專利名稱：用于操作放電燈的電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作放電燈的電路裝置，該放電燈被連接到一個(gè)換向電路中，如此一來，在該燈的正常工作階段，具有較低或中等幅度的較低頻的方波電源電壓被輸送給該燈，在燈的正常工作階段，燈內(nèi)連續(xù)發(fā)生電弧放電，而在所述正常工作階段之前的點(diǎn)火階段，具有較高幅度的較高頻方波電源電壓被輸送給該燈。
這種電路裝置從美國(guó)專利第5,932,976號(hào)可知。
更具體地，本發(fā)明涉及一個(gè)位于點(diǎn)火階段和所述正常工作階段之間的階段，此時(shí)，還沒有發(fā)生燈的可靠、持久的點(diǎn)火。在下文中，這個(gè)階段將簡(jiǎn)稱為接管階段。在這個(gè)接管階段中，較強(qiáng)的充電/放電電流將流過以普通方式與放電燈并聯(lián)的電容器，該電流構(gòu)成電源電路上的主要負(fù)載，該電源電路進(jìn)而又給換向電路供電，并使換向電路的開關(guān)晶體管導(dǎo)通。
美國(guó)專利第5,962,981號(hào)公開了一種用于放電燈的電路裝置，在該專利文獻(xiàn)中，解決的是在正常工作階段之前的預(yù)備階段發(fā)生的燈電容器的過量充電和放電電流的問題，而不是由此在進(jìn)而給換向電路供電的電源電路上形成的負(fù)載問題。
本發(fā)明的目的是提供一種前述種類的電路裝置，其中在接管階段中換向電路的供電電源上的負(fù)載得到降低，以便在所述電源的輸出端維持比其它情況下更高的電壓，所述電源通常具有用來給點(diǎn)火電路和燈提供所有能量的并聯(lián)連接的電容器，所以能更好地提供所必需的能量以便用輝光放電的方式加熱燈的電極和隨后點(diǎn)燃燈中的放電電弧。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過用于操作放電燈的電路裝置來實(shí)現(xiàn)的，該放電燈被連接到一個(gè)換向電路中，如此一來，在該燈的正常工作階段，具有較低或中等幅度的較低頻的方波電源電壓被輸送給該燈，在燈的正常工作階段，燈內(nèi)連續(xù)發(fā)生電弧放電，而在所述正常工作階段之前的點(diǎn)火階段，具有較高幅度的較高頻方波電源電壓被輸送給該燈，并且一個(gè)電源被連接到該換向電路，該電源進(jìn)而又給該換向電路供電，并且該電源的特征在于，在所述點(diǎn)火階段和所述工作階段之間的接管階段，在其每半個(gè)周期的初始部分，較低頻的方波電源電壓被抑制，如此一來，每個(gè)波的占空比被減小，并且一個(gè)較高頻方波電源電壓取代該較低頻方波電源電壓被饋送給該燈。
根據(jù)引用的美國(guó)專利第5,962,981號(hào)，確實(shí)，在低頻轉(zhuǎn)換的初始時(shí)期換向電路的開關(guān)晶體管發(fā)生了高頻轉(zhuǎn)換，但是沒有較高頻方波電源電壓因此被饋送給燈；相反，較低頻方波電源電壓/電流依然在開關(guān)晶體管的高頻轉(zhuǎn)換期間被饋送給燈(

圖18，20，22)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，較高頻方波電源電壓在較低頻方波電源電壓的每半個(gè)周期的初始部分中被饋送給燈，在該初始部分中該方波是被抑制的并且該半個(gè)周期的其余部分因而具有比低頻電源電壓的半個(gè)周期短的持續(xù)時(shí)間，或者該初始部分的占空比相對(duì)該半個(gè)周期而言低于100％。
“較高頻”應(yīng)被理解為，例如，50KHz或甚至200KHz的頻率，與此相對(duì)的是，在燈“開”的正常工作階段的頻率為90Hz。
