專利名稱：電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用于點火和操作高壓放電燈的電路裝置，該裝置包括由轉(zhuǎn)換裝置、電感裝置和整流裝置一起組成的Buck(布克)變換器，該變換器連接到用于連接電源的輸入端以及連接到用于連接包括燈裝置的輸出端，以便給燈提供經(jīng)過轉(zhuǎn)換裝置的電流，轉(zhuǎn)換裝置周期地轉(zhuǎn)換因而交替地處于導通和非導通狀態(tài)，當燈相應于穩(wěn)定的燈工作狀態(tài)時，Buck變換器工作在自激振蕩方式。
從EP-A-4001931＝US5068572可以知曉在前面段落中所述類型的電路裝置。已知的電路裝置特別適合于組成投影TV(電視)設(shè)備部分的用來點火和操作高壓放電燈。
布克(Buck)型轉(zhuǎn)換方式電源也被稱之為諸如以下名稱下變頻變換器、降壓變換器、電感器耦合降壓變換器、直接降壓變換器。
雖然一般說來，在Buck(布克)變換器中，輸入端和輸出端是直接互相電連接的，但是采用在輸入和輸出端之間是隔離的電路，例如，以變壓器形式，也同樣是可以的。
在已知的電路裝置中，Buck變換器工作在自激工作，其特征在于在通過電感裝置的電流變?yōu)榱愕臅r刻，將轉(zhuǎn)換裝置從非導通轉(zhuǎn)換到導通狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)換是立即發(fā)生的。
用已知電路裝置向所連接的燈提供寬范圍的電流和電壓的恒定電源是可能的，從而使燈產(chǎn)生高穩(wěn)定的光通量。自激振蕩方式的特征在于在變換裝置的周期變換中低的變換損耗，特別是在燈可穩(wěn)定工作的電流電壓范圍內(nèi)，變換損耗低。最好是，燈工作期間，下變頻變換器是這樣選定的，以致使從非導通到導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的頻率在人聽覺所達頻率以上頻率。這也意味著，電感裝置可選定比較小。
在已知電路裝置中，當正比于經(jīng)過電感裝置的電流的信號變得等于獨立設(shè)定的控制信號時，就發(fā)生從導通到非導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。例如根據(jù)跨接輸出端的電壓，通過控制流經(jīng)電路裝置輸出端的電流來控制加到燈的功率是可能的。雖然用在負載(燈)中的功率耗散能被控制，利用已知電路裝置可以用比較簡單結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)電源控制，但是已知電路裝置是有許多缺點的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在已知電路裝置中，在某些情況下，用以使轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換的頻率可認為是很高或非常低的。特別是在初始階段，即，在燈穩(wěn)定工作狀態(tài)之前的燈狀態(tài)時，會出現(xiàn)高和低的轉(zhuǎn)換頻率。
較高轉(zhuǎn)換頻率的結(jié)果是大大增加轉(zhuǎn)換損耗，甚至導致轉(zhuǎn)換裝置變?yōu)闊o效。較低轉(zhuǎn)換頻的發(fā)生導致噪聲污染問題，因為轉(zhuǎn)換頻率可進入人類聽覺的范圍。
為此，本發(fā)明的目的是提供在很大程度上消除上述缺點的電路裝置。按照本發(fā)明，為此目的，在前面段落中所述類型的電路裝置，其特征在于，電路裝置具有使Buck變換器根據(jù)燈狀態(tài)而工作于強迫振蕩方式的裝置。
強迫轉(zhuǎn)換方式的使用提供了使下變頻變換器根據(jù)燈的狀態(tài)工作，即根據(jù)輸出端的電壓進行工作的可能性。因此就能避免轉(zhuǎn)換裝置以很低和/或很高轉(zhuǎn)換頻率工作。
