高壓放電燈的適配電路的製作方法

2023-07-07 03:13:51 1

專利名稱:高壓放電燈的適配電路的製作方法
本發明涉及一種用於控制高壓放電燈的適配電路，它帶有用來連接一個電源的一個第一和第二輸入端，和用來連接一個高壓放電燈的高壓放電管的一個第一和第二輸出端，每個輸入又分別與輸出端相連，在第一輸入端和第一輸出端之間的連接則包括一個第一個受控半導體開關，其中在一個第一和一個第二分壓電路支路之間的連接點上接入一個控制電極。至少在連接一個電燈的情況下，使其與第一半導體開關並聯。本發明又涉及配以適配電路的一個電燈。
上述類型適配電路可以從美國專利usp3，925，705中獲得。這種現有的電路允許高壓放電燈在具有與電燈不相適應的穩定化鎮流器的設備上工作。因此，在現有的設備上，除了可對高壓放電燈的發光效率繼續進行改進外，還可以達到節省能量的目的，而同時保持所要求的照明強度。
當使用上述現有的電路時，電源電壓的變化將導致對半導體開關的控制的變化，並相應導致電燈的電流和電燈的功率的變化。不言而喻，上述電壓或電流的變化是指其相應的電壓或電流值的時間平均平方根值的變化，即所謂RMS值(均方根值)。就功率而言，所述變化則認為是相對於其時間平均值的。
在許多情況下，高壓放電燈在其壽命內表現出由於燈的老化過程中引起的在電燈電壓，電燈電流及電燈功率的變化。這種由於電源電壓變化和電燈老化引起的電燈特性的變化無疑是一種缺點。因為，一方面會使電燈的電壓隨之升高，另一方面又使適配電路的電流隨著電燈電流的增加而增加。電燈電壓的升高可導致電燈熄滅，這是因為此時電燈所需的再引弧電壓上升到高於電源電壓;而電燈電流的加大則使有較大的電流流經半導體開關，從而造成較高的半導體開關損耗。特別是，如在將上述適配電路與燈共同安裝在一個燈具中時，又會引起一些問題。
因此，本發明的目的在於是為了提供一種裝置，利用這種裝置，可至少部份地對電源電壓的變化和電燈特性的變化進行補償。為此目的，按照本發明，本文開頭一段中提到的那類適配電路，其特徵在於分壓電路的第一支路裡包括一個取決於電燈電壓的電壓源，而電壓源的極性則與加於分壓電路兩端的電壓相同。
按照本發明的適配電路，其優點在於加於電燈上的電壓影響第一受控制半導體開關的控制，其結果是可以獲得更為均勻的電燈電壓。在具有此述優點的一個適配電路的實施例中，取決於電燈電壓的電壓源是由一個相併聯的電容和電阻組成的，而這個電壓源則與第二輸出端相連。在第一半導體開關斷開(不導通)期間，電容器執行電壓源的功能，而在半導體開關閉合(導通)期間，該電容器經由第二輸出端充電到一正比於電燈電壓的電壓。並聯電阻用來確保開關斷開時由於分壓電路的電流而引起的電容器電壓的增加在第一半導體開關再次閉合的下一個期間被中和，令人驚呀的是，採用這種簡單的實施例，可以獲得對第一半導體開關的滿意的控制。
在適於工作在具有電源電壓極性周期變化的適配電路中，至少要將上述並聯組合與整流器電橋的直流電壓端相連，而此電橋的兩個交流電壓端則包括在分壓電路內。這樣，就以十分簡單的方式，實現了使決定於電燈電壓而起電壓源作用的上述並聯元件上的電壓與加在分壓電路上的電壓具有相同的極性。
為了保證電容器電壓和電燈電壓之間的比例特性，在一個適配電路的最佳實施中，使用具有第三交流電壓端的橋式整流器，並且此第三交流電壓端形成了取決於電燈電壓的電壓源和第二輸出端之間的連接部份。在上述電路結構中，取決於電燈電壓的電壓源並聯電阻同時也使得當電燈電壓的RMS值增加時，維持電容器電壓和燈電壓之間的比例關係。
因為在第一半導體開關閉合時在第二輸出端上的電壓只正比於電燈電壓，所以在加以改進的實施例中，在並聯組合和第二輸出端之間的連接包括一個開關，此開關只有當第一半導體開關閉合時才閉合。
