓放電燈具有 帶有第一和第二主電極的主燃燒室以及具有輔助燃燒室，所述電路裝置具
有逆變器，其具有至少一個第一電子開關和至少一個笫二電子開關以及 第一和第二輸出端子；控制電路，用於控制逆變器的電子開關；點燃輔助 電路，其具有第一和第二輸入端子，其中第一輸入端子與逆變器的第一輸 出端子耦合，而第二輸入端子與逆變器的第二輸出端子耦合，還具有第一 輸出端子用於連接高壓放電燈的第一主電極，具有第二輸出端子用於連接 高壓放電燈的第二主電極，以及具有輔助電極用於感應在輔助燃燒室中的 點燃輔助電壓，其中輔助電極i殳置在第一輸出端子一側。此外，本發明還 涉及一種用於藉助這種電路裝置點燃高壓放電燈的方法，該高壓放電燈具 有帶有第一和第二主電極的主燃燒室以及具有輔助燃燒室。
背景技術：
這種類型的電路裝置例如使用在TV領域中的背投 (Rueckprojektionen )中。在此，高壓放電燈藉助恆定的矩形電流或者 成階梯狀的矩形電流來驅動。典型的驅動頻率為100Hz。為了點燃高壓放 電燈，目前使用兩種不同的變形方案 一方面，可以用比較低的開銷來實 現諧振點燃，然而該諧振點燃證實為有大的缺點熱的高壓放電燈的大約 120秒的長的再點燃時間。在諧振點燃的情況下，例如使LC迴路諧振， 並且通過諧振迴路放大係數形成的高壓被用於進行點燃。另一方面，已公 開了所謂的脈沖點燃，該脈沖點燃的特徵在於，器件如Sidac (高壓觸發 二極體)或者火花放電段(Funkenentladungsstrecke)用於擊穿。該脈衝 點燃具有10秒至20秒的較短的再點燃時間。然而帶有脈衝點燃的電路裝 置的特徵在於明顯升高的實現開銷，這導致不希望的高成本。
發明內容
因此，本發明的任務在於，改進這種類型的電路裝置或者這種類型的
5方法，使得尚熱的高壓放電燈的再點燃能夠在儘可能短的再點燃時間的情
況下以;M^儘可能低的實現成本的情況下實現。
該任務通過具有權利要求i的特徵的電路裝置以及具有權利要求9 的特徵的方法來解決。
本發明基於如下的知識當使用一種諧振點燃系統作為M，該諧振
點燃系統通過被設計用於產生極化高壓的點燃輔助電路來補充，其中該高 壓被相位正確地施加在高壓放電燈的輔助電極和對置的主電極之間以實 現最大電壓時，可以解決上述任務。為此目的，點燃輔助電路包括級聯電 路，該級聯電路在其輸出端子提供用於點燃高壓放電燈的電壓，其中級聯 電路的輸出端子由點燃輔助電路的第二輸出端子和輔助電極形成。
通過該措施，點燃輔助電路僅需針對非常小的電流來設計，這最終得 到非常可靠的點燃系統與低成本情況下的短的再點燃時間的結合。
在一個優選的實施形式中，點燃電路此外包括諧振電容器，該諧振電 容器耦合在點燃輔助電路的第一和第二輸入端子之間，其中諧振電容器的 第一端子與點燃輔助電路的第一輸出端子耦合，而諧振電容器的第二端子 與點燃輔助電路的第二輸出端子耦合。
優選的是，點燃輔助電路還包括第一級聯電容器、第一級聯二極體和 第二級聯二極體，其中諧振電容器的第一端子此外通過第一級聯電容器和
第二級聯二極體的串聯電路與輔助電極耦合，其中第一級聯電容器的連接 點與第二級聯二極體的正極以及與笫 一級聯二極體的負極耦合，並且其中 第一級聯二極體的正極與諧振電容器的第二端子耦合。由此，實現了一種 點燃級聯裝置，該點燃級聯裝置以有技巧的方式和方法產生高壓，並且將 其施加到輔助電極上。由此，在輔助燃燒室中產生了受激準分子放電
(Excimer-Entladung )，該放電引起在主燃燒室中的點燃。
在合適設計的情況下，在諧振電容器上的電壓可以大約變為三倍。基 於在諧振電容器上的大約2.5kV的電壓，相應地可以通過根據本發明的方 式產生高達7.5kV的點燃電壓。該輔助電壓在輔助電極和對置的主電極之 間。
