用於點燃放電燈的電路裝置和方法

2023-06-07 19:23:46 3

專利名稱：用於點燃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放電燈的電路裝置，該電路裝置具有激勵 裝置，在該激勵裝置的輸出端上可提供具有可預先給定的頻率的激勵信號; 逆變器，該逆變器與激勵裝置的輸出端耦合併且在該逆變器的輸出端上可 提供具有可預先給定的佔空比的方波信號；負載迴路，該負載迴路與逆變 器的輸出端耦合併且具有至少一個用於放電燈的端子；第一調節電路，該 第一調節迴路具有第一參考變量、第一^Mt變量和第一調節變量，其中第 一調節迴路具有第一時間常數；第二調節迴路，該第二調節迴路具有第二
參考變量、輔助操作變量和第二調節變量，其中第二調節迴路具有第二時 間常數。此外，本發明還涉及一種用於藉助這種電路裝置點燃放電燈的方 法。
背景技術：
高壓放電燈和低壓放電燈需要由電子鎮流器提供的高壓來點燃。如通 常已知的那樣，放電燈應用在大的溫度範圍中，例如在-25-C到+60。C的 溫度範圍中。在此出現的問題是，通常設置在負載迴路中的燈電感線圏的 電感係數與溫度有關。這樣，最大磁通密度和由此電感係數在上述的溫度 範圍中波動最大達到20%。特別有問題的是，在溫度升高時電感係數降 低。由此，燈電感線圏在溫度較高的情況下更早地i^飽和。在上述的電 感係數減少20%時，負載迴路的諧振頻率升高大約10%，其中該負載回 路的諧,用來進行點燃。因此，如果接近高頻的諧振頻率，則比在較低 的溫度情況下已更早得多地達到諧振並且由此出現大電流。這帶來了逆變 器的開關損毀的風險，其中這些開關通常特別是實現為MOSFET (金屬 氧化物半導體場效應電晶體)。
該問題在現有技術中如下地應對將燈電感線圏的飽和極PHi^擇得非 常高，使得即使在高的環境溫度的情況下也能夠可靠M免飽和。這導致 了如下不希望的缺點 一方面，考慮到飽和特性而設計得極大的電感線圏 需要許多位置，因為在正常工作中保持線圏損糾目同的情況下必須使用較大的電感線圏結構。此外，這增加了電子鎮流器的殼體大小。這兩個措施 極大地提高了電子鎮流器的成本。
然而另一方面，在相同的電感線團結構的情況下，電感線圏的較高的 飽和極限增加了電感線圏或電子鎮流器在正常工作時的損耗功率。這導致 對電子鎮流器需要較大的殼體結構，由此不會在熱負荷的情況下導致4吏用 壽命的縮短。

發明內容
因此本發明的任務在於，改進開頭所提及的電路裝置或者開頭所提及 的方法，使得其可以通過一種燈電感線圏來實現，該燈電感線圏設計得比 現有技術中的電感線圏明顯更小。該任務通過具有權利要求1的特徵的電 路裝置以及通過具有權利要求11的特徵的方法來解決。
;^發明首先基於如下知識原則上，應當實際上監控燈電壓UL的實
際值Uist並且以小的步進提高到所設計的最高電壓。而本發明尤其B於
以下知識由於在高溫時燈電感線圏的飽和而出現燈上的電壓Ut的實際
值U^t與通過電感線圏的電流lD的實際值Iw之間的非線性。由於該非線
性，所以僅僅監控電壓是不夠的，而是必須分離地監控兩個變量，因為不 再能夠從一個變量推斷出另一變量。但是由於在電感線圏飽和時電流ID 非常快速地升高，所以由於測量常數和調節常數而引起的對燈電壓"的 緩慢確定不能足夠快速地關斷逆變器開關。後者在本發明的一個實施例中 為200ns到400ps。如果激勵逆變器的開關的方波信號的接通時間U為 3jis到10^is，則這也顯示出，具有所^兌明的時間常數的、對燈電壓Ut的 調節太緩慢。如果假設調節應快到在燈電感線圏飽和之後在電流Id指數 升高時能夠足夠快地進行關斷，則獲得根據本發明的構思以調節或者監控 電感線圏電流lD的實際值Iist。後者在該實施例中可能具有100ns到200ns
的時間常數。然而，單單電感線圏電流lD的實際值Ikt的調節並未考慮燈
電壓Ul同時應逐步地升高到在所設計的點燃電壓Uz的範圍中的最大值。
於是， 一方面燈電壓UL的實際值Ukt應提高到使得任何時刻都達到點燃 電壓Uz，另一方面應同時調節電感線圏lD的實際值Iist,以使，保證在燈電
感線圏飽和時不產生會導致逆變器開關毀壞的、不希望的高電流值。
本發明以特別有技巧的方式解決了該問題兩個調節迴路(即用於調 節燈電壓的本來緩慢的調節迴路以及用於調節電感線圏電流ID的快速的
