專利名稱：電子鎮(zhèn)流器和氣體放電燈的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子鎮(zhèn)流器以及一種氣體放電燈的操作方法，其具有由直流電壓源供電的具有定時(shí)開(kāi)關(guān)和經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的直流電壓轉(zhuǎn)換器、由該直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓供電的逆變器、以及調(diào)節(jié)電路，向該調(diào)節(jié)電路提供理想值信號(hào)和與該直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓相對(duì)應(yīng)的實(shí)際值信號(hào)，并且該調(diào)節(jié)電路為該定時(shí)開(kāi)關(guān)生成作為設(shè)定值信號(hào)的脈寬調(diào)制接通脈沖。
背景技術(shù)：
例如，US5705897公開(kāi)了這種電子鎮(zhèn)流器。
這種電子鎮(zhèn)流器的直流電壓源通常為連接到電源的整流器。直流電壓轉(zhuǎn)換器形成PFC中間電路(PFC＝功率因數(shù)校正)，其作用是相對(duì)于電源表現(xiàn)為準(zhǔn)電阻負(fù)載。在直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端存在電源半波。輸入電流由幅值同樣呈現(xiàn)為正弦半波的脈沖形成。在輸入電壓的半波和由電流脈沖的幅值形成的半波之間沒(méi)有相移，由此避免了電源的無(wú)功負(fù)載，并將破壞性諧波的產(chǎn)生減少到可容許的水平。
例如，在由U.Tietze和Ch.Schenk所著的書“SemiconductorCircuit Techniques(半導(dǎo)體電路技術(shù))”(“Halbleiterschaltungstechnik”)(出版商Springer-Verlag，1991，第9版，561-586頁(yè))中描述了已知的不同類型的直流電壓轉(zhuǎn)換器。眾所周知，這些直流電壓轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)定時(shí)開(kāi)關(guān)(clocked switch)和至少兩個(gè)存儲(chǔ)元件。對(duì)于電子鎮(zhèn)流器，主要采用上變頻器型，從輸入端向輸出端看，由第一縱向支路中的充電扼流圈、第一橫向支路中的定時(shí)開(kāi)關(guān)、第二縱向支路中的二極管和第二橫向支路中的存儲(chǔ)電容構(gòu)成。
盡可能地利用集成電路技術(shù)(即ASIC(專用集成電路))來(lái)制造電子鎮(zhèn)流器早已成為趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出同樣適于在ASIC構(gòu)架內(nèi)實(shí)現(xiàn)的定時(shí)開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)電路。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)各個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)了該目的。從屬權(quán)利要求以有利的方式進(jìn)一步擴(kuò)展了本發(fā)明的主要原理。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該調(diào)節(jié)電路包括第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器。第一計(jì)數(shù)器的位寬至少等于第二計(jì)數(shù)器的位寬。第一計(jì)數(shù)器是具有可逆計(jì)數(shù)方向的計(jì)數(shù)器，該第一計(jì)數(shù)器依據(jù)實(shí)際值信號(hào)是大于還是小于理想值信號(hào)來(lái)以一個(gè)方向或以另一個(gè)方向進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可以具有可變的步長(zhǎng)。第二計(jì)數(shù)器在開(kāi)關(guān)接通時(shí)執(zhí)行新的計(jì)數(shù)過(guò)程。在(數(shù)字)比較器中比較兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)(可能在換算之后)，以獲取設(shè)定值信號(hào)。通過(guò)第二計(jì)數(shù)器的新計(jì)數(shù)過(guò)程的啟動(dòng)信號(hào)與相互比較的兩個(gè)計(jì)數(shù)器達(dá)到相等之間的時(shí)間間隔，來(lái)確定定時(shí)開(kāi)關(guān)的接通脈沖的脈寬。
計(jì)數(shù)器和比較器是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電路元件，它們符合所要實(shí)現(xiàn)的目的，這使得它們能夠很好地組合到ASIC設(shè)計(jì)中。
作為用于本目的的直流電壓轉(zhuǎn)換器，存在一種已知的上變頻器，，該上變頻器從輸入端到輸出端具有第一串聯(lián)支路中的存儲(chǔ)扼流圈、第一橫向支路中的開(kāi)關(guān)、第二縱向支路中的二極管、以及第二橫向支路中的充電電容器。
從采用上述上變頻器開(kāi)始，本發(fā)明進(jìn)一步的有利擴(kuò)展還可以在于將過(guò)零檢測(cè)器(zero crossing detector)與第二計(jì)數(shù)器連接，用于檢測(cè)流過(guò)直流電壓轉(zhuǎn)換器的存儲(chǔ)扼流圈的直流電流，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)使流過(guò)存儲(chǔ)扼流圈的不斷減小的直流電流達(dá)到零點(diǎn)時(shí)，該過(guò)零檢測(cè)器可以觸發(fā)第二計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器的另一構(gòu)造在于通過(guò)用于測(cè)量直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓的直流電壓傳感器來(lái)生成實(shí)際值信號(hào)；將實(shí)際值信號(hào)和理想值信號(hào)以模擬的形式提供給1位A/D轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端，該1位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，并且如果實(shí)際值信號(hào)大于或等于設(shè)定值信號(hào)，則在輸出端產(chǎn)生數(shù)字值1，而在實(shí)際值信號(hào)小于理想值信號(hào)時(shí)產(chǎn)生數(shù)字值0，或者相反；將該1位A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一計(jì)數(shù)器相連；以及當(dāng)向第一計(jì)數(shù)器提供了數(shù)字值0時(shí)第一計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，而當(dāng)向第一計(jì)數(shù)器提供數(shù)字值1時(shí)，第一計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)，或者相反。在該原理的推廣中，也可以將實(shí)際值信號(hào)和理想值信號(hào)之間的偏差處理為n位信息，由此依據(jù)調(diào)節(jié)偏差的水平來(lái)改變計(jì)數(shù)器的步長(zhǎng)。
本發(fā)明還涉及一種操作氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器的方法，其具有由直流電壓源供電的具有定時(shí)開(kāi)關(guān)和經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出直流電壓的直流電壓轉(zhuǎn)換器、由該直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓供電的轉(zhuǎn)換器、以及調(diào)節(jié)電路，向該調(diào)節(jié)電路提供理想值信號(hào)和與該直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓相對(duì)應(yīng)的實(shí)際值信號(hào)，并且該調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生定時(shí)開(kāi)關(guān)的接通脈沖。因此，該方法具有以下步驟-對(duì)實(shí)際值信號(hào)和理想值信號(hào)進(jìn)行比較以產(chǎn)生數(shù)字差值信號(hào)，-將該數(shù)字差值信號(hào)提供給第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器輸入端，該第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向取決于該數(shù)字差值信號(hào)的符號(hào)，-對(duì)第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)或經(jīng)換算的計(jì)數(shù)與第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)進(jìn)行比較，該第二計(jì)數(shù)器在響應(yīng)于啟動(dòng)信號(hào)或復(fù)位信號(hào)的每一種情況下都開(kāi)始計(jì)數(shù)過(guò)程，-在預(yù)定時(shí)間期滿后或者當(dāng)通過(guò)直流電壓轉(zhuǎn)換器的充電線圈的電流達(dá)到零點(diǎn)時(shí)的每一種情況下，接通開(kāi)關(guān)并啟動(dòng)第二計(jì)數(shù)器，以及-當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)或經(jīng)換算的計(jì)數(shù)等于第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)，切斷開(kāi)關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，將實(shí)際值信號(hào)與理想值信號(hào)進(jìn)行比較，以產(chǎn)生數(shù)字差值信號(hào)。對(duì)該數(shù)字差值信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。將濾波后的差值信號(hào)的值與第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)進(jìn)行比較，該第二計(jì)數(shù)器在響應(yīng)于啟動(dòng)信號(hào)或RESET信號(hào)的每一種情況下開(kāi)始計(jì)數(shù)過(guò)程。開(kāi)關(guān)(S)在預(yù)定時(shí)間期滿后或者如果通過(guò)直流電壓轉(zhuǎn)換器的充電線圈(L)的電流達(dá)到零點(diǎn)的每一種情況下接通。同時(shí)，啟動(dòng)第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過(guò)程。當(dāng)濾波后的差值信號(hào)的值等于第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)切斷開(kāi)關(guān)。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在附圖中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)電路的第一實(shí)施例的電子鎮(zhèn)流器的電路框圖；圖2是多個(gè)時(shí)序圖a)第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)行為的時(shí)序圖，b)流過(guò)充電扼流圈的電流的變化的時(shí)序圖，c)第二計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號(hào)(Un)的時(shí)序圖，d)定時(shí)開(kāi)關(guān)的接通脈沖的時(shí)序圖，以及e)提供給計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的時(shí)序圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)電路的一般實(shí)施例的電路框圖；圖4是圖3的電路的FIR濾波器的放大圖；圖5a-c是在各種情況下流過(guò)充電線圈的電流的變化，以及圖6a-c是啟動(dòng)或復(fù)位圖1和3中的第二計(jì)數(shù)器的各種可能性。