用於燈操作的電路布置和方法
2023-12-01 00:52:21 2
專利名稱：用於燈操作的電路布置和方法
技術領域：
本發明涉及用於燈操作的電路布置和方法。更具體地說，這些是藉助於本發明使其振蕩頻率可被控制和調節的自激振蕩半橋變換器。
本發明主要涉及低壓氣體放電燈的操作，因為用於這些燈的設備受主要成本壓力的支配。除了涉及預熱方面外，本發明還可用於高壓氣體放電燈的設備。本發明還能夠用於象LED的其它光源。
背景技術：
在美國電氣和電子工程師協會2001年的電源電子專家(PowerElectronics Specialists)會議上，Fengfeng Tao等人的文獻「帶有調光控制的自激振蕩電子鎮流器」描述了自激振蕩半橋變換器。在這篇文獻中的圖2中顯示了已知的帶有反饋變壓器的半橋變換器。在這篇文獻中的電子開關是MOSFET形式的。
所引用的半橋變換器被廣泛用作燈操作的電路布置，因為它只需要少量的低成本元件並且運行可靠。這種電路布置的一個缺點是由於半橋變換器的振蕩頻率是由所用的反饋裝置控制的，並且最初它沒有能力影響振蕩頻率這個事實所造成的。更具體地說，使用雙極電晶體的半橋變換器的情況是這樣的，因為雙極電晶體在強電流下被驅動，其影響是複雜的。
調節振蕩頻率的能力提供了下列優勢·半橋變換器的振蕩頻率可用來控制燈電流和燈功率。
·藉助于振蕩頻率，燈絲的預熱可被調節。
·藉助于振蕩頻率，燈的點燃過程可被諧振點燃所控制。
·半橋變換器的振蕩頻率可被設置成溫度的函數，從而使燈功率以及因此使功耗在環境溫度高或安裝條件較差時被減少。
所引用的文獻包括了上述列表的第一項。建議將激勵變壓器放在反饋變壓器的後面。現在，通過將恆定電流輸進激勵變壓器來影響振蕩頻率。輸進的電流被疊加到激勵變壓器的磁化電流上，從而使振蕩頻率被調節。這種解決方案的不利之處在于振蕩頻率依賴於激勵變壓器的磁特徵。因為這些只能被不準確地減少，這種解決方案不適於大規模生產。此外，所建議的解決方案沒有燈參數(例如燈電流和燈功率)的閉合控制環。
文獻US4,525,648(De Bijl)和US 6,346,779(Aiello)也推薦了具有影響振蕩頻率能力的自激振蕩半橋變換器。然而，再一次，這些文獻未公開任何有關燈參數(如燈電流和燈功率)的控制。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種電路布置，該電路布置提供了用於燈操作的自激振蕩半橋變換器，其中的振蕩頻率可被可靠地調節。
本發明的另一個目的是提供用於燈操作的自激振蕩半橋變換器，其中的一個燈參數可通過調節振蕩頻率而被控制。
本發明的另一個目的是詳細說明一種方法，該方法包括藉助於包含有自激振蕩半橋變換器的電路布置所進行的燈起動和操作，起動過程包括至少對燈點燃的控制。
按照本發明用於上述目的的解決方案基本上包含了電路布置，所述的電路布置包括可阻止半橋變換器中的電子開關被接通並使電子開關只在接通時間內被接通的停止裝置。接通時間可方便地視燈參數而定，從而使得控制環閉合。
在細節上，按照本發明的電路布置包括下列特徵·具有串聯連接的上部和下部電子開關的半橋布置，每個開關帶有控制接線並在它們的連接點處形成中心點，·其中有負載電流流動的負載電路被連至該中心點，·負載電路包含具有諧振頻率的電抗網絡，燈可被連至電抗網絡，·負載電路被設計成以使在所連接燈的正常操作期間以及一個電子開關打開之後，相應的另一個電子開關兩端的電壓在振鈴時間後變為零，·電路布置具有反饋裝置，該反饋裝置將來自負載電路的反饋變量與電子開關的控制接線耦合，以這樣的一種方式，即電子開關被輪流接通，·電路布置具有停止裝置，該停止裝置與電子開關的控制接線耦合併且有一個施加停止信號的輸入端，只要停止信號處於斷開狀態，該停止裝置可阻止電子開關被接通，·電路布置具有計時器，該計時器與停止裝置的輸入端耦合併產生停止信號，該停止信號可表現為接通狀態和斷開狀態，·電路布置具有觸發裝置，在振鈴時間已經消逝後但最遲在負載電流變為零時，該觸發裝置在每一情形下向計時器發出觸發信號。