5調節迴路)彼此連接。它們尤其是連接為使得第二調節迴路的輔助調節變
量是第一調節迴路的參考變量。如果第二參考變量對應於放電燈上的電壓 的額定值，第二調節變量對應於放電燈上的電壓的實際值，第一參考變量 對應於通過電感線圏的電流的額定值並且第一調節變量對應於通過電感 線圏的電流的實際值，則換言之燈電壓的實際值被分級地提高(緩慢的調 節迴路)並且由此形成的電感線圏電流的實際值Iist的增長(快速的調節 迴路)^J^控。
如在所實現的實施例中所示的那樣，藉助該裝置，高達燈電感線圏飽 和電流的八倍到十倍的可靠調節是可能的。
因此，本發明能夠實現與溫度影響無關地產生特別恆定的點燃電壓。
另一優點在於，通過這種調節能夠與負載迴路的跨導(Steilheit)無關地 產生穩定的電壓。此外，通過本發明，部件尤其是燈電感線圏、逆變器的 MOSFET以及在電路裝置中所使用的電容器在點燃期間比現有技術承受
輕得多的負荷，由此提高了部件的使用壽命。此外，燈電感線圏可以針對 正常工作而設計得損耗更小。這意味著可以使用較小的電感線圏結構，這
又有助於節省位置並且有助於節約費用。此外，根據本發明對燈電壓的實
際值Uist的監控也能夠實現較小尺寸和較小結構的電容器，由此可以避免高壓。
針對所設想的其中第二參考變量對應於放電燈上的電壓的額定值而 第二調節變量對應於放電燈上的電壓的實際值的實施例，可替選地，當然
毫無問題地可能的是，將通過電感線圏的電流的額定值用作第二參考變量 而將通過電感線圏的電流的實際值用作第二調節變量。
優選地，第二參考變量對應於在可預先給定的時間間隔內的時間平均 值。在一個優選的實施例中，該時間間隔為200ps到lms之間。
在現有技術中已知的電路裝置中改變頻率以便達到點燃電壓，而在根 據本發明的電路裝置中優選保持頻率固定。由此，頻率可以固定地預先給 定，用於改變頻率的措施可以取消。
第一時間常數優選為10ns到1000ns，優選為100ns到200ns。第二 時間常數優選為10ps到1000ps，優選為200jis到400jas。如果將激勵逆 變器的信號的接通時間t。n(該接通時間在lps到50jis的量級，優選在3ns 到lOp之間)與此相比較，則識別出，電流調節快得多，電壓調節慢得 多。激勵逆變器開關的信號的頻率優選在30kHz到100kHz之間。第一調節迴路由此快到使得其在燈電感線圏的飽和開始之後在通過電感線圏的 電流lD指數上升時、在出現對於逆變器開關臨界的電流範圍之前能夠被 足夠快速地關斷。
如已經提及的那樣，第一調節迴路和第二調節迴路分別具有幹擾變 量，該幹擾變量首先是環境溫度。
優選地，根據本發明的電路裝置還具有點燃檢測裝置，該點燃檢測裝 置被設計為檢測放電燈的點燃，並且在檢測到點燃之後將第一調節迴路和 第二調節迴路從點燃運行切換到持續運行。
其他優選的實施形式從從屬權利要求中得到。
在前面參照根據本發明的電路裝置所描述的優選的實施形式及其優 點只要可應用就也相應地適用於才艮據本發明的方法。


從現在開始下面將參照所附的附圖更為詳細地描述根據本發明的電
路裝置的實施例。其中
圖1以示意圖示出了在根據本發明的電路裝置的第一實施例中的第
一和第二調節迴路的連接；
圖2以示意圖示出了在根據本發明的電路裝置的第二實施例中的第 一和第二調節迴路的連接；以及
圖3示出了針對圖l的實施形式相關的信號流圖。
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第一實施例的第一內
部調節迴路Ri和第二外部調節迴路Ra的連接。相應地，外部調節迴路 Ra的參考變量是未示出的放電燈的燈電壓Ul的額定值Us。u。反饋變量由 燈電壓U^的實際值Ukt形成，該^J績變量同時是外部調節迴路的調節變 量。由燈電壓Ul的額定植仏。n與實際值Ukt構成的差AU是被輸送給塊 10的調節誤差，該塊為了求平均值而包含I環節(積分器)以M或者 換算式，藉助其可以才艮據對差AU的積分確定電感線圏電流Io的額定值 Is。u。該額定值用作內部調節迴路的參考變量。在那裡首先又形成相對於電感線圏電流In的實際值Ikt的差AI,該差被輸送給塊12以^更在那裡通
過公式或者查找表形成要輸送給逆變器14的信號的接通時間的變化At。n
和由此形成該信號的佔空比的變化，其中該逆變器優選構建為具有兩個
