專利名稱：用于屏蔽放電燈的高效單端順向－返馳式電子驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)顯電容性(predominantly capacitive)負(fù)載的電子電路拓?fù)?，其中使用脈沖電源。顯電容性負(fù)載優(yōu)選是根據(jù)介電屏蔽放電原理的氣體放電，更優(yōu)選是在選自惰性氣體，優(yōu)選是氙中的包含至少一個(gè)激發(fā)物形成部件的氣態(tài)介質(zhì)中的介電屏蔽放電。電子電路包括具有若干部件的初級(jí)電路、具有或連接到顯電容性負(fù)載的次級(jí)電路、和具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)、將初級(jí)電路與次級(jí)電路連接的變壓器裝置。初級(jí)電路包括提供用于操作顯電容性負(fù)載的功率的源裝置、用于吸收在操作期間從電容性負(fù)載反射回來(lái)的至少一部分所述功率的消耗裝置，和用于切換初級(jí)側(cè)上的電流的開(kāi)關(guān)裝置。變壓器裝置是具有間隙，優(yōu)選是空氣隙的變壓器類型，用于將初級(jí)側(cè)上的輸入電壓電流信號(hào)的變換為合適的輸出電壓電流信號(hào)，以便為次級(jí)側(cè)上的顯電容性負(fù)載供電。
背景技術(shù)：
這種包含驅(qū)動(dòng)器和氣體放電燈的公知的電子電路拓?fù)溆糜诤軓V的應(yīng)用中，其中為了多個(gè)目的必須產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的燈波。一些應(yīng)用是利用掃描或復(fù)制或產(chǎn)生具有約180nm-380nm的波長(zhǎng)的UV光用于工業(yè)目的，例如廢水處理、飲用水的消毒、純凈水的脫氯或生產(chǎn)。這種具有氣體放電燈作為顯電容性負(fù)載的拓?fù)湓趹?yīng)用陡電壓脈沖而不是類正弦的激發(fā)波形的條件下以高效方式產(chǎn)生UV光。
在高功率范圍內(nèi)(＞1,000W)，驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涫枪?，用于提供電容或顯電容性負(fù)載。這些驅(qū)動(dòng)器通常根據(jù)驅(qū)動(dòng)高壓輸出變壓器的全橋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這種公知的驅(qū)動(dòng)器概念具有缺點(diǎn)-如果用于產(chǎn)生脈沖形狀輸出信號(hào)-由于變壓器磁化電流，將在兩個(gè)脈沖之間由燈看見(jiàn)緩慢的電壓梯度dV/dt，這意味著脈沖信號(hào)的下降沿相對(duì)平坦。這通常導(dǎo)致具有低效率的氣體放電，因?yàn)檫@樣不能保證用于去電離的充足休息時(shí)間。
除此之外，全橋需要至少四個(gè)單獨(dú)的開(kāi)關(guān)，其中兩個(gè)是高側(cè)驅(qū)動(dòng)。這使得電路非常復(fù)雜。而且，由于電流總是流過(guò)在初級(jí)側(cè)串聯(lián)連接的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，因此功耗相對(duì)高，并且由此僅可以獲得適中的驅(qū)動(dòng)效率。
另一種已知的并廣泛使用的用于產(chǎn)生脈沖形輸出信號(hào)的拓?fù)?，尤其是在低功率范圍?nèi)-直到大約100W-是返馳電路。該返馳電路產(chǎn)生在兩個(gè)脈沖之間具有足夠休息時(shí)間的整齊的脈沖波形，如果它用在邊界不連續(xù)的模式下的話。這意味著在沒(méi)有中斷的情況下，當(dāng)從功率反射階段轉(zhuǎn)到功率充電階段時(shí)，開(kāi)關(guān)保持在接通狀態(tài)。已經(jīng)進(jìn)行研究將這種返馳功率供給的輸出功率擴(kuò)展到3,000W。在那種情況下，32個(gè)初級(jí)MOSFET切換，并且四個(gè)高電壓變壓器是必需的，使得電路非常復(fù)雜。另外，可獲得的驅(qū)動(dòng)效率很低(總體上為大約73％)。
EP 0 927 506 B1描述了一種照明系統(tǒng)，其包括適于傳送在操作中借助暫停彼此分開(kāi)的電壓脈沖的脈沖電壓源、具有至少部分透明放電容器的介電屏蔽放電燈，其是封閉的并且填充有氣體填充物，或者是打開(kāi)的并且具有流過(guò)它的氣體或氣體混合物，并且包括電學(xué)上非導(dǎo)電的材料、和連接到脈沖電壓源的電極，并且至少一種極性的電極借助介電材料與放電容器的內(nèi)部隔離。脈沖電壓源具有用于產(chǎn)生脈沖電壓序列以在介電屏蔽放電燈的放電容器內(nèi)操作介電屏蔽的放電的電路布置、與振蕩電路電感串聯(lián)連接的受控開(kāi)關(guān)、驅(qū)動(dòng)該開(kāi)關(guān)的脈沖發(fā)生器、與該開(kāi)關(guān)背對(duì)背并聯(lián)連接的電流閥，該電流閥由分立元件或由用作開(kāi)關(guān)的MOSFET的集成的源漏二極管形成、與開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的振蕩電路電容，該振蕩電路電容由分立元件或部分地由用作開(kāi)關(guān)的MOSFET的邊界層電容和/或由被連接的介電屏蔽放電燈的固有電容形成、用于耦接介電屏蔽放電燈的裝置，所述開(kāi)關(guān)在操作中借助脈沖發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)交替地接通和斷開(kāi)。結(jié)果，在介電屏蔽放電燈的電極之間形成通過(guò)暫停時(shí)間分開(kāi)的電壓脈沖序列，其連接到所述裝置。
這種已知拓?fù)涞囊粋€(gè)缺點(diǎn)在于效率相對(duì)低，因?yàn)榧纳考](méi)有用于提高效率。而且，該拓?fù)鋸?fù)雜并且部件數(shù)目多，脈沖輸出波形不是足夠陡和整齊，并且?guī)缀醪荒塬@得超過(guò)1,000W的有用平均輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電路拓?fù)?，其適于為顯電容性負(fù)載提供大大高于1,000W的平均輸出功率，由此減少了部件數(shù)目，將效率提高到明顯高于80％，并且對(duì)應(yīng)于工業(yè)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)可靠性很高，優(yōu)選脈沖形輸出信號(hào)的電壓峰值是恒定的。
該問(wèn)題通過(guò)用于驅(qū)動(dòng)顯電容性負(fù)載的電路拓?fù)鋪?lái)解決，其中使用脈沖電功率，以及具有多個(gè)部件的初級(jí)電路、具有或連接到顯電容性負(fù)載的次級(jí)電路、和具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)、將初級(jí)電路與次級(jí)電路相連的變壓器裝置。初級(jí)電路部件包括提供用于操作顯電容性負(fù)載的功率的源裝置、用于吸收所述功率的消耗裝置、和用于切換初級(jí)側(cè)上的電流的開(kāi)關(guān)裝置。變壓器裝置是具有間隙，優(yōu)選是空氣隙的變壓器類型，用于將初級(jí)側(cè)上的輸入電壓電流信號(hào)變換成適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷弘娏餍盘?hào)用于次級(jí)側(cè)上的顯電容性負(fù)載，其中源裝置與變壓器裝置、消耗裝置、和開(kāi)關(guān)裝置串聯(lián)連接，由此連接到顯電容性負(fù)載的變壓器裝置包括用作諧振槽電路、作為處于順向模式的變壓器裝置、和作為處于返馳模式的變壓器裝置的裝置，因此實(shí)現(xiàn)用于為顯電容性負(fù)載提供脈沖形激發(fā)信號(hào)的單端順向-返馳電路。
本發(fā)明意義上的適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷弘娏餍盘?hào)是適于為連接到變壓器的次級(jí)側(cè)的顯電容性負(fù)載供電的任何電壓。該電壓依賴于所述負(fù)載的功率并可從下面描述中給出的功率范圍得出。該適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷弘娏餍盘?hào)優(yōu)選具有在從≥-20,000V到≤20,000V的范圍內(nèi)的電壓幅度，更優(yōu)選在從≥-10,000V到≤10,000V的范圍內(nèi)，以及最優(yōu)選從≥-8,000V到≤8,000V。該適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào)具有類似峰值的形狀，其具有優(yōu)選大約≤20,000V的峰到峰值，更優(yōu)選大約≤14,000V，以及最優(yōu)選大約≤10,000V。半最大值全寬(FWHM-)值是優(yōu)選大約≤5μs，更優(yōu)選大約≤3μs，以及最優(yōu)選大約≤2.5μs。相應(yīng)的脈沖重復(fù)速率優(yōu)選在≥20kHz到≤250kHz的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在≥30kHz到≤200kHz的范圍內(nèi)，以及最優(yōu)選在≥50kHz到≤150kHz的范圍內(nèi)。在圖2中給出了多幅圖，根據(jù)其可以示例性地得出適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷弘娏餍盘?hào)。
本發(fā)明意義上的顯電容性負(fù)載優(yōu)選是氣體放電，更優(yōu)選是介電屏蔽放電類型的氣體放電，以及最優(yōu)選是基于在純惰性氣體或氣體混合物中的介電屏蔽放電的、產(chǎn)生UV光的氣體放電燈。氣體混合物或氣態(tài)介質(zhì)包含形成部件的至少一種激發(fā)物，優(yōu)選選自包括惰性氣體例如氙中。
由放電燈產(chǎn)生的UV光具有這樣的波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)優(yōu)選在≥100nm到≤380nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在≥180nm和≤320nm之間，以及最優(yōu)選在≥200nm和≤300nm之間。產(chǎn)生的UV光適于用于工業(yè)目的，例如廢水處理、飲用水的消毒、純凈水的脫氯或生產(chǎn)。驅(qū)動(dòng)器包括電子電路，其產(chǎn)生用于通過(guò)變壓器裝置來(lái)自公共源的顯電容性負(fù)載的適當(dāng)?shù)墓β?。適當(dāng)?shù)墓β适怯糜谒鰬?yīng)用的任何功率。適當(dāng)功率的值優(yōu)選在從≥0W到≤20,000W的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從≥500W到≤10,000W，以及最優(yōu)選從≥1,000W到≤5,000W。構(gòu)成所述拓?fù)涞墓ぷ黝l率優(yōu)選在從≥10kHz到≤500kHz的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從≥30kHz到≤250kHz，以及最優(yōu)選≥50kHz到≤200kHz。
變壓器裝置將整個(gè)電子電路分成兩部分，在其初級(jí)側(cè)的初級(jí)電路以及在其次級(jí)側(cè)的次級(jí)電路。初級(jí)電路包括公共直流電壓源形式的電源，例如400V直流電源。該電源與變壓器裝置的初級(jí)側(cè)、消耗裝置和開(kāi)關(guān)裝置串聯(lián)連接。次級(jí)電路包括變壓器裝置的與顯電容性負(fù)載串聯(lián)連接的次級(jí)側(cè)。
本發(fā)明意義上的變壓器裝置包括理想變壓器，初級(jí)側(cè)上的第一電感與該理想變壓器并聯(lián)，并且次級(jí)側(cè)上的第二電感與該理想變壓器串聯(lián)。變壓器裝置可以實(shí)現(xiàn)為實(shí)際變壓器形式的一部分變壓器裝置。該實(shí)際變壓器這樣構(gòu)成，即第一電感的功能借助該實(shí)際變壓器的磁心中的空氣隙來(lái)實(shí)現(xiàn)，以及第二電感的功能借助該實(shí)際變壓器的漏電感來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該變壓器裝置包括變壓器單元，其可以是任何類型的，但是優(yōu)選是具有間隙，優(yōu)選是空氣隙的類型的。該變壓器裝置具有的匝數(shù)比優(yōu)選在≥1∶1到≤1∶20之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在≥1∶4到≤1∶15之間，以及最優(yōu)選在≥1∶8到≤1∶12之間。另外，該變壓器裝置包括連接到變壓器單元的電感單元。該變壓器裝置必須被適當(dāng)?shù)貥?gòu)造以用于預(yù)先確定的應(yīng)用，由此優(yōu)化整個(gè)拓?fù)涞男省?yōu)選地，第一電感單元具有的感應(yīng)率在≥1μH到≤200μH的范圍內(nèi)，更優(yōu)選是≥5μH到≤100μH，以及最優(yōu)選是≥10μH到≤80μH。