專利名稱：操作高壓放電燈的設(shè)備和方法
操作高壓放電燈的設(shè)備和方法本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分的用于操作高壓放電燈的設(shè)備 以及相應(yīng)的操作方法。
技術(shù)背景這樣的設(shè)備例如在C. H. Stunn禾B E. Klein所著的"Betriebsge戰(zhàn)te und Schaltungen ftlr elektrische Lampen" (Siemens AG 1992年第6次修訂版) 一書的 第217和218頁被說明。該文字部分公開了利用雙極的、基本上為矩形的供電 電流借助全橋逆變器來操作高壓放電燈，該高壓放電燈被連接在全橋逆變器的 鵬中。高壓放電燈為其按規(guī)定的運(yùn)行必需被限定的能量預(yù)算(energetischen Haushalt)。如果其能量預(yù)算被干擾，貝幌到高壓放電燈的運(yùn)fi^寺性改變，例如 由于電極腐蝕縮短燈的壽命或者通過不確定的放電電弧形成弓跑閃爍。在用雙 極供電電流操作高壓放電燈時(shí)，供電電流的過零在其極性變化中表示該燈的關(guān) 鍵的運(yùn)行階段。特別是在具有較厚的電極的高壓放電燈中，這些電極具有高導(dǎo) 熱性，諸如在無汞鹵素金屬蒸氣高壓放電燈中，在供電電流過零期間的提高的 熱傳導(dǎo)弓胞燈電極相應(yīng)較強(qiáng)的^4卩。在這種情況下，饋入給高壓放電燈的功率導(dǎo)致在供電電流的極性變化前燈 電極加熱不充分。相應(yīng)地，燈電極具有減小的發(fā)射能力，并且在極性變化后在 整個(gè)系統(tǒng)(即在放電電弧和電極上的)可用電壓不足以保持或盡可能快地提供 相應(yīng)的電流流動(dòng)。因此，在高壓放電燈上能夠觀察放電電弧的閃爍。這特別是 適用于嚴(yán)重老化的燈。為減小該問題，按照EP1 176 855A2，在高壓放電燈中， 在時(shí)間上接近于其供電電流的過零地耦合輸入形式為電流脈沖或者功率脈沖的 附力口電流或者附加電功率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)是提供一種根據(jù)前序部分所述的用于操作高壓放電燈的設(shè)備 和相應(yīng)的方法，其育,在高壓放電燈中使附加電流脈沖或者功率脈沖成形。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1或6的特征來解決。本發(fā)明的特別有
利的實(shí)施方案在從屬權(quán)利要求中被說明。根據(jù)本發(fā)明的用于利用雙極供電電流和功率調(diào)節(jié)來操作高壓放電燈的設(shè)備 包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器具有不對(duì)稱的調(diào)節(jié)特性曲線，用于使在時(shí)間上接近于供 電電流的過零來布置的電流脈沖或者功率脈沖成形。借助該不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器， 在時(shí)間上接近于供電電流的過零地，優(yōu)選地緊接在供電電流的過零之后，通過以下方式產(chǎn)生電流脈沖或者功率脈沖，即該調(diào)節(jié)器立即反控制(gegensteuern) 供電電流強(qiáng)度或功率由于換向引起的下降到預(yù)定的額定值之下，以便再次提高 供電電流強(qiáng)度或功率。本發(fā)明的設(shè)備的調(diào)節(jié)器具有不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器特性曲線， 使得該調(diào)節(jié)器對(duì)低于供電電流強(qiáng)度的數(shù)值的額定值做出的反應(yīng)比對(duì)超過前述的 額定值做出的反應(yīng)更靈敏。換句話說，該調(diào)節(jié)器被構(gòu)造成使得該調(diào)節(jié)器對(duì)于低 于前述額定值比在皿該額定值的情況下以相對(duì)更快或者更強(qiáng)的反控制方式做 出反應(yīng)。由此借助該調(diào)節(jié)器在緊接著雙極供電電流的每個(gè)過零之后產(chǎn)生形式為 所謂的換向脈沖的功率超高(Leistungsueberhoehung)。該換向脈沖的形狀可以 通過適當(dāng)確定該調(diào)節(jié)器的電子器件的尺寸來影響。通過在低于J^額定值的情 況下相對(duì)快或者強(qiáng)烈地反控制調(diào)節(jié)器弓胞過沖，該過沖確定供電電流過零之后 的換向脈沖的上升和高度。通過在^1上述額定值的情況下相對(duì)遲鈍地反控制 調(diào)節(jié)器，在換向脈沖的下降沿處防止出現(xiàn)振蕩。不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器有利地被耦合到用于將高壓放電燈的消耗功率調(diào)節(jié)到恒定 的水平的功率調(diào)節(jié)設(shè)備。