MOSFET電晶體的半橋電路。該逆變器14對負載迴路16進行饋電，並 且在此產生電感線圏電流lD的實際值Iist。該實際值1^通過>^饋18用作 內部調節迴路Ri的反饋變量。在燈20上，尤其是在其包括諧振電容器的
電路上，由電感線圏電流lD的實際值Iist形成燈電壓l^的實際值Uist。該
實際值Uist用作外部調節迴路Ra的反饋變量。
內部調節迴路Ri的時間常數為10ns到1000ns之間，優選在100ns 到200ns之間。外部調節迴路Ra的時間常數在10fis到1000ps之間，優 選在200fis到400ps之間。
圖2以示意圖示出了本發明的具有第一調節迴路Ri和第二調節迴路 Ra的連接的第二實施例，其中參照圖1所介紹的附圖標記也繼續適用於 相同和類似的元件並且因此不再描述。然而與圖1不同的是，在此電感線
圏電流lD的實際值Ikt用作外部調節迴路Ra的調節變量。相應地，外部 調節迴路的參考變量是電感線圏電流lD的額定值Is。Ua。該變量優選在點
燃迴路的諧振電容器上被確定，該點燃迴路是負載迴路的一部分。
圖3示出了與圖1的實施例相關的信號流圖。在步驟100中起動之後， 在步驟110將額定值U鋮設置為起始值Us。llstart。在步驟120中檢查UsoU
是否小於燈上的電壓1^的最大值Un^。這是為了避免對電路裝置的損害 而應當保證不離開通常燈被點燃的範圍。如果Us。u在Umax之上，則這在
步驟130中導致中斷點燃過程。而如果Us。u在U咖x之下，則在步驟140 中由燈電壓Ul的當前的實際值Uist和預先給定的額定值Us。u形成差AU。 差AU被輸送給塊10並且在步驟150中提供電感線圏電流ID的當前的額 定值Is。 。在步驟160中，現在檢查Is。u的當前值是否小於最大電流值Imax。
如果情況不是如此，則在步驟170中中斷點燃過程。如果Is。U小於Imax，
則在步驟175中由電感線圏電流lD的額定值Is。u和實際值Iist形成差AI。 在塊12中，在步驟180中由差AI確定At。n、即持續時間的值，以便增大
逆變器開關的接通持續時間。當前的持續時間t皿於是在步驟l卯被計算。
之後，在步驟200中檢查燈是否被點燃。如果情況如此，則在步驟210 中激活持續運行。如果在步驟200中的檢查確定燈尚未被點燃，則在步驟 220中將Us。u提高可預先給定的步進寬度AUs。u並且作為當前的Us。u^L^ 饋到步驟120的入口處。通過變化的接通時間U的激勵在步驟230中通過負載迴路形成電感線圏電流lD的新的實際值Iist,該實際值在步驟170
中被反饋。通過高壓放電燈20，由電感線圏電流Io的實際值Iist在步驟
240中形成燈電壓UL的實際值Uist。
在圖3所示的實施例中，達到或超過燈電壓UL的最大值Umax以及達 到或者超過電感線圏電流Ij)的最大值1^x作為中斷標準來"i兌明。附加地
或者可替選地可以設計的是，在中斷之前在步驟130中，燈在可預先給定 的持續時間上在燈電壓Ul的最大值Umax的情況下工作，並且在超過可預
先給定的時間間隔之後才進行中斷。
權利要求
1.一種用於點燃放電燈(20)的電路裝置，該電路裝置具有-激勵裝置，在該激勵裝置的輸出端上能夠提供具有可預先給定的頻率的激勵信號；-逆變器(14)，該逆變器與激勵裝置的輸出端耦合，並且在該逆變器的輸出端上能夠提供具有可預先給定的佔空比的方波信號；-負載迴路(16)，該負載迴路與逆變器(14)的輸出端耦合併且具有用於放電燈(20)的至少一個端子，其中負載電路包括燈電感線圈，該電感線圈串聯地耦合在逆變器(14)的輸出端與用於放電燈(20)的所述至少一個端子之間；-第一調節電路(Ri)，該第一調節迴路具有第一參考變量、第一操作變量和第一調節變量，其中第一調節迴路(Ri)具有第一時間常數；-第二調節迴路(Ra)，該第二調節迴路具有第二參考變量、輔助操作變量和第二調節變量，其中第二調節迴路(Ra)具有第二時間常數；其特徵在於，第二調節迴路(Ra)的輔助操作變量是第一調節迴路(Ri)的第一參考變量，其中第一時間常數至多為第二時間常數的十分之一，以及其中第一操作變量是逆變器(14)的輸出信號的佔空比。
2. 根據權利要求1所述的電路裝置，其特徵在於，第一參考變量對 應於通過燈電感線圏的電流(ID)的額定值(Is。u)，而第一調節變量對應 於通過燈電感線圏的電流(ID)的實際值(Iist)。
