具有用於產生轉移電壓的諧振激勵的evg的製作方法

2023-05-13 23:50:11

專利名稱：具有用於產生轉移電壓的諧振激勵的evg的製作方法
技術領域：
本發明涉及針對高壓放電燈的電子鎮流器和操作方法。
背景技術：
操作具有電子鎮流器的高壓放電燈本身是已知的，該電子鎮流器具有帶有一個或者多個開關電晶體的轉換器。常常是全橋轉換器。在燈連續工作期間，這些轉換器產生簡化地表達為在其極性中低頻交替的燈的直流電壓供電功率。在此，在真正的以及因此非對稱的直流運轉時出現的在該燈中的幹擾現象被避免，而同時同樣廣泛地防止燈的幹擾高頻。
尤其必要的是，利用濾波電容器濾出或限制剩下的在燈的供電功率中的所謂紋波電流分量。在此，下面討論濾波電容器，但是對此也考慮具有多個濾波電容器的變型。
當高壓放電燈被起動時，必須提供極高的、例如在1.5kV至5kV(簡單的振幅)的範圍中的起動電壓。該被起動的燈針對某一過渡時間必需一個所謂的轉移電壓(Uebernahmespannung)，該轉移電壓相對連續工作供電功率的必需的電壓被提高。

發明內容
本發明基於以下技術問題，即給出一種用於操作高壓放電燈的電子鎮流器和相應的操作方法，其中以有利的方法可產生轉移電壓。
本發明一方面涉及具有一個轉換器的用於操作高壓放電燈的電子鎮流器。該轉換器具有至少一個開關電晶體和濾波電容器；該開關電晶體用於產生供電功率，以通過開關電晶體的開關操作連續操作該燈，該濾波電容器用於濾波燈的供電功率中的紋波幹擾。該電子鎮流器的特徵在於包含濾波電容器的諧振電路；其特徵還在於，該鎮流器被設計用於，通過高頻操作轉換器的開關電晶體來激勵諧振電路的諧振，以因此在緊接在起動之後的轉移階段期間產生相對連續操作供電功率的燈的電壓增高的功率。
以及，本發明涉及相應的具有這樣的鎮流器和合適的高壓放電燈的照明設備，並且最後還涉及用於操作高壓放電燈的相應的操作方法。
優選的改進方案在從屬權利要求中給出。
本發明的基本思想在於，通過諧振激勵產生轉移電壓並同時將濾波電容器用作諧振電路的容性元件，該濾波電容器本來被裝設用於濾出紋波電流分量。諧振電路的激勵應通過同樣的轉換器實現，利用該轉換器實現燈的連續工作。因此應儘可能充分利用本來存在的電路的組成部分。特別是，也用於連續工作的一個或多個開關電晶體的開關操作應該被用於諧振激勵。
總之，因此本法明提供以下優點，即以很小的花費產生必需的被提高的轉移電壓，而不必因此明顯提高所謂的中間電路電壓，利用該中間電路電壓通常供給轉換器。
優選地，出於其它原因本來存在的燈扼流圈或者降壓扼流圈被用作諧振電路的感性元件。這樣的扼流圈一方面因為在很多情況下高壓放電燈的部分負的差分阻抗和/或另一方面因為以下還被解釋的降壓功能是必需的。優選地，同時在諧振電路中，沒有其他元件被裝設作為真正參與諧振的元件，其中濾波電容器和燈扼流圈當然可以是多級的，如前面已經針對濾波電容器所提及的一樣。
本發明的優選的改進方案針對作為轉換器的具有兩個開關電晶體的半橋，如實施例所說明的那樣。特別是，該半橋在燈的連續工作中如此被操作，以致該半橋一方面針對已在開頭所述的通過符號倒置「對稱化」燈操作而作為低頻反相器工作。此外，另一方面，燈操作同時可利用相對中間電路電壓降低的電壓實現，對此在反相器操作的半周期內，具有分別導通的開關電晶體的半橋類似降壓轉換器降低中間電路電壓。該半橋的開關電晶體的降壓操作可以集成在燈電流調節中。