被連至中心點的負載電路通常帶有燈電感器和諧振電容器。這些元件和電抗網絡的其它元件彼此相配，以使它們減少了在每一情形下在切換過程期間已經被接通的電子開關上的接通負載。這一點被實現是因為在電子開關已經被切斷之後，為了在打算接通的相應的電子開關兩端產生理想地為零的電壓，包括在電感器(如燈電感器)、電容(如寄生開關電容或所謂的緩衝電容)能量中的電荷被改變。藉助於所謂的續流二極體，這個電壓通常被鉗位。只有當電路布置是在正常模式下被操作時，針對電路布置的這個過程才會可靠地發生。這意味著通過比如燈的斷開或燈中的閃絡，電路布置在被啟動時不是處於過渡狀態。從電子開關被切斷到其它電子開關兩端的電壓變為零的時間定義為振鈴時間。在振鈴時間後，電子開關在不帶任何電壓因而也無任何負載的情形下可被接通。
反饋裝置通常包含來自負載電路的反饋變量與電子開關的控制接線的磁耦合。電流互感器可廣泛用於這種用途，該電流互感器的初級繞組檢測負載電流並且在每一情形下帶有控制電子開關的次級繞組。初級繞組被連至燈電感器也是已知的。此外，還已知的實施例中的負載電壓而不是負載電流被檢測，以用於反饋。
所有這些電路具有共同的特徵，即反饋變量在理想地切換電子開關通斷負載，並且在正反饋環中維持這種接通狀態直至反饋變量不再被傳遞給電子開關的控制輸入端為止。現有技術基本上考慮了用於這種用途的兩種機制負載電路中的諧振過程使反饋變量的極性反向；或者比如根據反饋變壓器的飽和度，反饋裝置中斷反饋變量的傳輸。
按照本發明，電子開關被接通和斷開的時間基本上不再由反饋裝置控制。無可否認，反饋裝置仍然提供能量以驅動電子開關，但是停止裝置限定了接通時間，該接通時間是電子開關可被驅動的唯一時間。按照本發明，接通時間可用來確定半橋變換器的振蕩頻率。
通過計時器輸進停止信號的輸入端，計時器控制停止裝置。當計時器傳輸斷開狀態的停止信號時，這阻止電子開關被反饋裝置驅動。按照本發明的電路布置有利地只帶有一個停止裝置，該停止裝置以相同的方式作用於半橋布置中的兩個電子開關。在接通時間期間，計時器傳輸接通狀態的停止信號，於是使電子開關被反饋裝置所驅動。
接通時間的開始由觸發裝置藉助於被發送給計時器的觸發信號來確定。計時器一接收到觸發信號，它就在接通時間內將停止信號切換至接通狀態。觸發裝置從負載電路的特徵變量中獲得觸發信號。正如上面所描述的，最早的傳輸觸發信號的時間是振鈴時間的結尾。在這個時間之後，打算在半橋布置中輸送負載電流的下一個電子開關可在無任何負載的情況下被接通。這個時間之後是續流階段，其間負載電流由上述續流二極體傳送。當負載電流的極性被改變時(也就是說當負載電流過零點發生時)，續流階段結束。在過零點之後，電子開關不得不傳送負載電流。如果間斷操作不是預期的，則觸發裝置最遲不遲於這個時間必須向計時器發送觸發信號。總之，觸發信號應當在續流階段被發送。在這種情形下，應當注意的是由於雙極電晶體的所謂動態飽和電壓，使接通後的傳導損耗不是即刻最佳的。為了減少電晶體損耗，觸發信號因此應當在續流階段結束前的某個時間被發送。
正如所述的，半橋變換器的振蕩頻率藉助於接通時間可被調節。如果目標是控制電路布置的電輸出變量(如燈功率或燈電流)，則接通時間有利地依賴於受控制的變量。這個變量通常由測量裝置檢測，並且作為受控變量被傳遞給計時器。計時器將接通時間設置成受控變量的函數，從而閉合了控制環。例如，如果燈電流上升，則計時器縮短接通時間，以使半橋變換器的振蕩頻率上升，並再次減少燈電流。
