專利名稱：驅(qū)動(dòng)高強(qiáng)度放電燈的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)高強(qiáng)度放電(HID)燈的裝置和方法。尤其是，本發(fā)明用于產(chǎn)生高頻諧振點(diǎn)火電壓(ignition voltage)以便引燃(啟動(dòng))HID燈和保持穩(wěn)定的電路工作，對(duì)于在正常工作狀態(tài)期間為輸出功率和電流控制而使用的峰值電流檢測信號(hào)，這種穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，來自高頻諧振點(diǎn)火電路的干擾最小。通過加入與諧振點(diǎn)火電容器串聯(lián)連接的阻尼電阻來使諧振點(diǎn)火電壓幅度的變化針對(duì)與燈引線長度有關(guān)的寄生電容達(dá)到最小。
此外，這兩種不同方法的在燈引燃之后的繼續(xù)工作。在脈沖點(diǎn)火方法中，燈利用高頻信號(hào)工作，即，典型情況下在千赫茲(kHz)范圍內(nèi)的信號(hào)。在諧振點(diǎn)火方法中，燈利用低頻信號(hào)工作，即，典型情況下在幾百赫茲范圍內(nèi)測量的信號(hào)。由于聲音的共振問題與高頻工作有關(guān)，所以通常推薦使用低頻率工作方法來保持燈的工作(例如，照明)。
為了產(chǎn)生具有足夠能量來引燃燈的高頻電壓或者為了以高頻信號(hào)運(yùn)行(在引燃之后)燈，通常采用三種基本的解決方案，如圖3A到3C所示。
圖3A圖解說明了含有斬波器和高頻逆變器的放電燈驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)施加到開關(guān)Q1到Q4的不同控制模式，這種結(jié)構(gòu)可以提供許多種設(shè)計(jì)用途。
眾所周知，當(dāng)工作于高頻時(shí)，HID燈會(huì)出現(xiàn)聲音共振。美國專利號(hào)U.S.4,912,374公開了一種利用平滑的直流(DC)電流中斷高頻電流的方法。電感器L1和電容器C1構(gòu)成補(bǔ)償諧振網(wǎng)絡(luò)。變壓器T和電容器C2構(gòu)成逆變揩振電路。當(dāng)晶體管對(duì)Q1和Q4與晶體管對(duì)Q2和Q3以低頻交替地切換時(shí)，兩個(gè)高頻交流(AC)電流經(jīng)過燈。補(bǔ)償諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生第一高頻AC電流。逆變諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生第二高頻AC電流。結(jié)果，在電容器C1、變壓器T、和燈之間形成回路電流。當(dāng)晶體管Q4以高頻頻率切換時(shí)，晶體管Q1處于導(dǎo)通，而晶體管Q2和Q3處于完全截止(由于斬波器、或者補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)的原因)，所以DC電流從左到右流過該燈。當(dāng)晶體管Q3以高頻頻率切換時(shí)，晶體管Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，而晶體管Q1和Q4完全截止，所以DC電流從右到左流過該燈。
為了控制該直流(DC)電流，需要檢測補(bǔ)償電流。美國專利號(hào)U.S.4,912,374中并未詳細(xì)公開這種系統(tǒng)。用于檢測補(bǔ)償電流的最簡單方法是與輸入總線電壓V1串聯(lián)地增加檢測電阻。然而，除非采取特別的措施將逆變諧振網(wǎng)絡(luò)電流與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電流分開，否則可能在逆變諧振網(wǎng)絡(luò)與補(bǔ)償諧振網(wǎng)絡(luò)之間產(chǎn)生耦合。美國專利U.S.4,912,374沒有公開逆變高頻工作方式與補(bǔ)償DC或者低頻工作方式的分開，但是該逆變高頻工作方式只是被用來啟動(dòng)(引燃)燈，而DC(或者低頻)工作方式用于燈啟動(dòng)之后的正常(連續(xù)不斷的)工作方式。
