專利名稱：確定hid燈聲共振的方法和驅(qū)動裝置的制作方法
確定HID燈聲共振的方法和驅(qū)動裝置本發(fā)明涉及一種在由驅(qū)動裝置以高頻工作電流供電的HID(HID :High Intensity Discharge，高強度氣體放電)燈中確定聲共振的方法，其中，對由所述驅(qū)動裝置共同發(fā)送的、并共同提供給所述HID燈的周期性檢測信號進行分析以確定所述聲共振。在所輸入的高頻工作電流處于kHz范圍的HID燈中會出現(xiàn)聲共振現(xiàn)象。聲共振是駐波帶來的結(jié)果，例如在管風琴中也出現(xiàn)這種現(xiàn)象。由于駐波，燈具中通常為直線的電弧變成彎曲形或者波浪形。此外，聲共振還影響到燈具的電學參數(shù)。這樣一來例如電弧電壓會升高，而且可能以低頻分量調(diào)制。這又帶來從外部可感知到的干擾，例如生成聽覺范圍內(nèi)的聲響、亮度閃爍或者由燈具發(fā)射的光的顏色的調(diào)制。本發(fā)明基于美國US 5，942，860主題所描述的方法。該方法基本原理為HID燈的驅(qū)動裝置通常包括由交流電網(wǎng)供電的AC/DC轉(zhuǎn)換器，其生成直流電壓，該直流電壓在逆變器中轉(zhuǎn)換為用于該燈具的高頻工作電流。由AC/DC轉(zhuǎn)換器生成的直流電壓(盡管不受歡迎) 通常包括具有被整流的交流電壓的雙倍頻率的較小調(diào)制，這可以從英文術(shù)語“Ripple (波紋)”中得到體現(xiàn)。該調(diào)制由逆變器一同發(fā)送并最終出現(xiàn)在燈具的高頻工作電流中。如果在該HID燈中存在聲共振，那么其對高頻工作電流起反作用，具體而言，會干擾該調(diào)制或者甚至使得該調(diào)制不可識別。從前述內(nèi)容來看，以半個電網(wǎng)頻率調(diào)制高頻工作電流是不受歡迎的。驅(qū)動裝置的設(shè)計原則上致力于避免這種調(diào)制或者將這種調(diào)制盡可能保持得較小。如果這種調(diào)制非常小，或者甚至不出現(xiàn)，那么這種已知方法是無效的。如果HID燈基于DC電壓(例如電池)供電，那么這種已知方法是無效的。此外在目前已知的確定聲共振的方法中存在這樣的問題，即交流電網(wǎng)電壓的干擾或者波動會導(dǎo)致錯誤地確定聲共振。例如不能識別聲共振的出現(xiàn)或者將交流電網(wǎng)電壓的干擾解釋為出現(xiàn)聲共振。根據(jù)EP1768468S2已知一種利用半橋電路驅(qū)動的HID燈，其可以不對稱地被驅(qū)動， 從而HID燈的供電電壓被疊加了 DC分量。因而本發(fā)明的任務(wù)在于給出一種確定HID燈中聲共振的方法，該方法在各個工作階段都可靠有效并且與高頻工作電流中存在的包括雙倍電源頻率的調(diào)制無關(guān)。本發(fā)明解決方案是權(quán)利要求1特征的主題。該解決方案在于，在驅(qū)動裝置內(nèi)部以及有目的地(也就是與供電電壓無關(guān)地)生成檢測信號以實現(xiàn)確定聲共振的目的。例如，通過有目的地調(diào)制驅(qū)動裝置的逆變器例如半橋電路或全橋電路的供電電壓，就可以生成所述檢測信號。也就是說，所述檢測信號不通過調(diào)制逆變器(半橋、全橋) 的時鐘獲得。所述逆變器的供電電壓可以有目的地通過所述驅(qū)動裝置的主動控制通斷的PFC 轉(zhuǎn)換器來調(diào)制，例如通過調(diào)制PFC轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)的目標值。所述檢測信號優(yōu)選具有一周期時間和/或振幅形狀，所述周期時間和/或振幅形狀不同于由電源電壓帶來的對所述HID燈的工作電流的調(diào)制。尤其適當?shù)氖?，所述檢測信號是鋸齒形的。這在下述情況下得到證實，即，根據(jù)本發(fā)明一個改進方式，所述檢測信號和由所調(diào)制的工作電流導(dǎo)出的調(diào)制信號自身關(guān)于時間求微分并且相互比較。在關(guān)于時間對鋸齒形檢測信號求微分時得到簡單的直流電壓值。通過數(shù)字化該直流電壓值可以特別簡單地進行比較。本發(fā)明還涉及一種用于HID燈的驅(qū)動裝置，其具有連接在電網(wǎng)上的AC/DC轉(zhuǎn)換器；由所述AC/DC轉(zhuǎn)換器供應(yīng)直流電壓的逆變器，所述逆變器生成用于所述HID燈的高頻工作電流；濾波器，所述濾波器用于濾波得到由所述驅(qū)動裝置共同發(fā)送的周期性檢測信號； 以及分析電路，濾波得到的所述檢測信號被輸入給所述分析電路，以便分析確定聲共振。