針對本發明表示特徵的諧振激勵優選地以在諧振電路的諧振頻率之下的頻率實現。在充分利用燈的電子鎮流器中的諧振增高時，按傳統方式從上面來接近諧振頻率。在本情況下，這應該逆向實現。出於以下原因，這有優點好的濾波電容器的濾波效果決定濾波電容器的某個最小容量。另一方面，燈扼流圈或其他諧振扼流圈由於費用和位置原因應該不是不必要的大。當現在通過再充電過程在諧振激勵的情況下達到扼流圈飽和時，這樣其電感可能變化並且諧振電路將自動提高其諧振頻率。在從較高的頻率來接近時，這可能導致不穩定狀態和可觀的構件負載。為了可以控制這樣的不穩定關係，相對快速的調節器和相對快速的電壓測量或電流測量是必要的。本發明通過從低頻來接近的方法處理該問題。
在此，這裡考慮諧振激勵的基頻。因為在調節情況下激勵不是利用純的正弦函數而是利用或多或少的矩形函數來實現，所以當然可出現具有諧振頻率之上的頻率的傅立葉分量。可是這有相對小的振幅。
激勵頻率的優選值應儘可能不超過諧振頻率的0.9倍。另一方面，儘管在很多情況下不必要過分強的諧振增高，以便產生足夠的轉移電壓，但是當激勵頻率不低於諧振頻率的0.4倍時，這是有利的。這在於，在三倍基頻處，矩形函數具有強的諧波，該諧波在低於諧振頻率的0.4倍的基頻處接近諧振頻率。有利的是在諧振頻率的0.4和0.6倍之間的值。但是，在本發明的範圍內，以相對低的激勵頻率工作也是絕對可能的，該激勵頻率明顯位於諧振頻率的0.4倍之下。在此應在階躍響應特性的意義上理解電壓升高，也即幾乎主要通過激勵階躍的諧波實現。(但是此處激勵階躍不是指一次激勵而只是指以下事實，即頻率明顯小於諧振頻率)。
諧振激勵的振幅的控制也可以根據本發明由此來實現，即類似於燈連續工作期間的降壓操作，在該開關電晶體或一個開關電晶體的導通的切換階段期間，通過具有相對諧振頻率明顯提高的頻率的反覆的斷開(「斬波」)，好像達到平均振幅下降。附加地或可替換地，開關電晶體的接通階段的時間上的持續也可以總共被限制並明顯低於一半的時間分量。
已經提及的是，有利於好的濾波效果的濾波電容器應該具有某一最小容量。多於1nF/W的燈功率值是優選的，特別是多於1.2或者1.3nF/W的值。在多個電容器中，這當然適於有效的總容量。
出現的電壓增高應優選地導致直至800V的範圍中的振幅(簡單的振幅)。因此這是特別優選的，利用根據本發明的諧振增高只產生轉移電壓而不產生起輝電壓。通過諧振增高也產生起輝電壓導致極大的電流和極接近諧振頻率。因此，得出針對濾波電容器的允許的容量的不利的效應，該濾波電容器用作諧振電容和/或用於測量扼流圈。但是由於追求，一方面以足夠大的濾波電容器而另一方面以不太大的燈扼流圈或者其他諧振扼流圈工作，所以起輝電壓甚至優選地通過自己的點火電路來產生。同時，特別是涉及具有點火電容器的本身公知的點火電路，該點火電容器的放電、必要時在升壓變換之後導致起動。


以下，本發明按照實施例進一步被解釋。在此描述的單個特徵也可以在其他組合中反映本發明的實質。上述的如隨後的說明特別是總是不僅涉及本發明的裝置類型而且涉及本發明的方法類型。
圖1示出根據本發明的鎮流器的示意性電路圖。
圖2示意性地示出用於解釋圖1中的鎮流器的電晶體的時鐘脈衝的時間流程圖。
圖3示出用於在根據圖2的時鐘脈衝的情況下操作圖1中的鎮流器的測量圖。
具體實施例方式