圖3B圖解說明美國專利號(hào)U.S.4,912,374的修改，其中增加了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)Q5和二極管D5。這些元件的增添導(dǎo)致燈電流包括規(guī)則的方波(clean square wave)，而檢測補(bǔ)償電流包括規(guī)則的三角波。要注意的是，MOSFET Q5可以在燈引燃(啟動(dòng))之后隨時(shí)切換到截止，或者對(duì)于燈工作方式來講無論何時(shí)都不需要高頻電流。當(dāng)MOSFET Q5切換到截止時(shí)，由電感器L1和電容器C1構(gòu)成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以及由變壓器T和點(diǎn)火電容器C2構(gòu)成的點(diǎn)火網(wǎng)絡(luò)(ignition network)完全去耦。就是說，點(diǎn)火電容器C2與電路電斷開。由于晶體管Q1和Q2的切換，沒有充電(或放電)電流經(jīng)過點(diǎn)火電容器C2或者電流檢測電阻Rs。此外，二極管D5可以防止在MOSFETQ5的切換期間的電壓過沖(voltage overshoot)。
這種修改的缺點(diǎn)是需要高壓MOSFET Q5和高壓二極管D5，以及驅(qū)動(dòng)MOSFET Q5所需的任何有關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路。這增加了電路的復(fù)雜性而且也增加了生產(chǎn)成本。要注意的是，如果需要高頻電流與DC電流合成的波形來防止聲音的共振，MOSFET Q5必須在高頻率周期時(shí)導(dǎo)通，而在低頻率周期時(shí)截止。
在圖3C中圖解說明美國專利號(hào)U.S.6,020,691的二級(jí)輸出濾波器，其中具有高頻諧振點(diǎn)火裝置的斬波(或者補(bǔ)償)電源調(diào)節(jié)器、間斷的第一諧振階段感應(yīng)電流、和連續(xù)的第二諧振階段感應(yīng)電流彼此相關(guān)。
在美國專利號(hào)U.S.6,020,691中，由電感器L1與電容器C1形成的第一級(jí)諧振頻率fr1比由電感器L2與電容器C2形成的第二級(jí)諧振頻率fr2低。此外，為了避免電路中過多的諧振電流循環(huán)，第一級(jí)諧振頻率fr1與第二級(jí)諧振頻率fr2之間的距離稍微限制為不小于選擇的最小值。通過掃描在第二級(jí)諧振頻率fr2上的頻率來產(chǎn)生點(diǎn)火電壓。例如，如果第二級(jí)諧振頻率fr2要選擇大約40kHz而其最小掃描頻率應(yīng)該選擇為大約30kHz，所以第一級(jí)諧振頻率fr1可以選擇為大約22kHz。因?yàn)榈谝患?jí)諧振網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)電流與頻率fr1和最小掃描頻率高度相關(guān)，所以這種電路結(jié)構(gòu)有頻率不準(zhǔn)確和元件容差的問題。這種電路結(jié)構(gòu)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，因?yàn)閮杉?jí)被串聯(lián)在一起的，所以主要由第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的點(diǎn)火脈沖的幅度是兩個(gè)諧振頻率的函數(shù)。頻率靠近第二級(jí)諧振頻率的輸入電壓信號(hào)被第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)衰減，而由第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)來放大。因此，第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)Q必須相當(dāng)?shù)馗?，以致于能夠產(chǎn)生足夠高的點(diǎn)火電壓。
根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，即使當(dāng)相對(duì)高的尖峰脈沖電流饋送給點(diǎn)火電容器時(shí)，也提供一個(gè)相對(duì)“規(guī)則的”信號(hào)給補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的電流測量電路。