優選的是，點燃輔助電路還包括歐姆電阻，該電阻耦合在諧振電容器 的第二端子和第二級聯二極體的負^L之間。通過這種方式，可以控制對第
一級聯電容器充電的速度以及在高壓放電燈的正常工作中維持的剩餘電
壓。在此，歐姆電阻的值也可以趨向於零。優選的是，點燃輔助電路還包括第二級聯電容器，其第一端子與第一 級聯二極體的負^合，並且其第二端子與輔助電極耦合。通過這種方式， 可以提高在輔助電極和對置的主電極之間的、由於系統而引起的電容。這 降低了電壓的波動性並且縮短了再點燃時間。
在一個優選的實施形式中，點燃輔助電路還包括適配網絡，該適配網 絡耦合在點燃輔助電路的笫 一和第二輸入端子以及諧振電容器的第 一和 第二端子之間。優選的是，適配網絡在此包括至少一個電感器、特別是笫 一和笫二電感器，其中笫一電感器串聯耦合在點燃輔助電路的第一輸入端 子和諧振電容器的笫一端子之間，並且第二電感器串f^合在點燃輔助電 路的第二輸入端子和諧振電容器的第二端子之間。所述至少一個電感器與
諧振電容器一同形成了諧振迴路，該諧振迴路是該點燃輔助電路的^5* 。 通過這種方式，還可以以簡單和損耗最小的方式來將逆變器的固定的輸出 電壓模式變形為高壓放電燈在工作中需要的電流。同時，對高壓放電燈給 出了調節其自身電壓所需的自由度，其中在剛好提供電流時產生該電壓。
此外，所述至少一個電感器作為回送濾波器(Rueckschlagsfilter)起作用， 該回送濾波器阻抑高壓放電燈對逆變器的幹擾性影響，並且同時積極地影 響逆變器本身的切換過程，
當第一級聯電容器、第一級聯二極體和第二級聯二極體形成第一級聯 級時，則此外優選可以設計的是，點燃輔助電路包括至少一個第二級聯級， 該級聯^合到笫一級聯級和笫一輸出端子、第二輸出端子和點燃電路的 輔助電極之間。通過多個級聯級的彼此連接，可以將點燃輔助電路的輸出 端子上拔 洪的電壓調節為任意高。
其他優選的實施形式由從屬權利要求中得出。
參照根據本發明的電路裝置所提及的優選的實施形式及其優點只要 可用就相應地適用於才艮據本發明的方法。
下面參照所附的附圖進一步描述根據本發明的電路裝置的實施例。其
中
圖1以示意圖示出了根據本發明的電路裝置的結構；
圖2示出了圖1的三個變量的時間變化曲線，其中笫二級聯4管通 過短路來替代；以及圖3示出了圖2的變量的時間變化曲線,其中使用了第二級聯二極體。
具體實施例方式
圖1以示意圖示出了根據本發明的電路裝置的一個實施例的結構。該 圖示出了逆變器IO，直流電壓、通常所謂的中間迴路電壓Uzw在該逆變 器的輸入端子WE1、 WE2上。逆變器10的開關S1至S4以已知的方式 被控制裝置12控制，以便在逆變器10的輸出端子WA1、 WA2之間產生 矩形信號。在一個優選的實施例中，矩形信號的頻率在30kHz到100kHz 之間。如對於本領域技術人員而言顯然的那樣，替代全橋電路，逆變器 10也可以實現為半橋電路。
逆變器10的輸出端子WA1與點燃輔助電路14的輸入端子ZE1相連， 逆變器10的輸出端子WA2與點燃輔助電路14的輸入端子ZE2相連。點 燃輔助電路14首先具有適配網絡，該適配網絡包括電感器L1和L2。它 們與諧振電容器CREs —同形成了諧振迴路。在此，電感器L1和L2可以 是兩個獨立的器件，它們可以具有相同的值，然而不必一定具有相同的值， 其中特別是兩個電感器之一可以趨近於零。特別優選的是，它們也可以通 過組合器件來實現，其中兩個繞組施加到同一個磁芯上。在此，電感器 Ll和諧振電容器Cres的連接點用連接點2表示，電感器L2和諧振電容器 Cres的連接點為連接點1。連接點2形成了點燃輔助電路14的第一輸出端 子ZA1，連接點1形成了點燃輔助電路14的輸出端子ZA2。