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示的鎮(zhèn)流器具有以下所述的電路元件。HF濾波器1與電源相連，并將濾波后的電源電壓提供給整流電路2。整流電路2在其輸出端產(chǎn)生要提供給直流電壓轉(zhuǎn)換器3的電源電壓半波。直流電壓轉(zhuǎn)換器3在其輸出端產(chǎn)生電壓U，通過(guò)調(diào)節(jié)使該電壓U保持不變而與負(fù)載的變化無(wú)關(guān)。將直流電壓轉(zhuǎn)換器3的輸出直流電壓U提供給與負(fù)載5相連的逆變器4。負(fù)載5包含使用電子鎮(zhèn)流器來(lái)操作的氣體放電燈。
注意，可以通過(guò)軟件、硬件或混合方法實(shí)現(xiàn)以下會(huì)更詳細(xì)說(shuō)明的調(diào)節(jié)裝置的所有元件。特別地，可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)(慢)計(jì)數(shù)器Z1。優(yōu)選地，計(jì)數(shù)器Z2可以通過(guò)硬件模塊構(gòu)成。
直流電壓轉(zhuǎn)換器3由第一縱向支路中的充電扼流圈L、第一橫向支路中的定時(shí)開(kāi)關(guān)S、第二縱向支路中的二極管D以及第二橫向支路中的存儲(chǔ)電容C構(gòu)成。使用脈寬調(diào)制接通脈沖將定時(shí)開(kāi)關(guān)S切換為導(dǎo)通。在圖2(d)中示出了該接通脈沖。這里將接通時(shí)間表示為ton。將接通脈沖的前沿之間的時(shí)間間隔表示為T。
如果開(kāi)關(guān)S接通，則一不斷增大的充電電流iL流過(guò)充電扼流圈L。如果將開(kāi)關(guān)S切換到斷開(kāi)，則存儲(chǔ)在扼流圈(充電線圈)L中的能量通過(guò)二極管D釋放到存儲(chǔ)電容C。在放電階段，如圖2(b)所示，流過(guò)充電扼流圈L的電流下降并最終達(dá)到零點(diǎn)。
與總時(shí)間T相比，開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間ton越長(zhǎng)，直流電壓轉(zhuǎn)換器3的輸出直流電壓U上升得越高。如果使接通脈沖變短，則輸出直流電壓U相應(yīng)地下降。因此，通過(guò)有目的地改變接通時(shí)間ton可以保持恒定的輸出直流電壓U。
通過(guò)調(diào)節(jié)電路7實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)S的接通脈沖控制。例如，從外部理想值提供單元13向調(diào)節(jié)電路7提供輸出直流電壓U的模擬理想值Usoll。為了生成輸出直流電壓U的實(shí)際值Uist，使用直流電壓傳感器14’，該直流電壓傳感器14’用于測(cè)量直流電壓轉(zhuǎn)換器3的輸出直流電壓U。
使用過(guò)零檢測(cè)器13’(例如所示的直流電流傳感器、或者分壓器)，來(lái)檢測(cè)在下降階段流過(guò)充電扼流圈L的直流電流達(dá)到零點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)。在該時(shí)間點(diǎn)，在本示例性實(shí)施例中產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)Un(參見(jiàn)圖2(c))。
另外，還可以根據(jù)在點(diǎn)13’施加的電壓來(lái)確定通過(guò)充電扼流圈的電流的零點(diǎn)。
調(diào)節(jié)電路7包括第一計(jì)數(shù)器Z1和第二計(jì)數(shù)器Z2。這兩個(gè)計(jì)數(shù)器Z1和Z2與系統(tǒng)時(shí)鐘11相連，該系統(tǒng)時(shí)鐘11產(chǎn)生圖2(e)中所示的系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖CLK。
第二計(jì)數(shù)器Z2僅以向上計(jì)數(shù)方向進(jìn)行操作，并具有例如通過(guò)位0-8表示的29個(gè)計(jì)數(shù)級(jí)。在本示例性實(shí)施例中第二計(jì)數(shù)器Z2的復(fù)位輸入端與直流電流傳感器13相連。當(dāng)在復(fù)位輸入端出現(xiàn)復(fù)位信號(hào)Un時(shí)，中斷第二計(jì)數(shù)器Z2的計(jì)數(shù)過(guò)程。同時(shí)如圖2(a)所示使第二計(jì)數(shù)器Z2復(fù)位，并且接著設(shè)置新的計(jì)數(shù)過(guò)程。由此在下降階段流過(guò)充電扼流圈L的直流電流達(dá)到零點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)第二計(jì)數(shù)器Z2的復(fù)位過(guò)程(參見(jiàn)上面的內(nèi)容)。
第一計(jì)數(shù)器Z1具有例如通過(guò)位0-23表示的224個(gè)計(jì)數(shù)級(jí)。該計(jì)數(shù)器可以以兩個(gè)方向(即向上和向下)計(jì)數(shù)。
另外，將(這里的)1位A/D轉(zhuǎn)換器10的輸出端與第一計(jì)數(shù)器Z1相連，將模擬實(shí)際值信號(hào)Uist和模擬理想值Usoll提供給1位A/D轉(zhuǎn)換器10的兩個(gè)輸入端。在1位A/D轉(zhuǎn)換器10的輸出端以1或0的形式輸出數(shù)字信號(hào)。如果實(shí)際值信號(hào)Uist大于或等于理想值Usoll，則由此產(chǎn)生數(shù)字值1。當(dāng)實(shí)際值信號(hào)Uist小于理想值Usoll時(shí)，相應(yīng)地產(chǎn)生數(shù)字值0。
