專利名稱：放電燈用的鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放電燈如高亮度放電(HID)燈用的鎮(zhèn)流器，特別涉及包括DC-DC轉(zhuǎn)換器的電子鎮(zhèn)流器，該轉(zhuǎn)換器從DC電壓源如電池得到輸入DC電壓，以提供用于操作燈的高DC電壓，本發(fā)明還涉及利用DC-DC轉(zhuǎn)換器的放電燈操作方法。
為了點(diǎn)亮燈，首先控制DC-DC轉(zhuǎn)換器以將輸出DC電壓增加到預(yù)起動(dòng)電壓，該預(yù)起動(dòng)電壓足夠高以便準(zhǔn)備點(diǎn)燃燈，用于起動(dòng)燈放電。為了成功地起動(dòng)燈，燈必須在一定時(shí)間內(nèi)保持在預(yù)起動(dòng)電壓，直到燈被點(diǎn)燃為止。通常情況下，預(yù)起動(dòng)電壓定義為高限制電壓，其中DC-DC轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)成保持產(chǎn)生該高限制電壓，直到燈被點(diǎn)燃為止，即無負(fù)載連接到該轉(zhuǎn)換器。然而，DC-DC轉(zhuǎn)換器使其輸出DC電壓從零增加到預(yù)起動(dòng)電壓所需要的時(shí)間取決于從DC電壓源獲得的輸入DC電壓。因而，在不期望得到的輸入DC電壓保持恒定的情況下，在不同的時(shí)間達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓。就是說，當(dāng)?shù)玫降妮斎隓C電壓下降時(shí)，可以在更長時(shí)間之后達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓，由此放電燈相應(yīng)地延遲起動(dòng)。由于在實(shí)際應(yīng)用條件下輸入DC電壓可能下降，因此為了滿足以一致的響應(yīng)時(shí)間和在不會(huì)有意改變輸入DC電壓的情況下恒定地起動(dòng)燈的要求，必須避免這種延遲。
鑒于上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種能在不管從DC電源獲得的輸入DC電壓可能改變的情況下進(jìn)行穩(wěn)定燈起動(dòng)的改進(jìn)的鎮(zhèn)流器。根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器包括適合于從DC電壓源接收輸入DC電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。該DC-DC轉(zhuǎn)換器具有開關(guān)元件，驅(qū)動(dòng)該開關(guān)元件，以便以合適的開關(guān)頻率和用于合適的導(dǎo)通周期重復(fù)切換輸入DC電壓，從而調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)放電燈的DC輸出。該鎮(zhèn)流器中還包括控制器，為了調(diào)整DC輸出，該控制器控制DC輸出并在被控DC輸出基礎(chǔ)上進(jìn)行改變開關(guān)元件任務(wù)的反饋控制，以便DC-DC轉(zhuǎn)換器提供起動(dòng)放電燈的預(yù)起動(dòng)電壓和保持放電燈工作的工作電壓。該鎮(zhèn)流器還包括監(jiān)視從DC電壓源輸送的輸入DC電壓的輸入DC電壓監(jiān)視器。本發(fā)明的特征在于控制器包括加速起動(dòng)裝置，該裝置按加速輸出DC電壓向預(yù)起動(dòng)電壓增加的方向在被監(jiān)視輸入DC電壓基礎(chǔ)上改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的一個(gè)，直到輸出DC電壓達(dá)到起動(dòng)電壓為止。通過這個(gè)方案，在與在輸入DC電壓處于可得到的最大電壓時(shí)所需要的時(shí)間基本相等的時(shí)間內(nèi)，不管輸入DC電壓如何變化，都可以將輸出DC電壓增加到預(yù)起動(dòng)電壓，由此保證快速起動(dòng)燈，同時(shí)補(bǔ)償降低的輸入DC電壓。
為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓向預(yù)起動(dòng)電壓以均勻速度增加而不管輸入DC電壓如何變化，該加速起動(dòng)裝置是最佳的，以便隨著輸入DC電壓降低而增加開關(guān)元件的導(dǎo)通周期和/或降低開關(guān)頻率。
在最佳實(shí)施例中，該鎮(zhèn)流器包括升壓器，它將從DC-DC轉(zhuǎn)換器中獲得的電壓放大到升高電壓。該升壓器具有提供升高電壓的特性，該升高電壓隨著開關(guān)元件的開關(guān)頻率增加而以更高速度增加。點(diǎn)火器與升壓器連接，以便在輸出DC電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓之后將該升高電壓增加到施加于放電燈的點(diǎn)火電壓，由此點(diǎn)燃燈。加速起動(dòng)裝置構(gòu)成為響應(yīng)達(dá)到低于預(yù)起動(dòng)電壓的第一閾值電壓的輸出DC電壓而增加開關(guān)元件的開關(guān)頻率。這樣，可以首先加速轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓增加，然后增加加速升高電壓到足夠電平以點(diǎn)燃燈點(diǎn)火器，由此提供輸出DC電壓和用于加速燈起動(dòng)的升高電壓的最佳組合。為此，選擇第一閾值電壓，以便在升高電壓達(dá)到足以點(diǎn)燃燈點(diǎn)火器的電壓之前，使輸出DC電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓。
優(yōu)選，操作加速起動(dòng)裝置以便響應(yīng)達(dá)到第一閾值電壓的輸出DC電壓，連續(xù)地或階梯式地使開關(guān)頻率從第一開關(guān)頻率增加到第二開關(guān)頻率。
代替使用第一閾值電壓，加速起動(dòng)裝置可以構(gòu)成為響應(yīng)首先達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓的輸出DC電壓而增加開關(guān)頻率。
此外，當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器包括平滑處理輸出DC電壓的低通濾波器時(shí)，本發(fā)明的鎮(zhèn)流器構(gòu)成為可抑制在與低通濾波器的固有頻率共振時(shí)發(fā)生的不希望的共振，同時(shí)正好在起動(dòng)燈之前DC-DC轉(zhuǎn)換器在斷續(xù)地被激活和無效時(shí)保持產(chǎn)生預(yù)起動(dòng)電壓。為了抑制不希望的共振，加速起動(dòng)裝置最好是響應(yīng)達(dá)到低于預(yù)起動(dòng)電壓的第二閾值的輸出DC電壓而減少開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。這樣，正好在DC-DC轉(zhuǎn)換器提供預(yù)起動(dòng)電壓之前和之后，轉(zhuǎn)換器逐漸地增加輸出電壓，以便補(bǔ)充用于維持預(yù)起動(dòng)電壓的小能量，由此可以連續(xù)地將輸出電壓限制到預(yù)起動(dòng)電壓而不會(huì)產(chǎn)生不希望的共振。因此，可以保護(hù)鎮(zhèn)流器由于不希望的共振而產(chǎn)生過高的電壓，使燈安全和可靠地工作。為此，加速起動(dòng)裝置可構(gòu)成為響應(yīng)輸出電壓達(dá)到第二閾值而連續(xù)地或階式地減少開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。
代替使用第二閾值，加速起動(dòng)裝置可構(gòu)成為響應(yīng)首先達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓的輸出DC電壓而減少導(dǎo)通周期。
另外，還有利的是，響應(yīng)達(dá)到第二閾值的輸出DC電壓，增加開關(guān)頻率首先達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓或甚至于達(dá)到低于預(yù)起動(dòng)電壓，并且不同于第二閾值的第三閾值。為了抑制不希望的共振正好在輸出電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓前后，單獨(dú)地或者與減少導(dǎo)通周期的上述方案相結(jié)合進(jìn)行增加開關(guān)頻率的這種控制都是有效的。
此外，代替使用一個(gè)或多個(gè)閾值，加速起動(dòng)裝置可以構(gòu)成為作為被監(jiān)視輸出DC電壓的函數(shù)而改變開關(guān)頻率和/或?qū)ㄖ芷?，直到輸出DC電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓為止，由此加速燈起動(dòng)和/或抑制不希望的共振的。
從下面結(jié)合附圖對(duì)最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明使本發(fā)明的這些和其它目的以及有利特征更明顯。
圖5A和5B是表示在鎮(zhèn)流器的被控輸出DC電壓基礎(chǔ)上的鎮(zhèn)流器的另一控制圖；圖6是表示鎮(zhèn)流器的基本特征圖；圖7是表示鎮(zhèn)流器的另一基本特征圖；和圖8是表示鎮(zhèn)流器修改特征圖。
現(xiàn)在參照

圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的鎮(zhèn)流器。該鎮(zhèn)流器由DC-DC轉(zhuǎn)換器20和反相器40構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)換器20被連接成從DC電源10如車用電池接收輸入DC電壓，用于提供被調(diào)整的DC輸出，反相器40將DC輸出轉(zhuǎn)換成要施加于放電燈1的低頻AC功率。
鎮(zhèn)流器中還包括從一部分DC-DC轉(zhuǎn)換器20獲得功率以產(chǎn)生升高電壓的升壓器50和由該升高電壓產(chǎn)生用于點(diǎn)燃燈1的點(diǎn)燃電壓的點(diǎn)火器60。該鎮(zhèn)流器還包括控制DC-DC轉(zhuǎn)換器20的控制器70和主要在DC-DC轉(zhuǎn)換器20的被控輸出DC電壓基礎(chǔ)上用于起動(dòng)燈和維持燈工作的反相器40。
DC-DC轉(zhuǎn)換器20包括變壓器30和穿過DC電源10與變壓器30的初級(jí)繞組串聯(lián)的開關(guān)元件24。控制開關(guān)元件24以便按照改變的頻率和改變的導(dǎo)通周期重復(fù)導(dǎo)通和斷開，由此將能量積累到變壓器30和電容器34中。當(dāng)開關(guān)元件24導(dǎo)通時(shí)，輸入電流從DC電源10流過初級(jí)繞組以在其中儲(chǔ)存能量。電容器34連接在初級(jí)繞組31和次級(jí)繞組32之間，并穿過DC電源10與二極管26串聯(lián)，因此當(dāng)開關(guān)元件24斷開時(shí)，另一輸入電流流過初級(jí)繞組31、電容器34、次級(jí)繞組32和二極管26，以便在繞組31和32以及電容器34中積累能量。二極管26和次級(jí)繞組32的串聯(lián)組合穿過由電感器37和電容器38構(gòu)成的低通濾波器36即輸出端連接到反相器40，當(dāng)開關(guān)元件24斷開時(shí)，累積在次級(jí)繞組32中的能量通過二極管26釋放，以提供輸出DC電壓給反相器40。電容器34釋放其能量，同時(shí)開關(guān)元件24導(dǎo)通，以連續(xù)提供輸出DC電壓給反相器40。所示轉(zhuǎn)換器20只是示意性的，如果利用相同開關(guān)元件調(diào)整DC輸出，則該轉(zhuǎn)換器20可以有不同的構(gòu)成。例如，可同樣使用公知的反饋型或降—升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。
反相器40是具有四個(gè)開關(guān)41、42、43和44的滿橋結(jié)構(gòu)，這些開關(guān)由驅(qū)動(dòng)器45按照以下方式驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通和斷開其中一對(duì)對(duì)角相對(duì)的開關(guān)41和44與另一對(duì)對(duì)角相對(duì)的開關(guān)42和43交替導(dǎo)通和斷開，以便提供使燈工作的低頻AC電壓。驅(qū)動(dòng)器45連接成以接收來自控制器70的低頻控制信號(hào)，從而進(jìn)行低頻反相器輸出。雖然所示實(shí)施例的鎮(zhèn)流器包括用于操作燈1的反相器，但是本發(fā)明不限于此，在操作特殊類型的放電燈時(shí)，可以不需要反相器。
點(diǎn)火器60包括變壓器，其初級(jí)繞組61和次級(jí)繞組62在饋送反相器輸出的路徑上與燈1串聯(lián)連接。穿過初級(jí)繞組61連接的是電容器64和放電間隙開關(guān)65的串聯(lián)組合，該串聯(lián)組合用于使電容器64放電，以便在次級(jí)繞組62感應(yīng)高點(diǎn)火電壓，用于點(diǎn)燃燈。
電容器64由升壓器50充電，升壓器50利用出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換器20的電路中的振蕩電壓提供足以給電容器64快速充電的升高DC電壓。升壓器50構(gòu)成為由二極管、電容器和電阻器構(gòu)成的科尼克羅夫特—沃爾頓電壓倍增器。升壓器50的輸入端穿過轉(zhuǎn)換器20的二極管26連接，以便提供隨著開關(guān)元件24的開關(guān)頻率增加而以增加的速度增加的升高DC電壓。
提供控制器70，以便主要通過閉路控制，即按照反饋方式在轉(zhuǎn)換器的輸出基礎(chǔ)上調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器20的輸出DC功率，以便提供起動(dòng)燈的燈預(yù)起動(dòng)電壓和在燈起動(dòng)之后提供燈工作電壓。預(yù)起動(dòng)電壓定義為DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出被限制的并稍高于起動(dòng)燈的實(shí)際最小燈起動(dòng)電壓的高極限電壓。即，預(yù)起動(dòng)電壓由380V的上限VH確定，而實(shí)際燈起動(dòng)電壓例如約為340V。
圖2表示被輸送以起動(dòng)和保持燈工作的燈電壓Vla和燈電流Ila的典型特性。在燈關(guān)閉而給DC-DC轉(zhuǎn)換器20賦能時(shí)，即無負(fù)載條件下，控制器70進(jìn)行閉路控制，將DC-DC轉(zhuǎn)換器20的輸出電壓從零增加到在340V的燈起動(dòng)電壓以上的例如約為380V的預(yù)起動(dòng)電壓，并在一定時(shí)間內(nèi)保持預(yù)起動(dòng)電壓直到燈被點(diǎn)燃。然后，升壓器50給點(diǎn)火器60提供用于點(diǎn)燃燈的電平足夠高的升高電壓，如圖3所示。即，鎮(zhèn)流器被構(gòu)形為使升高電壓增加到用于點(diǎn)火器60的足夠高的電平，以便在輸出DV電壓在時(shí)間Ts達(dá)到燈起動(dòng)電壓之上的預(yù)起動(dòng)電壓之后，快速激勵(lì)放電間隙開關(guān)65。一旦點(diǎn)火器60點(diǎn)燃燈以起動(dòng)燈放電，從DC-DC轉(zhuǎn)換器20賦能開始通常需要例如20毫秒的時(shí)間，看到燈電壓Vla急劇下降。這可以通過向下下降到例如220V的放電閾值VTH的電壓來證實(shí)。只要由控制器70獲知這個(gè)電壓降，控制器70進(jìn)入起動(dòng)階段P1，其中為了補(bǔ)償燈起動(dòng)和使燈起動(dòng)通過預(yù)熱階段P2和運(yùn)行階段P3成功地進(jìn)行到燈規(guī)定工作階段P4，輸送足夠的燈電流。
本發(fā)明轉(zhuǎn)用于確保燈快速起動(dòng)，因此涉及在燈被點(diǎn)燃之前的預(yù)起動(dòng)階段P0。在討論預(yù)起動(dòng)階段P0中的鎮(zhèn)流器的工作之前，先參考圖1簡要說明鎮(zhèn)流器的反饋控制?？刂破?0包括驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器80，它產(chǎn)生用于以改變的導(dǎo)通周期和改變的頻率導(dǎo)通和斷開開關(guān)元件24的驅(qū)動(dòng)脈沖，用于在輸出功率基礎(chǔ)上調(diào)整轉(zhuǎn)換器的DC輸出功率?？刂破?0中還包括監(jiān)視表示燈電壓Vla的輸出DC電壓的輸出電壓監(jiān)視器71、監(jiān)視表示燈電流Ila的輸出電流的輸出電流監(jiān)視器72以及檢測流過開關(guān)元件24的輸入電流的比較器73。每次在比較器74檢測到輸出DC電壓超過上限VH，即在最小燈起動(dòng)電壓之上的預(yù)起動(dòng)電壓，比較器74給驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器80發(fā)出停止信號(hào)，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器80響應(yīng)以斷開開關(guān)元件24。這樣，DC-DC轉(zhuǎn)換器20產(chǎn)生輸出電壓，該輸出電壓在轉(zhuǎn)換器賦能之后向上增加到預(yù)起動(dòng)電壓并保持在該電壓，直到燈被點(diǎn)燃為止，如圖2所示。
控制器70包括儲(chǔ)存表示功率指令的預(yù)定功率指令的功率指令表90，閉路控制據(jù)此調(diào)整輸出DC功率。功率指令與被監(jiān)視輸出DC電壓一起饋送到電流指令器91，電流指令器91由等式I＝P/V(其中P＝功率指令，V＝被監(jiān)視DC電壓)計(jì)算電流指令I(lǐng)。如此獲得的電流指令饋送給誤差放大器92，在那里與被監(jiān)視輸出電流Ila相比較，以便通過成比例的和集成的處理提供目標(biāo)電流指令I(lǐng)p1。為了調(diào)整輸出DC功率與目標(biāo)功率指令匹配，處理目標(biāo)電流指令I(lǐng)p1以驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件24。詳細(xì)地說，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器80包括提供具有預(yù)定頻率和預(yù)定導(dǎo)通周期的標(biāo)準(zhǔn)脈沖串的PWM反射器81。標(biāo)準(zhǔn)脈沖串饋送給RS觸發(fā)器83的設(shè)置端(S)，RS觸發(fā)器83在輸出端(Q)提供使開關(guān)元件24在每個(gè)脈沖上升緣導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過另一“與”門84饋送RS觸發(fā)器83的輸出以驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件24，該“與”門84還從PWM發(fā)生器81接收脈沖，因此在來自PWM發(fā)生器81的每個(gè)脈沖的下降緣開關(guān)元件24斷開。此外，為了在輸出電壓超過上限VH或被監(jiān)視電流超過目標(biāo)電流指令I(lǐng)p1時(shí)，無論先滿足哪個(gè)條件，斷開開關(guān)元件24，RS觸發(fā)器83在其復(fù)位端(R)通過邏輯OR門82接收比較器73和74的輸出。這樣，主要根據(jù)來自PWM發(fā)生器81的標(biāo)準(zhǔn)脈沖而驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件24導(dǎo)通和斷開，并通過改變導(dǎo)通周期被驅(qū)動(dòng)，以便根據(jù)被監(jiān)視輸出DC功率調(diào)整輸出DC功率。
控制器70中還包括燈電壓檢測器140，為確定燈是否已起動(dòng)，燈電壓檢測器140將輸出DC電壓與放電閾值VTH以及燈起動(dòng)閾值VST相比較。如圖2所示，檢測器140提供燈狀態(tài)信號(hào)，在輸出DC電壓從零增加到燈起動(dòng)閾值VST時(shí)和在輸出DC電壓下降到閾值VTH以下之后，這表示燈以被起動(dòng)，該燈狀態(tài)信號(hào)為高值。燈狀態(tài)信號(hào)用在負(fù)載調(diào)節(jié)器200中，以便在輸出DC電壓增加到燈起動(dòng)閾值VST之后修改標(biāo)準(zhǔn)脈沖串，即改變開關(guān)元件24的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期，直到輸出DC電壓下降到放電閾值VTH為止。
在輸出DC電壓達(dá)到燈起動(dòng)閾值VST之后改變開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期的目的是為了避免由在剛剛結(jié)束周期P2之后保持預(yù)起動(dòng)電壓的相關(guān)反饋控制產(chǎn)生的不希望的共振。即，如果轉(zhuǎn)換器20在周期P02期間斷續(xù)地輸送相對(duì)大的輸出功率以保持預(yù)起動(dòng)電壓，則輸出電壓可能與低通濾波器36的固有頻率共振，由此產(chǎn)生過高的共振電壓，這對(duì)鎮(zhèn)流器和燈都是有害的。為避免共振，負(fù)載調(diào)節(jié)器200構(gòu)成為一旦輸出DC電壓在時(shí)間T1增加到燈起動(dòng)閾值VST之后，該負(fù)載調(diào)節(jié)器200增加開關(guān)元件24的開關(guān)頻率和減少開關(guān)元件24的導(dǎo)通周期，如圖4所示，由此提供少量的輸出功率，以便將輸出電壓逐漸增加到預(yù)起動(dòng)電壓，然后保持輸出DC電壓在預(yù)起動(dòng)電壓左右而不會(huì)產(chǎn)生不希望的共振。換言之，在每次開關(guān)元件24切換時(shí)輸送的能量Ep可以下降到滿足以下不等式的值(1+EP/EL)×TSW＜＜TLC其中EL是由于內(nèi)部電路損失消耗的能量，TSW是在周期P02期間開關(guān)元件的周期，TLC是低通濾波器36的共振周期。相應(yīng)地，可以縮短輸出電壓在上限VH之下或之上的間隔，因此將關(guān)于上限VH振蕩的預(yù)起動(dòng)電壓的周期縮短到不產(chǎn)生不希望的共振的程度。
在上述說明中，負(fù)載調(diào)節(jié)器200構(gòu)成為響應(yīng)輸出電壓達(dá)到燈起動(dòng)閾值VST而改變開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期，但是，可以改變開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的任一個(gè)。此外，代替依賴于輸出電壓達(dá)到燈起動(dòng)的閾值VST，負(fù)載調(diào)節(jié)器200可構(gòu)成為響應(yīng)輸出電壓達(dá)到上限VH而減小導(dǎo)通周期和/或增加開關(guān)頻率。而且，負(fù)載調(diào)節(jié)器200可構(gòu)成為恒定地改變輸出DC電壓和選擇開關(guān)頻率和/或?qū)ㄖ芷?，根?jù)被監(jiān)視輸出DC電壓而改變，如圖5A和5B所示，用于在從開始激勵(lì)鎮(zhèn)流器(時(shí)間T0)到燈放電結(jié)束(時(shí)間T2)的周期P0期間控制開關(guān)元件24。應(yīng)該指出，響應(yīng)達(dá)到燈起動(dòng)閾值VST的輸出DC電壓，導(dǎo)通周期可連續(xù)下降和/或開關(guān)頻率可連續(xù)增加。
現(xiàn)在參見圖6，將介紹本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的燈快速起動(dòng)。從DC電壓源10獲得的輸入DC電壓可能在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下改變。鑒于此，本發(fā)明的鎮(zhèn)流器企圖補(bǔ)償輸入DC電壓的可能降低，不論輸入電壓怎樣都能確保燈快速起動(dòng)。即，為了轉(zhuǎn)換器20能提供足以按照均勻速度使輸出DC電壓增加到燈起動(dòng)電壓即預(yù)起動(dòng)電壓的恒定輸出功率，控制器70構(gòu)成為隨著輸入DC電壓降低而減小開關(guān)頻率和/或增加開關(guān)元件24的導(dǎo)通周期，如圖中所示。為此，鎮(zhèn)流器如此構(gòu)成，由于在輸入DC電壓處于可獲得的最大電壓時(shí)必須將輸出DC電壓增加到預(yù)起動(dòng)電壓，因此輸出DC電壓在預(yù)定的短時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓。在沒有上述控制的情況下，由轉(zhuǎn)換器20產(chǎn)生的輸出功率隨著輸入DC電壓下降而下降，由此產(chǎn)生輸出DC電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓的延遲，因此相應(yīng)地產(chǎn)生升高電壓達(dá)到足以點(diǎn)燃燈的電平時(shí)的延遲，由此延遲燈起動(dòng)。如圖所示，最好是，改變開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期以延長輸入DC電壓的最低極限E01，如實(shí)線所示，在該最低極限內(nèi)保證了快速起動(dòng)燈。然而，當(dāng)希望輸入DC電壓在下限E02以上時(shí)，只改變導(dǎo)通周期就足夠了，如虛線所示。例如，在鎮(zhèn)流器由14V的額定輸入DC電壓供電時(shí)，下限E02延長到約11V，最低極限E01延長到約9V。此外，同樣可以根據(jù)輸入DC電壓只改變開關(guān)頻率。
為了實(shí)現(xiàn)上述效果，控制器70包括給負(fù)載調(diào)節(jié)器200提供被監(jiān)視輸入DC電壓的輸入DC監(jiān)視器130，該負(fù)載調(diào)節(jié)器200響應(yīng)，以便隨著輸入DC電壓降低而增加導(dǎo)通負(fù)載和/或降低開關(guān)頻率。即，負(fù)載調(diào)節(jié)器200根據(jù)輸入DC電壓修改在PWM發(fā)生器81產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，以便擴(kuò)大允許輸入DC電壓范圍，在該電壓范圍內(nèi)，發(fā)送轉(zhuǎn)換器20的恒定輸出功率以在例如約20毫秒內(nèi)快速起動(dòng)燈。
參見圖3，應(yīng)該指出，在轉(zhuǎn)換器20的輸出電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓之后，來自升壓器50的升高電壓可快速增加到足夠用點(diǎn)火器60點(diǎn)燃燈1的電平VIG1。鑒于升高電壓隨著開關(guān)元件24的開關(guān)頻率增加而以高速度增加的升壓器50的特性，為了滿足輸出電壓的快速增加和升高電壓快速增加到足以點(diǎn)燃燈的電平，在輸出電壓增加到接近于預(yù)起動(dòng)電壓之后進(jìn)行控制以增加開關(guān)頻率。一個(gè)方案是響應(yīng)增加到上限VH的輸出電壓，增加開關(guān)元件的開關(guān)頻率，如圖7中的虛線所示。另一方案是響應(yīng)輸出電壓增加到燈起動(dòng)閾值VST，增加開關(guān)頻率，如圖中實(shí)線所示。利用任何一個(gè)方案，升高電壓按照比開關(guān)頻率保持不變的情況下高的速度增加到電平VIG1，由此進(jìn)行快速起動(dòng)燈。
優(yōu)選，如實(shí)線所示，為了進(jìn)一步縮短使準(zhǔn)備點(diǎn)燃燈所需要的時(shí)間，響應(yīng)增加到燈起動(dòng)閾值VST的輸出電壓而不是達(dá)到上限VH即預(yù)起動(dòng)電壓的輸出電壓，增加開關(guān)頻率。從圖7可清楚看出，升高電壓可以按照比在響應(yīng)達(dá)到上限VH(如虛線所示)的輸出電壓而開關(guān)頻率增加的情況下高的速度增加到電平VIG1，如實(shí)線所示。更詳細(xì)地說，響應(yīng)增加到稍低于上限VH的燈起動(dòng)閾值VST的轉(zhuǎn)換器20的輸出電壓，負(fù)載調(diào)節(jié)器200響應(yīng)以便從時(shí)間T1到T13連續(xù)地將開關(guān)頻率從f1增加到f2，直到時(shí)間T13希望輸出電壓設(shè)定在預(yù)起動(dòng)電壓上。在這個(gè)時(shí)間期間，升高電壓在時(shí)間T12達(dá)到電平VIG1，允許點(diǎn)火器60成功地點(diǎn)燃燈。相反，當(dāng)響應(yīng)在時(shí)間T11增加到上限VH的輸出電壓而使開關(guān)頻率從f1變換到更高值時(shí)，虛線所示，升高電壓后來在時(shí)間T14達(dá)到電平VIG1。因此，可以將使鎮(zhèn)流器準(zhǔn)備點(diǎn)燃燈的時(shí)間從T14縮短到T12。即使在要求升高電壓增加到用于點(diǎn)燃燈的更高電平VIG2時(shí)，可同樣使燈起動(dòng)時(shí)間從T16縮短到T15，如圖所示。
在上述實(shí)施例中，響應(yīng)增加到燈起動(dòng)閾值VST的輸出電壓，設(shè)定開關(guān)頻率增加，還可以同樣采用不同于燈起動(dòng)閾值但低于上限VH的其它閾值，由此提供快速起動(dòng)燈的最佳效果同時(shí)防止共振。想到前面關(guān)于防止共振的說明，響應(yīng)達(dá)到燈起動(dòng)閾值VST的輸出電壓，負(fù)載調(diào)節(jié)器200工作，以便除了增加開關(guān)頻率之外還降低開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。關(guān)于這一點(diǎn)，負(fù)載調(diào)節(jié)器200可以構(gòu)成為采用分別用于確定增加開關(guān)頻率和降低導(dǎo)通周期的時(shí)間的不同閾值?？赏ㄟ^一個(gè)閾值大于另一個(gè)閾值而合適地選擇這些閾值，由此提供最佳性能。
此外，代替連續(xù)地增加開關(guān)頻率，還可以同樣階梯式增加開關(guān)頻率，如圖8中的實(shí)線所示，以便響應(yīng)增加到燈起動(dòng)閾值VST的輸出電壓。在這種情況下，相對(duì)于只在輸出電壓達(dá)到上限VH之后增加開關(guān)頻率的情況，還可以進(jìn)一步縮短升高電壓增加到電平VIG1和VIG2的時(shí)間，如實(shí)線所示。當(dāng)然，除了燈起動(dòng)閾值VST以外的閾值也可以用于確定增加開關(guān)頻率的時(shí)間。
雖然上述實(shí)施例和修改特別適合于實(shí)施本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，本發(fā)明還包括另外的修改。例如，當(dāng)采用不是從轉(zhuǎn)換器20獲得其輸入DC電壓的另一升壓器，因此不限于隨著開關(guān)元件的開關(guān)頻率增加而增加升高電壓的上述特性時(shí)，不需要響應(yīng)達(dá)到閾值VST的輸出電壓而改變開關(guān)頻率。在不需要低通濾波器36時(shí)，也不需要為避免共振而在輸出電壓達(dá)到閾值VST之后改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率和/或?qū)ㄖ芷?。此外，控制器可以任意設(shè)計(jì)，只要它可以在預(yù)起動(dòng)階段P0和利用上述方式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的后來階段期間根據(jù)所知道的特殊事件而改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率和/或?qū)ㄖ芷诩纯?。而且，?yīng)該指出這里公開的任何單獨(dú)的特征都可以適當(dāng)?shù)亟M合以便實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明范圍內(nèi)的被修改的鎮(zhèn)流器。
本申請(qǐng)基于并要求在2001年1月12日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)No.2001-005706和在2001年7月16日申請(qǐng)的No.2001-215721的優(yōu)先權(quán)，在此引作參考。
權(quán)利要求
1.一種放電燈用的鎮(zhèn)流器，包括適于從DC電壓源接收輸入DC電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)元件，驅(qū)動(dòng)該開關(guān)元件以便以合適的開關(guān)頻率和合適的導(dǎo)通周期重復(fù)切換所述輸入DC電壓，以便調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)放電燈的DC輸出；控制器，監(jiān)視DC輸出以進(jìn)行反饋控制，在被監(jiān)視的DC輸出基礎(chǔ)上改變所述開關(guān)元件的負(fù)載，由此調(diào)整DC輸出，以便DC-DC轉(zhuǎn)換器提供起動(dòng)燈的高預(yù)起動(dòng)電壓以及用于保持燈工作的低工作電壓；其中所述鎮(zhèn)流器包括監(jiān)視從所述DC電壓源輸送的輸入DC電壓的輸入的DC電壓監(jiān)視器，和所述控制器包括加速起動(dòng)裝置，該加速起動(dòng)裝置在被監(jiān)視輸入的DC電壓基礎(chǔ)上在加速輸出DC電壓向所述預(yù)起動(dòng)電壓增加的方向改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中，所述加速起動(dòng)裝置隨著輸入DC電壓降低而增加所述開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中，所述加速起動(dòng)裝置隨著輸入DC電壓降低而降低所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中，隨著輸入DC電壓降低，所述加速起動(dòng)裝置增加導(dǎo)通周期和降低所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，還包括將從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部得到的電壓放大到升高電壓的升壓器，所述升壓器構(gòu)成為提供所述升高電壓，隨著所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率增加，該升高電壓以較高的速度增加；將所述升高電壓升高到點(diǎn)燃電壓并將所述點(diǎn)燃電壓施加于所述放電燈以便點(diǎn)燃放電燈的點(diǎn)火器；和監(jiān)視所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓的輸出DC電壓監(jiān)視器；所述加速起動(dòng)裝置響應(yīng)達(dá)到低于所述預(yù)起動(dòng)電壓的第一閾值的所述輸出DC電壓而增加所述開關(guān)元件的所述開關(guān)頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的鎮(zhèn)流器，其中，所述第一閾值如此選擇，以便在所述升高電壓達(dá)到足以使所述點(diǎn)火器點(diǎn)燃燈的電平之前，輸出DC電壓達(dá)到所述預(yù)起動(dòng)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的鎮(zhèn)流器，其中，響應(yīng)達(dá)到所述第一閾值的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置將所述開關(guān)頻率階式地從第一開關(guān)頻率增加到第二開關(guān)頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的鎮(zhèn)流器，其中，響應(yīng)達(dá)到所述第一閾值的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置將所述開關(guān)頻率連續(xù)地從第一開關(guān)頻率增加到第二開關(guān)頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的鎮(zhèn)流器，其中，所述升壓器是多級(jí)電壓升壓器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，還包括將從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部得到的電壓放大到升高電壓的升壓器，所述升壓器構(gòu)成為提供所述升高電壓，隨著所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率增加，該升高電壓以較高的速度增加；將所述升高電壓升高到點(diǎn)燃電壓，并將所述點(diǎn)燃電壓施加于所述放電燈以便點(diǎn)燃放電燈的點(diǎn)火器；和所述控制器工作以保持預(yù)起動(dòng)電壓，直到放電燈被點(diǎn)燃為止，所述加速起動(dòng)裝置響應(yīng)達(dá)到所述預(yù)起動(dòng)電壓的所述輸出DC電壓而增加所述開關(guān)元件的所述開關(guān)頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括由電感和電容構(gòu)成的低通濾波器，用于平滑所述輸出DC電壓，響應(yīng)達(dá)到低于所述預(yù)起動(dòng)電壓的第二閾值的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置降低所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的鎮(zhèn)流器，其中，響應(yīng)達(dá)到所述第二閾值的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置連續(xù)地降低所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中，響應(yīng)首先達(dá)到所述預(yù)起動(dòng)電壓的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置降低所述開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括由電感和電容構(gòu)成的低通濾波器，用于平滑所述輸出DC電壓，響應(yīng)達(dá)到低于所述預(yù)起動(dòng)電壓的第三閾值的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置增加所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括由電感和電容構(gòu)成的低通濾波器，用于平滑所述輸出DC電壓，響應(yīng)首先達(dá)到所述預(yù)起動(dòng)電壓的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置增加所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的鎮(zhèn)流器，其中響應(yīng)達(dá)到所述第三閾值的所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置連續(xù)地增加開關(guān)頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括由電感和電容構(gòu)成的低通濾波器，用于平滑所述輸出DC電壓，所述加速起動(dòng)裝置響應(yīng)達(dá)到低于所述預(yù)起動(dòng)電壓的所述第三閾值的所述輸出DC電壓而增加所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率，并響應(yīng)達(dá)到低于所述預(yù)起動(dòng)電壓的第四閾值而降低開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中將從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部得到的電壓放大到升高電壓的升壓器，所述升壓器構(gòu)成為提供所述升高電壓，隨著所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率增加，該升高電壓以較高的速度增加；將所述升高電壓升高到點(diǎn)燃電壓并將所述點(diǎn)燃電壓施加于所述放電燈以便點(diǎn)燃放電燈的點(diǎn)火器；和監(jiān)視所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓的輸出DC電壓監(jiān)視器；隨著被監(jiān)視輸出DC電壓增加到所述預(yù)起動(dòng)電壓，所述加速起動(dòng)裝置增加所述開關(guān)元件的所述開關(guān)頻率和/或降低所述開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括由電感和電容構(gòu)成的低通濾波器，用于平滑所述輸出DC電壓，所述鎮(zhèn)流器還包括監(jiān)視所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓的輸出DC電壓監(jiān)視器，隨著被監(jiān)視輸出DC電壓增加到所述預(yù)起動(dòng)電壓，所述加速起動(dòng)裝置增加所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率和/或降低所述開關(guān)元件的導(dǎo)通周期。
20.一種放電燈的鎮(zhèn)流器，包括適于從DC電壓源接收輸入DC電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)元件，驅(qū)動(dòng)該開關(guān)元件以便以合適的開關(guān)頻率和合適的導(dǎo)通周期重復(fù)切換所述輸入DC電壓，以便調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)放電燈的DC輸出；控制器，監(jiān)視DC輸出以在被監(jiān)視DC輸出的基礎(chǔ)上改變所述開關(guān)元件的負(fù)載，由此調(diào)整DC輸出，以便DC-DC轉(zhuǎn)換器提供起動(dòng)燈的高預(yù)起動(dòng)電壓以及用于保持燈工作的低工作電壓；其中所述鎮(zhèn)流器包括監(jiān)視從所述DC電壓源輸送的輸入DC電壓的輸入DC電壓監(jiān)視器，和所述控制器在被監(jiān)視輸入DC電壓基礎(chǔ)上改變所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的至少一個(gè)，以便將輸出電壓增加到所述預(yù)起動(dòng)電壓，而與輸入DC電壓的可能變化無關(guān)，這基本上是在輸入DC電壓處于可獲得的最大電壓的同時(shí)進(jìn)行的。
21.一種放電燈的鎮(zhèn)流器，包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，適于從DC電壓源接收輸入DC電壓，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件被驅(qū)動(dòng)以便以合適的開關(guān)頻率和合適的導(dǎo)通周期重復(fù)切換所述輸入DC電壓，以便調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)放電燈的DC輸出；控制器，監(jiān)視DC輸出以并在被監(jiān)視DC輸出的基礎(chǔ)上改變所述開關(guān)元件的負(fù)載，由此調(diào)整DC輸出，以便DC-DC轉(zhuǎn)換器提供起動(dòng)燈的高預(yù)起動(dòng)電壓以及用于保持燈工作的低工作電壓；其中所述鎮(zhèn)流器包括電壓監(jiān)視器，監(jiān)視從所述DC電壓源輸送的輸入DC電壓的輸入DC，和所述控制器，包括這樣一個(gè)功能，在被監(jiān)視輸入DC電壓基礎(chǔ)上在向所述預(yù)起動(dòng)電壓增加的方向加速輸出DC電壓改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的至少一個(gè)。
22.一種利用DC-DC轉(zhuǎn)換器操作放電燈的方法，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器適于從DC電壓源接收輸入DC電壓，并包括開關(guān)元件，驅(qū)動(dòng)該開關(guān)元件以便以合適的開關(guān)頻率和合適的導(dǎo)通周期重復(fù)切換所述輸入DC電壓，以便調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)放電燈的DC輸出；所述方法包括以下步驟監(jiān)視DC輸出并在被監(jiān)視DC輸出的基礎(chǔ)上改變所述開關(guān)元件的負(fù)載，由此調(diào)整DC輸出，以便DC-DC轉(zhuǎn)換器提供起動(dòng)燈的高預(yù)起動(dòng)電壓以及用于保持燈工作的低工作電壓；監(jiān)視從所述DC電壓源提供的輸入DC電壓；和在被監(jiān)視輸入DC電壓基礎(chǔ)上，在加速輸出DC電壓向所述預(yù)起動(dòng)電壓增加的方向上，改變所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種改進(jìn)的放電燈用的鎮(zhèn)流器包括從DC電壓源接收輸入DC電壓的DC－DC轉(zhuǎn)換器，以便提供準(zhǔn)備點(diǎn)燃或起動(dòng)燈的預(yù)起動(dòng)電壓。該DC－DC轉(zhuǎn)換器具有開關(guān)元件，驅(qū)動(dòng)該開關(guān)元件導(dǎo)通和斷開，用于產(chǎn)生預(yù)起動(dòng)電壓。該鎮(zhèn)流器中還包括加速起動(dòng)裝置，以便按加速輸出DC電壓向預(yù)起動(dòng)電壓增加的方向，在被監(jiān)視輸入DC電壓的基礎(chǔ)上改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率和導(dǎo)通周期中的至少一個(gè)，直到輸出DC電壓達(dá)到預(yù)起動(dòng)電壓為止。
文檔編號(hào)H05B41/38GK1456028SQ02800050
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者神原隆, 中村俊朗, 小谷幹, 小西洋史, 田中壽文 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社