由此，該不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器能夠直接干預(yù)高壓放電燈的 功率調(diào)節(jié)?？商鎿Q地，為了進(jìn)行調(diào)節(jié)也可以考慮高壓放電燈的燈電流。優(yōu)選地，功率調(diào)節(jié)借助脈寬調(diào)制來執(zhí)行，并且因此該不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器imi也被耦合到用于高壓放電燈的功率調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制控制器。按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該設(shè)備包括半橋逆變器或者全橋逆變器，高壓 放電燈被連接在該半橋逆變器或者全橋逆變器橋臂中，以便給該高壓放電燈供 ^ffl常小于1000赫茲的低頻率的雙極電流。該調(diào)節(jié)器i^t也要么被構(gòu)造為不對(duì)稱的比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)要么 被構(gòu)造為不對(duì)稱的積分調(diào)節(jié)器(I調(diào)節(jié)器)。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù){，的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。圖l(a)示出高壓放電燈的供電電流在沒有借助不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)的
情況下的時(shí)間變化曲線的示意圖，圖l(b)示出高壓放電燈的消耗功率在沒有借助不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié) 的情況下的時(shí)間變化曲線的示意圖，圖2示出高壓放電燈的瞬時(shí)消耗功率的時(shí)間變化曲線的示意圖，該高壓放 電燈具有由不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器成形的、緊接在供電電流的每個(gè)過零之后的換向脈 沖，圖3示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器的電路草圖， 圖4示出調(diào)節(jié)偏差的時(shí)間變化曲線的示意圖，圖5示出按照?qǐng)D3的調(diào)節(jié)器對(duì)于按照?qǐng)D4的調(diào)節(jié)偏差的響應(yīng)的示意圖， 圖6示出按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器的電路草圖， 圖7示出調(diào)節(jié)偏差的時(shí)間變化曲線的示意圖，圖8示出按照?qǐng)D6的調(diào)節(jié)器對(duì)于按照?qǐng)D7的調(diào)節(jié)偏差的響應(yīng)的示意圖， 圖9示出按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于操作高壓放電燈的電路裝置的電 路草圖。在圖9中，示意性示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的伏選實(shí)施例的、用于操作高壓 放電燈的電路，。該電路裝置包括電壓互 900，在該電壓互感器900的直 流電壓輸出上連接存儲(chǔ)電容器901 。該存儲(chǔ)電容器901用作被連接在其上的降壓 型變換器(Tiefsetzsteller) 910的直流電壓源，該降壓型變換器910包括晶體管 902、電感903、 二極管904和用于晶體管902的脈寬調(diào)制控制器905以及電容 器906。在電容器906上提供降壓型變換器910的輸出直流電壓。電容器906 用作被連接在其上的全橋逆變器920的電壓源，該全橋逆變器920基本上由晶 體管921、 922、 923和924構(gòu)成。在全橋逆變器920的橋臂中連接高壓放電燈 930和用于高壓放電燈930的點(diǎn)火器940以及帶有點(diǎn)火定時(shí)器942的點(diǎn) 控電 路941。電阻951、 952、 953用于確定高壓放電燈930的瞬時(shí)消耗功率。電阻 951、 952、 953的測(cè)量信號(hào)被輸送給功率調(diào)節(jié)單元960，該功率調(diào)節(jié)單元960在 其輸出上產(chǎn)生用于晶體管902的脈寬調(diào)制控制器905的控制信號(hào)。功率調(diào)節(jié)單 元960包括具有不對(duì)稱的調(diào)節(jié)特性曲線的調(diào)節(jié)器961 。