最好是，當燈狀態(tài)相應于在燈中發(fā)生電弧放電之前的狀態(tài)時，所述本發(fā)明提供的裝置給Buck變換器提供不連續(xù)方式的工作。最好是，在穩(wěn)定的燈工作狀態(tài)之前，當燈狀態(tài)相應于在燈中擊穿之后電弧放電已經(jīng)形成的狀態(tài)時，該裝置給Buck變換器提供連續(xù)方式的工作。
下面再作一些說明有關(guān)Buck轉(zhuǎn)換器的“強迫振蕩方式”的概念是指轉(zhuǎn)換裝置從導通到非導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不是由通過電感裝置的電流變?yōu)榱銜r所觸發(fā)的那些方式。
兩種類型強迫振蕩方式為連續(xù)方式，不連續(xù)方式。
在連續(xù)方式中，電流連續(xù)經(jīng)過電感裝置，在轉(zhuǎn)換裝置從非導通到導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間同樣也是如此。當電路裝置工作在連續(xù)方式時，在經(jīng)過連接到輸出端的負載的電流中的紋波是比較小的，因此能夠供給負載較強的電流。在這種情況下，由于轉(zhuǎn)換裝置從非導通到導通狀態(tài)以較強的電流轉(zhuǎn)換，所以相應轉(zhuǎn)換損耗也高。
在電路裝置工作于不連續(xù)方式時，流經(jīng)電感裝置的電流變?yōu)榱?，但是轉(zhuǎn)換裝置從非導通狀態(tài)到導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程不是由此觸發(fā)的。雖然可能在后面一段時間內(nèi)，可使經(jīng)過電感裝置的電流一直到轉(zhuǎn)換裝置導電時保持為零，但電路裝置的實際構(gòu)成經(jīng)常是包括一個次級電路，而此次級電路組成了一部分電感裝置，并在接下來的期間當作為一個調(diào)諧電路。在經(jīng)過所述接下來的周期之后，適當選擇轉(zhuǎn)換到導通狀態(tài)的瞬間，就可能使轉(zhuǎn)換以低的轉(zhuǎn)換損耗進行。當電路裝置工作在不連續(xù)方式時，在被連接的負載分支的電流的紋波較長，跨在負載分支上的電壓也較高。
在高壓放電燈中的點火和工作可以區(qū)分下列燈狀態(tài)熄滅的非點火燈；跟隨有輝光放電之后燈的擊穿，和從輝光放電到電弧放電的過渡，燈的起動；穩(wěn)定的燈工作。
在燈的熄滅，非點火狀態(tài)中，不發(fā)生導電?？缭跓羯系碾妷旱扔诩拥綗舻耐獠侩妷骸?br> 當在燈上產(chǎn)生叫做點火脈沖的高電壓脈沖時，燈中發(fā)生擊穿，從而在燈中將發(fā)生輝光形式的導電，繼之發(fā)生給出足夠電流的電弧放電，由于擊穿而使燈導電，使放電電壓(燈電壓)電壓和由此跨在燈上的電壓陡降至幾伏特。
燈的起動是這樣一種燈狀態(tài)在此狀態(tài)中，由點火引起的電弧放電發(fā)展成穩(wěn)定的燈工作狀態(tài)。在起動起始時，伴有強電流經(jīng)燈，隨著電弧電壓的增加而逐漸下降。為防止燈超負荷，在某些條件下要求將電流限制在一個最大值，于是控制加到燈的功率并只讓功率慢慢上升。
在穩(wěn)定的工作狀態(tài)中，燈具有與燈消耗功率和在燈中的熱力平衡相一致的穩(wěn)定的燈的電壓。
在燈的熄滅，非點火狀態(tài)中，在電路裝置的輸出端有較高的電壓對連接的燈的快速而可靠的點火是有利的。由于在這種狀態(tài)中，燈是非導電的，因此在輸出端發(fā)生強電流波紋不是很大的缺點。因此，在不是連續(xù)方式中，電路裝置的工作是非常適合于這種燈狀態(tài)。
在燈起動期間，為了使燈快速和可靠達到穩(wěn)定工作狀態(tài)而供給燈以相當強的電流是很重要的。在連續(xù)方式中電路裝置的工作至少是很適合于這種在起動的最初的狀態(tài)。在連續(xù)方式中發(fā)生的較高的轉(zhuǎn)換損耗并不構(gòu)成大的負面因素，這是因為高壓放電燈的起動是只在一個有限短的期間內(nèi)進行。