最好的方法是，在並聯組合和第二輸出端之間的連接中再包括一個第二電阻。由此第二電阻與並聯組合的電阻一起構成了分壓電路，此分壓電路影響電燈電壓和電容電壓之間的比值。
上述開關最好是第二控制半導體開關，其電極與第一輸出端相連。於是，就以簡單而良好的方式，實現了利用瞬時電燈電壓對第二控半導體開關的控制。
對於使用了電壓和電流極性周期變化的而且頻率又相當低的電源，例如公用市電，受控半導體開關最好採用三端雙向可控矽開關元件，因為這些元件可根據電源極性的變化而自動變成非導通狀態。對其他的一些情形，例如在使用直流電壓電源時，就要求用單獨的電路把每個半導體開關轉換成非導通狀態。
現在，根據本發明，參照附圖，對一個適配電路實例進行更完整的描述。
圖1示出了一個連接一個高壓放電燈的適配電路的電路圖，
圖2示出了在圖1所示的電路中在其工作時所產生的瞬時電流和瞬時電壓的波形，
圖3示出了在電燈電壓和電燈功率之間的關係圖形，
圖4示出了在電燈電壓和再引弧電壓之間的關係的圖形，
圖5至6示出了改進的適配電路的電路圖。
在圖1中，一個交流電壓源的接線端A和B分別與適配電路3的一個第一輸入端C和一個第二輸入端D相連。在接線端B和輸入端D之間的連接中包括一個穩定化鎮流器2。適配電路配有一個第一輸出端E和一個第二個輸出端F，高壓放電管1與上述兩端接入。輸入端C、D分別與相應的輸出端E，F相連。在第一輸入端C和第一輸出端E間的連接包括一個作為第一受控半導體開關的三端雙向可控矽開關4，它的一個控制電極41則通過一個雙端交流開關這種開啟元件與分壓電路的第一支路5和第二支路6間的連接點G相連。第一支路5通過電阻器27與第一輸入端C相連。第二支路6中包括電阻器61和電容器62的並聯組合，它與第一輸出端E相連。第一支路5包括一橋式整流器的兩個交流電壓端H和I，此整流橋由二極體51，52，53和54所組成，並與電阻器55相串聯。
電阻器56和電容器57的並聯組合與第一支路5的整流電橋的直流電壓端相連。整流電橋通過二極體58，59提供一個第三交流電壓端J，由此組成了在並聯組合56，57和第二輸出端F之間的一部分連接，此連接包括一個電阻器9及與其相串聯的用作第二受控半導體開關的三端雙向可控矽開關10。此三端雙向可控矽開關10的一個控制極101通過電阻器11與第一輸端E相連。支路5和6被兩個極性相反的串接的齊納二極體串聯組合分流。三端雙向可控矽開關4的門極41通過電阻器16與輸出端E相連。三端雙向可控矽開關4也可以被電阻器17分流。
在點亮電燈時的電路的工作情況如下所述
當電燈起輝的時候，電燈的電流I1a將流徑電路的B，I，D，F，1，E，4，C，A各點。電壓V1a於是加到放電管1，結果使三端雙向可控矽開關處在導電狀態，從而就有一電流經過三端雙向可控矽開關10，電阻9和二極體59流向並聯組合電阻56和電容57，接著又流過以二極體52和電阻27為一通路和以二極體54，電阻55和電阻61為另一路所組成的並聯電路。
當輸入端C，D的瞬時電壓降至零時，電燈電流I10和電燈電壓V1a也降至零，其結果是三端雙向可控矽開關4和10均變成非導電狀態。一旦當三端雙向可控矽開關4變成非導電狀態時，全部瞬時電源電壓將在輸入端C，D上出現。事實上，穩定化鎮流器2上基本上每壓降，這是因為由於三端雙向可控矽4和10此時是處於非導通狀態，通過適配電路的電流只有輕微的增加。如果有電流的話，則將小電流將流過電阻27，齊納二極體12，13，分壓電路及電阻17。一旦在連接點G的瞬時電壓達到二端交流開關8的擊穿電壓，二端交流開關8擊穿，電容器62通過二端交流開關8和控制電極41突然放電，其結果，三端雙向可控矽開關4導通，電燈引弧，並在電路C，4，E，1，F，D中有一電流流過。出現在輸出端E和F之間的壓差也將使三端雙向可控矽10導通，在電路58，9，10中將有一小電流流過，其結果，充電電荷離開電容器57。另一方面，充電電荷將經由電路C，27，51和電路C，4，61，55，53流向電容器57。
