損耗功率減小的氣體放電燈的電子驅動設備及其運行方法
2023-07-17 02:41:01
專利名稱：損耗功率減小的氣體放電燈的電子驅動設備及其運行方法
技術領域：
本發明涉及一種用於氣體放電燈的電子驅動設備，該電子驅動設備具有變壓器， 其將輸入電壓轉換成中間電路電壓；逆變器，其具有燈扼流圈和帶有至少兩個開關的橋式電路，該開關將中間電路電壓轉換成燈電壓。
背景技術：
本發明基於一種根據獨立權利要求的類型的、用於氣體放電燈的電子驅動設備。已知有用於氣體放電燈的驅動設備，該驅動設備具有變壓器和逆變器，其中變壓器通常將輸入交流電壓轉換成較高的直流電壓、所謂的中間電路電壓，該電壓然後被逆變器轉換成交流電壓，以便使氣體放電燈運行。在已知的驅動設備中，將中間電路電壓調節到一個恆定值，以便使整個系統的調節比較簡單。如果輸入電壓是230V的交流電壓，正如輸入電壓在歐洲供電網裡常用地那樣，則中間電路電壓常常為420V。如果使具有低的燈電壓的氣體放電燈運行，則會不必要地產生許多損耗功率，這是因為輸入交流電壓必須被變壓器首先升高，以便隨後由逆變器重新降低到燈電壓。然而由於常用的氣體放電燈根據老化狀態也可以具有更高的燈電壓，因此這種高的中間電路電壓是必要的，以便能夠在所有運行點上和在所有燈電壓的情況下使氣體放電燈安全地運行。
發明內容
本發明的目的是，提出一種用於氣體放電燈的電子驅動設備，該設備具有變壓器，其將輸入電壓轉換成中間電路電壓；逆變器，其具有燈扼流圈和帶有至少兩個開關的橋式電路，該開關將中間電路電壓轉換成燈電壓，該驅動設備在所有運行點上具有較小的損耗功率。該目的根據本發明利用一種用於氣體放電燈的電子驅動設備來實現，該設備具有變壓器，其將輸入電壓轉換成中間電路電壓；逆變器，其具有燈扼流圈和帶有至少兩個開關的橋式電路，該開關將中間電路電壓轉換成燈電壓，其中驅動設備設計用於將施加在直流變壓器和逆變器之間的中間電路電壓調節到取決於燈狀態的預定值。中間電路電壓優選地是燈電壓的函數。如果對於中間電路電壓適用下列公式:UZK =UK+UL · C，那麼可以以簡單而經濟有利的方式降低驅動設備的損耗功率。Uk是中間電路電壓的安全距離的預定值，Ul是燈電壓，以及C是預定的因數。在一個可替換的實施方式中，電子驅動設備設計用於將中間電路電壓從上最大值出發一直降低，直到燈電壓正好還沒有顯示出重新點火峰值為止。重新點火峰值是電壓過高，它們可能出現在氣體放電燈5剛換向之後。以下將這樣的過程看作為換向，在該過程中電壓的極性交替，而且在該過程中因此出現強烈的電流-或電壓變化。在燈的一種基本對稱的運行方式中，電壓過零或者電流過零位於換向時間的中間。這裡要提到，電壓換向通常總是比電流換向進行的快。利用該措施可以使損耗功率最小化，但它的實施費用高。在另外一種實施方式中，驅動設備可以設計用於這樣來調節中間電路電壓，即中間電路電壓比燈電壓大一個預定值。這個措施可以簡單而經濟有利地實施。在另外一種實施方式中，驅動設備可以設計用於這樣來調節中間電路電壓，即中間電路電壓比燈電壓大一個預定值，但不小於輸入電壓加上第二個預定值。這個措施也可以簡單而經濟有利地實施。在另外一種實施方式中，中間電路電壓是燈電流的函數。這個措施也可以經濟有利地實施，這是因為燈電流由於其它的原因已經在常見的拓撲結構中被測量。在另外一種實施方式中，電子驅動設備可以設計用於將中間電路電壓從上最大值出發一直降低，直到燈電流正好在過程中還沒有顯示出擾動為止。這要求一種更加費事的測量方法，然而可以用這種運行方式使驅動設備裡的損耗功率最小化。驅動設備可以設計用於在不可預見的燈熄滅之後，相比於燈電壓提高中間電路電壓的值。