根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，提供阻尼器件，例如阻尼電阻，以致于其產(chǎn)生的峰值點(diǎn)火電壓變化在輸出被限制于最小的寄生電容，例如，幾百個(gè)皮法。
根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，通過旁路二極管路徑的漏電流明顯小于流經(jīng)檢測電阻的電流，所以二極管漏電流不會(huì)影響電流檢測。
在本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種驅(qū)動(dòng)放電燈的裝置，所述裝置包括振蕩回路(tank circuit)和DC-AC逆變器。該振蕩回路向燈提供電源，而且它包括第一諧振網(wǎng)絡(luò)和第二諧振網(wǎng)絡(luò)。在正常工作方式期間，由第一諧振網(wǎng)絡(luò)向燈提供交變的方波電流。在啟動(dòng)工作方式期間，由第二諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生諧振點(diǎn)火電壓，該諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接的阻尼器件、諧振電容器和諧振電感器。通過位于在電壓輸入和振蕩回路之間的DC-AC逆變器來將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓。阻尼器件可以是阻尼電阻。
在上述裝置中，DC-AC逆變器可以包括具有至少一對(duì)互補(bǔ)地導(dǎo)通與截止開關(guān)部件的電橋電路。該電橋電路可以是全橋逆變器或者半橋逆變器。
該裝置另外還可以包括控制電流的旁路器件。在這種情況下，第二諧振網(wǎng)絡(luò)可以連接到電橋電路的一個(gè)輸出端和旁路器件的輸出端。這樣的裝置另外還可以包括檢測第一諧振網(wǎng)絡(luò)中電流的檢測器件。
第一諧振網(wǎng)絡(luò)可以包括電容器和電感器，其中電容器并聯(lián)地連接在燈與第二諧振網(wǎng)絡(luò)中的諧振電感器的串聯(lián)連接電路上。
在上述裝置中，檢測器件可以包括檢測寄存器。在這種裝置中，檢測器件可以連接在電壓輸入的一端與電橋電路的一個(gè)輸入端之間，而電壓輸入的另一端可以連接到電橋電路的另一個(gè)輸入端。檢測器件可以并行地與旁路器件連接。
在這種裝置中，交變的方波電流的頻率可以小于1kHz。諧振點(diǎn)火電壓的頻率可以大于20kHz。
在這種裝置中，旁路器件可以包括串聯(lián)連接的兩個(gè)二極管。在這種情況下，串聯(lián)連接的兩個(gè)二極管的接合處可以連接到第二諧振網(wǎng)絡(luò)。該裝置還可以包括一個(gè)防止泄漏器件，它與兩個(gè)串聯(lián)連接二極管的至少一個(gè)連接。在這種情況下，檢測器件可以具有檢測電阻，檢測器件的電阻值可以小于防止泄漏器件的電阻值。在這種情況下，防止泄漏器件的電阻值可以是檢測器件的電阻值的20倍或者更大。
在本發(fā)明的第二方面，提供一種用驅(qū)動(dòng)放電燈的裝置來驅(qū)動(dòng)放電燈的方法。
該裝置包括振蕩回路和DC-AC逆變器。該振蕩回路包括第一諧振網(wǎng)絡(luò)和第二諧振網(wǎng)絡(luò)。第一諧振網(wǎng)絡(luò)在正常的工作方式期間提供交變的方波電流。第二諧振網(wǎng)絡(luò)在啟動(dòng)工作方式產(chǎn)生諧振點(diǎn)火電壓，而且它包括至少一個(gè)阻尼器件、至少一個(gè)諧振電容器和至少一個(gè)電感器，這些器件是彼此串聯(lián)連接的。該DC-AC逆變器包括電橋電路、檢測器件和旁路器件，并且它位于電壓輸入端與振蕩回路之間。電橋電路含有至少一對(duì)互補(bǔ)地導(dǎo)通與截止的開關(guān)元件。檢測器件檢測在第一諧振網(wǎng)絡(luò)中流過的電流。旁路器件控制該電流。
該方法包括以下步驟操作振蕩回路，以致于在啟動(dòng)工作方式期間第二諧振網(wǎng)絡(luò)向燈提供諧振點(diǎn)火電壓，在預(yù)定時(shí)間周期的過去之后，操作振蕩回路，以致于在正常工作方式期間第一諧振網(wǎng)絡(luò)向燈提供交變的方波電流，利用檢測器件檢測在第一諧振網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)的電流，以及利用旁路器件從第二諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流中去除第一諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流。


圖1A圖解說明本發(fā)明的燈驅(qū)動(dòng)電路的方框圖；圖1B圖解說明圖1A中所示本發(fā)明實(shí)施例的原理圖；圖1C圖解說明圖1B中所示電路的高阻抗線路連接；圖2A、2B和2C圖解說明本發(fā)明圖1B中所利用的各種電感性元件；圖3A圖解說明已有技術(shù)輸出網(wǎng)絡(luò)的方框圖，該輸出網(wǎng)絡(luò)具有與補(bǔ)償諧振網(wǎng)絡(luò)分開的點(diǎn)火諧振網(wǎng)絡(luò)；圖3B圖解說明圖3A電路的修改，其中點(diǎn)火諧振網(wǎng)絡(luò)與補(bǔ)償諧振網(wǎng)絡(luò)分開，在燈引燃之后點(diǎn)火電容器切換到截止；圖3C圖解說明已有技術(shù)的兩級(jí)LC輸出濾波器；圖4描繪具有圖2B中電感性元件的圖1A的電路；圖5A到5E顯示圖4中所示電路在預(yù)定點(diǎn)產(chǎn)生的各種理想波形；
圖6A圖解說明在預(yù)定的負(fù)載電壓下流經(jīng)點(diǎn)火電容器C2的電流、流經(jīng)旁路二極管D2的電流、和跨過檢測電阻Rs的檢測電壓等的數(shù)值，在圖4的電路中使用了這些電子部件。
圖6B圖解說明流經(jīng)點(diǎn)火電容器C2的電流數(shù)量，和沒有旁路二極管時(shí)檢測電阻Rs上的電壓值；圖7A圖解說明用于防止泄漏電流經(jīng)旁路二極管的等效電路；圖7B和7C圖解說明圖7A中電路的相關(guān)波形；圖8A圖解說明沒有引線的燈兩端的點(diǎn)火電壓的包絡(luò)線；和圖8B圖解說明具有15英尺燈引線的燈兩端的點(diǎn)火電壓的包絡(luò)線。
該DC-AC逆變器8包括電橋電路10、檢測器件14和旁路器件16。該DC-AC逆變器8可以由全橋逆變器或者半橋變換器構(gòu)成。
振蕩回路12包括第一諧振網(wǎng)絡(luò)18和第二諧振網(wǎng)絡(luò)20。
圖1B圖解說明本發(fā)明的一種具體電路結(jié)構(gòu)。然而，應(yīng)該理解，在不違背本發(fā)明的精神與/或范圍的條件下可以做一些改變。
電橋電路10包括配置成全橋結(jié)構(gòu)的多個(gè)MOSFET晶體管Q1到Q4。振蕩回路12的第一諧振網(wǎng)絡(luò)1 8包括電容器C1和電感器L1。振蕩回路12的第二諧振網(wǎng)絡(luò)20包括點(diǎn)火電容器C2、阻尼電阻R1、和電感性元件T。檢測器件14包括檢測電阻Rs，而旁路器件16包括通過電阻R2串聯(lián)連接的二極管D1和D2。
高強(qiáng)度放電(HID)燈LAMP的一個(gè)引線連接到電容器C1和電感器L1的接合處，而HID燈LAMP的另一個(gè)引線連接到電感性的元件T的接頭B。圖1B示出了燈相對(duì)于振蕩回路12的電連接；然而，應(yīng)該明白，對(duì)燈的說明是為了表達(dá)燈與振蕩回路12的第一和第二諧振網(wǎng)絡(luò)18和20的電連接，它與振蕩回路12(不是一部分)是分離的。
第一諧振網(wǎng)絡(luò)18的電感器L1和電容器C1形成斬波(或者補(bǔ)償)濾波器網(wǎng)絡(luò)。第二諧振網(wǎng)絡(luò)20的電感元件T和點(diǎn)火電容器C2形成高頻諧振網(wǎng)絡(luò)，而阻尼電阻R1的功能是減小品質(zhì)因素和加寬高頻諧振網(wǎng)絡(luò)的帶寬。
旁路器件16的旁路二極管D1和D2控制從點(diǎn)火電容器C2流經(jīng)過檢測電阻Rs的電流，而電阻R2是為了防止(或者減小)從MOSFET Q2與/或MOSFET Q4流經(jīng)旁路二極管D1和D2的任何電流。更可取的是，電阻R2的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于(大于)檢測電阻Rs的阻值。與電阻R1串聯(lián)電連接的電阻R2還具有作為阻尼電阻的功能。
根據(jù)圖1C中示出的變化，電阻R2包括多個(gè)(例如，圖1C中是兩個(gè))電阻，它們可以是(或者也許不是)相等的阻值。在這種變化中，一個(gè)電阻與旁路二極管D2串聯(lián)連接，同時(shí)另一個(gè)電阻與旁路二極管D1串聯(lián)連接。