然而，曾被提到的控制環只在燈操作期間可被閉合。所連接的燈被正確操作的燈操作在起動模式之後進行。為了在燈中起動氣體放電，起動模式是必需的；起動模式包括至少一個點燃模式，在點燃模式中點燃電壓在燈兩端生成。
控制環不能在起動模式下操作，因為沒有有價值的受控變量可用。因此，選擇開關被方便地添加到按照本發明的電路布置中並由序列控制器來控制。序列控制器最初將選擇開關置於起動模式，以使負責設置接通時間的計時器的輸入端與用於時間預置的第一裝置耦合。用於時間預置的第一裝置使用計時器來限定固定接通時間，固定接通時間被如此選擇以使點燃電壓在還未被點燃的所連接的燈兩端生成，這個點燃電壓適於點燃燈。為了產生點燃電壓，優選的是激勵電抗網絡的諧振頻率。最簡單的情形下，這是包含燈電感器和諧振電容器的串聯電路的諧振頻率。當半橋變換器的振蕩頻率與電抗網絡的諧振頻率相配時，則在諧振頻率的一個四分之一周期持續時間內、在每一情形下一個電子開關傳送負載電流。如果從負載電流的過零點開始計算接通時間的話，則半橋變換器在諧振頻率處振蕩，即使接通時間是諧振頻率的一個四分之一周期持續時間。如果觸發信號甚至是在負載電流的過零點之前被發送，則接通時間以相應的方式被延長。這個分析忽略了在半橋布置中使用的雙極電晶體的存儲時間。接通時間也許需要通過存儲時間而被縮短。為了減少電子開關上的切換負載，半橋變換器必須以所謂的感應模式來操作。這意味著半橋變換器的振蕩頻率必須高於諧振頻率。因此，所選擇的接通時間還必須比精確達到諧振頻率所必需的時間短。
半橋變換器的振蕩頻率越接近於諧振頻率，由此而產生的點燃電壓就越高。然而，電路布置負載容量代表了關于振蕩頻率距諧振頻率有多近的限度。為了在電路布置未過載的情形下取得儘可能高的點燃電壓，通過半橋布置的電流或負載電流由閾值裝置檢測。如果檢測的電流超過電流極限值，則閾值裝置產生中斷信號，該信號被提供給計時器的中斷輸入端。如此設計計時器的中斷輸入端，以使計時器一接收到中斷信號，接通時間就即刻被終止。這意味著計時器立刻將停止信號變至斷開狀態。這意味著振蕩頻率可如電路布置的負載容量允許的那樣僅僅接近諧振頻率，並且在另一方面，這意味著為了取得儘可能高的點燃電壓還增加了這種負載容量的限度。
除了點燃模式外，起動模式還包括預熱模式。預熱模式的目標是在點燃模式之前，將所連接的燈的電極燈絲提高到這樣一種溫度，在該溫度下點燃可以以保護燈絲的方式發生。為了這個目的，在點燃模式之前，序列控制器設置選擇開關以便將用於時間預置的第二裝置與計時器耦合。因此使計時器設置固定的接通時間，該固定的接通時間適於電極燈絲的預熱。這個接通時間必然產生振蕩頻率，該振蕩頻率與諧振頻率相差很遠以致將導致點燃電壓施加於燈是不可能的。實驗已經表明當振蕩頻率比諧振頻率大1.5倍時，情形就是這樣的。
在半橋布置中使用雙極電晶體時，本發明尤其有利。針對這一點存在兩個原因首先，雙極電晶體比等效的電子開關(如MOSFET或IGBT)的成本更低。其次，必須得到強電流以用來驅動雙極電晶體。在本發明的情形中，通過從負載電路取得用於驅動雙極電晶體的電流來解決這個問題。然而，按照本發明的電路布置允許藉助于振蕩頻率而使燈操作變量受控。
最近出現的大功率LED(發光二極體)具有超出0.1A很多的工作電流。因此，對於LED電源來說，本發明也很重要。所以，在本發明中，詞句「燈」還包括LED。
在下文中，將利用示範性的實施例並且參考附圖對本發明進行詳細地解釋，其中圖1顯示的是按照本發明的電路布置的框圖，圖2顯示的是按照本發明的、帶有功率因數校正的電路布置的電路圖，圖3a顯示的是針對按照本發明的電路布置的特徵電壓波形的波形，以及圖3b顯示的是針對按照本發明的電路布置的特徵電流波形的波形。