3. 根據權利要求1或者2所述的電路裝置，其特徵在於，第二參考 變量對應於通過燈電感線圏的電流(ID)的額定值(Is。u)，而第二調節變 量對應於通過燈電感線圏的電流(ID)的實際值(Iist)。
4. 根據權利要求1或者2所述的電路裝置，其特徵在於，第二參考 變量對應於放電燈(20)上的電壓的額定值(Us。u),而第二調節變量對 應於放電燈(20)上的電壓的實際值(Uist)。
5. 根據權利要求3或者4所述的電路裝置，其特徵在於，第二參考 變量對應於在可預先給定的時間間隔內的時間平均值。
6. 根據上i^利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，頻率 是固定的。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，第一 時間常數為10ns到1000ns,優選為100ns到200ns。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，第二 時間常數為10ns到1000ns，優選為200fis到400jis。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，第一 調節迴路(Ri)具有第一幹擾變量，而第二調節迴路(Ra)具有第二幹擾 變量，所述幹擾變量分別是環境溫度。
10. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，該電 路裝置還具有點燃檢測裝置，該點燃檢測裝置被設計為檢測放電燈(20) 的點燃，並且在檢測到點燃之後將第一調節迴路(Ri )和第二調節迴路(Ra) 從點燃運行切換到持續運行。
11. 一種用於藉助電路裝置點燃放電燈(20)的方法，該電路裝置具 有激勵裝置，在該激勵裝置的輸出端上提供具有可預先給定的頻率的激 勵信號；逆變器(14)，該逆變器與激勵裝置的輸出端耦合，並且在在該 逆變器的輸出端上提供具有可預先給定的佔空比的方波信號；負載迴路(16)，該負載迴路與逆變器(14)的輸出端耦合，並且具有用於放電燈 (20)的至少一個端子，其中負載迴路(16)包括燈電感線圏，該電感線 圏串聯地耦合在逆變器(14)的輸出端與用於放電燈(20)的所述至少一 個端子之間；第一調節電路(Ri),該第一調節迴路具有第一參考變量、第一IMt變量和第一調節變量，其中第一調節迴路(Ri)具有第一時間常 數；第二調節迴路(Ra)，該第二調節迴路具有第二參考變量、輔助操作 變量和第二調節變量，其中第二調節迴路(Ra)具有第二時間常數；其特徵在於，所述方法包括以下步驟國將第一調節電路(Ri)和第二調節迴路(Ra)耦合，使得第二調節 迴路(Ra)的輔助調節變量是第一調節迴路(Ri)的第一參考變量；-確定第一時間常數使其至多為第二時間常數的十分之一；-4吏用逆變器(14)的輸出信號的佔空比作為第一^Mt變量。
全文摘要
本發明涉及一種用於點燃放電燈(20)的電路裝置，該電路裝置具有激勵裝置，在該激勵裝置的輸出端上能夠提供具有可預先給定的頻率的激勵信號；逆變器(14)，該逆變器與激勵裝置的輸出端耦合，並且在該逆變器的輸出端上能夠提供具有可預先給定的佔空比的方波信號；負載迴路(16)，該負載迴路與逆變器(14)的輸出端耦合併且具有用於放電燈(20)的至少一個端子；第一調節電路(Ri)，該第一調節迴路具有第一參考變量、第一操作變量和第一調節變量，其中第一調節迴路(Ri)具有第一時間常數；第二調節迴路(Ra)，該第二調節迴路具有第二參考變量、輔助操作變量和第二調節變量，其中第二調節迴路具有第二時間常數；其中第二調節迴路(Ra)的輔助操作變量是第一調節迴路(Ri)的第一參考變量，第一時間常數至多為第二時間常數的十分之一，並且其中第一操作變量是逆變器(14)的輸出信號的佔空比。此外，本發明還涉及一種藉助這種電路裝置點燃放電燈(20)的方法。
文檔編號H05B41/282GK101529991SQ200680055909
公開日2009年9月9日 申請日期2006年9月25日 優先權日2006年9月25日
發明者奧拉夫·布塞, 西格弗裡德·邁爾, 阿爾韋德·斯託姆 申請人:奧斯蘭姆有限公司