此外，點燃 輔助電路14還具有輔助電極HiE，其設置在高壓放電燈LA的輔助燃燒 室之上，並且螺旋形地實施。點燃輔助電路14的輸出端子ZA1與高壓放 電燈LA的第一主電極HaEl連接，輸出端子ZA2與高壓放電燈LA的第 二主電極HaE2連接，使得第一和第二主電極HaEl、 HaE2被引入其主 燃燒室HaBk中。在連接點2和輔助電極HiE之間設置有第一級聯電容 器Cnvi和第二級聯二極體D2的串聯電路，其中級聯二極體D2的負極稱 為連接點3，第一波眹電容器Cma和第二級聯二&管D2之間的連接點稱 為連接點5。在連接點1和連接點5之間設置有歐姆電阻R和第一級聯二 極管D1的串聯電路，其中歐姆電阻R和^Ji二極體Dl的正極之間的連 接點稱為連接點4。在連接點4和連接點3之間可以任選地設置有第二級 聯電容器Csys。如在圖1中表明的那樣，在諧振電容器C^上下降的電壓、 即在連接點1和2之間下降的電壓被稱為電壓U12。在連接點1和第二級 聯二極體D2的負極之間、即在連接點1和3之間下降的電壓被稱為電壓
8U13。當連接點3和2之間的電壓稱為1132時，由此4艮據以下方程得到電壓 U13:
u13 = u12 一 u32。
通過這種方式來確定電壓Uu是必要的，因為電壓1113是非常高阻值 的並且由此難以測量(與電壓1112和1132相對)。
為了描述工作方式，此外參照圖2和3，其中圖2示出了當第二級聯 二極體D2通過短路來替代時電壓Uu、 U32和Uu的時間變化曲線，而圖 3示出了其中使用了第二級聯二極體D2的相應的變化曲線。此外要注意 的是，對於電壓1112、 1132和1113的共同的零線是圖2和3中所示的圖的對 應地標明的中間線。
通過包括電感器Ll和L2以及諧振電容器Cres的串聯諧振迴路，在 諧振電容器Cres上出現電壓Uu。對此，要注意以下內容通過全橋電路 在諧振頻率的三分之一、五分之一或七分之一處的運行(該諧振頻率通過
器件L1、 L2和C^限定)，將全橋電路'l^切換到形成的諧振電壓的過
零點。該切換時刻在圖2和3中通過如下方式來看出所形成的諧振電壓 具有正的或者負的最大值。在其間沒有能量輸送給諧振迴路，並且電壓根
據指數函數衰減。通過藉助矩形電壓的這種模擬，在諧振電容器C^上的 諧振電壓形成為正弦電壓。
電壓1112是無直流的正弦交流電壓。當連接點1相對於連接點2具有 正極性時，通過該電壓經用作負載電阻的歐姆電阻R和第一^:二fe管 Dl對第一級聯電容器dm充電。如果不存在二極體D2，即連接點5和3 通過短路連接，則第一級聯電容器Cn^具有基本上恆定的電荷，即電壓 1132是直流電壓，其幅度幾乎不改變，對此參見圖2中的圖。通過在電壓 1112和電壓1132之間形成差來得到電壓1113。因此，在圖2中電壓Uu相對 於電壓U12降低了 U32的數值，該電壓在第二主電極HaE2和輔助電極扭E 之間，並且通過在輔助燃燒室HiBk中產生受激準分子放電來支持點燃。
如從將圖3中的電壓U32的時間變化曲線與圖2中的電壓1132的時間 變化曲線的比較中得出的那樣，可以通過使用第二級聯二極體D2來實現 電壓1132同樣正弦形地變化，其中最小的幅度對應於圖2中的電壓U32。 通過這種方式，實現了電壓1113的時間變化曲線不再下降到零，而是形成 明顯主要的平均值(Mittelwert)。通過這種方式，非常有利於在輔助燃燒 室中出現受激準分子放電，由此相對於沒有根據本發明的點燃輔助電路的電路裝置，可以實現高達50%的再點燃時間縮短。