當(dāng)將數(shù)字值0提供給第一計(jì)數(shù)器Z1時(shí)，第一計(jì)數(shù)器Z1向上計(jì)數(shù)。當(dāng)將數(shù)字值1提供給第一計(jì)數(shù)器Z1時(shí)，第一計(jì)數(shù)器Z1向下計(jì)數(shù)。
通過(guò)比較器12對(duì)第二計(jì)數(shù)器Z2的29個(gè)計(jì)數(shù)級(jí)的計(jì)數(shù)狀態(tài)和第一計(jì)數(shù)器Z1的對(duì)應(yīng)的29個(gè)高位計(jì)數(shù)級(jí)進(jìn)行比較。通過(guò)位15-23表示第一計(jì)數(shù)器Z1的29個(gè)高位計(jì)數(shù)級(jí)。數(shù)字比較器12確定進(jìn)行比較的Z1和Z2的多個(gè)位變得一致的時(shí)間點(diǎn)，并將該一致性通知給開(kāi)關(guān)S的控制電路14。還向控制電路14提供由直流電壓傳感器13產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)Un。當(dāng)控制電路14接收到復(fù)位信號(hào)Un時(shí)，控制電路14將開(kāi)關(guān)S接通，即切換到導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)比較器12通知進(jìn)行比較的兩個(gè)計(jì)數(shù)器Z1和Z2的多個(gè)位的計(jì)數(shù)狀態(tài)相同(一致)時(shí)，控制電路14將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，即切換到斷開(kāi)狀態(tài)。
通過(guò)用于燈頻率管理的電路模塊9來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器4的控制。
由于計(jì)數(shù)器Z1的大數(shù)量的計(jì)數(shù)級(jí)而使調(diào)節(jié)頻率相對(duì)低，并且以小步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)變化。由于計(jì)數(shù)器Z2的計(jì)數(shù)級(jí)數(shù)明顯小于計(jì)數(shù)器Z1的計(jì)數(shù)級(jí)數(shù)，所以可以確保密集采樣。例如，如果系統(tǒng)時(shí)鐘以10MHz的時(shí)鐘頻率工作，則開(kāi)關(guān)S以5MHz到39kHz之間的切換頻率進(jìn)行切換。相反，通過(guò)計(jì)數(shù)器Z1確定的調(diào)節(jié)頻率僅為75Hz。
通過(guò)位0-14表示的計(jì)數(shù)器Z1的低位計(jì)數(shù)級(jí)實(shí)際上用作為數(shù)字積分器。相反地，由位15-23表示的高位計(jì)數(shù)級(jí)確定開(kāi)關(guān)S的接通時(shí)間ton。
直流電壓轉(zhuǎn)換器3形成電子鎮(zhèn)流器的PFC中間電路。這確保該鎮(zhèn)流器相對(duì)于電源用作為電阻負(fù)載。
如所指出的，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的切換原理的具體示例性實(shí)施例，而圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的一般性說(shuō)明。在圖3中，為了更好地進(jìn)行概述，僅示出了調(diào)節(jié)電路的元件，而圖3中與圖1中所示相同的部件采用相同的標(biāo)號(hào)表示。
一般地，根據(jù)本發(fā)明，如圖3所示，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器15傳送理想值UREF和與直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓U相對(duì)應(yīng)的實(shí)際值Uist之間的差值作為n位信息Xist。因此，目前還另外檢測(cè)兩個(gè)輸入值UREF和Uist之間的調(diào)節(jié)偏差的高度，并在調(diào)節(jié)回路的進(jìn)一步操作中考慮這一點(diǎn)，而不是通過(guò)配備有根據(jù)圖1的電路的比較器簡(jiǎn)單地進(jìn)行理想值UREF和實(shí)際值Uist之間的比較。將該n位信息Xist提供給第一計(jì)數(shù)器Z1，該第一計(jì)數(shù)器Z1進(jìn)而根據(jù)理想值UREF是否大于實(shí)際值Uist或者相反，以與該差值成比例的步長(zhǎng)向上或向下計(jì)數(shù)。
現(xiàn)在該計(jì)數(shù)器Z1的步長(zhǎng)是可變的，并取決于差值Xist的絕對(duì)值。如果在理想值UREF與實(shí)際值Uist之間例如存在高偏差，則由此使步長(zhǎng)增加，因?yàn)橥ㄟ^(guò)增加步長(zhǎng)可以更快地調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)S的接通時(shí)間。相反地，在理想值Usoll與實(shí)際值Uist之間僅存在微小偏差的情況下，減小計(jì)數(shù)器Z1的步長(zhǎng)。
通過(guò)數(shù)字濾波器，尤其是構(gòu)成為所謂FIR(FIR＝有限脈沖響應(yīng))濾波器17的計(jì)數(shù)器Z1的輸入塊來(lái)實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)的控制。該數(shù)字濾波器例如還可以是IIR(無(wú)限脈沖響應(yīng))濾波器。
在本示例性實(shí)施例中，上游FIR濾波器17為線性時(shí)間離散系統(tǒng)，該系統(tǒng)的輸出信號(hào)表示當(dāng)前輸入信號(hào)的加權(quán)和以及一定數(shù)量的過(guò)去采樣值。可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇加權(quán)系數(shù)來(lái)設(shè)定FIR濾波器的具體特性。
根據(jù)圖3中的實(shí)施例，該FIR濾波器17具有加法器18，該加法器18從傳送來(lái)的值Xist中減去預(yù)定的數(shù)字基準(zhǔn)值Xsoll。將加法器18的輸出提供給實(shí)現(xiàn)與常數(shù)K1、K2相乘的兩個(gè)比例元件19、20。將比例元件20的輸出提供給將信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)鐘(z-1)的延遲元件21。然后在另一個(gè)加法器22中從比例元件19的輸出值中減去該延遲值。然后將該另一個(gè)加法器22的輸出值提供給第一計(jì)數(shù)器Z1的計(jì)數(shù)輸入端。
總的來(lái)說(shuō)，F(xiàn)IR濾波器17和第一計(jì)數(shù)器Z1的組合構(gòu)成PI調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。由此通過(guò)延遲元件21的微分效應(yīng)與計(jì)數(shù)器Z1的積分效應(yīng)的組合獲得P組件。相應(yīng)地通過(guò)比例元件19和計(jì)數(shù)器Z1構(gòu)成I組件。
FIR濾波器17的輸入的數(shù)據(jù)格式通常比輸出的數(shù)據(jù)格式小。至少在輸出端上，優(yōu)選地采用固定小數(shù)點(diǎn)格式。
通過(guò)換算元件23將計(jì)數(shù)器Z1的輸出值除以例如一整數(shù)因子，并將結(jié)果Z1’作為第一輸入信號(hào)傳送給比較器12。如果該整數(shù)因子是“2”的乘方，則該換算對(duì)應(yīng)于讀出圖1中的較高值位。不但可以采用其他整數(shù)值，而且可以采用浮點(diǎn)值。通常，換算因子大于1。
除此之外，在圖3中示出了通過(guò)邏輯單元24可以相互獨(dú)立地選擇計(jì)數(shù)器Z2的復(fù)位、開(kāi)關(guān)S的接通過(guò)程(通過(guò)圖3中的信號(hào)START)和通過(guò)充電線圈的電流的過(guò)零點(diǎn)。
為此(可選地)，將零點(diǎn)檢測(cè)器13’的輸出信號(hào)提供給邏輯單元24。還將比較器12的輸出信號(hào)提供給邏輯單元24。邏輯單元24一方面生成計(jì)數(shù)器Z2的RESET信號(hào)，另一方面生成控制單元14(例如觸發(fā)器)的啟動(dòng)信號(hào)START，該控制單元14響應(yīng)于該START信號(hào)而接通開(kāi)關(guān)S(接通脈沖的開(kāi)始)。即使在計(jì)數(shù)器Z2的啟動(dòng)過(guò)程之前也可以(如果合適的話)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器Z2的復(fù)位過(guò)程，由此與計(jì)數(shù)器Z2的計(jì)數(shù)過(guò)程的啟動(dòng)相獨(dú)立。在這種情況下，計(jì)數(shù)器Z2的計(jì)數(shù)過(guò)程(從零開(kāi)始增加)同樣通過(guò)邏輯單元24的啟動(dòng)信號(hào)來(lái)開(kāi)始。
通常，一旦檢測(cè)到通過(guò)充電線圈的電流的過(guò)零和/或一旦規(guī)定的時(shí)間(例如通過(guò)邏輯單元24的時(shí)基(time base)或另一個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生)期滿，邏輯單元24就可以發(fā)出接通開(kāi)關(guān)S的啟動(dòng)信號(hào)START。
在圖5a-c中示出了由此提供的信號(hào)變化，并且現(xiàn)將對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
圖5a示出了一旦檢測(cè)到通過(guò)充電線圈的電流的過(guò)零就重新啟動(dòng)計(jì)數(shù)器Z2并接通開(kāi)關(guān)S(信號(hào)START)的情況。在啟動(dòng)計(jì)數(shù)過(guò)程之前通過(guò)信號(hào)RESET獨(dú)立于計(jì)數(shù)器Z2地啟動(dòng)計(jì)數(shù)器Z2的復(fù)位過(guò)程。這可以例如在邏輯單元24檢測(cè)到具有時(shí)基功能的另一個(gè)計(jì)數(shù)器(未示出)達(dá)到某一計(jì)數(shù)(最高計(jì)數(shù))時(shí)實(shí)現(xiàn)。注意，仍然可以在切斷開(kāi)關(guān)S之后通過(guò)比較器12實(shí)現(xiàn)復(fù)位過(guò)程。因此在切斷開(kāi)關(guān)S之后，計(jì)數(shù)器Z2執(zhí)行進(jìn)一步的向上計(jì)數(shù)，持續(xù)特定時(shí)間。
圖5b示出了當(dāng)再次檢測(cè)到通過(guò)充電線圈的電流的過(guò)零時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器Z2并接通開(kāi)關(guān)S(信號(hào)START)的情況。對(duì)于計(jì)數(shù)器Z2不存在單獨(dú)的RESET和START信號(hào)；而是當(dāng)檢測(cè)到過(guò)零時(shí)一起實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器Z2的計(jì)數(shù)過(guò)程的復(fù)位和啟動(dòng)。
圖5c最終示出了下述情況不通過(guò)檢測(cè)流過(guò)充電線圈的電流的過(guò)零，而是在規(guī)定時(shí)間期滿(例如通過(guò)另一個(gè)計(jì)數(shù)器檢測(cè)到)之后，使計(jì)數(shù)器Z2實(shí)現(xiàn)復(fù)位過(guò)程并重新啟動(dòng)，同時(shí)接通開(kāi)關(guān)S(信號(hào)START)。因此，在這種情況下，盡管接通脈沖的持續(xù)時(shí)間是可變的(PWM)，但是可以以固定的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)S的接通過(guò)程。
在每一種情況下，一方面第二計(jì)數(shù)器Z2的重新啟動(dòng)與開(kāi)關(guān)S的接通一起發(fā)生，另一方面當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器Z1、Z2的比較輸出信號(hào)達(dá)到相等時(shí)切斷開(kāi)關(guān)S。
在圖6a-6c中示出了與電源電流相關(guān)的通過(guò)充電扼流圈的直流電流的可能的時(shí)間變化。
如圖6a中所示，通過(guò)采用復(fù)位信號(hào)，使通過(guò)充電扼流圈的直流電流再次立即上升，這也被稱為“臨界控制(borderline control)”。
如圖6b中所示，還可能出現(xiàn)以下情況在通過(guò)充電扼流圈的直流電流已經(jīng)降到零的時(shí)間點(diǎn)上，第二計(jì)數(shù)器Z2還沒(méi)有達(dá)到它的最高計(jì)數(shù)并在空載時(shí)間(dead time)中開(kāi)關(guān)保持閉合，在該空載時(shí)間內(nèi)沒(méi)有電流流過(guò)扼流圈。這也被稱為“間斷導(dǎo)通”。
另一方面，如圖6c中所示，還可能出現(xiàn)以下情況在通過(guò)扼流圈的電流還沒(méi)有消失的時(shí)間點(diǎn)上計(jì)數(shù)器Z2達(dá)到其最高計(jì)數(shù)。在這種情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)的適當(dāng)切換，可以使流過(guò)扼流圈的直流電流始終不降到零。這被稱為“連續(xù)導(dǎo)通”。
圖3中所示的電路表示本發(fā)明的一般性示例，在n＞1的情況下，由于與比較器相比A/D轉(zhuǎn)換器15具有較大的分辨率，使得考慮到理想值Usoll和實(shí)際值Uist之間的偏差的高度成為可能。對(duì)于采用A/D轉(zhuǎn)換器15作為1位轉(zhuǎn)換器并為相乘因子選擇值k1＝2和k2＝0(在這種情況下積分元件不起作用)并且當(dāng)選擇數(shù)字基準(zhǔn)值0.5時(shí)的情況，可以再次獲得1位PFC的特殊情況。對(duì)于信號(hào)的處理可以應(yīng)用以下方法在輸出直流電壓的當(dāng)前實(shí)際值Uist大于理想電壓Usoll的情況下，1位A/D轉(zhuǎn)換器15輸出值1。那么從比較模塊18接收到的值為-1+0.5＝-0.5。在這種情況下，由P元件19并由此由輸入塊17計(jì)算的值(通過(guò)該值減小開(kāi)關(guān)S的接通時(shí)間)為-0.5*2＝-1，即，在輸出直流電壓的值過(guò)高的情況下計(jì)數(shù)器Z1向下計(jì)數(shù)。相反地，如果輸出直流電壓Uist低于理想電壓Usoll，則1位A/D轉(zhuǎn)換器15輸出值0。那么從比較模塊18接收到的值為0+0.5＝+0.5，并且提供給計(jì)數(shù)器Z1的值為0.5*2＝1。因此，在這種情況下，第一計(jì)數(shù)器Z1向上計(jì)數(shù)。由此該1位變量提供了調(diào)節(jié)輸出直流電壓的一種特別簡(jiǎn)單的可能性。
以1位變量的形式以及一般地以n位的形式，根據(jù)本發(fā)明的電路都具有作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路組件的優(yōu)點(diǎn)，這些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路組件符合所要實(shí)現(xiàn)的目的，而使得它們本身能夠很好地集成到ASIC設(shè)計(jì)中。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器，其具有直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)，由直流電壓源(1、2)供電并具有定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)和調(diào)節(jié)后的輸出直流電壓(U)；逆變器(4)，由該直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)的輸出直流電壓(U)供電；以及調(diào)節(jié)電路(7)，向該調(diào)節(jié)電路(7)提供理想值信號(hào)(Usoll)和與該直流轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓相對(duì)應(yīng)的實(shí)際值信號(hào)(Uist)，并且該調(diào)節(jié)電路(7)為該定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)生成作為設(shè)定值信號(hào)的接通脈沖，該電子鎮(zhèn)流器的特征在于，所述調(diào)節(jié)電路(7)包括第一和第二計(jì)數(shù)器(Z1、Z2)；該第一計(jì)數(shù)器(Z1)的位寬至少等于該第二計(jì)數(shù)器(Z2)的位寬；該第一計(jì)數(shù)器(Z1)是具有可逆計(jì)數(shù)方向的計(jì)數(shù)器，該第一計(jì)數(shù)器(Z1)根據(jù)實(shí)際值信號(hào)(Uist)是大于還是小于理想值信號(hào)(Usoll)來(lái)以一個(gè)方向或以另一個(gè)方向進(jìn)行計(jì)數(shù)；比較器(10)比較這兩個(gè)計(jì)數(shù)器(Z1、Z2)的輸出信號(hào)以獲得所述設(shè)定值信號(hào)；以及通過(guò)所述開(kāi)關(guān)(S)的接通信號(hào)(START；Un)和隨后相互比較的計(jì)數(shù)級(jí)達(dá)到相等之間的時(shí)間間隔(ton)來(lái)確定所述定時(shí)開(kāi)關(guān)的接通脈沖的脈寬，由此在所述開(kāi)關(guān)(S)的接通時(shí)間點(diǎn)上，所述第二計(jì)數(shù)器執(zhí)行新的計(jì)數(shù)過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的位寬大于所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的位寬；在所述比較器(12)中，將所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的輸出信號(hào)與除以一個(gè)比例因子后的所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)是上變頻器，從輸入端向輸出端觀察，其具有第一串聯(lián)支路中的充電線圈(L)、第一橫向支路中的開(kāi)關(guān)(S)、第二縱向支路中的二極管(D)、以及第二橫向支路中的充電電容器(C)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，用于檢測(cè)流過(guò)所述直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)的所述存儲(chǔ)扼流圈(D)的直流電流的零點(diǎn)檢測(cè)器(13)與邏輯單元(24)相連，所述零點(diǎn)檢測(cè)器(13)一檢測(cè)到通過(guò)所述充電線圈的電流的過(guò)零，該邏輯單元(24)就執(zhí)行所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的啟動(dòng)過(guò)程并同時(shí)接通所述開(kāi)關(guān)(S)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，邏輯單元(24)在各種情況下都在預(yù)定的時(shí)間期滿之后閉合所述開(kāi)關(guān)(S)，并同時(shí)使所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)執(zhí)行新的啟動(dòng)過(guò)程。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，通過(guò)測(cè)量所述直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)的所述輸出直流電壓(U)的直流電壓傳感器(14’)產(chǎn)生所述實(shí)際值信號(hào)(Uist)；將所述實(shí)際值信號(hào)(Uist)和所述理想值信號(hào)(Usoll)以模擬形式提供給A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)的兩個(gè)輸入端，該A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)比較這兩個(gè)信號(hào)并根據(jù)所述實(shí)際值信號(hào)(Uist)和所述理想值信號(hào)(Usoll)之間的差值在輸出端產(chǎn)生一數(shù)字值；該A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)的輸出端與所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)相連；以及所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)根據(jù)該A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)的所述輸出值執(zhí)行計(jì)數(shù)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述第一計(jì)數(shù)器的步長(zhǎng)是可變的，并且取決于所述A/D轉(zhuǎn)換器(15)的輸出值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，在所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的上游連接有數(shù)字濾波器(17)。
9.一種用于操作氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器的方法，該電子鎮(zhèn)流器具有直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)，其由直流電壓源(1、2)供電并具有定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)和調(diào)節(jié)后的輸出直流電壓(U)；逆變器(4)，其由該直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)的輸出直流電壓(U)供電；以及調(diào)節(jié)電路(7)，向該調(diào)節(jié)電路(7)提供理想值信號(hào)(Usoll)和與該直流轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓相對(duì)應(yīng)的實(shí)際值信號(hào)(Uist)，并且該調(diào)節(jié)電路(7)為該定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)生成接通脈沖，該方法具有以下步驟對(duì)所述實(shí)際值信號(hào)和所述理想值信號(hào)進(jìn)行比較(10、15)，以生成數(shù)字差值信號(hào)(Xist)，將所述數(shù)字差值信號(hào)(Xist)提供給所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的計(jì)數(shù)輸入端，所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的計(jì)數(shù)方向取決于所述數(shù)字差值信號(hào)(Xist)的正負(fù)號(hào)，對(duì)所述第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)或換算后的計(jì)數(shù)與所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的計(jì)數(shù)進(jìn)行比較，所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)在響應(yīng)于啟動(dòng)信號(hào)或復(fù)位信號(hào)的每一種情況下開(kāi)始計(jì)數(shù)處理，在預(yù)定時(shí)間期滿之后或者在通過(guò)所述直流電壓轉(zhuǎn)換器的所述充電線圈(L)的電流達(dá)到零點(diǎn)時(shí)的每一種情況下接通所述開(kāi)關(guān)(S)并啟動(dòng)所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)，以及當(dāng)所述第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)或換算后的計(jì)數(shù)等于所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的計(jì)數(shù)時(shí)切斷所述開(kāi)關(guān)(S)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的位寬大于所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的位寬；以及將所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的輸出信號(hào)與除以一比例因子后的所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，通過(guò)測(cè)量所述直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)的所述輸出直流電壓(U)的直流電壓傳感器(14’)來(lái)生成所述實(shí)際值信號(hào)(Uist)；將所述實(shí)際值信號(hào)(Uist)和所述理想值信號(hào)(Usoll)以模擬形式提供給A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)的兩個(gè)輸入端，該A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，并根據(jù)所述實(shí)際值信號(hào)(Uist)和理想值信號(hào)(Usoll)之間的差值在輸出端產(chǎn)生一數(shù)字值；該A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)的輸出端與所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)相連；以及所述第一計(jì)數(shù)器(Z1)根據(jù)該A/D轉(zhuǎn)換器(10、15)的輸出值執(zhí)行計(jì)數(shù)處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一計(jì)數(shù)器的步長(zhǎng)是可變的，并取決于所述A/D轉(zhuǎn)換器(15)的輸出值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)所述數(shù)字差值信號(hào)(Xist)進(jìn)行數(shù)字濾波。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字濾波是FIR或IIR濾波。
15.一種用于操作氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器的方法，該電子鎮(zhèn)流器具有直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)，其由直流電壓源(1、2)供電并具有定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)和調(diào)節(jié)后的輸出直流電壓(U)；逆變器(4)，其由該直流電壓轉(zhuǎn)換器(3)的輸出直流電壓(U)供電；以及調(diào)節(jié)電路(7)，向該調(diào)節(jié)電路(7)提供理想值信號(hào)(Usoll)和與該直流轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓相對(duì)應(yīng)的實(shí)際值信號(hào)(Uist)，并且該調(diào)節(jié)電路(7)為該定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)生成接通脈沖，該方法具有以下步驟對(duì)所述實(shí)際值信號(hào)和所述理想值信號(hào)進(jìn)行比較(10、15)，以生成數(shù)字差值信號(hào)(Xist)，對(duì)所述數(shù)字差值信號(hào)(Xist)進(jìn)行數(shù)字低通濾波，將所述濾波后的差值信號(hào)與所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的計(jì)數(shù)進(jìn)行比較，所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)在響應(yīng)于啟動(dòng)信號(hào)或復(fù)位信號(hào)的每一種情況下開(kāi)始計(jì)數(shù)處理，在預(yù)定時(shí)間期滿之后或者在通過(guò)所述直流電壓轉(zhuǎn)換器的所述充電線圈(L)的電流達(dá)到零點(diǎn)時(shí)的每一種情況下接通所述開(kāi)關(guān)(S)并啟動(dòng)所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)，以及當(dāng)所述濾波后的差值信號(hào)等于所述第二計(jì)數(shù)器(Z2)的計(jì)數(shù)時(shí)切斷所述開(kāi)關(guān)(S)。
全文摘要
在一種電子鎮(zhèn)流器中，對(duì)PFC中間電路(3)的輸出直流電壓(U)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該中間電路(3)具有由調(diào)節(jié)電路(7)控制的定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)。該調(diào)節(jié)電路(7)包括兩個(gè)計(jì)數(shù)器(Z1、Z2)。計(jì)數(shù)器(Z1)具有比計(jì)數(shù)器(Z2)更大的計(jì)數(shù)級(jí)數(shù)。計(jì)數(shù)器(Z1)根據(jù)調(diào)節(jié)差值向上或向下計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器(Z2)僅以一個(gè)方向重復(fù)計(jì)數(shù)，并且例如通過(guò)復(fù)位信號(hào)復(fù)位。通過(guò)在比較器中比較兩個(gè)計(jì)數(shù)器(Z1)和(Z2)的相應(yīng)計(jì)數(shù)級(jí)的計(jì)數(shù)，來(lái)確定定時(shí)開(kāi)關(guān)(S)的接通時(shí)間(t
文檔編號(hào)H05B41/282GK1605228SQ02825415
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者馬爾科·賽布特, 維爾納·呂多夫, 斯特凡·祖德雷爾-科赫, 京特·馬倫特 申請(qǐng)人:赤多尼科阿特可兩合股份有限公司