在下文中，電阻器用字母R表示、電子開關用字母S表示、二極體用字母D表示、電容器用字母C表示、節點用字母N表示、變壓器用字母T表示、電感器和繞組用字母L表示，在所有情形中數字跟在字母後面。另外，在下文中，不同的示例性實施例中同樣的元件以及具有相同作用的元件總是使用相同的附圖標記。
具體實施例方式
圖1顯示的是按照本發明的電路布置的框圖。上部和下部電子開關S1、S2是串聯連接的並且構成了半橋布置。在它們的連接點處，S1和S2構成中心點N1，負載電路LK被連至中心點N1，負載電流IL在其中流動。為了清楚起見，與S1和S2並聯的續流二極體未被示出。負載電路Lk包含了帶有一個諧振頻率的電抗網絡，燈Lp可被連至電抗網絡。電抗網絡示意性地用電感器和電容器表示。為了使半橋布置的源阻抗與由燈Lp形成的負載阻抗相匹配，電抗網絡是必需的。正如由帶圈的加號和減號所表示的，氣體放燈需要具有電流源特徵的電源，而半橋布置由電壓源饋電。
反饋裝置Rk確保了振蕩，也就是說，S1和S2輪流被接通和斷開。這個反饋裝置Rk從負載電路Lk中取得能量並將該能量提供給電子開關S1、S2的控制輸入端。反饋裝置Rk通常是變壓器，儘管電容反饋也是可能的。
按照本發明，電路布置帶有停止裝置St，在圖1中停止裝置St與反饋裝置Rk並聯連接至電子開關S1、S2的控制輸入端。通過控制信號的短路，停止裝置St可因此阻止S1和S2被驅動。停止裝置St的這種作用還可以不同的方式(如通過反饋裝置Rk輸入端的短路或者通過斷開反饋裝置Rk的輸入或輸出)獲得。特別是在雙極電晶體的情形下，使控制信號短路是有利的，因為這與更快的斷開和更好的阻塞響應有關。停止裝置St沒必要對控制輸入S1和S2起作用。例如，藉助於MOSFET，停止裝置St可以對雙極電晶體的發射極起作用，並且這被稱為共射-共基放大電路。
停止裝置St有一個輸入端，通過這個輸入端，停止裝置St被計時器Ti控制。計時器Ti提供可表現為接通狀態和斷開狀態的停止信號。當斷開狀態的停止信號被提供給停止裝置St時，則停止裝置St的輸出阻止S1和S2被驅動。
計時器Ti有三個輸入端。一個輸入端被連至觸發裝置Tr。觸發裝置一向計時器Ti發送觸發信號，計時器Ti就在接通時間的持續時間內向停止裝置St發出接通狀態的停止信號，並且接著變回斷開狀態。藉助於單穩態多諧振蕩器，計時器Ti的功能可因此被實現。然而，由微控制器中的軟體提供這種功能也是可能的。
正如上面解釋的，觸發器Tr不得不在續流階段內產生觸發信號。為此目的，觸發器Tr與負載電路耦合。現在，觸發信號可從負載電流IL、N1處的電壓中獲得或者從通過以已知的方式與比較變量進行比較而得到的變量中獲得。
計時器Ti的第二輸入端與閾值裝置Sc耦合。閾值裝置Sc向計時器Ti發送中斷信號，使計時器Ti立刻將停止信號切換到斷開狀態。在接通時間已經消逝之前，S1和S2因此被切斷。這可防止振蕩頻率落入主諧振電流和電壓的峰值發生的範圍內。通過使上述的單穩態多諧振蕩器復位可提供這個功能。另外，還可由微控制器中的軟體來實現這個功能。在圖1中，閾值裝置Sc將開關S2內的電流與預定基準值進行比較。如果這個電流值超過預定基準值，則閾值裝置Sc發送中斷信號。然而，閾值裝置Sc的輸入還可使用負載電路中用於檢測劇烈諧振的其它電變量。例如，燈接線端兩端的電壓可用於這種用途。
通過計時器Ti的第三輸入端可調節接通時間。選擇開關Wa由序列控制器As控制。選擇開關Wa的位置確定了電路布置中哪個裝置將限定接通時間。
計時器Ti還可帶有根據溫度來調節接通時間的另外部分。如果測量的溫度超過預定值，則接通時間可因此被縮短，從而導致燈功率減少以及因此導致電路布置中的功耗減少。因此防止由過熱引起的電路布置的故障成為可能。就給定溫度條件下的燈效率而言，燈功率的溫度相關性還可用來優化燈功率。