本發(fā)明的電路裝置特別適合于投影電視(TV)裝置。本電路裝置還很有利地用在汽車的前燈系統(tǒng)。上兩種應用涉及形體緊湊的高壓放電燈的點火和工作，此時在穩(wěn)定工作狀態(tài)中，提供高恒定的光通量和高的點火電壓。在擊穿之后，特別是汽車前燈系統(tǒng)，最重要的是光必須很快地發(fā)射，因此在很短的期間就要從起動達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
在投影電視(TV)應用中，在連續(xù)方式工作的電路裝置中限制經(jīng)過電感裝置的最大電流，是為了防止燈的過載。
當電路裝置工作在連續(xù)方式或不連續(xù)方式時，例如利用根據(jù)檢測跨在燈上的電壓，經(jīng)過燈的電流，或者這兩者的組合產(chǎn)生的控制信號來控制從非導通到導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換裝置是可能的。
在實際電路裝置中，當電路裝置工作在連續(xù)或不連續(xù)方式時，根據(jù)定時信號產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)換裝置從非導通到導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信號。時間信號最好是與自轉(zhuǎn)換裝置進入非導通狀態(tài)瞬間起的經(jīng)歷的時間間隔有關(guān)。這種優(yōu)點是可能使電路裝置的結(jié)構(gòu)大大地簡化。各個燈的穩(wěn)定工作之值的差別則發(fā)現(xiàn)并不重要。在電路裝置的工作從連續(xù)轉(zhuǎn)換到自激振蕩方式之后，燈的起動持續(xù)到達穩(wěn)定態(tài)為止。最好，電路裝置工作在自激振蕩方式的同時可實行恒定功率控制。
在自激方式工作期間，在已知的電路裝置中，用來從非導通轉(zhuǎn)換到導通狀態(tài)的控制信號是這樣實現(xiàn)的在電感裝置中的電流變?yōu)榱阒蟾淖儤O性并產(chǎn)生跨于電感裝置兩端的輔助電壓，該輔助電壓用作產(chǎn)生用于將轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換到導通狀態(tài)的控制信號的電壓源。由此組成了在實際的實施的電路裝置中的可靠和性能良好的結(jié)構(gòu)，但是這僅是從實踐和文獻中許多可能實現(xiàn)中的一種。在許多情況中，在轉(zhuǎn)換裝置進入導通狀態(tài)時經(jīng)過電感裝置的電流又基本上即時地增加且無極性改變。
上述的經(jīng)過電感裝置電流的極性改變只是一個很短的瞬間，實際上在下文是不考慮這個值的，而在電流已經(jīng)變?yōu)榱阒?，由于轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換到導通態(tài)，經(jīng)過電感裝置的電流梯度被認為是流經(jīng)電感裝置的電流的一個即時的增加。
參考附圖將更詳細說明本發(fā)明的上述和其它方面，其中

圖1是本發(fā)明的電路裝置的實施例的示意圖；圖2示出了在自激振蕩方式工作期間的電路裝置具體實施的若干部分中的作為時間函數(shù)的電流；圖3表示在連續(xù)方式工作期間的電路裝置的具體實施的幾個部分中的作為時間的函數(shù)的電流；和圖4表示在不連續(xù)方式工作期間的電路裝置的具體實施的幾部分的作為時間的函數(shù)的電流。
圖1是用于點火和操作高壓放電燈7的電路裝置的示意圖，該電路裝置配置有轉(zhuǎn)換裝置1、電感性裝置2和整流裝置4，這些裝置一起組成了Buck變換器，電路裝置與輸入端5相連以用來接到電源，又與輸出端6相連，輸出端6包括燈7的裝置8，從而可給燈提供電流，其中，當燈是在相應的穩(wěn)定燈工作的狀態(tài)中時，Buck變換器工作在自激振蕩方式，轉(zhuǎn)換裝置周期地交替在導通和非導通狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。Buck變換器也具備有容性緩沖裝置3。
電路裝置配有用于控制轉(zhuǎn)換裝置1的控制電路10，該控制電路產(chǎn)生用于使轉(zhuǎn)換裝置交替地在導通和非導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信號。
裝置8包括燈，在許多實際情況中，包括轉(zhuǎn)換器用來使在燈工作期間，使周期地改變極性的電流流過燈。裝置8通常也包括點火電路，用于產(chǎn)生給燈點火的電壓脈沖。轉(zhuǎn)換器和點火電路二者通常形成本發(fā)明的電路裝置的一部分。在燈工作在直流電壓時，轉(zhuǎn)換器可省略。
電路裝置配置有裝置11，使Buck變換器在燈中發(fā)生電弧放電之前的燈的狀態(tài)時，以不連續(xù)方式工作。
當燈狀相應于在燈中擊穿之后，已經(jīng)形成電弧放電的狀態(tài)，但先于燈穩(wěn)定工作狀態(tài)之前時，裝置12使BUCK變換器工作在連續(xù)方式。
于是，裝置11和12共同組成了一種使Buck變換器根據(jù)燈狀態(tài)工作，以強制振蕩方式工作的裝置，并為此而連接到控制電路10。
參數(shù)20表示流經(jīng)電感裝置2的電流的檢測端與控制電路10之間的電連接，檢測具體地說是檢測流經(jīng)電感裝置的電流變?yōu)榱恪＿@種聯(lián)接用于啟動轉(zhuǎn)換裝置從非導通到導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程。
控制電路10包括用于以已知的方式產(chǎn)生控制信號的裝置(未示出)，用于轉(zhuǎn)換裝置從導通到非導通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在描述的實施例中，當電路裝置工作在自激振蕩方式時，給送到輸出端6的功率加上一個恒定功率控制。
在描述的電路裝置的實際實現(xiàn)的實施例中，用于使轉(zhuǎn)換裝置從非導通到導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信號是以類似于已知的電路裝置工作在自激振蕩方式的EP-A-0 401 931的電路裝置的方式產(chǎn)生的。
在電路裝置的實際實現(xiàn)的裝置11和12是這樣形成的，每個裝置產(chǎn)生與從轉(zhuǎn)換裝置進入到非導通狀態(tài)一起經(jīng)歷的時間間隔有關(guān)的時間信號，裝置11設(shè)計得一直到最小時間間隔之后，才能被轉(zhuǎn)換到導通狀態(tài)。裝置12是這樣構(gòu)成的，使得最大時間間隔之后，轉(zhuǎn)換裝置才被轉(zhuǎn)換到導通狀態(tài)。
在實際實現(xiàn)的描述中，裝置11提供的最小時間間隔是5μs。由裝置12實現(xiàn)的最大時間間隔是36μs。
圖2、3和4表示所描述的電路裝置的實際實現(xiàn)的實施例中的經(jīng)過電感裝置電流IL和經(jīng)過轉(zhuǎn)換裝置電流Is，它們都是作為時間的函數(shù)。圖2相應于自激振蕩方式，圖3相應于連續(xù)方式，而圖4相應于不連續(xù)方式。
實際實現(xiàn)的電路裝置適合于連接到220V、50Hz的電源。為此，電路裝置在輸入端配置了和轉(zhuǎn)換裝置之間配置了用于將連接到輸入端的交流電壓變換到適應轉(zhuǎn)換裝置工作的直流電壓的部分(已知未示出)。
所描述的實際實現(xiàn)的電路裝置適合于菲利浦制造的UHP型高壓金屬檢鹵燈。該燈對標稱燈電壓85V和燈電流1.2A，具有100W的額定功率。由國際整流器制造的IRF840 MOSFET型，用作轉(zhuǎn)換裝置1。電感裝置2由具有100匝的初級繞組和次級繞組30匝的鐵氧體芯的變壓器組成，組成控制電路10的一部分和作為產(chǎn)生使轉(zhuǎn)換裝置到導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信號的電壓源。電容緩沖器裝置3具有0.82μF的電容量。整流裝置4由13YV29F500型二極管構(gòu)成，菲利浦制造。于是用在自激振蕩方式中的Buck變換器能給輸出端提供范圍在50到110V的恒定功率。
在熄滅、非點火燈狀態(tài)中，電流裝置工作于不連續(xù)方式。跨在輸出端上的電壓是160V。點火電路(未示出)產(chǎn)生20KV的點火脈沖，隨即使燈點火。
在燈中的電弧放電已到達的燈狀態(tài)時，跨在燈上的電壓降到15V，于是跨在輸出端的電壓也降到此電平。這樣，電路裝置突然從不連續(xù)方式改變到連續(xù)方式。然后將最大值限制在2A的電流加到燈。在燈起動期間，燈電壓逐漸上升，經(jīng)過燈的電流逐漸減少。這就表明了，在轉(zhuǎn)換裝置的非導通期間，經(jīng)過電感裝置的電流很快下降。
在轉(zhuǎn)換裝置處于非導通態(tài)而在流經(jīng)電感裝置的電流在36微秒內(nèi)變?yōu)榱銜r，電路裝置的工作從連續(xù)方式轉(zhuǎn)換到自激振蕩方式，電路裝置配置了將加輸出端的功率控制到恒定電平的裝置。
在描述的實際實現(xiàn)中，上述情況相應于跨在燈和跨在輸出端的電壓為50V。繼之，燈起動繼續(xù)直到燈電壓已經(jīng)達到穩(wěn)定電平為止，這樣燈就穩(wěn)定狀態(tài)工作。恒定功率控制使燈達到在85V的標稱燈電壓上穩(wěn)定工作狀態(tài)。
當在額定燈功率上燈穩(wěn)定工作時，轉(zhuǎn)換裝置處于非導電狀態(tài)的時間大約是18微秒。
權(quán)利要求
1.一種用于點火和使高壓放電燈工作的電路裝置，具有由轉(zhuǎn)換裝置、電感裝置、和整流裝置，這三者一起組成的Buck變換器，變換器5輸入端相連用于連接電源變換器又與輸出端相連，用來連接包括燈的裝置，以便給燈提供一流經(jīng)周期轉(zhuǎn)換交替進入導通和非導通態(tài)的轉(zhuǎn)換裝置的電流。當燈在相應于燈穩(wěn)定工作狀態(tài)時，Buck變換器工作在自激振蕩方式，其特征在于，電路裝置具有根據(jù)燈狀態(tài)使Buck變換器工作在強制振蕩方式的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，電路裝置具有使Buck變換器在燈中發(fā)生電弧放電之前的燈狀態(tài)下以不連續(xù)方式工作的裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，電路裝置具有，當燈狀態(tài)相應于在擊穿之后電弧放電在燈中已經(jīng)形成，而在燈穩(wěn)定工作狀態(tài)之前的狀態(tài)時，使Buck變換器工作在連續(xù)方式的裝置。
4.如權(quán)利要求1、2或3的電路裝置，其特征在于，電路裝置適合于組成投影TV設(shè)備部分的點火和操作的高壓放電燈。
5.如權(quán)利要求1、2或3的電路裝置，其特征在于，電路裝置組成為汽車前燈系統(tǒng)的一部分。
全文摘要
一種用于點火和使高壓放電燈工作的電路裝置，具有由轉(zhuǎn)換裝置，電感裝置和整流裝置一起形成的Buck變換器，變換器連接到用于連接電源的輸入端和連接到用于連接包括燈的裝置的輸出端，通過周期地轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換裝置的電流，轉(zhuǎn)換裝置交替處于導通和非導通狀態(tài)，在燈穩(wěn)定工作期間，Buck變換器工作在自激振蕩方式。根據(jù)本發(fā)明，電路裝置具有使Buck變換器根據(jù)燈狀態(tài)工作在強制振蕩方式的裝置。
文檔編號H05B41/288GK1168218SQ96191505
公開日1997年12月17日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月9日
發(fā)明者H·J·布蘭卡斯 申請人:菲利浦電子有限公司