利用這種措施提高了運行困難的燈的運行可靠性。此外，驅動設備可以在不可預見的燈熄滅之後將中間電路電壓的值提高到預定的最大值。這種措施使在運行困難的燈的情況下的運行可靠性最大化，但有損耗功率。變壓器優選地具有功率因數校正電路的功能。驅動設備的橋式電路優選是半橋式電路。半橋式電路具有構件少的優點，但是必須有雙倍高的中間電路電壓，並且因此提高了在電子驅動設備裡的損耗。橋式電路因此同樣也可以是全橋式電路。其優點在於需要較低的中間電路電壓，而且因此可以減小損耗。根據本發明的驅動設備的另外的有利的改進方案和設計方案可以從從屬權利要求和以下的說明中得出。
按照以下對實施例的說明以及按照附圖得出了本發明的其它優點、特徵和細節， 在附圖中相同的或者功能相同的元件採用同樣的標號。附圖所示為圖1示出了根據本發明的，具有全橋式電路和諧振點火系統的根據本發明的電子驅動設備的第一種實施方式的電路圖；圖2示出了根據本發明的，具有半橋式電路和脈衝點火系統的電子驅動設備的第二種實施方式的電路具體實施例方式圖1在示意性的視圖中示出了具有全橋式電路和諧振點火系統的根據本發明的電路布置的第一種實施方式的構造。電網輸入電壓 在變壓器裡被轉換成直流電壓、所謂的中間電路電壓Ua^變壓器12具有功率因數校正電路的功能。功率因數校正電路由控制裝置20來控制。為此在中間電路電壓和基準電位之間接入由兩個電阻R5和R6組成的分壓器，該分壓器將代表了中間電路電壓的測量值輸入控制裝置20和電壓測量裝置18裡。逆變器14與功率因數校正電路連接在一起。逆變器具有全橋式電路布置，其帶有兩個開關偶 Ql，Q2，和Q3，Q4。第一個開關Ql和第二個開關Q2形成一個半橋，並且第三個開關Q3和第四個開關Q4形成一個半橋。在兩個開關偶上施加有中間電路電壓Ua^該電壓根據實施方式大約為200至500V，並且由功率因數校正電路產生。全橋中點HB通過燈扼流圈Ld與燈 5的第一個接口連接。此外與該接口連接的還有兩個電容器Cl和C2，它們在第一種實施方式中與燈扼流圈Ld—起設計用於使流過燈的電流變得平滑。流過燈的電流用L表示，在燈上的下降的電壓用隊表示。燈5的另一個接口一方面通過第三個開關Q3與中間電路電壓 Uzk連接，另一方面通過第四個開關Q4與基準電位、在這裡是接地連接。第一個燈接口通過包括有電阻Rl和R2的第一個分壓器與基準電位連接。分壓器的用於求出與燈電壓隊相關的電壓的分接頭與電壓測量裝置18連接，以用於測量在高壓放電燈5上的電壓Ul的實際值。控制裝置20設計用於，交替地使橋式電路的第一個和第四個開關電晶體Q1，Q4以及第二個和第三個開關電晶體Q2，Q3以第一頻率接通和斷開，並且在開關偶Ql，Q4的斷開階段期間，利用第二頻率的矩形信號和可預定的接通時間來控制另一個開關偶Q2，Q3的開關 Q2，第二頻率大於第一頻率。正好相反，在另一個開關偶Q2，Q3的斷開階段期間，利用大於第一頻率的第二頻率的矩形信號和可預定的接通時間來控制開關偶Ql，Q4的開關Q1。因此在全橋中點HB上的交流電壓小於逆變器14的輸入電壓Uzko控制裝置20此外設計用於這樣控制開關電晶體QPrc，既可以調節中間電路電壓UZK。為此設計有另一個分壓器，其包括有電阻R5和R6，該另一個分壓器接入在中間電路電壓Uzk和基準電位之間。燈電壓Ul按照如下方式來測量如果開關Ql和Q4閉合，而開關Q2和Q3斷開，那麼氣體放電燈5的另一個接口通過燈扼流圈Ld位於基準電位上，而一個接口則連接於中間電路電壓的電位。燈電壓隊因此可以直接利用由電阻Rl和R2組成的第一個分壓器測量。 