調(diào)節(jié)器961的兩個(gè)不同的 實(shí)施例在圖3和6中示意性示出。但是，調(diào)節(jié)器961也可以作為軟件被實(shí)現(xiàn)在 以程序控制的方式工作的微控制器中，用于高壓方夂電燈的功率調(diào)節(jié)。借助功率 調(diào)節(jié)單元960、調(diào)節(jié)器961和脈寬調(diào)制控制器905，髙壓放電燈930的功率調(diào)節(jié)M改變降ilM變換器910的晶體管902的接通持續(xù)時(shí)間和關(guān)斷^^賣時(shí)間來實(shí) 現(xiàn)。晶體管902的開關(guān)頻率和相應(yīng)地還有由脈寬調(diào)制控制器905產(chǎn)生的脈寬調(diào) 制信號(hào)具有20kHz以上的頻率。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，高壓放電燈930是額定功率為35瓦特的鹵素金屬蒸氣高 壓放電燈，該鹵素金屬蒸氣高壓放電燈被設(shè)置為用于汽車前燈的光源。因此， 圖9中所描繪的電路裝置由汽車的車載電源電壓供給。全橋逆變器920的晶體管對(duì)921 、 924和922、 923以500赫茲的頻率交替 接通，使得禾,相同頻率的、基本上矩形的雙極供電電流來供給高壓放電燈930。 在圖la中示意性示出基本上矩形的雙極供電電流的半波的時(shí)間變化曲線。圖lb 示出高壓放電燈930的消耗功率的時(shí)間變化曲線，該時(shí)間變化曲線與圖la中示 出的電流變化曲線相對(duì)應(yīng)。這樣的電流變化曲線或功率變化曲線是現(xiàn)有技術(shù)。 借助根據(jù)本發(fā)明被構(gòu)造為操作設(shè)備的組成部分的不對(duì)稱調(diào)節(jié)器，在時(shí)間間隔m 中產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖被疊加在基本上矩形的雙極供電電流上，并且直 接在供電電流的每^hl零之后出現(xiàn)。該電流脈沖與在相同的時(shí)間間隔出現(xiàn)的功 率脈沖Kl、 K2同相，所述功率脈沖Kl、 K2與電流脈沖對(duì)應(yīng)。因此，在圖2 中僅示出高壓放電燈930的瞬時(shí)電消耗功率的時(shí)間變化曲線，該時(shí)間變化曲線 借助本發(fā)明的設(shè)備產(chǎn)生。與功率脈沖K1、 K2對(duì)應(yīng)的電流脈沖具有交變的負(fù)極 性和正極性，并且其最大電流強(qiáng)度大于矩形供電電流的振幅Imax。電流脈沖或 (在圖2中示出的)功率脈沖也稱為換向脈沖K1、 K2。在供電電流的過零之前 和之后的時(shí)間間隔I和rV中，調(diào)節(jié)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。高壓放電燈930在時(shí)間間 隔I和IV期間接近于其35瓦特的額定功率運(yùn)行。換向脈沖Kl、 K2的脈沖功 率及階段I和IV期間的消耗功率在燈電流的,周期上平均地得到35瓦特的 值。在時(shí)間間隔m期間的換向脈沖Kl 、 K2借助不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器961產(chǎn)生和成 形，該不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器961被構(gòu)造為用于調(diào)節(jié)高壓放電燈930的消耗功率的功 率調(diào)節(jié)單元960的組成部分。調(diào)節(jié)器961以兩個(gè)不同的調(diào)節(jié)器特性曲線工作， 其中第一調(diào)節(jié)器特性曲線僅在負(fù)的調(diào)節(jié)偏差Xw、即在低于35瓦特的消耗功率 的額定值時(shí)起作用，而第二調(diào)節(jié)器特性曲線僅在正的調(diào)節(jié)偏差Xw、即在超過 35瓦特的消耗功率的額定值時(shí)起作用。調(diào)節(jié)器961借助第二調(diào)節(jié)器特性曲線的 反控制與其借助第一調(diào)節(jié)器特性曲線的反控制相比更慢或者更遲鈍地被構(gòu)造。