圖1示出一個本身公知的具有兩個開關電晶體S1和S2的半橋拓撲。這兩個開關電晶體串聯在兩個供電分支之間，在該兩個供電分支之間施加中間電路電壓U1。該中間電路電壓U1可以通過利用相應的濾波和可能的功率因數校正來整流電網電壓而被產生。
通過半橋電晶體S1和S2的交替的開關操作，在此之間來回的中間分支點在供電分支的電勢之間切換。相應地，在圖1中標識的扼流圈L1的左端上施加對應開關操作的高頻交流電勢。該扼流圈L1與高壓放電燈Lp串聯，其中在此之間切換的塊G1代表本身公知的點火電路。以針對本發明不進一步感興趣的方式通過電容放電和高壓變換產生用於起動燈Lp的點火脈衝。燈Lp的右端通過兩個耦合電容器C4和C5與兩個供電分支連接。該耦合電容器C4和C5保證，燈Lp的右端在供電分支的電勢之間的中點有一個電勢。該電路因此也能夠，通過燈Lp產生一半的中間電路電壓。濾波電容器C3與燈Lp並聯。在燈扼流圈L1和點火電路G1之間的分支點分別經過兩個濾波電容器C1和C2與供電分支連接。
在實際操作高壓放電燈中，80V-150V數量級的點火電壓是必需的，該點火電壓實際上小於通常提供的中間電路電壓的一半。因而此處在切換階段期間，其中例如半橋電晶體S1導通，該半橋電晶體被有節拍地中斷，以總共利用扼流圈L1在該切換階段期間產生降壓轉換器操作。由此可以通過降壓轉換器操作調節期望的燈的點火電壓。
另一方面，針對一個緊接在真正的起動之後的輝光放電到電弧放電的過渡必需某一持續時間，在該持續時間中必須提供一個在典型地260V-330V的範圍內的相對點火電壓明顯增高的轉移電壓。該值有規律地位於減半的中間電路電壓之上。與降壓轉換器組合的半橋可以不立即產生該電壓。
根據本發明，在轉移階段期間，一個燈諧振電路的諧振被激勵，該燈諧振電路由電容C1-C3和扼流圈L1組成。由此引起電壓增高，利用該電壓增高可產生期望的轉移電壓。可是根據本發明，該諧振激勵僅僅被用於轉移電壓而不用於起輝電壓，以至於在針對35W的燈的鎮流器中濾波電容器可以具有典型地為50nF的期望大小或者在針對70W的燈的鎮流器中濾波電容器可以具有典型地為100nF的期望大小、以及在其他燈功率的情況下濾波電容器可以具有相應的容量。在此，實際上涉及電容C1至C3的有效的總容量。如果利用這個有效的濾波電容器可能實現諧振點火，則由於必要的數量級為1.5kV-5kV的起輝電壓與所述電容一起可能形成極大的電流。該扼流圈L1必須被確定相應地很大的尺寸，以可以接收與此相關的能量。(該能量是與濾波電容器和電壓平方成比例的)。這樣的扼流圈尺寸根據本發明鑑於元件大小和成本被看作是不利的。
雖然中間電路電壓的提高作為解決方案考慮，但是因為半橋構件的尺寸和可能的功率因數校正電路以及也在效率方面有缺點。
用於產生轉移電壓的所述諧振激勵根據本發明在小於燈諧振電路的諧振頻率的頻率處實現，在該實施例中大約在一半的諧振頻率處、更確切地說在諧振頻率的0.55倍處實現。因此，僅僅形成適度的電壓增高，可是該電壓增高對於轉移階段完全足夠。特別是，通過在諧振頻率下的頻率位置保證，在可能的無意的飽和出現或者其他的波動中沒有達到基本的不穩定。因此特別是可避免在燈諧振電路上的快速的調節器和快速的電壓測量或者電流測量。
圖2示意性地示出圖1中的兩個電晶體S1和S2的開關操作的時鐘脈衝。其上部分表示上面的電晶體S1(UGS1)，下部分表示下面的電晶體S2(UGS2)。認識到，這裡出現兩個周期，更確切地說一方面出現在脈衝包之間的較長的周期(PerHB)和另一方面出現在脈衝包內的較短的周期(PerSD)。這定性地符合已經說明的降壓轉換器操作和半橋功能的組合，其中短周期代表降壓轉換器操作而較長的周期代表半橋功能。