接著，在輸入端C，D的電流和電壓將再次減少，並改變其極性，重複上述過程。電阻17用以保證在三端雙向可控矽4非導通期間，1有一小電流恆定流過電燈(所謂「維持電流」)，此電流使在放電管中的電離得以保持。這有利於限制再引弧電壓。
為了保證在電燈再引弧之後使開關10一定變成導電，在控制電極101和第二輸出端F之間再另接一個電容。
包括齊納二極體12和13的電路用以保在支路5和6之間相對於常值電壓進行分壓。
通過對適配電路的工作的描述，很明顯在電燈電流I的一個相位極性的末端還存在一殘餘電荷。這殘餘電荷和在電容器57上的相應的電壓影響在支路5和6間的分壓，並以這樣一種方式影響二端交流開關8的擊穿時刻電容器57相對於正常值的一個較大的殘餘電荷將使得二端交流開關8在較後的時刻擊穿，而電容器57的較小的殘餘電荷則會加速二端交流開關8的這個擊穿時刻的到來。
在一個常RMS值電燈電壓V1a時，電容57的殘留電荷在每個極性期間的末了具有同樣的正常值。然而，如果電燈電壓V1a的RMS值增加或減少，這就造成在電容器57上的殘留電荷的增加或減少，其結果，引起三端雙向可控矽4非導通的持續時間增加或減少。上述情況引起在電燈中的損耗的減少或增加，其結果，決定在放電管中的汽壓的溫度減少或增加，從而電燈電壓減少或增加。
為了進一步說明起見，圖2a至d示出在電源頻率一周內的電壓電流的變化，依次如下
電燈電流i1a
電源電壓Vn和在C，D端間的電壓Vcp，
電源電壓Vn和電燈電壓V1a，
電容器57上的電壓V57。
在圖2中，用tu表示半導體開關4非導通的持續時間。在電燈電壓V1a變化的情形時，再引弧電壓用Vh表示。由於通過電阻17的維持電流使電燈電壓在持續時間tu內不為零，而稍有些增加。當電阻17值為相當小時，維持電流將相當大，結果使電燈電壓V1a在時間內增至相當大的程度。
一個實際的電路情形，上述電路連接到一個220伏，50赫茲的電源上，它可使一個相當於400W損耗的高壓鈉放電管工作。電燈的填充物含含有25毫克混汞，和氙，其中混汞中鈉重量佔21%，水銀佔79%，管內壓力在300K時為45千巴。電路中元件值如下
電阻 9 47KΩ
電阻 11 15KΩ
電阻 16 1KΩ
電阻 17 4.7KΩ
電阻 27 2.2KΩ
電阻 55 22KΩ
電阻 56 470KΩ
電阻 61 100KΩ
電容器 57 0.22
電容器62 47
二極體53，54 菲力浦型BYV96E
二極體51，52，58，59，通用儀器型WL10
齊納二極體12，13，齊納電壓200V 菲力浦型BZT03
三端雙向可控矽 4 菲力浦型 BT 138
三端雙向可控矽10 菲力浦型 BT 136
二端交流開關 8 擊穿電壓32，菲力浦型 BR100。
適配電路通過一個穩定化鎮流器菲力浦型SON400W與電源相連。
在圖3中，電燈電壓V1a的RMS(均方根)值以伏特為單位表示在橫座標上，而平均電燈功率W1a以瓦特為單位表示在縱座標上。參考數字20表示為當電源電壓恆定220V，50HZ和電燈電壓V1a恆定120V時，利用如以上所述的適配電路進行工作時的實際電燈的工作點。三端雙向可控矽4則在電源電壓頻率的半周內截止0.86毫秒。參考數字21表示電源電壓已增至242伏時的同一電燈的工作點，但是用了按照原有技術的適配電路。分壓電路現在被二個極性相反的齊納二極體的串接組合用來控制第一半導體開關。在電燈使用如上所述的本發明的適配電路工作的情形時，其電源電壓為242伏時的工作點，在圖3中用參考數字22表示。在這種情況時三端雙向可控矽4在每半周內的非導通的持續時間達1.12毫秒。參考數字23和24分別表示根據原有技術的適配電路和根據本發明的適配電路工作時的同一電燈的工作點，此時電源電壓為220伏，50赫茲，而電燈電壓V有了增加。電燈電壓V1a的增加是由於把由電燈發射的熱輻射反射到放電管上。