因此，調(diào)節(jié)器961以比對(duì)低于超過35瓦特的功率額定值做出的反應(yīng)更弱的反控 制對(duì)超出戰(zhàn)功^l頁定值做出反應(yīng)。因此，不對(duì)稱地構(gòu)造該調(diào)節(jié)器961。在時(shí)間 間隔na、 Eb (圖l和2)期間，調(diào)節(jié)器961的第一調(diào)節(jié)器特性曲線起作用，而 在時(shí)間間隔m期間，第二調(diào)節(jié)器特性曲線起作用。如果供電電流在全橋920的未導(dǎo)通狀態(tài)下在時(shí)間間隔na開始時(shí)下降，使得 高壓放電燈930的瞬時(shí)消耗功率降到35瓦特的額定值以下，貝臘助不對(duì)稱的調(diào) 節(jié)器961進(jìn)行立即的反控制。調(diào)節(jié)器961作為比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)或 者作為積分調(diào)節(jié)器(I調(diào)節(jié)器)以其第~#性曲線工作。因?yàn)楦邏悍烹姛?30的 時(shí)鐘控制的電流源910、 920在時(shí)間間隔Ila期間由于未導(dǎo)通的全橋920而 于零的負(fù)載(也就是其電阻€^于無窮)上工作，所以電容器906上的電壓升 高，因?yàn)楸淮鎯?chǔ)在電感903中的能量在時(shí)間間隔na期間在電容器906中放電。 該過高的電壓在時(shí)間間隔nb期間作為驅(qū)動(dòng)電壓可供使用，以便弓l起供電電流的 電流強(qiáng)度在其負(fù)半波開始時(shí)陡升而供電電流的換向時(shí)間縮短以及消耗功率(圖2)陡升。與調(diào)節(jié)器961在時(shí)間間隔nb期間起作用的第一調(diào)節(jié)器特性曲線和調(diào) 節(jié)器961在時(shí)間間隔ni期間起作用的第二調(diào)節(jié)器特性曲線相結(jié)合，在時(shí)間間隔m期間得到消耗功率的強(qiáng)過沖，并且因此形成功率脈沖Kl、 K2。如果高壓放 電燈930是舊的燈，該燈在換向期間、即在供電電流過零期間構(gòu)造相對(duì)長(zhǎng)的無 電流階段，貝ij上述效果放大。調(diào)節(jié)器961試圖以按照其第一調(diào)節(jié)器特性曲線的 快速反控制繼續(xù)提高燈的消耗功率。這導(dǎo)致電容器906上的驅(qū)動(dòng)電壓的進(jìn)一步 提高，并且導(dǎo)致更強(qiáng)的過沖以及更高的換向脈沖K1、 K2。在圖3中示意性描繪按照第一實(shí)施例的不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器961的電路裝置。 該調(diào)節(jié)器包括運(yùn)算放大器OP、兩個(gè)電阻R1、 R2、 二極管D1和電容器C1。調(diào) 節(jié)量x i!31電阻Rl被輸送給運(yùn)算放大器OP的反相輸入。纟^算放大器OP的 非反相輸入輸送額定值w。運(yùn)算放大器OP的輸出y通過電容器C1和與電容器 Cl串聯(lián)的并聯(lián)電路被反饋到運(yùn)算放大器OP的反相輸入，該并聯(lián)電路由二極管 D1和電阻R2組成。該調(diào)節(jié)器被構(gòu)造為不對(duì)稱的比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)。 在圖5中示意性示出該調(diào)節(jié)器對(duì)于按照?qǐng)D4的作為例子預(yù)定的調(diào)節(jié)偏差Xw的 響應(yīng)。調(diào)節(jié)偏差Xw被計(jì)算為調(diào)節(jié)量x減去額定值w的差。在負(fù)的調(diào)節(jié)偏差Xw的情況下，該調(diào)節(jié)^^產(chǎn)生調(diào)節(jié)量y的與調(diào)節(jié)偏差Xw 的振幅成比例的部分P (圖5)和調(diào)節(jié)量y的第一積分部分Il。這種情況對(duì)應(yīng)于
調(diào)節(jié)器％1的上面提及的第一調(diào)節(jié)特性曲線。在正的調(diào)節(jié)偏差Xw盼瞎況下，該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生調(diào)節(jié)量y的第二積分部分I2。這種情況對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器961的上面 提及的第二調(diào)節(jié)特性曲線。根據(jù)調(diào)節(jié)偏差Xw的符號(hào)，二極管D1在導(dǎo)通方向或 者阻斷方向運(yùn)行，并且與此相應(yīng)地，輸出y與運(yùn)算放大器OP的反相輸入t間的 反饋支路中的RC元件的另一時(shí)間常數(shù)起作用，以及因此另一調(diào)節(jié)特性曲線也 起作用。在圖6中示意性描繪按照第二實(shí)施例的不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器961的電路裝置。 該調(diào)節(jié)器包括運(yùn)算放大器OP、兩個(gè)電阻R1、 R2、 二極管D1和電容器C1。調(diào) 節(jié)量x通過電阻Rl與電阻R2和二極管D1的串聯(lián)電路的并聯(lián)電路被輸送纟^i 算放大器OP的反相輸入。給運(yùn)算放大器OP的非反相輸入輸送額定值w。運(yùn)算 放大器OP的輸出y ffl31電容器Cl被反饋到運(yùn)算放大器的反相輸入。