如果開關Q2和Q3閉合，而開關Ql和Q4斷開，那麼氣體放電燈5的接口通過燈扼流圈Ld位於基準電位上，而氣體放電燈5的另一個接口在中間電路電壓的電位上。燈電壓隊由利用 R5和R6組成的分壓器測量的中間電路電壓和在由電阻Rl和R2組成的第一個分壓器上的電壓之差來計算出。根據本發明，控制裝置20現在使燈電壓Ul與中間電路電壓Uzk相互聯繫在一起。 中間電路電壓^隨著燈電壓的降低而降低，並隨著燈電壓的升高而升高。關係可以是線性函數，例如像Uzk = UK+UL · C ;UK在這裡是在中間電路電壓和燈電壓之間的安全距離的預定值。Uk通常在^OV和320V之間。C是恆定的預定的因數，其取決於燈的類型、輸入電壓和準確的線路拓撲結構。在本實施方式中，C可以從0.8至1.2變化。根據輸入變壓器和輸入電壓的工作範圍的實施方式，可能附加地必需要使中間電路電壓Uai總是保持為比輸入電壓大一個最小值。如果在低的燈電壓時，使中間電路電壓降低，那麼逆變器14在相同的輸出電流時，產生較小的損耗，這是因為其必須從較低的輸出電壓轉換。直流變壓器12不必同時如此大地升高輸出電壓，這同樣也引起較小的損耗。如果在運行中造成燈熄滅，那麼控制裝置可以設計用於將中間電路電壓的預設值提高一個預定的量，但是也或者將中間電路電壓設定在最大值，以便防止燈熄滅。圖2在示意圖中示出了根據本發明的電路布置的第二種實施方式的結構。第二種實施方式類似於第一種實施方式，因此只是說明與第一種實施方式的區別。第二種實施方式與第一種實施方式相反，設置有半橋和脈衝點火系統。電網輸入電壓Ue在變壓器裡被轉換成直流電壓Ua^變壓器12具有功率因數校正電路的功能。功率因數校正電路由控制裝置20來控制。逆變器14與功率因數校正電路連接在一起。逆變器具有一個帶有兩個開關 Q1，Q2的半橋布置。在半橋布置中的兩個開關Ql，Q2上施加有中間電路電壓UZK。半橋中點HB通過燈扼流圈Ld和點火變壓器TR與燈5的第一個接口連接。兩個電容器C1和C2與氣體放電燈5的另一個接口連接，這些電容在該實施方式中構成了流過燈的電流的反饋。
6該電流用l·表示，在燈上的下降的電壓用隊表示。第一個燈接口通過點火變壓器TR和包括有電阻Rl和R2的第一個分壓器與基準電位連接，而燈5的第二個接口通過包括有電阻 R3和R4的第二個分壓器與基準電位連接。兩個分壓器的用於求出與燈電壓隊相關的電壓的各自的分接頭與電壓測量裝置18連接，以用於測量在高壓放電燈5上的電壓Ul的實際值。控制裝置20設計用於，交替地使第一個和第二個開關電晶體Ql，Q2，以第一頻率接通和斷開，並且在開關Ql斷開階段期間，利用大於第一頻率的第二頻率的矩形信號和可預定的接通時間來控制另一個開關Q2。正好相反，在另一個開關Q2的斷開階段中，利用大於第一頻率的第二頻率的矩形信號和可預定的接通時間來控制開關Q1。因此在半橋中點HB上的交流電壓小於逆變器14的輸入電壓Uzko控制裝置20此外設計用於，這樣控制開關電晶體QPF。，從而可以調節中間電路電壓UZK。為此如同在第一種實施方式中那樣，設計有另外一個分壓器，其包括有電阻R5和R6，分壓器接入在中間電路電壓Uzk和基準電位之間。第二個實施方式與第一個實施方式相反，設置有脈衝點火系統，而沒有諧振點火系統。因而點火變壓器TR的次級線圈串接於第一種實施方式的燈扼流圈Ld。初級線圈與點火裝置16連接，該裝置在初級側將點火能輸入至點火變壓器裡，以便產生點火脈衝。剛才所述的脈衝點火系統也常常稱為疊加點火。所有其它的常見的具有中間迴路的電路拓撲結構可替換地適合於實施所述的方法。