根據(jù)US 5，942，860已知這種驅(qū)動裝置。前文中針對所述方法指定的任務(wù)同樣適用于所述驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置的解決方案的特征在于與所述驅(qū)動裝置連接的信號發(fā)生器，用以生成預(yù)定頻率的檢測信號。用于生成檢測信號的所述信號發(fā)生器可以調(diào)制逆變器例如半橋或全橋電路的供電電壓。用于生成檢測信號的所述信號發(fā)生器可以有目的地通過主動控制通斷的PFC轉(zhuǎn)換器調(diào)制所述逆變器的供電電壓，例如通過控制單元調(diào)制所述PFC轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)的目標值。所述檢測信號特征在于，其可以具有一周期時間和/或振幅形狀，所述周期時間和/或振幅形狀不同于由電網(wǎng)電壓帶來的對所述HID燈的工作電流的調(diào)制。基于有條理的原因還應(yīng)該指出，權(quán)利要求的內(nèi)容也應(yīng)納入說明書的公開內(nèi)容。下面將結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。附圖中

圖1以縱剖面圖示出一種HID燈，其電弧由于聲共振而出現(xiàn)變形；圖2以橫截面圖II-II示出圖1所示的HID燈；圖3以橫截面圖III-III示出圖1所示的HID燈；圖4示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動裝置；圖5示出本發(fā)明的抽象概括的實施方式；圖6示出本發(fā)明的特殊實施方式。圖1至圖3示意性示出的HID燈5具有燈泡和兩個電極Sk5C。在電極恥和 5c之間產(chǎn)生的電弧在正常情況下是直線的。然而如圖所示，如果在放電管中形成聲共振，電弧就會變形。造成變形的原因是駐波，這又會影響到該燈的電學參數(shù)。這樣一來例如電弧電壓升高，而且如稍后詳細描述的那樣，工作電流會以低頻分量調(diào)制。圖4示出按照現(xiàn)有技術(shù)(US 5, 942, 860)的驅(qū)動裝置，利用其可以確定是否出現(xiàn)聲共振。該驅(qū)動裝置包括連接在交流電網(wǎng)1上的功率因數(shù)校正(PFC)轉(zhuǎn)換器2，其從電網(wǎng)電壓生成直流電壓，并向存儲電容器3輸送該直流電壓。電網(wǎng)電壓用(a)來表示。在電容器 3上出現(xiàn)的直流電壓通常以雙倍電網(wǎng)頻率來調(diào)制，如(b)所示。這種調(diào)制并不受歡迎，此類驅(qū)動裝置的設(shè)計者考慮尋求盡可能少用這種調(diào)制的措施。向半橋逆變器4輸送直流電壓， 該半橋逆變器4按照已知方式包括兩個通斷節(jié)拍相反的電子開關(guān)。這種通斷是以在kHZ范圍內(nèi)的高頻率進行的。經(jīng)由兩個開關(guān)之一采集的工作電流通常輸送至串聯(lián)諧振電路(未專門示出)，該串聯(lián)諧振電路與通斷頻率彼此協(xié)調(diào)一致。在串聯(lián)諧振電路的電容器上出現(xiàn)諧振增強，這種諧振增強導(dǎo)致工作電壓位于kV范圍內(nèi)。直流電壓的以雙倍電網(wǎng)頻率進行的調(diào)制(通過(b)表示)由半橋逆變器4 一同發(fā)送，并表現(xiàn)為(c)所示的高頻工作電流，該工作電流被輸送至燈泡接口。然而，直流電壓的以雙倍電網(wǎng)頻率進行的這種調(diào)制僅當在燈具中沒有出現(xiàn)聲共振時才出現(xiàn)(c)所示的形狀。如果出現(xiàn)聲共振，那么其對工作電流起反作用，結(jié)果是調(diào)制圖失真或者甚至是不可識別的。這在(b)中示出。聲共振不僅導(dǎo)致電弧不再是直線的，而是彎曲成弧形或者波浪形，而且聲共振還造成聽覺范圍內(nèi)的令人不適的噪聲、亮度閃爍以及發(fā)射光的顏色的調(diào)制。根據(jù)US 5，942，860，為應(yīng)付聲共振的出現(xiàn)而改變半橋逆變器4的開關(guān)頻率。然而， 這樣一來必須首先確定是否存在聲共振。按照US 5，942，860的方法要分析在高頻工作電流(“紋波”)上的調(diào)制。為此從高頻工作電流中濾波得到該調(diào)制，隨后研究是否能夠在該振幅或者該時間上確定出對稱性。在不存在共振時(如圖4(c)所示)，調(diào)制波表現(xiàn)為對稱； 反之，當工作電流具有根據(jù)圖4(d)的形狀，那么存在不對稱。利用這個判定標準來改變半橋逆變器4的開關(guān)頻率。如果不存在圖4(b)所示的調(diào)制，或者該調(diào)制小到低于噪聲以至于不能分析的程度，那么該方法是無法發(fā)揮作用的。而正如所描述的，要將調(diào)制保持得很小，這是HID燈驅(qū)動裝置的設(shè)計者所極力追求的。圖5示出驅(qū)動裝置以及操作方法，該驅(qū)動裝置按照該操作方法工作，該驅(qū)動裝置和該操作方法要求不能有根據(jù)圖4(c)的高頻工作電流的根據(jù)圖4(b)的直流電壓的不受歡迎的調(diào)制。PFC轉(zhuǎn)換器2、電容器3和半橋逆變器4連同共振電路(未示出)設(shè)計為如根據(jù)圖4的已知驅(qū)動裝置那樣。就此而言，其全部內(nèi)容參引與此。創(chuàng)新點在于，在根據(jù)圖5的驅(qū)動裝置中專門以確定聲共振為目的而生成檢測信號，這在(e)中示出。該檢測信號是低頻的而且呈鋸齒形。該信號一方面發(fā)送至PFC轉(zhuǎn)換器2，另一方面發(fā)送至分析電路，該分析電路包括低通濾波器6、兩個微分環(huán)節(jié)7和比較器9。根據(jù)本發(fā)明的PFC轉(zhuǎn)換器2由此有目的地完成其輸出電壓的調(diào)制，例如通過調(diào)制其調(diào)節(jié)的目標值(這種調(diào)制可以用作為檢測信號)。該調(diào)制已經(jīng)涉及生成逆變器的直流供電電壓領(lǐng)域。供電電壓的該調(diào)制優(yōu)選呈鋸齒形。通過對PFC輸出電壓、進而逆變器供電電壓的調(diào)制得到以檢測信號調(diào)制的、由該驅(qū)動裝置生成的高頻工作電流(如(f)所示)。利用低通濾波器進行濾波得到該工作電流的調(diào)制信號，之后在微分環(huán)節(jié)7使該調(diào)制信號關(guān)于時間求微分。將原始生成的檢測信號發(fā)送至微分環(huán)節(jié)8，同樣關(guān)于時間求微分。如果鋸齒形電壓關(guān)于時間求微分，則按照已知方式得到恒定的直流電壓。這種恒定的直流電壓位于微分環(huán)節(jié)8的輸出端。如果高頻工作電流的利用低通濾波器6濾波得到的調(diào)制信號同樣是純粹的鋸齒形電壓，那么在微分環(huán)節(jié)7的輸出端上也存在穩(wěn)定的直流電壓。將兩個微分環(huán)節(jié)7和8的輸出發(fā)送至比較器9。在兩個微分環(huán)節(jié)7和8的輸出相等時，該比較器9不生成信號。反之，如果根據(jù)(f)的工作電流的調(diào)制由于聲共振是失真的，那么在微分環(huán)節(jié)7的輸出端上不再存在恒定的直流電壓。其結(jié)果是，比較器9確定向其輸送的電壓之間的差異，并相應(yīng)生成體現(xiàn)聲共振的確定信號。根據(jù)圖6的驅(qū)動裝置比根據(jù)圖5的驅(qū)動裝置略微更詳細一些。其尤其示出微分環(huán)節(jié)7的具體結(jié)構(gòu)。該微分環(huán)節(jié)7包括采樣保持電路7a，與其相連接的A/D轉(zhuǎn)換器7b，延遲環(huán)節(jié)7c和減法環(huán)節(jié)7d。在采樣保持電路7a中按照一定的時間間隔對高頻工作電流的由低通濾波器6濾波得到的調(diào)制信號進行采樣。采樣值在A/D轉(zhuǎn)換器7b中數(shù)字化。減法環(huán)節(jié) 7d與延遲環(huán)節(jié)7c的輸入端和輸出端連接。延遲環(huán)節(jié)7c以采樣保持電路7a的所述采樣時間間隔進行延遲。如果該采樣時間間隔明顯小于調(diào)制信號的周期時間，那么在減法環(huán)節(jié)7d 的輸出端上出現(xiàn)一信號值，該信號值發(fā)送至比較器9的輸入端。只要從高頻工作電流濾波得到的調(diào)制信號是鋸齒形，那么該信號值是保持恒定的直流電壓。向比較器9的另一輸入端發(fā)送基準值，該基準值代表微分后的原始檢測信號值。如果檢測信號(如在此處具體情況下規(guī)定的那樣)是鋸齒形，那么基準值同樣是保持穩(wěn)定的直流電壓。比較器9向控制單元發(fā)送比較結(jié)果。如前所述，僅當輸入至比較器9的信號值彼此不相等時，比較器9才給出確定信號的聲共振指示?？刂茊卧粌H與PFC轉(zhuǎn)換器2連接也與半橋逆變器4連接?？刂茊卧?0包括信號發(fā)生器(未示出)以生成鋸齒形檢測信號，并將其發(fā)送給PFC轉(zhuǎn)換器2。此外，控制單元 10產(chǎn)生高頻，利用該高頻來控制半橋逆變器開關(guān)的通斷。如果比較器9向控制單元10發(fā)送確定信號，那么控制單元10改變半橋逆變器4的高頻開關(guān)頻率，以便對抗聲共振以使該聲共振盡可能再次消失。然而這也是可行的，即，控制單元10與半橋逆變器4連接，以便向該半橋逆變器提供檢測信號。在這種情況下，半橋逆變器4調(diào)制用于控制半橋逆變器開關(guān)通斷的高頻。當然代替半橋電路也可以應(yīng)用全橋電路。
權(quán)利要求
1.一種在由驅(qū)動裝置以高頻工作電流供電的HID燈中確定聲共振的方法，其中，對由所述驅(qū)動裝置共同發(fā)送的、并且共同提供給所述HID燈的優(yōu)選周期性的檢測信號進行分析，以確定所述聲共振，其特征在于，有目的地在所述驅(qū)動裝置中生成所述檢測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過有目的地調(diào)制所述驅(qū)動裝置的逆變器例如半橋電路或全橋電路的供電電壓，從而生成所述檢測信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，有目的地通過所述驅(qū)動裝置的主動控制通斷的PFC轉(zhuǎn)換器( 來調(diào)制所述逆變器的供電電壓，例如通過調(diào)制所述PFC轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)的目標值。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述檢測信號的周期時間和/或振幅形狀不同于由電網(wǎng)頻率帶來的、對所述HID 燈的工作電流的調(diào)制的周期時間和/或振幅形狀。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法， 其特征在于，所述檢測信號是鋸齒形的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對所述檢測信號和由所調(diào)制的工作電流導(dǎo)出的調(diào)制信號自身關(guān)于時間求微分，然后再相互比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，從經(jīng)調(diào)制的工作電流中通過低通濾波器濾波得到所述調(diào)制信號， 在采樣保持電路中對所述調(diào)制信號進行采樣， 將采樣值在A/D轉(zhuǎn)換器中數(shù)字化，從各個當前采樣值中減去以采樣時間間隔延遲的上一個采樣值，將減法值與預(yù)定的代表微分實際值的基準值相比較，并且在所述減法值不同于所述基準值時給出指示聲共振的確定信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定信號被用于改變所述高頻工作電流的頻率。
9.一種電路，尤其是集成電路如ASIC，其用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法。
10.一種HID燈(5)的驅(qū)動裝置，其具有 連接在電網(wǎng)(1)上的AC/DC轉(zhuǎn)換器；由所述AC/DC轉(zhuǎn)換器供應(yīng)直流電壓的逆變器，所述逆變器生成用于所述HID燈(5)的高頻工作電流；頻率濾波器(6)，所述頻率濾波器用于濾波得到由所述驅(qū)動裝置共同發(fā)送的周期性的檢測信號；以及分析電路，濾波得到的所述檢測信號被輸入給所述分析電路，并且所述分析電路分析所述檢測信號以確定聲共振，其特征在于與所述驅(qū)動裝置連接或者包括在所述驅(qū)動裝置中的信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器用于生成所述檢測信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的驅(qū)動裝置，其中，用于生成所述檢測信號的所述信號發(fā)生器調(diào)制所述逆變器的供電電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動裝置，其中，用于生成所述檢測信號的所述信號發(fā)生器有目的地通過主動控制通斷的PFC轉(zhuǎn)換器⑵來調(diào)制所述逆變器的供電電壓，例如通過控制單元調(diào)制所述PFC轉(zhuǎn)換器⑵的調(diào)節(jié)的目標值來調(diào)制所述逆變器的供電電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12之一所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述檢測信號的周期時間和/或振幅形狀不同于由電網(wǎng)電壓帶來的對所述HID燈(5)的工作電流的調(diào)制。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述AC/DC轉(zhuǎn)換器具有PFC轉(zhuǎn)換器( ，并且所述逆變器是半橋逆變器G)，該半橋逆變器(4)具有兩個彼此反向地以高頻控制通斷的開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述分析電路包括兩個微分電路部分(7、8)，向其中一個微分電路部分(8)輸入由所述信號發(fā)生器生成的原始檢測信號，向其中另一個微分電路部分(7)輸入濾波得到的所述檢測信號，并且這兩個微分電路(7、8)的輸出端均與比較器(9)連接，所述比較器在微分后的濾波得到的所述檢測信號與微分后的原始檢測信號彼此不同之時輸出指示聲共振的確定信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15之一所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，用于濾波得到的所述檢測信號的所述微分電路部分(7)包括采樣保持電路(7a)、與之相連的A/D轉(zhuǎn)換器(7b)和與之相連的延遲環(huán)節(jié)(7c)，所述延遲環(huán)節(jié)(7c)的延遲時間等于所述采樣保持電路(7a)的采樣時間間隔， 所述微分電路部分(7)還包括減法環(huán)節(jié)(7b)，所述減法環(huán)節(jié)一方面與所述延遲環(huán)節(jié) (7c)的輸入端連接，另一方面與所述延遲環(huán)節(jié)的輸出端連接， 所述減法環(huán)節(jié)(7d)的輸出端與比較器(9)的輸入端連接，向所述比較器(9)的另一端輸入基準值，所述基準值代表微分后的原始檢測信號值，并且所述比較器(9)在輸入至其輸入端的信號值有偏差時給出指示聲共振的確定信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16之一所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置具有控制單元(10)，所述控制單元包括信號發(fā)生器，用以生成所述檢測信號，所述控制單元與所述比較器(9)連接用于接收和分析所述確定信號，所述控制單元(10)與AC/DC轉(zhuǎn)換器連接，以便向所述AC/DC轉(zhuǎn)換器輸入檢測信號，并且所述控制單元(10)還與所述逆變器連接，以便在向所述控制單元(10)輸入確定信號之時，改變所述HID燈(5)的由所述逆變器生成的高頻工作電流的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17之一所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置具有控制單元(10)，所述控制單元包括信號發(fā)生器，用以生成所述檢測信號，所述控制單元與所述比較器(9)連接用于接收和分析所述確定信號， 所述控制單元(10)與所述半橋逆變器(4)連接，以便向所述半橋逆變器輸入所述檢測信號，并且所述控制單元(10)還與所述逆變器連接，以便在向所述控制單元(10)輸入確定信號之時，改變所述HID燈(5)的由所述逆變器生成的高頻工作電流的頻率。
19. 一種HID照明設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求10至18之一所述的驅(qū)動裝置以及至少一個與之連接的HID燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和一種驅(qū)動裝置，用以在由驅(qū)動裝置以高頻工作電流供電的HID燈(5)中確定聲共振。為此專門針對此目的生成檢測信號(e)，該檢測信號優(yōu)選是鋸齒形的。在所述驅(qū)動裝置中共同發(fā)送檢測信號，并調(diào)制HID燈(5)的高頻工作電流(f)。通過在對檢測信號(e)和從高頻工作電流(f)濾波得到的調(diào)制信號兩者關(guān)于時間求微分之后比較這兩個信號，可以確定是否存在聲共振。
文檔編號H05B41/292GK102246601SQ200980149372
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者愛德華多·佩雷拉 申請人:赤多尼科有限公司