就根據原有技術的適配電路而論，這就選成了電燈電壓增至130伏，而平均電燈功率增至350瓦。就根據本發明的適配電路的前述的實施例的工作而言，平均電燈功率減至320瓦，而電燈電壓的增加則限制在2伏左右。在這種情況下，在每半周電源電壓頻率內，三端雙向可控矽的非導通的持續時間為1.04毫秒。為了進一步作一比較，圖3示出了當不用適配電路而直接接到一個電源工作時，同一電燈的工作點。點30是電源電壓為220伏的常值均方根值時的工作點，而點31則是242伏電源電壓時的工作點。
圖4示出了表示圖3中的每個工作點的再引弧電壓值。
在圖4中的各點與圖3中的工作點之間的關係如下表所述
表
圖4中的點 相應的圖3中的工作點
25 20
26 21
27 22
28 23
29 24
32 30
33 31
圖5和6給出了修正後的適配電路。相應於圖1的那些元件用同樣的參考數字表示。
圖5示出了與圖1相比較，其中的輸入端C，D和輸出端E，F相對於三端雙向可控矽4的控制極41互換了一下。
在圖6中所示的電路裡，與圖5顯示的電路相比較其輸出端E，F置換了一下，並將它們置於第一開關4和電阻27之間。
分壓電路則與第一開關元件4和放電管1都相併聯。
權利要求
1、一個用於高壓放電燈的適配電路，它有用來連接電源的第一和第二輸入端，有用於連接高壓放電燈的高壓放電管的第一和第二輸出端，每個輸入端與相應的輸出端相連，而在第一輸入端和第一輸出端之間的連接包括一個第一受控半導體開關，此半導體開關的控制極則與分壓電路的一個第一和第二支路的連接點相連接，此分壓電路至少在一個電燈被連的情況下，是以與上述第一半導體開關相併聯的方式連接的，而如上所述的適配電路，其特徵在於分壓電路的第一支路包括一個由電燈電壓決定的電壓源，並且其電壓的極性與加於分壓電路的電壓的極性相同。
2、如權利要求
1中的適配電路，其特徵在於取決於電燈電壓的電壓源由一個電阻和電容並聯組合所組成，這個電壓源又與上述第二輸出端相連。
3、如權利要求
1或2所述的電路，適用於在一個具有周期地變化極性的電源電壓時工作，該電路特徵在於至少上述並聯組合與一個整流電橋的直流電壓端相連，同時在分壓電路中包括此電橋的兩個交流電壓端。
4、如權利要求
3中所述的電路，其特徵在於上述整流電橋具有第三交流電壓端;該第三交流電壓端組成在取決於電燈電壓的電壓源和第二輸出端之間連接的一部分。
5、如權利要求
2，3或4中所述的一個電路，其特徵在於在並聯組合和第二輸出端之間的連接包括一個電阻。
6、如權利要求
2，3，4或5中所述的一個電路，其特徵在於在並聯組合和第二輸出端之間的連接包括一個開關，此開關僅當第一半導體開關閉合時才閉合。
7、如權利要求
6中所述的一個電路，其特徵在於上述開關是一個第二受控半導體開關，此半導體開關的控制極則與上述第一輸出端相連。
專利摘要
本發明涉及一個用於通過一個與電燈(1)相串連的受控半導體開關(4)供高壓放電燈(1)工作的適配電路(3)。開關(4)的控制電路由一個分壓電路(5，6)構成。按照本發明，在電燈(1)被連的狀態時，分壓電路(5，6)與開關(4)相併聯，在分壓電路(5，6)的一個支路上包括一個電容(57)和電阻(56)的並聯組合。於是，這就獲得了加於電燈(1)的電壓的變化影響半導體開關(4)的控制，同時就有可能可以穩定由於電源電壓變化產生的和在電燈壽命期間電燈電壓變化所產生的電燈(1)損耗的功率。
文檔編號H05B41/16GK86101881SQ86101881
公開日1986年10月8日 申請日期1986年3月22日
發明者丹尼爾斯·約尼·阿曼德·約瑟芬納 申請人:菲利普白熾燈有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan