專利名稱：電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于帶有諧振啟輝的放電燈的鎮(zhèn)流器裝置，包括一個線圈，該線圈位于橋式整流電路的對角支路上，并與該電燈管連接點相串聯(lián)，還包括一電容，該電容與這些連接點相并聯(lián)，該整流電路在該燈管的正常操作狀態(tài)下向該燈管提供一個較低頻率的方波形電源電壓，該電源電壓具有較小或較平緩的幅度，其中在該燈管中連續(xù)地發(fā)生電弧放電。
本發(fā)明特別涉及到，通過使所述線圈和電容電致諧振從而促使該放電燈啟輝。這種啟輝方式被稱為諧振啟輝，可以從諸如歐洲專利申請EP0408121中得知。諧振啟輝的一個優(yōu)點本質(zhì)上在于可以分配一個單獨的啟輝電路。
在所述EP0408121中描述的鎮(zhèn)流器裝置中，整流電路在啟輝狀態(tài)下以時間可變的切換頻率被整流，該切換頻率在某一時刻經(jīng)過所述線圈和電容的諧振頻率，從而使一個很高的啟輝電壓通過該電容，使該放電燈啟輝。
本發(fā)明的一個目的是進一步增加諧振啟輝的可能性，并將其具體應用于UHP(超高壓)燈管和HID(高強度放電)燈管，同時滿足了元件進一步小型化的需求。
根據(jù)本發(fā)明的目的是通過用于上面定義的放電燈的鎮(zhèn)流器裝置來實現(xiàn)的，其特征在于該時間可變切換頻率，和該線圈的自感應值和該電容的容量值是以下述方式彼此相互確定的，即在頻率改變期間的某一時刻，所述時間可變頻率的一奇數(shù)諧波頻率至少達到所述線圈和所述電容的諧振頻率。
本發(fā)明者在實踐中發(fā)現(xiàn)，電源電路正?？山邮艿?、將反饋回整流電路的電壓電平，在切換頻率處有可能產(chǎn)生用于UHP燈管啟輝的適當啟輝電壓，在所述切換頻率下，所述線圈和所述電容在該切換頻率的奇數(shù)諧波頻率下至少接近諧振，由于所需諧振頻率目前可能是該切換頻率的(奇)數(shù)倍，而不象現(xiàn)有技術(shù)那樣這些頻率彼此相等，因此所述線圈的較小自感和所述電容的較小容量已經(jīng)足夠。
在附圖中


圖1以簡化的方式表示出UHP燈管的一常規(guī)鎮(zhèn)流器裝置的框圖，其中省略了對理解本發(fā)明不必要的細節(jié)，圖2表示作為圖1中整流電路的切換頻率的一個函數(shù)的燈管電壓，圖3是在時間進程中該鎮(zhèn)流器裝置的各種操作狀態(tài)的示意性表示，其中該電壓幅度和切換頻率由圖中表示，圖4表示在啟動/加熱狀態(tài)中作為該切換頻率的一個函數(shù)的燈管電流，和圖5表示在啟動狀態(tài)中作為時間的一個函數(shù)的燈管電壓。
根據(jù)圖1的用于放電燈的鎮(zhèn)流器裝置，包括與交流電壓電源1連接的一交流/直流轉(zhuǎn)換電路2，該轉(zhuǎn)換電路包括一電容C1作為輸出電容。
被控制/切換的直流/直流轉(zhuǎn)換電路3，也被稱為“斬波器”，它與轉(zhuǎn)換電路1連接，該斬波器包括一被切換的轉(zhuǎn)換晶體管T0，二極管D1，線圈L1和輸出電容C2。在控制電路4的控制下，該斬波器主要用于以已知方式在正常操作狀態(tài)中穩(wěn)定燈管電流，其中在燈管中連續(xù)地進行電弧放電，即燈管為“開”。
包括由控制電路6控制的轉(zhuǎn)換晶體管T1-T4的整流電路5與斬波器3相連接。在橋式整流電路5的對角支路P1-P2中間存在一個線圈L2，該線圈L2與燈管L的電燈管連接點相串聯(lián)，還存在一個燈管電容C3，該電容C3與這些連接點并聯(lián)連接。
燈管L是諸如HID燈管或UHP燈管。在燈管L中總是發(fā)生電弧放電從而使燈管為“開”的正常操作狀態(tài)中，控制電路6向轉(zhuǎn)換晶體管T1-T4提供一個較低頻率的切換電壓，促使這些晶體管T1，T4和T2，T3以導電方式成對地交替接通，從而可以向燈管提供一個具有較小或較平緩幅度的方波形電源電壓。
在所述正常操作狀態(tài)之前的諧振啟輝狀態(tài)下，控制電路6向轉(zhuǎn)換晶體管T1-T4提供一個相對高頻的切換電壓，該切換頻率隨時間而改變，從而電致地促使線圈L2和電容C3(至少接近)諧振，以便產(chǎn)生通過該燈管L的啟輝電壓。
本發(fā)明者已進行了實驗，結(jié)果如圖2所示，它指出了促使線圈L和電容C3諧振的一種新方式。
在所述實驗中，燈管電壓VL作為切換頻率fb的一個函數(shù)在空載電路中被測量，在該切換頻率處控制電路6對橋式整流電路5進行整流，該切換頻率以下將稱為電橋頻率fb。
圖2示出了燈管電壓VL作為電橋頻率fb的函數(shù)，在L2＝150mH且C3＝250pF的情況下，即，對于自然諧振頻率f0＝1/2 PI的LC次方根大約是820kHz。在電橋頻率fb中出現(xiàn)的由H3，H5，H7所指示的電壓峰值處，L2-C3分別在電橋頻率的三次，五次和七次諧波頻率處開始諧振。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，給定線圈L2的自感應值和電容C3的容量，若L2-C3在電橋頻率fb的三次諧波處諧振，即，若電橋頻率fb被選擇為等于L2-C3的自然諧振頻率的三分之一，則所出現(xiàn)的峰值H3，可以發(fā)出對燈管L足夠高的啟輝電壓，并且依據(jù)燈管的不同類型，也許啟輝電壓甚至高于所需電壓，當然隨著UHP和HID燈管的進一步發(fā)展，這些燈管的啟輝電壓的所需值可能將減少，從而峰值H5和H7也可能達到同樣效果。
這些結(jié)果引導出圖3中示意性表示出的操作放電燈的方式。
在圖3A中，空載電路的電壓幅度V被垂直繪制，時間t被水平繪制，在圖3B中，頻率f被垂直繪制而時間t被水平繪制(附圖并非按比例示出，它們只是作為示意性的表示)。
燈管為持續(xù)地“開”的正常操作狀態(tài)從時刻t3開始，在該狀態(tài)中較低頻率的方波形電源電壓具有諸如90Hz的頻率，具有較小幅度的該電源電壓被加到燈管。
所討論的狀態(tài)，即啟輝狀態(tài)，是從開始到t2，其中t1時刻是一個重要的中間時刻。在此狀態(tài)下，整流電路5以時間可變的電橋頻率fb操作，直到中間時刻t1，其中fb從例如210kHz變?yōu)?60kHz，L2和C3所使用的值分別為250μH和330pF，可以導致大約554kHz的L2-C3的諧振頻率fo，因此在時間上的任何瞬間，電橋頻率fb都可達到一個值(約為554/3＝185KHz)，在該值處電橋頻率fb的三次諧波頻率等于諧振頻率f，并且在電容C3中產(chǎn)生能夠啟輝該燈管的電壓峰值(圖2的H3)。在此連接中，應當注意一旦電橋頻率的三次諧波頻率達到諧振頻率fo，但仍然距所述諧振頻率有一定距離(例如1kHz或更多)，則在該燈管電容中可能已經(jīng)產(chǎn)生了足夠高的啟輝電壓。
有利的是，在諧振頻率f0和電橋頻率fb的比值為3∶1的情況下，線圈L2的自感應和電容C3的電容可以被限定為遠低于在常規(guī)比值1∶1情況下的值，并且盡管如此，也可以在不是很高的電橋頻率處產(chǎn)生諧振啟輝。
圖3A示出了跨在燈管兩端的電壓，該電壓持續(xù)增加直到時刻t1，當電橋頻率fb接近諧振頻率f0的三分之一的時刻，或者說當fb的三次諧波接近fo的時刻，出現(xiàn)啟輝電壓。該時刻由電壓電平檢測電路7(圖1)檢測，該檢測電路通過燈管連接點P3，P2切換，并在P3和P2之間電壓的某一電平處開始動作，在該情況下，至少在所述值附近穩(wěn)定該電壓，并在開始動作之后，所述檢測電路7向控制電路6提供一指示信號，從而使控制電路6維持壓控振蕩器VCO，振蕩器VCO與所述控制電路連接或包含在其中，并由此得到所需頻率的電橋頻率fb，直到時刻t2，該所需頻率至少接近諧振頻率fo的三分之一。
為了便于說明，從t1到t2的時間長度可以是例如500ms，在此期間可靠地產(chǎn)生啟輝，從開始到t1的時間長度并不重要，它可以是例如100ms。
上面關(guān)于三次諧波的描述，經(jīng)過必要的修正后對五次和七次諧波也可適用，若峰值H5和H7(圖2)可分別提供足夠高的啟輝電壓，并且上述電壓都只是為了便于說明而給出的，并不能被解釋為限制性的含義，時間0-t1，t1-t2的值也都只是舉例說明，如果需要的話可以通過實驗來確定。
在諧振啟輝的啟輝狀態(tài)(圖3A的0-t2)和燈為“開”的正常操作狀態(tài)之間，引入加熱和/或啟動(take-over)狀態(tài)是很重要的，在加熱和/或啟動狀態(tài)中，燈管電極通過輝光放電而加熱。
在啟輝之后，燈管基本建立起一個短路(電阻接近1歐姆)，若通過燈管的該空載電壓是在三次諧波附近產(chǎn)生的且燈管變?yōu)橐粋€短路，則與整流電路5連接的斬波器或控制級3提供一個較低的峰值電流，實際上該電流低于1安培。但是為了加熱燈管的電極，需要較高的峰值，實際上例如約為2安培，并需要一個足夠高的電壓通過控制級3的輸出電容C2。
圖2中空載電路的燈管電壓VL相對于電橋頻率fb的曲線，是本發(fā)明者由實驗得出的曲線，它表示出燈管電壓總是在虛線指示的電平之上，在本實施例的情況中該電平是320伏，通過輸出電容C2的電壓約為160伏。
圖4示出了進一步實驗結(jié)果的曲線圖，其中燈管電流I1相對于電橋頻率fb而繪制。該曲線示出，為了得到所需電流電平必須減少電橋頻率。
圖5示出了在例如100kHz的電橋頻率的一個周期內(nèi)，通過燈管的電壓V1，該電壓作為時間的一個函數(shù)，所示振蕩Os的頻率等于L2-C3的諧振頻率fo。因此，諧振電路L2-C3由100kHz的信號激勵，在電容C3上產(chǎn)生振蕩OS，該振蕩OS的值是控制級3的輸出電容C2的峰值電壓值的兩倍，結(jié)果，輸出電容C2上的較低電壓已經(jīng)足夠。
如圖3B所示，時刻t1處頻率約為f0/3(例如283kHz)的電橋頻率fb在時刻t2一下子減少到例如128kHz，從而使此狀態(tài)中提供給燈管的電流最優(yōu)化，也可以考慮到，燈管的不對稱布置可能導致過大的不對稱電流。在時刻t2’，電橋頻率可以被進一步直接減少到例如84kHz，從而允許較大的(對稱)電流在時刻t3觸發(fā)向正常操作狀態(tài)的躍遷。t2-t3的持續(xù)時間可以是例如1秒。
應當注意在時間t2-t3期間對頻率步級的數(shù)量和大小的選擇可以對必要電流進行優(yōu)化，上述的數(shù)據(jù)純粹是舉例說明，不應當被解釋為是對頻率步級的數(shù)量和大小的限制。
參見圖3A，還應當注意直到t3所示出的都是空載電路的電壓，即在燈管的非啟輝狀態(tài)下的電壓；在擊穿(breakdown)之后，電壓變得很低。實際上，燈管可以在t1和t3之間再次熄滅。在此情況下，由于總是可以獲得超過約300V(圖3和圖5)的最小電壓，如上所述，因此燈管將再次打“開”。若通過已知方式確定在時刻t3后燈管不能保持發(fā)光，則每隔一定時間就重復上述的全部步驟(圖3B)。
上述關(guān)于電橋頻率fb在所述啟輝和啟動/加熱狀態(tài)中的變化的描述，可使本領(lǐng)域的技術(shù)人員以固定或可變的方式相應地設(shè)計出具有一VCO的控制電路6，該控制電路可以是例如微控制單元(微控制器)或微處理單元(微處理器)的形式，并能夠向整流電路5提供適當?shù)那袚Q電壓。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當能夠選擇一個具有指示信號的非常普通類型的電壓檢測電路7。
總之，根據(jù)本發(fā)明的措施提供了一種鎮(zhèn)流器裝置，其優(yōu)點是該鎮(zhèn)流器包括與燈管連接點相串聯(lián)的一小型線圈，和與燈管連接點相并聯(lián)的小型電容，該燈管在電橋頻率的奇數(shù)諧波頻率附近被可靠地啟輝，并且電壓和優(yōu)化電流在啟動/加熱狀態(tài)中足夠高。
權(quán)利要求
1.一種用于諧振啟輝的放電燈的鎮(zhèn)流器裝置，包括一個線圈，該線圈位于橋式整流電路的對角支路上，并與該電燈管連接點相串聯(lián)，還包括一電容，該電容與這些連接點相并聯(lián)，該整流電路在該燈管的正常操作狀態(tài)下向該燈管提供一個較低頻率的、具有較小幅度的方波形電源電壓，其中在該燈管中連續(xù)地發(fā)生電弧放電，在正常操作狀態(tài)之前的啟輝狀態(tài)下，該整流電路由切換電壓以隨時間而改變的切換頻率在一個較高頻率處被整流，其特征在于該時間可變的切換頻率，該線圈的自感應值和該電容的容量值是以下述方式彼此相互確定的，即在頻率改變期間的某一時刻，所述時間可變切換頻率的一奇數(shù)諧波頻率至少達到所述線圈和所述電容的諧振頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器裝置，其特征在于所述奇數(shù)諧波頻率是三次諧波。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鎮(zhèn)流器裝置，其特征在于將一電壓檢測電路耦合到該燈管的電連接點，以便檢測該啟輝電壓的預定值，然后提供一指示信號用于維持該切換頻率的變化并使其進一步保持穩(wěn)定。
4.如權(quán)利要求3所述的鎮(zhèn)流器裝置，其特征在于所述電壓檢測電路還可以將啟輝電壓穩(wěn)定在至少接近所述預定值的一個值。
5.如權(quán)利要求2或3所述的鎮(zhèn)流器裝置，其特征在于在所述檢測電路啟動后，在預定的啟輝時間間隔內(nèi)，在較高頻率處的整流是連續(xù)的。
6.如權(quán)利要求5所述的鎮(zhèn)流器裝置，其特征在于在所述啟輝時間間隔之后并在正常操作階段之前的起動/加熱時間間隔內(nèi)，在一個或多個時序步驟中開關(guān)頻率被減小，以便在起動/加熱階段每次都使加到燈上的電流最優(yōu)化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于放電燈的啟輝和操作的鎮(zhèn)流器裝置。該燈管被連接在一整流電橋中，該燈管與一電感串聯(lián)并與一電容并聯(lián)。該電感和該電容共同構(gòu)成一個諧振電路。在啟輝期間，該電橋在一個隨時間改變的較高頻率被整流。根據(jù)本發(fā)明，串聯(lián)諧振電路的諧振頻率接近于該較高頻率的奇次諧波。
文檔編號H05B41/24GK1579118SQ02821770
公開日2005年2月9日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者W·H·M·蘭格斯拉格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司