該調(diào)節(jié)器 被構(gòu)造為不對(duì)稱的積分調(diào)節(jié)器(I調(diào)節(jié)器)。在圖8中示意性示出該調(diào)節(jié)器對(duì)于 按照?qǐng)D7的作為例子預(yù)定的調(diào)節(jié)偏差Xw的響應(yīng)。調(diào)節(jié)偏差Xw被計(jì)算為調(diào)節(jié) 量x減去額定值w的差。在負(fù)的調(diào)節(jié)偏差Xw的情況下,該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生調(diào)節(jié)量y的第一積分部分ir 。 這種情況對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器961的上面提及的第一調(diào)節(jié)特性曲線。在正的調(diào)節(jié)偏差 Xw盼瞎況下，該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生調(diào)節(jié)量y的第二積分部分I2'。這種情況對(duì)應(yīng)于調(diào) 節(jié)器961的上面提及的第二調(diào)節(jié)特性曲線。根據(jù)調(diào)節(jié)偏差Xw的符號(hào)，二極管 Dl在導(dǎo)通方向或者阻斷方向運(yùn)行，并且與此相應(yīng)地，要么電阻R1、 R2的并聯(lián) 電路要么僅電阻R1被考慮用于計(jì)算輸出y與運(yùn)算放大器OP的反相輸A^間的 反饋支路中的RC元件的時(shí)間常數(shù)，并且因此也得到該調(diào)節(jié)器的兩個(gè)不同的調(diào) 節(jié)特性曲線，這些調(diào)節(jié)特性曲線根據(jù)調(diào)節(jié)偏差Xw的符號(hào)起作用。本發(fā)明不限于詳細(xì)說明的實(shí)施例。例如，在不f柳模擬器件的情況下,不對(duì) 稱的調(diào)節(jié)器也可以借助帶有被實(shí)現(xiàn)的軟件的微控制器或者微處理器來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.用于利用雙極供電電流和調(diào)節(jié)過的消耗功率來操作高壓放電燈(930)的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括具有不對(duì)稱的調(diào)節(jié)特性曲線的調(diào)節(jié)器(961)，用于使在時(shí)間上接近于供電電流的過零來布置的電流脈沖或者功率脈沖(K1，K2)成形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，調(diào)節(jié)器(961)被構(gòu)造為不 對(duì)稱的PI調(diào)節(jié)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，調(diào)節(jié)器(961)被構(gòu)造為不 對(duì)稱的I調(diào)節(jié)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，不對(duì)稱的調(diào)節(jié)器(961)被 耦合到用于高壓放電燈(930)的功率調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制控制器(905)。
5. 根據(jù)，權(quán)利要求中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè) 備包括全橋逆變器或者半橋逆變器(920)，高壓放電燈(930)被連接在該全橋 逆變器或者半橋逆變器(920)的橋臂中。
6. 用于利用雙極供電電流和調(diào)節(jié)過的消耗功率操作高壓放電燈(930)的 方法，其特征在于，消耗功率的調(diào)節(jié)借助不對(duì)稱的調(diào)節(jié)特性曲線來執(zhí)行，并且 Mil調(diào)節(jié)在時(shí)間上接近于供電電流的過零地使電流脈沖或者功率脈沖(Kl ， K2) 成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于利用雙極供電電流和調(diào)節(jié)過的消耗功率來操作高壓放電燈(930)的設(shè)備，其中，該設(shè)備包括具有不對(duì)稱的調(diào)節(jié)特性曲線的調(diào)節(jié)器(961)，用于使在時(shí)間上接近于供電電流的過零來布置的電流脈沖或者功率脈沖(K1，K2)成形。
文檔編號(hào)H05B41/292GK101213883SQ200680024426
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
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