但是，此處涉及在轉移階段期間的操作。較長的周期在這種情況下代表在諧振頻率的大約0.55倍處的近似諧振的激勵。在相應的、通過相應的電晶體的柵極電壓的高水平描述的導通階段實現「斬波」、也即以較短周期持續調製。該周期明顯高於諧振頻率，但是在一定的情況下也可以小於諧振頻率。應該僅僅避免，過強地處在諧振頻率附近。利用「斬波」，可幾乎將具有0.55倍的諧振頻率的矩形激勵的起有效作用的振幅減小。通過具有明顯較高頻率的「斬波」，針對諧振電路，幾乎只有平均值是相關的。另外，補充方案或者替換方案在於，相對一半的時間分量縮短接通階段、也即幾乎在導通階段開始和結束上同步設置「斬波脈衝」。
圖3示出圖1中的鎮流器電路的實際圖。在通道1處的最上面的曲線示出下面的半橋電晶體S2的柵極電壓，在通道2處的中間的曲線示出半橋中點的電勢而通道3處的下面的曲線示出燈上的電壓。
大約在左邊的第一個框的一端上的燈電壓的明顯的偏移示出藉助點火電路G1來起動燈。由此激勵的高頻諧振對於本發明沒有其他重要性並與連接一定電容的點火電路G1的漏感相關。可是認識到，按照圖2描述的半橋電晶體的「斬波的」矩形開關操作已經存在於起動之前。那裡，該半橋電晶體雖然沒有引起起動，因此也沒有引起轉移，可是也沒有損害。必須不是一次實現點火過程上的同步。所描述的「斬波的」半橋操作更多負責具有燈上的相應電壓增高的接近諧振(0.55倍的諧振頻率)的激勵。在本情況下得出，如圖3所示出的那樣，大約±400V的燈上的電壓振幅。該激勵利用在通道2處所描述的橋中點上的交流電壓來實現。那裡不僅看到下面的開關電晶體S2的「斬波操作」而且在其之間存在的切換階段中看到位於上面的開關電晶體S1的「斬波操作」。此外認識到，分別只有第一個兩個柵極電壓入侵對在橋中點上的電壓有影響。這與圖1中可識別的與開關電晶體S1和S2並聯的自振蕩二極體有關。取決於通過扼流圈L1的扼流圈電流的符號，該引導這個電流，以至於保持柵極電壓的調製沒有影響。
諧振頻率典型地位於大約20kHz-40kHz處。在本情況下，濾波電容器的有效總容量總計為100nF而扼流圈L1的電感總計為500μH。激勵基頻總計12.5kHZ，諧振頻率總計為約22.5kHz。
在通道3上的燈電壓中可以認識到，以從一個開關電晶體的導通的切換階段到另一個開關電晶體的導通的切換階段的過渡開始燈電壓的近似正弦周期。在此，在燈電壓的極值之間的兩個肩(Schulder)對應這個正弦周期的開始和結束、也即近似單個正弦周期的極值。涉及由於相對諧振頻率明顯低的激勵頻率的諧振激勵的階躍響應特性。在此，燈電壓以雙倍的激勵振幅振蕩並且可能執行激勵振幅周圍的正弦振蕩，可是只看到第一段該正弦振蕩。這正好位於對應於近似數2的激勵頻率和諧振頻率之間的比例上。
因此，轉移電壓的高度一方面通過選擇激勵頻率，另一方面通過「斬波操作」而第三方面當然通過開關電晶體的導通階段的時間上的延長來調節。
圖3示出，「斬波頻率」對應激勵基頻的約八倍。在此，在調製頻率內的佔空比、也即接通階段和所分配的斷開階段之間的比例通過「斬波」達到大約85％(該佔空比僅僅涉及調製而不涉及基本節拍)。
權利要求