當電路布置被起動時，序列控制器As將選擇開關Wa設置於使用於時間預置Z2的第二裝置與計時器Ti的第三輸入端耦合的位置。固定接通時間因此被設置，其中電極燈絲可被預熱。這個預熱模式在大約1秒鐘的固定預熱時間內被序列控制器As維持。序列控制器還可被供給與電極燈絲的狀態相關的數據，從而使預熱時間被控制。
在預熱時間之後，序列控制器As在點燃時間的持續時間內變至點燃模式。在點燃模式下，選擇開關Wa將用於時間預置Z1的第一裝置與計時器Ti的第三輸入端耦合。這導致了可產生與諧振頻率接近的振蕩頻率的接通時間。接著，在燈接線端處設置點燃電壓，如果需要的話由閾值裝置Sc控制燈接線端處點燃電壓的電平。藉助用於燈點燃的檢測裝置，序列控制器As可預先確定固定的點燃時間或者可終止固定的點燃時間。
在點燃模式之後，序列控制器As變至燈操作。為此目的，選擇開關Wa被移至使計時器Ti的第三輸入端與測量裝置Me耦合的位置。這閉合了用於由測量裝置Me檢測的受控變量的控制環。這個受控變量可以是比如燈電流或燈功率。當然，依賴於這些變量的變量還適合用作受控變量。測量裝置Me可將已知的控制特徵(如PID)應用於受控變量。
最後，序列控制器As還可將選擇開關Wa移至為計時器Ti預置帶零值的接通時間的位置。接著，半橋變換器不工作。這種功能可在故障狀態下使用。
圖2顯示的是按照本發明的、帶有功率因數校正的電路布置的電路圖。通過電荷泵可提供功率因數校正。從技術的觀點看，電荷泵對本發明來說是次重要的。因為本發明以及電荷泵在成本方面優於其它電路，所以從經濟的角度來看它們的組合是有優勢的。電荷泵的技術說明可在文獻EP1443807(Rudolph)找到。
在圖2所示的示例中，電路布置被連至為燈提供能量的電源電壓VN。包含了二極體D1、D2、D3和D4的全波整流器提供了節點N2和基準節點M之間的整流的電源電壓。泵二極體D5將N2連至節點N3，在此處可得到相對於基準節點M的電源電壓以供用於半橋變換器。能量存儲電容器C3被連接到N3和M之間並且被用來穩定電源電壓。
包含兩個串聯連接的電子開關S1和S2的半橋布置被連接到N3和M之間。S1被連至N3並代表上部電子開關；S2被連至M並代表下部電子開關。一個續流二極體D6或D7分別與S1和S2並聯。構成半橋布置中心點的節點N1位於S1和S2之間的連接點處。緩衝電容器C1被連接到N1和N2之間並且影響上述的電荷泵。
兩個耦合電容器C4、C5也在N3和M之間串聯連接，它們的連接點構成了節點N4。如果電路布置不需要被平衡的話，電容器C4和C5中的一個可被省略。
半橋布置以比電源頻率更高的頻率在N1和N4之間產生用於燈Lp操作的方波AC電壓。燈Lp遠離N4的那個接線通過諧振電容器C2被連接至節點N2。諧振電容器C2還影響電荷泵。
三個電感元件被串聯連接並且與燈串聯，這三個電感元件是燈電感器L3、反饋變壓器T1的初級繞組L1c和電流互感器T2的初級繞組L2a。電抗網絡由L3連同C2構成。在本示例中，除了電抗網絡，負載電路只包含耦合電容器C4和C5。另外，負載電路還可包括用於電極燈絲預熱和點燃燈的機構。
反饋變壓器T1具有兩個次級繞組L1a和L1b，它們分別與電子開關S1和S2的控制輸入端耦合。在本示例中，L1a和L1b分別與S1和S2的基極-發射極結並聯。T1的繞組的繞線方向如此選擇以使由T1形成的反饋導致半橋布置的穩態振蕩。起動振蕩的機構是眾所周知的，這裡將不再描述。
除了在T1上的三個已描述的繞組，T1還帶有第四個繞組L1d，該繞組L1d與由二極體D12、D13、D14、D15構成的全橋整流器的AC電壓接線相耦合。這個整流器的DC電壓接線與電子開關S4並聯。L1d、整流器和S4構成停止裝置。S4是MOSFET，其源極接線被連至基準地電位M。與斷開狀態對應的停止信號一被施加於S4的柵極，S4就通過整流器L1d短路。通過T1，電子開關S1和S2的控制輸入端因此也被短路並因此被斷開。
S4由計時器IC2控制。被廣泛使用的計時器電路555可用作IC2。在引腳3處，IC2生成停止信號。為了取得用於驅動S4的正確極性，引腳3處的信號必須被反相。按通常的方式，這個用大圓點注釋。
為了向IC2提供能量，在節點N5和基準地電位M之間設有電壓源VH。這個電壓源可以是獨立的電源單元的形式，該電源單元從電源電壓VN中取得能量。擴充電路布置中的半橋變換器以使電源電壓可被提供給IC2，這也是正常的。為了向IC2提供能量，IC2的引腳8被連至N5並且引腳1被連至基準地電位M。
由電阻器R1和電容器C8構成的串聯電路形成了時間常數，其連接在N5和M之間。為了為計時器預置時間常數，R1和C8之間的連接點被連至IC2的引腳6和引腳7。引腳4形成了復位輸入端，並且為了達到所期望的IC2的功能性，引腳4必須被連至用於IC2的正工作電壓。
IC2的引腳2形成觸發輸入端，並且IC2的引腳2首先通過電阻器R3被連至N5。為了啟動計時器，在引腳2處需要負脈衝。這個負脈衝由IC1提供。IC1是用作比較器的運算放大器，並且例如LM293模塊可用於這種用途。在IC1的引腳1處，提供IC2的引腳2處的觸發脈衝。IC1的引腳8和引腳4被用來供電並被連至N5和M。IC1的引腳2形成反相輸入端，並且通過電阻器R8被連至N5，以及通過電阻器R4被連至M。R4和R8的值被選擇成以使基準地電位M基本上被施加於引腳2。
將二極體D8、D9、D10、D11構成的全橋整流器的DC電壓輸出供給IC1的非反相輸入端。電流互感器T2的次級繞組L2b被連至這個全橋整流器的AC電壓輸入端。利用電阻器R5，全橋整流器的DC電壓輸出末端是低阻抗。與整流後的負載電流成比例的電壓因此被施加於IC1的非反相輸入端。在負載電流的過零點處，IC1的反相輸入端處的電壓暫時高於非反相輸入端處的電壓。這導致了IC1的引腳1處的負觸發脈衝。IC1、R4、R5、R8、D8、D9、D10、D11、L2a和L2b因此構成了觸發裝置。在負載電流中一出現過零點，計時器就被觸發並在接通時間內斷開電晶體S4，從而使S1和S2被驅動。
接通時間的持續時間通過計時器的引腳5來設置，雙極電晶體S3的集電極被連至計時器的引腳5。S3的發射極通過電阻器R2被連至M。S3的基極被與燈電流成比例的電容器C7的電位所驅動。有關燈電流電平的信息在節點N4處被抽出，在該處電容器C4、C5和C6構成了電容分流器。經過C6的燈電流分量的正的半周期經由二極體D16被傳遞給測量電阻器R7，並經由電阻器R6在C7上被積分。經過C6的燈電流的負的半周期流過與D16和R7並聯的二極體D17。
燈電流現在一上升，C7處的電壓就上升。S3因此被更強烈地驅動，其結果是IC2的引腳5以更低的電阻值被連至基準地電位M。這導致了接通時間的減少並因此導致半橋布置的振蕩頻率增加。由於燈電感器L3，更高的振蕩頻率導致燈電流下降從而閉合了控制環。
圖1的框圖公開了用於提供燈預熱和點燃的序列控制器。在圖2所示的示範實施例中未對其進行說明。本領域的技術人員無須經過任何創造性的步驟僅通過使用微控制器就可實現該序列控制器。計時器也可以由微控制器構成。
另外，圖2未顯示可限制點燃電壓的閾值開關。
圖3a和3b顯示的是按照如圖2所示的本發明的電路布置的特徵工作變量的波形。圖3a顯示的是觸發信號Wav1和停止信號Wav2的波形。
觸發信號Wav1在IC1的輸出端處生成。觸發信號Wav1在12V的電壓源VH的值處處於靜態。負載電流一變成近似為零，由觸發信號Wav1表示的觸發事件在短時間內變為零。當觸發信號Wav1變為零時，它因此可被確定是活躍的。IC2的觸發輸入端2被反相的事實可證明其正確性。
觸發事件促使停止信號Wav2變至接通狀態。在圖2所示的示範實施例中，接通狀態只在停止信號Wav2為零值時才會發生。在近似7.3微秒的接通時間後，停止信號變至與示例中12伏的電壓電平相對應的斷開狀態。總的說來，約為46KHz的半橋變換器振蕩頻率可被讀取。
圖3b顯示的是集電極電流S2的波形WavS2和負載電流IL的波形WavIL。在停止信號WavS2的每個相間周期的接通時間期間，負載電流WavIL和開關電流WavS2是重合的。在中間周期內的接通時間期間，負載電流WavIL和圖中未顯示的S1的開關電流是重合的。
正如可以清楚地看到的，在接通時間的結尾，開關電流突然終止，因為對S2的驅動被變至斷開狀態的停止信號中斷了。然而，在隨後的振鈴時間和續流階段，負載電流WavIL繼續流動。續流階段的特徵是負的開關電流WavS2。儘管有續流二極體，負的集電極電流流過S2的正向偏壓的集電極-基極二極體。
這一點清楚地表明觸發信號Wav1的觸發脈衝在接近續流階段的結尾處被啟動。
權利要求
1.用於燈(Lp)操作的電路布置，具有下列特性·具有串聯連接的上部和下部電子開關(S1、S2)的半橋布置，每個電子開關具有控制接線並在它們的連接點處構成中心點(N1)，·其中有負載電流(IL、WavIL)流動的負載電路(Lk)被連至所述中心點(N1)，·所述負載電路(Lk)包含具有諧振頻率的電抗網絡，燈(Lp)可被連至所述電抗網絡，·所述負載電路(Lk)被設計成以使在所連接的燈(Lp)的正常操作期間並且在一個電子開關(S1、S2)打開之後，相應的另一個電子開關(S1、S2)兩端的電壓在振鈴時間後變為零，·所述電路布置具有反饋裝置(Rk)，所述反饋裝置(Rk)以所述電子開關(S1、S2)被輪流接通的方式將來自所述負載電路(Lk)的反饋變量耦合到所述電子開關(S1、S2)的所述控制接線，·所述電路布置具有停止裝置(St)，所述停止裝置(St)耦合到所述電子開關(S1、S2)的所述控制接線並且具有一個被施加停止信號的輸入端，只要所述停止信號(Wav2)處於所述斷開狀態，所述停止裝置(St)就阻止所述電子開關被接通，·所述電路布置具有計時器(Ti)，所述計時器(Ti)耦合到所述停止裝置(St)的輸入端並產生所述停止信號(Wav2)，所述停止信號可表現為接通狀態和所述斷開狀態，·所述電路布置具有觸發裝置(Tr)，在所述振鈴時間已經消逝後但最遲在所述負載電流(IL、WavIL)變為零時，所述觸發裝置(Tr)在每一情形下向所述計時器(Ti)發出觸發信號(Wav1)，·如果所述計時器(T i)接收到觸發信號(Wav1)並在接通時間的持續時間內保持所述接通狀態，則所述計時器(T i)將所述停止信號(Wav2)切換至所述接通狀態。
2.如權利要求1所述的電路布置，其特徵在於下列特性·所述電路布置具有測量裝置(Me)，所述測量裝置(Me)在燈操作期間將受控變量引入所述計時器(Ti)，所述受控變量與連接的燈(Lp)的功率或電流成比例，·所述計時器(Ti)將所述接通時間設置為所述受控變量的函數。
3.如權利要求2所述的電路布置，其特徵在於下列特性·選擇開關(Wa)，其具有一個以可確定所述接通時間的方式被連至所述計時器(Ti)的輸出端，·所述選擇開關(Wa)至少有兩個輸入端，所述受控變量被引入第一輸入端，以及第二輸入端被耦合到用於時間預置(Z1)的第一裝置，在這種情形下，這個裝置可為所述計時器預置起動模式的接通時間，·所述選擇開關(Wa)由序列控制器控制以使所述選擇開關(Wa)的輸出端在燈操作期間耦合到所述第一輸入端，並且所述選擇開關(Wa)的輸出端在所述起動模式期間耦合到所述第二輸入端。