對於圖2和3之間的區別首先針對圖2，即沒有第二級聯二極體的 變形方案如果在笫一級聯二極體D1上有正半波，則由此對第一級聯電 容器Cnvi充電。如果在第一級聯二極體Dl上有負半波，則由此對第二級 聯電容器Csys充電。而在沒有笫二^H管D2的情況下，在第一級聯 二極體Dl上接下來為正半波時又使電容器C，放電。由此1112等於U32， 由此電壓仏3具有零。通過第二^i二極體D2防止了第二級聯電容器Csys 放電。通過這種方式，防止了1112等於1132，由此Uu現在不再具有零。
替代設置分立的第二電容器Csys，也可以將其省略，因為在輔助電 極HiE和主電極HaEl、 HaE2之間總歸存在由於系統引起的電容器。
在燈LA完全點燃之後，諧振迴路被突然地強烈衰減。該情況被逆變 器10的控制裝置12識別，隨後高壓放電燈現在以其持續工作參數來驅動。
在圖2和3中的電壓U12和U13的比較示出了 對於簡單的諧振點燃， 在沒有第二級聯二極體D2的情況下的實現已得到明顯的改進。
權利要求
1.一種用於點燃高壓放電燈(LA)的電路裝置，該高壓放電燈具有帶有第一主電極和第二主電極(HaE1，HaE2)的主燃燒室(HaBK)以及具有輔助燃燒室(HiBk)，所述電路裝置具有逆變器(10)，其具有至少一個第一電子開關和至少一個第二電子開關(S1，S2，S3，S4)以及第一輸出端子和第二輸出端子(WA1，WA2)；控制電路(12)，用於控制逆變器(10)的電子開關(S1，S2，S3，S4)；點燃輔助電路(14)，其具有第一輸入端子和第二輸入端子(ZE1，ZE2)，其中第一輸入端子(ZE1)與逆變器(10)的第一輸出端子(WA1)耦合，而第二輸入端子(ZE2)與逆變器(10)的第二輸出端子(WA2)耦合；第一輸出端子(ZA1)，用於連接高壓放電燈(LA)的第一主電極(HaE1)；第二輸出端子(ZA2)，用於連接高壓放電燈(LA)的第二主電極(HaE2)；以及輔助電極(HiE)，用於感應在輔助燃燒室(HiBk)中的點燃輔助電壓，其中輔助電極(HiE)設置在第一輸出端子(ZA1)一側；其特徵在於，點燃輔助電路(14)包括級聯電路，該級聯電路在其輸出端提供用於點燃高壓放電燈(LA)的電壓，其中級聯電路的輸出端由點燃輔助電路(14)的第二輸出端子(ZA2)和輔助電極(HiE)形成。
2. 根據權利要求l所述的電路裝置，其特徵在於，點燃輔助電路(14 )還包括諧振電容器(Cres )，該諧振電容器(Cres) 耦合在點燃輔助電路(14)的第一和第二輸入端子(ZE1， ZE2)之間， 其中諧振電容器(Cres)的第一端子與點燃輔助電路(14)的第一輸出端 子(ZA1)耦合，而諧振電容器(Cres)的第二端子與點燃輔助電路(14) 的第二輸出端子(ZA2)耦合。
3. 根據權利要求2所述的電路裝置，其特徵在於， 點燃輔助電路(14)還包括第一級聯電容器(ChvJ; 第一M二極體(Dl);和 第二級聯二極體(D2)，其中諧振電容器(Cres)的第一端子還通過第一級聯電容器(Chv》 和第二級聯二統管(D2)的串聯電路與輔助電極(HiE)耦合；其中第一級聯電容器(ChvJ的連接點(5)與笫二級聯二極體(D2) 的正極以及與第一級聯二極體(Dl)的負^合；並且其中第一級聯二極體(Dl)的正極與諧振電容器(Cres)的第二端子 耦合。
4. 根據權利要求3所述的電路裝置，其特徵在於，點燃輔助電路(14)還包括歐姆電阻(R),該歐姆電阻耦合在諧振 電容器(Cres)的第二端子和第一級聯二極體(D2)的正極之間。
5. 根據權利要求3或4所述的電路裝置，其特徵在於，點燃輔助電路(14)還包括第二級聯電容器(Csys)，其第一端子與第 一級聯二極體(Dl)的正極耦合，並且其第二端子與輔助電極(HiE)耦 合。