1.用於操作高壓放電燈(Lp)的電子鎮流器，其具有一個轉換器，該轉換器具有至少一個開關電晶體(S1、S2)，用於產生供電功率，以通過該開關電晶體(S1、S2)的開關操作連續操作燈(Lp)，並且該轉換器具有一個濾波電容器(C1-3)，用於濾波針對該燈(Lp)的供電功率中的紋波幹擾，其特徵在於諧振電路(L1、C1-3)，該諧振電路(L1、C1-3)包含濾波電容器(C1-C3)，以及其特徵在於，該鎮流器被設計用於，通過該轉換器的開關電晶體(S1、S2)的高頻操作來激勵該諧振電路(L1、C1-3)的諧振，以便因此在緊接在起動之後的轉移階段期間產生燈(Lp)的相對連續工作供電功率電壓增高的功率。
2.根據權利要求1所述的鎮流器，其中所述諧振電路(L1、C1-3)包含一個作為感性元件的燈扼流圈(L1)。
3.根據權利要求1或者2所述的鎮流器，其中所述轉換器是一個具有兩個開關電晶體(S1、S2)的半橋振蕩器。
4.根據權利要求3所述的鎮流器，其中所述轉換器為此被設計，即在燈(Lp)的連續工作中作為低頻反相器和在反相器切換階段內作為用於調節燈電流的降壓轉換器工作。
5.根據上述權利要求之一所述的鎮流器，其中所述諧振激勵在最高為所述諧振電路(L1、C1-3)的諧振頻率的0.9倍的基頻處實現。
6.根據權利要求5所述的鎮流器，其中所述諧振激勵在包含0.4倍至包含0.9倍的諧振電路(L1、C1-3)的諧振頻率之間的基頻處實現。
7.根據上述權利要求之一所述的鎮流器，其中所述諧振激勵利用所述開關電晶體(S1、S2)的開關操作的激勵基頻來實現，該諧振激勵在該開關電晶體(S1、S2)的接通階段中疊加具有調製頻率的調製以有效降低激勵振幅。
8.根據權利要求7所述的鎮流器，其中所述調製頻率明顯位於所述諧振電路(L1、C1-3)的諧振頻率之上。
9.根據上述權利要求之一所述的鎮流器，其中所述濾波電容器(C1-3)的容量至少總計為1nF/W的燈功率。
10.根據上述權利要求之一所述的鎮流器，其中，所述電壓振幅在諧振激勵期間最高達800V(峰-峰值)。
11.根據上述權利要求之一所述的鎮流器，其具有點火電路(G1)，該點火電路(G1)具有用於通過點火電容器的放電起動所述燈的點火電容器。
12.具有一個根據權利要求1-11之一所述的鎮流器和一個高壓放電燈(L)的照明設備。
13.用於操作高壓放電燈(Lp)的方法，其具有步驟在起動後，通過在一個諧振電路(L1、C1-3)中的諧振激勵、通過在轉移階段期間高頻操作一個轉換器的一個開關電晶體(S1、S2)產生電壓增高的功率，該諧振電路(L1、C1-3)包含用於濾波在燈的正常工作供電功率中的紋波幹擾的濾波電容器(C1-3)，以及通過以供電功率供給該燈(Lp)、通過該轉換器的開關電晶體(S1、S2)的開關操作來操作在連續工作中的燈(Lp)。
14.根據權利要求13所述的用於利用一個根據權利要求2-11所述的鎮流器來操作燈(Lp)的方法。
全文摘要
本發明涉及一個電子鎮流器、一個由其和所屬的高壓放電燈組成的照明設備和一個針對高壓放電燈的相應的操作方法，其中利用諧振激勵在起動之後產生針對燈Lp的轉移階段的電壓增高的功率。
文檔編號H05B41/288GK1681368SQ20051006488
公開日2005年10月12日 申請日期2005年4月8日 優先權日2004年4月8日
發明者A·布勞恩, Y·G·康, W·林默, J·米爾施萊格 申請人:電燈專利信託有限公司