在啟動(dòng)(引燃)工作期間，通過提供給電壓電源線Vbus、MOSFETQ1、和MOSFET Q2的頻率變化和占空比變化的電源來向點(diǎn)火網(wǎng)絡(luò)(由電感性的元件T、電容器C2、電阻R1和電阻R2構(gòu)成的)施加電壓。通過控制MOSFETS Q1和Q2的切換速率(例如，系統(tǒng)導(dǎo)通與截止的頻率)，每個(gè)高頻周期內(nèi)的頻率與/或占空比能夠線性地從近似200kHz的第一(例如，高頻)頻率掃描到近似100kHz的第二(例如，低頻)頻率。
下面討論的基礎(chǔ)是假定圖2B中示出的電感元件T用于圖1B的電路中。給定上述工作頻率，第一個(gè)電感器T′具有近似750μH的數(shù)值，電容器C2具有近似1.5nF的數(shù)值，而任何存在的寄生電容范圍可以從大約0pF到最大約150pF。寄生電容反射到電感器T′，這構(gòu)成了具有電容器C2的諧振網(wǎng)絡(luò)的電容性元件部分。由于這個(gè)反射，諧振頻率發(fā)生變化。基于已經(jīng)進(jìn)行的模擬，分別對(duì)應(yīng)于寄生電容出現(xiàn)的近似值0pF；50pF；100pF；和150pF，諧振頻率變得等于大約143kHz；135kHz；127kHz；和121kHz。
應(yīng)該注意，該諧振頻率不受阻尼電阻的存在或不存在的影響(改變)，但是針對(duì)寄生電容，電路中的增益確實(shí)發(fā)生了變化。還應(yīng)該注意到，當(dāng)包含該阻尼電阻時(shí)，電路中增益(相對(duì)于寄生電容的)變化減少。例如，沒有阻尼電阻，在寄生電容大約從0pF到150pF的范圍內(nèi)，峰值增益減少了將近16.7％。然而，當(dāng)大約30歐姆的阻尼電阻R1包括在該電路中時(shí)，該峰值增益在相同的0pF到150pF范圍內(nèi)僅僅減少大約6.3％。
從上面所述中可明顯看出阻尼電阻在穩(wěn)定增益中起著一定的作用。對(duì)于給定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)源和頻率掃描模式，點(diǎn)火電壓的峰值幅度與諧振網(wǎng)絡(luò)的增益成比例。如上所述，由于阻尼電阻的加入，增益變化僅僅近似6.3％，因此，當(dāng)寄生電容從0pF到150pF變化時(shí)點(diǎn)火電壓保持在預(yù)定的界限內(nèi)。應(yīng)予注意的是，在使用中，燈引線可以達(dá)到大約15英尺，測量的等效電容近似150pF。
圖8A和8B圖解說明當(dāng)燈引線長度分別是0英尺和15英尺時(shí)的點(diǎn)火電壓包絡(luò)線。關(guān)于這點(diǎn)，要注意的是，已經(jīng)采用了圖2A的電感性元件T，此外，可以在端點(diǎn)B和C(參見圖2A)跨接小數(shù)值的電容器(例如，大約150pF)，以便減小(濾除)一些圖中所示的甚高頻阻尼振蕩。
在啟動(dòng)(引燃)工作期間，MOSFET Q3和MOSFET Q4分別與MOSFETQ2和MOSFET Q1同相切換。因?yàn)閿夭?補(bǔ)償)濾波網(wǎng)絡(luò)(由電感器L1和電容器C1形成的)的諧振頻率比大約100kHz到200kHz的掃描頻率低得多，所以在電感器L1或電容器C1兩端僅僅產(chǎn)生小的諧振電壓。在啟動(dòng)工作期間，一旦引燃燈，燈電流在高頻周期的一半流經(jīng)過MOSFET晶體管對(duì)Q1和Q4，而燈電流在高頻周期的另一半流經(jīng)過MOSFET晶體管對(duì)Q2和Q3。
在燈的正常工作(例如，在燈被引燃/啟動(dòng)之后)期間，MOSFET Q1和MOSFET Q2以大約170Hz的低頻工作，而MOSFET Q3和MOSFET Q4以近似50kHz的高頻工作。作為選擇，在大約170Hz的低頻周期的一半期間，MOSFET對(duì)Q1和Q4以近似50kHz的高頻工作，而MOSFET對(duì)Q2和Q3在低頻(例如，近似170Hz)周期的另一半期間以高頻(例如，近似50kHz)工作。在具有低頻燈電壓的正常工作期間，所有的開關(guān)都可以工作在高頻。在兩種情況的任意一種下，MOSFET Q1和MOSFET Q2接合處(例如，圖1B中的點(diǎn)A處)的電壓在MOSFET Q1導(dǎo)通時(shí)是高(HIGH)，而在MOSFET Q2導(dǎo)通時(shí)是低(LOW)。在高電壓到低電壓的過渡(或者低電壓到高電壓的過渡)期間，充電(或者放電)電流經(jīng)過點(diǎn)火電容器C2。