4.如權利要求3所述的電路布置，其特徵在於下列特性·所述起動模式包含預熱模式和點燃模式，·用於時間預置(Z1)的所述第一裝置為所述計時器(Ti)預置所述點燃模式的接通時間，·所述選擇開關具有耦合到用於時間預置(Z2)的第二裝置的第三輸入端，這個裝置為所述計時器(Ti)預置所述預熱模式的接通時間，·所述選擇開關(Wa)由序列控制器控制，以使所述選擇開關的輸出端在所述點燃模式期間耦合到所述第二輸入端，並且所述選擇開關的輸出端在所述預熱模式期間耦合到所述第三輸入端。
5.如權利要求3或4所述的電路布置，其特徵在於，所述起動模式或點燃模式的接通時間被選擇成以使從所述負載電流(IL)的過零點算起的所述接通時間比所述電抗網絡的諧振頻率的一個四分之一周期的持續時間短。
6.如權利要求4所述的電路布置，其特徵在於，所述預熱模式的接通時間被選擇成以使所述半橋布置的振蕩頻率的值比所述電抗網絡的諧振頻率大1.5倍。
7.如前面任何一項權利要求所述的電路布置，其特徵在於下列特性·閾值裝置(Sc)，其將通過所述半橋布置的電流或所述負載電流(IL)與電流極限值進行比較，並且如果檢測的電流大於所述電流極限值，所述閾值裝置(Sc)發出中斷信號，·所述計時器(Ti)具有中斷輸入端，所述中斷信號被供給所述中斷輸入端，·中斷信號一被施加於所述中斷輸入端，所述停止信號(Wav2)立刻變至所述斷開狀態。
8.如前面任何一項權利要求所述的電路布置，其特徵在於，至少所述計時器(Ti)的功能由微控制器提供。
9.如前面任何一項權利要求所述的電路布置，其特徵在於，所述電抗網絡包括由燈電感器(L3)和諧振電容器(C2)構成的串聯電路，並且燈(Lp)與所述諧振電容器(C2)以並聯的方式耦合。
10.如前面任何一項權利要求所述的電路布置，其特徵在於，所述電子開關(S1、S2)是雙極電晶體。
11.如前面任何一項權利要求所述的電路布置，其特徵在於，所述反饋裝置(Rk)包括反饋變壓器，所述反饋變壓器的初級繞組(L1c)與所述燈電感器(L3)串聯連接，以及所述反饋變壓器的次級繞組(L1a、L1b)為所述電子開關(S1、S2)提供控制電流。
12.如權利要求2至11所述的電路布置，其特徵在於，所述受控變量由控制放大器放大。
13.如前面任何一項權利要求所述的電路布置，其特徵在於下列特性·所述電路布置具有溫度測量裝置，所述溫度測量裝置將溫度測量變量引入所述計時器(Ti)，所述溫度測量變量與所述電路裝置的操作或所述燈的操作有關的溫度成比例，·如果所述計時器(Ti)接收到觸發信號(Wav1)並在接通時間的持續時間內保持所述接通狀態，則所述計時器(Ti)將所述停止信號(Wav2)切換至所述接通狀態，所述計時器(Ti)將所述接通時間設置成所述溫度測量變量的函數。
14.一種用於起動和操作具有如權利要求4所述的電路布置的燈的方法，其特徵在於下列步驟·在預熱時間的持續時間內，所述接通時間被設置成以使所述半橋布置的振蕩頻率具有比所述電抗網絡的諧振頻率的值大1.5倍的值，·在點燃時間的持續時間內，所述接通時間被設置成使所述半橋布置的振蕩頻率具有充分接近所述電抗網絡的諧振頻率的值的值，以使連接的燈能夠點燃，·所述燈點燃後，所述接通時間由受控變量控制。
全文摘要
電路布置具有用於氣體放電燈的操作的自激半橋變換器。停止裝置被用於只在接通時間期間驅動半橋開關。半橋變換器的振蕩頻率可通過接通時間的持續時間來調節，這使得燈的工作變量可控。
文檔編號H05B37/00GK1822741SQ200610009070
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月17日 優先權日2005年2月17日
發明者B·魯多爾夫 申請人:電燈專利信託有限公司