6. 根據上述權利要求中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，點燃輔助電路(14)還包括適配網絡(Ll， L2),該適配網絡耦合在 點燃輔助電路(14)的第一輸入端子和第二輸入端子(ZE1， ZE2)以及 諧振電容器(Cres)的第一端子和第二端子之間。
7. 根據權利要求6所述的電路裝置，其特徵在於，適配網絡還包括第一電感器和第二電感器(Ll， L2)，其中第一電感 器(Ll)串^合在點燃輔助電路(14 )的第一輸入端子(ZE1)和諧振 電容器(Cres)的第一端子之間，並且第二電感器(L2)串^l合在點燃 輔助電路(l4)的第二輸入端子(ZE2)和諧振電容器(Cres)的第二端 子之間。
8. 根據權利要求3至7中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，至少第一級聯電容器(ChvJ、第一級聯二極體(Dl)和第二級聯二 極管(D2)形成第一級聯級，其中點燃輔助電路(14)包括至少一個第 二級聯級，該第二級聯級耦合到第一級聯級和點燃輔助電路(14)的第一輸出端子(ZA1)、第二輸出端子(ZA2)和輔助電極(ffiE)之間。
9. 一種用於藉助如下電路裝置點燃高壓放電燈(LA)的方法，其中 該高壓放電燈具有帶有第一和第二主電極(HaEl， HaE2)的主燃燒室 (HaBK)以及具有輔助燃燒室(HiBk )，該電路裝置具有逆變器(10 )， 其具有至少一個第一電子開關和至少一個笫二電子開關(Sl， S2， S3， S4)以及第一輸出端子和第二輸出端子(WE1， WE2);控制電路(12)， 用於控制逆變器(10)的電子開關(S1， S2， S3， S4);點燃輔助電路(14)， 其包括第一和第二輸入端子(ZE1， ZE2)，其中第一輸入端子(ZE1) 與逆變器(10)的第一輸出端子(WA1)耦合，而第二輸入端子(ZE2) 與逆變器(10)的第二輸出端子(WA2)耦合；第一輸出端子(ZA1)， 用於連接高壓放電燈(LA)的第一主電極(HaEl);第二輸出端子(ZA2 )， 用於連接高壓放電燈(LA)的第二主電極(HaE2 );以及輔助電極(ffiE), 用於感應在輔助燃燒室(HiBk)中的點燃輔助電壓，其中輔助電極(HiE) 設置在第一輸出端子(ZA1) —側；其特徵在於，該方法包括以下步驟a)通過點燃輔助電路(14)包括的級聯電路來產生用於點燃高壓放 電燈(LA)的電壓；b )在點燃輔助電路(ZE2 )的第二輸出端子(ZA2 )和輔助電極(HiE) 之間提供用於點燃高壓放電燈(LA)的電壓。
全文摘要
一種用於點燃高壓放電燈(LA)的電路裝置和對應的方法，該高壓放電燈具有帶有第一和第二主電極(HaE1，HaE2)的主燃燒室(HaBK)以及輔助燃燒室(HiBk)，所述電路裝置具有逆變器(10)；用於控制逆變器(10)的電子開關(S1，S2，S3，S4)的控制電路；點燃輔助電路(14)，其具有第一和第二輸入端子(ZE1，ZE2)，用於連接高壓放電燈(LA)的第一主電極(HaE1)的第一輸出端子(ZA1)，用於連接高壓放電燈(LA)的第二主電極(HaE2)的第二輸出端子(ZA2)；以及輔助電極(HiE)，用於感應在輔助燃燒室(HiBk)中的點燃輔助電壓，其中輔助電極(HiE)設置在第一輸出端子的側上，並且其中點燃輔助電路(14)包括級聯電路，該級聯電路在其輸出端子提供用於點燃高壓放電燈(LA)的電壓。
文檔編號H05B41/04GK101529985SQ200680056136
公開日2009年9月9日 申請日期2006年11月28日 優先權日2006年11月28日
發明者弗裡德裡希·維察尼 申請人:奧斯蘭姆有限公司