第二電感單元優(yōu)選具有的感應(yīng)率在≥10μH到≤1,000μH的范圍內(nèi)，更優(yōu)選是≥20μH到≤600μH，以及最優(yōu)選是≥50μH到≤400μH。電感單元可以容易地改變，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)耐負(fù)洹?br> 作為該電子電路拓?fù)涞拇判牟糠值淖儔浩餮b置同時(shí)兼有三種功能諧振槽電路、處于順向模式的變壓器、和處于返馳模式的變壓器。通過(guò)將這三種功能集成在本發(fā)明的一部分中節(jié)省了多個(gè)部件同時(shí)有效地產(chǎn)生了高輸出功率。
在操作期間從電容性負(fù)載反射回來(lái)的功率被形成作為吸收線的消耗裝置有效地吸收，其包括功率消耗、二極管、和電容器。功率吸收線適于優(yōu)選處于從≥50V到≤1,000V的范圍內(nèi)的電壓，更優(yōu)選從≥200V到≤750V，以及最優(yōu)選從≥400V到≤580V。電容器是電路拓?fù)涞募纳考纱司哂袃?yōu)選≥100pF到≤1,000pF的電容，更優(yōu)選是≥250pF到≤750pF，以及最優(yōu)選是≥430pF到≤500pF。
開(kāi)關(guān)裝置優(yōu)選僅包括一個(gè)開(kāi)關(guān)單元。實(shí)際上，該開(kāi)關(guān)單元可以包括多個(gè)有效開(kāi)關(guān)單元，例如多個(gè)IGBT和/或MOSFET，由此有效開(kāi)關(guān)單元可以彼此并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置。與通常使用的具有四個(gè)開(kāi)關(guān)單元且每個(gè)包括至少一個(gè)有效開(kāi)關(guān)單元的全橋電路相比，這種概念節(jié)省了多個(gè)開(kāi)關(guān)部件。
本發(fā)明還形成了比從公共全橋轉(zhuǎn)換器獲知的更干凈的脈沖形狀電壓信號(hào)。
優(yōu)選地，用作諧振槽電路、處于順向模式的變壓器裝置、和處于返馳模式的變壓器裝置的裝置包括選自實(shí)際變壓器和次級(jí)側(cè)上的至少一個(gè)電感單元中的至少一個(gè)變壓器單元，由此對(duì)于該電感單元適于使用變壓器裝置的漏電感，以便獲得諧振槽電路。該變壓器單元可實(shí)現(xiàn)為上述實(shí)際變壓器。如上所述，變壓器裝置必須與顯電容性負(fù)載精確匹配。因此，電纜的電容、所有其它寄生電容和負(fù)載的電容都必須被考慮。為了獲得適當(dāng)?shù)淖儔浩餮b置，兩個(gè)電感單元即第一電感和第二電感的值必須是適當(dāng)?shù)?。借助這種適當(dāng)?shù)碾姼袉卧_切地說(shuō)是借助這種第二電感，變壓器裝置可以被精確地設(shè)計(jì)用于預(yù)先確定的應(yīng)用或負(fù)載。這能夠使電子電路拓?fù)湫纬勺儔浩餮b置，其使得諧振槽電路和變壓器漏電感、負(fù)載電容、電纜電容以及變壓器電容串聯(lián)在一起。通過(guò)使用變壓器單元的漏電感，有用的輸出電壓峰值大大高于公共解決方案，其中變壓器的漏電感沒(méi)有被協(xié)調(diào)到燈。優(yōu)選地，公共變壓器裝置的輸出電壓峰值與本發(fā)明的變壓器裝置的輸出電壓峰值之間的比率是≤50％，更優(yōu)選是≤40％，以及最優(yōu)選是≤20％。例如，如果公共變壓器裝置的輸出電壓峰值是大約2kV，那么根據(jù)本發(fā)明的變壓器裝置的輸出電壓峰值是優(yōu)選≥4kV(比率＝50％)，更優(yōu)選≥5kV(比率＝40％)，以及最優(yōu)選≥10kV(比率＝20％)。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是變壓器裝置的次級(jí)側(cè)上的第二電感單元與顯電容性負(fù)載串聯(lián)連接，使得也可以由實(shí)際變壓器的漏電感實(shí)現(xiàn)的第二電感單元建立了與顯電容性負(fù)載的電容和電纜電容串聯(lián)的諧振槽電路。
由于變壓器裝置的這種設(shè)置，次級(jí)側(cè)的有用的輸出電壓峰值沒(méi)有被傳送到初級(jí)側(cè)。因此，低電壓切換可用在初級(jí)側(cè)上，這是不太復(fù)雜的。通過(guò)這種布置，類似變壓器漏電感和/或電纜電容以及負(fù)載電容的寄生部件被有效地用于產(chǎn)生高電壓峰值，而沒(méi)有產(chǎn)生額外的損耗。