現(xiàn)在將提供在低燈電壓情況下的詳細(xì)工作情況。圖4表示具有圖2B的電感元件T的圖1B電路，而圖5A到5E表示圖4電路的不同位置的波形。在正常工作中，由電容器C1和電感器L1形成的斬波器(補(bǔ)償濾波器)網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率低于比如大約50kHz的高頻頻率。在正常工作期間，由電容器C2、電阻R1、和電感性元件T′形成的逆變器網(wǎng)絡(luò)(點(diǎn)火網(wǎng)絡(luò))的諧振頻率比高頻(例如，近似50kHz)的頻率高?？梢哉J(rèn)為跨過電容器C1的電壓在高頻周期內(nèi)是恒定的?？梢哉J(rèn)為跨過電感性元件T′和T″的電壓在高頻周期內(nèi)是零。
燈電壓V(lamp)等于電容器C1上的電壓。因此，圖4中點(diǎn)C的電壓等于電壓V(1)。在時(shí)間t等于0時(shí)，MOSFET晶體管Q2和Q3導(dǎo)通，而MOSFET晶體管Q1和Q4截止。斬波器電流V(Rs)上升并且達(dá)到預(yù)定峰值電平，在這一點(diǎn)上，MOSFET Q3截止而慣性電流(freewheelingCurrent)開始流經(jīng)過電感器L1、電容器C1、燈、和MOSFET晶體管Q2和Q4的內(nèi)部二極管，直到t等于t1時(shí)。在時(shí)間t等于t1時(shí)，MOSFETQ2截止。慣性電流繼續(xù)流經(jīng)過MOSFET Q1的內(nèi)部二極管并且返回到總線線路，直到在時(shí)間t等于t2時(shí)電流達(dá)到零。在時(shí)間t等于t2時(shí)，新的周期開始。
在時(shí)間t等于0和時(shí)間t等于t1時(shí)，電壓V(1)突然從高轉(zhuǎn)變到低(從低到高)。點(diǎn)C的電壓V(1)與電流I(C2)之間的關(guān)系可以用方程式來表示I(c2)＝C2*dV(1)/dt，忽略任何寄生電感和阻尼電阻R1與R2。
跨過電容器的電壓沒有即時(shí)改變。因此，產(chǎn)生尖銳的(spiky)電容性電流I(C2)，如圖5E中所示。電容器C2的尖銳充電(或者放電)電流I(C2)，僅僅受電壓V(1)的上升(或者下降)斜度、寄生電感、寄生電阻、和電阻R1與R2的數(shù)值所限制。要注意的是，電流I(C2)的峰值幅度可能很高。如果這個(gè)電流經(jīng)過檢測電阻Rs，而且沒有被旁路二極管D1和D2旁路，檢測電阻Rs上的總電壓是電流I(C2)和斬波器電流I(Q2)一部分的組合。在這種情況下，檢測電壓明顯失真，這將影響對(duì)斬波器工作的控制。
圖6A和6B中分別示出了有和沒有旁路二極管D1與D2的實(shí)際波形。如從這些圖中所看到的，電流I(C2)正極性部分流經(jīng)過I(D2)，其中當(dāng)I(C2)大于0時(shí)，I(C2)等于I(D2)。要注意的是，在圖6A和6B中示出未電流I(C2)流通過旁路二極管D1的負(fù)極性部分。由圖6A中間的掃描跡線描繪的控制檢測電壓包括三角波形，它與三角形斬波器電流相比較顯示出最小的失真。當(dāng)省略旁路二極管時(shí)，整個(gè)的電流I(C2)與電流I(Rs)結(jié)合形成V(Rs)，如圖6B中所示。由于它與電流I(C2)正極性部分的組合，檢測電壓負(fù)極性部分幾乎消失。檢測電壓與斬波器電流相比較失真明顯，而且檢測電壓的頂部變平。假設(shè)反映在檢測電阻上的斬波器電流的峰值與檢測電阻上的電壓不一樣。注意，這不可能(或者，至少很難)控制斬波器工作的峰值電流。
檢測的斬波器電流，或者經(jīng)過電感器L1的電流被反饋用來控制斬波器開關(guān)Q3和Q4的導(dǎo)通時(shí)間。此外要注意的是DC電壓源Vbus或者由功率因數(shù)校正電路提供，或者直接地由整流的和濾波的沒有功率因數(shù)校正的AC線路提供。
圖7A圖解說明圖1B中所示電路的一部分。為了限制流經(jīng)過旁路二極管D1和D2的斬波器電流，電阻R2首先作為與檢測電阻Rs有關(guān)的高阻抗路徑。使用斬波器網(wǎng)絡(luò)的全橋逆變器形成三角形電流源，如圖7B和7C所示。在正常工作期間，工作頻率比點(diǎn)火網(wǎng)絡(luò)的頻率低得多，因此電容器C2實(shí)際上是開路的(電路的外面)。當(dāng)電阻R2的數(shù)值是零時(shí)，檢測電阻Rs上的最大電壓因旁路二極管D1和D2的導(dǎo)通而被箝位到近似1.4伏。
如圖7B中所示，檢測電壓V(Rs)在其正極性的波形上顯示出平頂，表示波形失真。旁路二極管D1和D2將開始導(dǎo)通，泄漏電流總是正向偏置。檢測電壓V(Rs)的峰值通常是在近似1Vpk到2Vpk之間的范圍內(nèi)。要注意的是很難精確地控制該峰值電流。
當(dāng)電阻R2的數(shù)值明顯大于檢測電阻Rs的數(shù)值時(shí)，流過旁路二極管D1和D2以及電阻R2的泄漏電流可以忽略。檢測電阻Rs上的電壓V(Rs)反映實(shí)際的斬波器電流，如圖7C中所描繪。例如，對(duì)于具有近似1.3安培起動(dòng)電流和近似2安培的峰值斬波器電流的70瓦特HID燈來講，檢測電阻Rs的電阻是0.8歐姆。根據(jù)公式電壓等于電流乘以電阻(V＝I*R)，峰值檢測電壓V(Rs)等于2安培*0.8歐姆，或者是1.6伏，其大于旁路二極管D1和D2的1.4伏箝位電壓。因此，要將電阻R2的數(shù)值選擇的比檢測電阻大的多(即，近似于檢測電阻Rs的20倍，或者是近似15歐姆)。
在HID燈啟動(dòng)(引燃)時(shí)，電阻R2還用作與電阻R1串聯(lián)的阻尼電阻。當(dāng)電阻R2以圖1B中所示結(jié)構(gòu)連接時(shí)，在MOSFET Q1導(dǎo)通時(shí)電阻R2抑制峰值諧振電壓的正極性部分。為了抑制峰值諧振電壓的正極性與負(fù)極性兩部分(或者剛好是峰值諧振電壓的負(fù)極性部分)，應(yīng)該采用圖1C所示的連接。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的說明和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解各種形式的和/或細(xì)節(jié)的修改，而不脫離如下面的權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和/或范圍。例如，可以通過修改本發(fā)明來避免聲音的共振，即，在HID燈的正常工作期間，使用由平滑DC電流中斷的高頻電流。另一選擇是，電橋電路10可以配置為半橋電路。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)放電燈的裝置，其特征在于包括振蕩回路，該振蕩回路向燈提供電源，而且它包括第一諧振網(wǎng)絡(luò)和第二諧振網(wǎng)絡(luò)，在正常的工作方式期間，第一諧振網(wǎng)絡(luò)向燈提供交變方波電流，在啟動(dòng)工作方式期間，第二諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生諧振點(diǎn)火電壓，而且它包括串聯(lián)連接的阻尼器件、諧振電容器和諧振電感器；和將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓的DC-AC逆變器，并且它位于在電壓輸入和振蕩回路之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于DC-AC逆變器包括電橋電路，所述電橋電路包括至少一對(duì)互補(bǔ)地導(dǎo)通與截止的開關(guān)部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于阻尼器件是阻尼電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述電橋電路是全橋逆變器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述電橋電路是半橋逆變器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于還包括一個(gè)控制電流的旁路器件，第二諧振網(wǎng)絡(luò)連接到電橋電路的一個(gè)輸出端和旁路器件的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6所述的裝置，其特征在于第一諧振網(wǎng)絡(luò)包括電容器和電感器，電容器并行連接在燈與第二諧振網(wǎng)絡(luò)中的諧振電感器串聯(lián)連接的電路上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于還包括檢測第一諧振網(wǎng)絡(luò)中電流的檢測器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述檢測器件包括檢測寄存器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述檢測器件連接在電壓輸入的一端與電橋電路的一個(gè)輸入端之間，電壓輸入的另一端可以連接到電橋電路的另一輸入端，而檢測器件可以并行地與旁路器件連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求6、8或10所述的裝置，其特征在于旁路器件包括兩個(gè)串聯(lián)連接的二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于交變方波電流的頻率小于1kHz，而諧振點(diǎn)火電壓的頻率大于20kHz。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于兩個(gè)串聯(lián)連接的二極管的結(jié)合處連接到第二諧振網(wǎng)絡(luò)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于還包括防止泄漏器件，它與兩個(gè)串聯(lián)連接二極管中的至少一個(gè)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于檢測器件具有檢測電阻，而檢測器件的電阻值小于防止泄漏器件的電阻值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于防止泄漏器件的電阻值是檢測器件的電阻值的20倍或者更大。
17.一種使用驅(qū)動(dòng)放電燈的裝置來驅(qū)動(dòng)放電燈的方法，其特征在于，該裝置包括振蕩回路，其包括第一諧振網(wǎng)絡(luò)和第二諧振網(wǎng)絡(luò)，第一諧振網(wǎng)絡(luò)在正常的工作方式期間提供交變的矩形電流，第二諧振網(wǎng)絡(luò)在啟動(dòng)工作方式產(chǎn)生諧振點(diǎn)火電壓，而且它包括串聯(lián)連接的阻尼器件、諧振電容器和電感器；DC-AC逆變器，其包括電橋電路、檢測器件和旁路器件，并且所述的逆變器位于電壓輸入端與振蕩回路之間，電橋電路具有至少一對(duì)互補(bǔ)地導(dǎo)通與截止的開關(guān)元件，檢測器件檢測在第一諧振網(wǎng)絡(luò)中流過的電流，旁路器件控制該電流的流動(dòng)，該方法包括以下步驟操作振蕩回路以致于在啟動(dòng)工作方式期間第二諧振網(wǎng)絡(luò)向燈提供諧振點(diǎn)火電壓；在預(yù)定時(shí)間周期的過去之后，操作振蕩回路，以致于在正常工作方式期間第一諧振網(wǎng)絡(luò)向燈提供交變的方波電流；利用檢測器件檢測在第一諧振網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)的電流；以及利用旁路器件從第二諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流中分離第一諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)包含振蕩回路(12)和DC－AC逆變器(8)的放電燈的裝置。振蕩回路(12)向燈提供電源，而且它包括第一諧振網(wǎng)絡(luò)(18)和第二諧振網(wǎng)絡(luò)(20)。在正常的工作方式期間，由第一諧振網(wǎng)絡(luò)(18)向燈提供交變的方波電流。在啟動(dòng)工作方式期間，第二諧振網(wǎng)絡(luò)(20)產(chǎn)生諧振點(diǎn)火電壓，該諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接的阻尼器件(R1)、諧振電容器(C2)和諧振電感器(T)。通過位于在電壓輸入和振蕩回路(12)之間的DC－AC逆變器(8)來將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓。
文檔編號(hào)H05B41/288GK1460396SQ02801007
公開日2003年12月3日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者宋易勇 申請人:松下電工株式會(huì)社