對於已知的電路拓撲結構的例子可能是一轉換器，作為功率因數校正電路具有以下的全橋或者升壓變流器，作為功率因數校正電路具有以下的半橋/全橋。對於使直流電壓燈運行的驅動設備來說，所介紹的方法也是有利的。這樣一種驅動設備可能不具有逆變器，而只還具有一個直流變壓器。在示例性的實施方式中應用了一種氣體放電燈5，其燈電壓為85V。通常地，中間電路電SUai在歐洲設備中，在230V輸入電壓時為420V。在燈電壓為85V時，有代表性的是，將中間電路電壓Uzk降低到380V。以下表格表示了，中間電路電壓的降低如何影響損耗功率Pv
UzkUlPv420V85. 7V6. 29W400V85. 7V6. 06W380V85. 7V5. 91W因此在中間電路電壓從420V降低到380V時，損耗功率降低6%。損耗功率的這種降低在通常的電子驅動設備中引起了自加熱降低大約3°C。這樣一種降低例如使安裝在那裡的電解電容器的壽命提高25%。為了使損耗功率最小化，可以取代一種預定的線性電壓安全距離，也使用另一種方法來調節中間電路電壓。為此測量裝置應該設計用於，能夠識別出燈電壓裡的重新點火峰值。如果是這樣的話，那麼控制裝置20可以降低燈電壓，從而正好還沒有在燈電壓裡出現重新點火峰值。重新點火峰值是剛剛在氣體放電燈5換向之後可能出現的電壓過高。重新點火峰值通過電壓需求的提高而產生，這是由於電極過冷，或者由於驅動設備一側的電流供給能力過小。重新點火峰值出現在矩形電壓開始處，作為高度窄的電壓脈衝，並且可以通過適合的測量電路來識別了解。
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為了使損耗功率最小化，也可以使用另一種方法來調節中間電路電壓。在這種方法中，中間電路電壓是燈電流的函數。中間電路電壓正好降低到，使得在燈的運行期間，在燈電流裡不會確定發現有擾動。電流應該在單獨的矩形相位裡(並且因此局部地)是不變的，而且除了在換向時，沒有突變。如果電流的變化曲線呈現出不規則形狀，那麼又稍微提高中間電路電壓，直到電流變化曲線又是局部恆定的。利用這種方法使中間電路電壓保持在最低可能的水平上，以便使氣體放電燈可以安全地運行。驅動設備的損耗在此實現最小化。參考標號表
1根據本發明的電子驅動設備
5氣體放電燈
12變壓器
14逆變器
16點火裝置
18測量裝置
20控制裝置
Ue輸入電壓
^k中間電路電壓
UZKMax中間電路電壓的最大值
Ul燈電壓
TR點火變壓器
權利要求
1.一種用於氣體放電燈(5)的電子驅動設備(1)，所述電子驅動設備具有-變壓器(12)，所述變壓器將輸入電壓(Ue)轉換成中間電路電壓(Uzk)，-逆變器(14)，所述逆變器具有燈扼流圈(Ld)，並且-所述逆變器具有帶有至少兩個開關Oil，Q2)的橋式電路，所述開關將所述中間電路電壓(Uzk)轉換成燈電壓(隊)，其特徵在於，-所述驅動設備設計用於將施加在直流變壓器(1 和所述逆變器(14)之間的所述中間電路電壓(Uzk)調節到取決於燈狀態的預定值。
2.根據權利要求1所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述中間電路電壓(Uzk)是所述燈電壓(UJ的函數。
3.根據權利要求2所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，對於所述中間電路電壓適用下列公式UZK = UK+UL ·(，其中Uk是所述中間電路電壓的安全距離的預定值，隊是燈電壓，C是預定的因數。
4.根據權利要求2所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述電子驅動設備(1)設計用於將所述中間電路電壓從上最大值(Uzkmm)出發一直降低，直到所述燈電壓( )正好還沒有顯示出重新點火峰值為止。
5.根據權利要求2所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述驅動設備設計用於這樣來調節所述中間電路電壓(^)，即所述中間電路電壓比所述燈電壓( )大一個預定值。
6.根據權利要求2所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述電子驅動設備(1)設計用於這樣來調節所述中間電路電壓(Uzk)，即所述中間電路電壓是所述燈電壓( )的所述重新點火峰值的函數。
7.根據權利要求1所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述電子驅動設備(1)設計用於這樣來調節所述中間電路電壓(Uzk)，即所述中間電路電壓是燈電流的函數。
8.根據權利要求7所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述電子驅動設備(1)設計用於將所述中間電路電壓( )從上最大值(Uzkmm)出發一直降低，直到所述燈電流正好在過程中還沒有顯示出擾動為止。
9.根據前述權利要求中任一項所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述驅動設備設計用於在不可預見的燈熄滅之後，相比於所述燈電壓( )提高所述中間電路電壓(Uzk) 的值。
10.根據前述權利要求中任一項所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述驅動設備在不可預見的燈熄滅之後將所述中間電路電壓(Uzk)的值提高到預定的最大值(UZKMax)。
11.根據前述權利要求中任一項所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述變壓器 (12)具有功率因數校正電路的功能。
12.根據前述權利要求中任一項所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述橋式電路是半橋式電路。
13.根據前述權利要求中任一項所述的電子驅動設備(1)，其特徵在於，所述橋式電路是全橋式電路。
14.一種用於使電子預接裝置運行的方法，所述電子預接裝置具有變壓器(1 和逆變器(14)，其中電子驅動設備(1)設計用於使氣體放電燈運行，其特徵在於，所述驅動設備設計用於將施加在直流變壓器(12)和所述逆變器(14)之間的中間電路電壓( )調節到取決於燈狀態的預定值。
全文摘要
本發明涉及一種用於氣體放電燈的電子驅動設備，該設備具有變壓器，其將輸入電壓轉換成中間電路電壓；逆變器，其具有燈扼流圈和帶有至少兩個開關的橋式電路，該開關將中間電路電壓轉換成燈電壓，其中驅動設備設計用於將施加在直流變壓器和逆變器之間的中間電路電壓調節到取決於燈狀態的預定值。本發明同樣也涉及一種用於使驅動設備運行的方法。
文檔編號H05B41/36GK102281692SQ20111015807
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月13日 優先權日2010年6月11日
發明者于爾根·菲舍爾, 沃爾特·利默, 翰內斯·華格納, 馬克西米利安·施密德爾 申請人:歐司朗有限公司