根據(jù)本發(fā)明的上述措施的結(jié)果是，如在實(shí)踐中已發(fā)現(xiàn)的，在接管階段，當(dāng)較高頻方波電源電壓被施加給燈的時(shí)候，在燈中發(fā)生低電流水平的輝光放電，并且，較高頻方波電源電壓的結(jié)束和較低頻的方波電源電壓的下一個(gè)(縮短的)半周期的實(shí)際開始導(dǎo)致了在換向電路的供電電源上的電流脈沖負(fù)載，其中該電流脈沖負(fù)載基本上小于(在實(shí)際情況下，是3A相對(duì)13A)在不采用根據(jù)本發(fā)明的措施的情況下將產(chǎn)生的電流脈沖負(fù)載。這不僅減少了所述電源上的負(fù)載，因而使其輸出電容器可被充電到更高電壓，而且換向電路的開關(guān)晶體管上的電流負(fù)載也得到降低，因此可以使用更輕型的晶體管。
相對(duì)于較低頻電源電壓的一個(gè)塊的持續(xù)時(shí)間或其頻率的半個(gè)周期，較低頻方波電源電壓每半個(gè)周期的初始部分的持續(xù)時(shí)間可以從接管階段開始時(shí)的100％下降到結(jié)束時(shí)的0％，在該初始部分中相關(guān)的方波電壓受到抑制而以較高頻方波電源電壓取代它，所以，通過這種方式，在一段持續(xù)時(shí)間內(nèi)，換向電路中高頻換向的逐漸減少和低頻換向的逐漸增加以一種相互關(guān)聯(lián)的方式發(fā)生，該持續(xù)時(shí)間可以按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定到最有效的數(shù)值。
現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，其中圖1是用于操作HID燈的普通電路裝置的簡(jiǎn)化表示的電路圖，省略了理解本發(fā)明所不需要的細(xì)節(jié)，圖2顯示了幾個(gè)波形，闡明了根據(jù)本發(fā)明的燈電源電壓的形成方式，和圖3是根據(jù)本發(fā)明的相互關(guān)聯(lián)的高頻和低頻換向示圖。
圖1的電路裝置包含與AC電源線1連接的AC/DC變換電路2，電容器C1是輸出電容器。
受控/開關(guān)DC/AC變換器電路3被連接到變換器電路1，電路3也被稱作“斬波器”，包含合并的開關(guān)晶體管T0、二極管D1、線圈L1和輸出電容器C2。這個(gè)變換器電路以已知方式使用，特別用于在控制電路4控制下的燈“開”的正常工作階段中穩(wěn)定燈電流。
具有由控制電路6控制的開關(guān)晶體管T1-T4的換向電路5連接到變換器電路3。線圈L3、點(diǎn)火變壓器L2的次級(jí)繞組L2-2和燈L的電連接的串聯(lián)排列位于橋式換向電路5的對(duì)角線P1/P2中。電容器C3(燈電容器)并聯(lián)到L2-2和燈連接端的串聯(lián)排列上。
點(diǎn)火電路7包含二極管D2、電阻器R、電容器C4、閃光橋(sparkbridge)VB或一些其它電壓靈敏開關(guān)以及點(diǎn)火變壓器L2的初級(jí)繞組L2-1，并且該點(diǎn)火電路7連接到橋式換向電路5的對(duì)角線P1-P2的端子P3和P4。燈L是，例如，HID燈，即，具有高強(qiáng)度放電(HID)的放電燈。
目前為止所描述的常規(guī)電路的工作如下，只涉及與理解本發(fā)明有關(guān)的部分。
在工作期間，即，在點(diǎn)火階段，在變換器電路3的輸出電容器C2兩端產(chǎn)生一個(gè)DC電壓，例如，400V。由控制電路6以較高開關(guān)頻率(例如100KHz)來將換向電路5的晶體管T1-T4以T1、T4和T2、T3成對(duì)地交替切換到導(dǎo)通(“開”)狀態(tài)。
400V的電壓通過線圈L3和電容器C3的諧振效應(yīng)而逐漸上升到，例如，800V。對(duì)角線的端子P1和P2之間的這個(gè)增大的電壓被輸送給點(diǎn)火電路7，其中電容器C4通過二極管D2和電阻器R被充電到這個(gè)增大的電壓。當(dāng)電容器C4具有約800V的電壓時(shí)，閃光橋VB擊穿，因此電容器C3被通過點(diǎn)火變壓器L2的初級(jí)繞組放電。由于次級(jí)側(cè)和初級(jí)側(cè)之間的高匝數(shù)比，跨越次級(jí)繞組L2-2而產(chǎn)生一個(gè)，例如200KV，的高點(diǎn)火脈沖。
點(diǎn)火階段可具有大約，舉例來說，1秒的持續(xù)時(shí)間，通常隨后是一個(gè)換向電路5以例如90Hz的頻率進(jìn)行低頻轉(zhuǎn)換或換向的階段。開關(guān)晶體管T1-T4的低頻轉(zhuǎn)換以例如90Hz的低轉(zhuǎn)換頻率的周期時(shí)間T產(chǎn)生并聯(lián)在對(duì)角線P1-P2上的低頻方波電源電壓(圖2A)。
換向電路5的每個(gè)低頻換向?qū)a(chǎn)生主電流脈沖，該主電流脈沖從一個(gè)極性向另一個(gè)極性地對(duì)電容器C3再充電，并且在那些點(diǎn)火脈沖點(diǎn)燃燈的瞬間該主電流脈沖通過燈流走。因此，只要沒有產(chǎn)生燈的持久“開”狀態(tài)，主電流脈沖就將周期性地流動(dòng)，它形成電容器C2上的主要負(fù)載，該電容器C2是換向電路的電源。如果線圈L3(它也具有限流效果)的尺寸被減小或由于財(cái)政原因而被省略，則對(duì)于甚至更大的范圍，情況也是如此。
為了減少電容器C2上的負(fù)載，根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在建議使用電源電壓P1-P2(圖2D)，其中在換向電路5的每個(gè)低頻換向之前發(fā)生高頻換向。圖2D中所示的混合或相關(guān)的低頻/高頻電源電壓可以被認(rèn)為是由圖2B中所示的低頻斷續(xù)方波電源電壓和圖2C所示的高頻斷續(xù)方波電源電壓合并構(gòu)成。
在圖2B中，圖2A的每個(gè)塊或半波的初始部分被抑制的持續(xù)時(shí)間為Tb/2，由此每個(gè)塊的占空比被減小的比率是1-Tb/T，并且在每個(gè)初始部分期間，持續(xù)時(shí)間為Tb/2的高頻方波電源電壓，也就是持續(xù)時(shí)間為Tb/2的脈沖串，被遞送，每個(gè)脈沖串包含許多塊，其持續(xù)時(shí)間與高頻周期發(fā)生時(shí)段的持續(xù)時(shí)間Tb/2相比要短。后一頻率可以高達(dá)50KHz或100KHz，在例如為2.5ms的持續(xù)時(shí)間Tb/2內(nèi)，高頻方波電源電壓的周期數(shù)可能是例如125。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在每個(gè)高頻脈沖串期間在燈中產(chǎn)生輝光放電，這種輝光放電導(dǎo)致具有較低數(shù)值(例如約0.5A)的燈電流I1(圖2E)，在這種情況下輝光電壓可能約為230V。剛一在下一(縮短的)低頻電源電壓?jiǎn)卧拈_始轉(zhuǎn)變電源電壓，就發(fā)生電流脈沖P，在此前的高頻脈沖串足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間之后，電流脈沖的峰值不再象沒有這種脈沖串時(shí)的那樣高(Q，圖2E；13A)。上述情況下的高頻是例如200KHz。
這里可以清楚看出，電源電路3的輸出電容器C2經(jīng)受了小得多的負(fù)載并保持較高電壓，因此導(dǎo)致點(diǎn)火電路以更可靠的方式且更頻繁地遞送點(diǎn)火脈沖，由此實(shí)現(xiàn)了更可靠的燈點(diǎn)火，對(duì)此，在輝光放電期間燈電極的逐漸加熱也有幫助作用。脈沖電流的減小還使使用更輕類型的開關(guān)晶體管T1-T4成為可能。
同樣是鑒于上面討論過的輝光放電的效果，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，使脈沖串持續(xù)時(shí)間Tb/2作為一個(gè)時(shí)間的函數(shù)變化、從接管階段開始時(shí)的半周期T/2的100％下降到接管階段結(jié)束時(shí)的0％，是有益的。這被繪制于圖3中，其中低頻(LF)的比例和高頻(HF)的比例在垂直軸上以百分比繪制，時(shí)間t被繪制于水平軸。以舉例的方式，這里示出了在時(shí)間1、2和3秒時(shí)的情況，其中從0到1秒發(fā)生100％的高頻轉(zhuǎn)換，從2到3秒發(fā)生根據(jù)本發(fā)明的混合高頻和低頻轉(zhuǎn)換，并且在3秒之后是100％的低頻轉(zhuǎn)換。顯然，這里所給的值只是示意性的，而這些值可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)每個(gè)個(gè)體的燈類型進(jìn)行確定。
鑒于上面關(guān)于在點(diǎn)火階段和正常工作階段之間的接管階段持續(xù)期間施加混合高頻和低頻電源電壓的描述，相信本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以有能力對(duì)控制電路6進(jìn)行編程，該控制電路可能是微控制器或微處理器，以便它可以為換向電路5的開關(guān)晶體管T1-T4提供轉(zhuǎn)換模式，由此將所期望的、具有隨時(shí)間而變化的抑制和釋放周期Tb/2(圖3)的混合電源電壓輸送給燈。
權(quán)利要求
1.一種用于操作放電燈的電路裝置，該放電燈被連接到換向電路中，以便在燈的正常工作階段將具有較低或中等幅度的較低頻方波電源電壓輸送給該燈，其中在燈的正常工作階段在燈中連續(xù)產(chǎn)生電弧放電，而在所述正常工作階段之前的點(diǎn)火階段將具有較高幅度的較高頻方波電源電壓輸送給該燈，其特征在于，在所述點(diǎn)火階段和所述正常工作階段之間的接管階段，較低頻方波電源電壓在其的每個(gè)半個(gè)周期波的初始部分受到抑制，從而減少了每個(gè)波的占空比，并且一個(gè)較高頻方波電源電壓取代該較低頻方波電源電壓被饋送給燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于，相對(duì)于所述低頻方波電源電壓的半個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，所述接管階段中的所述初始部分的持續(xù)時(shí)間從接管階段開始時(shí)的100％減少到接管階段結(jié)束時(shí)的0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，包含被連接到換向電路并控制該換向電路的微控制器電路，其特征在于，所述微控制器電路被編程以便給該換向電路提供轉(zhuǎn)換模式，以便后者在接管階段給燈輸送混合的、相互關(guān)連的高頻和低頻方波電源電壓(圖2D)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電路裝置，其特征在于，微控制器電路被編程，以使得相對(duì)于該低頻方波電源電壓的每半個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間，該低頻方波電源電壓每半個(gè)周期的初始部分的持續(xù)時(shí)間從接管階段開始時(shí)的100％減少到接管階段結(jié)束時(shí)的0％，在所述初始部分中所述低頻方波電壓被抑制。
全文摘要
在穩(wěn)定工作期間，一種用于操作高壓放電燈的電路裝置給燈輸送以低頻換向的直流電。在點(diǎn)火和穩(wěn)定工作之間的接管期間，在每個(gè)換向之后，在短于半個(gè)換向周期的時(shí)間間隔期間給燈輸送高頻電流。通過這種方式給燈供電，便在接管期間形成較小的負(fù)載，因此電路裝置所必須滿足的需求不是很嚴(yán)格。
文檔編號(hào)H05B41/288GK1572125SQ02820500
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月18日
發(fā)明者F·斯勒格斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司