為了獲得適當(dāng)?shù)淖儔浩餮b置，初級(jí)側(cè)上的第一電感單元與變壓器單元并聯(lián)，該第一電感單元也可以借助實(shí)際變壓器的空氣隙來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于變壓器裝置的初級(jí)側(cè)與源裝置、消耗裝置和/或開(kāi)關(guān)裝置串聯(lián)連接。這樣容易地獲得布置能夠?qū)崿F(xiàn)如上所述的變壓器的三種模式功能，由此次級(jí)側(cè)峰值電壓沒(méi)有被傳送到初級(jí)側(cè)。這種所謂的諧振峰值包括功率傳遞部分和功率吸收部分。在諧振峰值期間，變壓器用于順向模式。同時(shí)磁化能量存儲(chǔ)在變壓器磁心中，為此如上所述其包括間隙，更優(yōu)選是空氣隙。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于消耗裝置包括功率吸收單元、電容單元、和用于將功率返回直流電源或直流電源裝置的二極管。借助這種布置，流到消耗裝置的功率可以優(yōu)選通過(guò)外部的向下變換器容易地返回到直流源裝置。優(yōu)選地，該功率吸收器是直流型的，并且電壓處于從≥50V到≤1,000V的范圍，更優(yōu)選從≥200V到≤750V，以及最優(yōu)選從≥400V到≤580V。二極管是標(biāo)準(zhǔn)類型的二極管。電容器的電容優(yōu)選處于從≥100pF到≤1,000pF的范圍，更優(yōu)選從≥250pF到≤750pF，以及最優(yōu)選從≥430pF到≤500pF。
優(yōu)選地，電子電路拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)裝置包括優(yōu)選采用脈沖或功能發(fā)生器形式的控制單元，用于控制后面的開(kāi)關(guān)單元，用于接通/關(guān)斷變壓器裝置的初級(jí)側(cè)和二極管單元上的電流的開(kāi)關(guān)單元。該控制單元優(yōu)選具有約0V的第一電壓和約15V的第二電壓。優(yōu)選地上升時(shí)間是大約10ns，以及優(yōu)選地下降時(shí)間是大約與上升時(shí)間相同。脈沖寬度(PW)優(yōu)選處于在≥1μs到≤6μs之間的范圍，更優(yōu)選在≥2μs到≤5μs之間，以及最優(yōu)選在≥2.1μs到≤3μs之間，由此PW優(yōu)選是大約2.36μs，并且優(yōu)選地一個(gè)切換循環(huán)的周期是10μs。
二極管與開(kāi)關(guān)單元并聯(lián)地安裝，以獲得零電壓開(kāi)關(guān)電路。該二極管傳導(dǎo)反向電流，并且由此盡管沒(méi)有產(chǎn)生零電壓切換，但該二極管仍然是實(shí)現(xiàn)零電壓切換效應(yīng)的必需部件。
顯電容性負(fù)載優(yōu)選包括基于介電屏蔽放電的填充有形成氣體(優(yōu)選是惰性氣體，例如氙)的至少一種激發(fā)物、或形成氣體的激發(fā)物的混合物的至少一種氣體放電燈，以產(chǎn)生光波，例如UV光波?；诮殡娖帘畏烹姷臍怏w放電燈可被容易地設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生處于給定功率范圍內(nèi)的光波。用于根據(jù)本發(fā)明的屏蔽放電燈或任何其它電容或顯電容性負(fù)載的給定的功率范圍優(yōu)選在＞0W和≤20,000W之間，更優(yōu)選在≥500W和≤10,000W之間，以及最優(yōu)選在≥1,000W和≤5,000W之間。電子電路拓?fù)洳粌H適用于為介電屏蔽放電燈供電，而且還用于為任何顯電容性負(fù)載供電，其中使用脈沖形狀的波形是有利的。
如果使用介放電燈，則介電放電燈具有有用的平均功率，優(yōu)選在＞0W和≤20,000W的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從≥500W到≤10,000W，以及最優(yōu)選從≥1,000W到≤5,000W之間，最優(yōu)選地功率是大約3,000W，并且放電燈產(chǎn)生光波，這些光波具有的波長(zhǎng)優(yōu)選在從≥100nm到≤380nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選從≥180nm到≤320nm，以及最優(yōu)選從≥200nm到≤300nm。為了產(chǎn)生具有上述波長(zhǎng)的光波，可以-在燈泡內(nèi)部以及燈泡外部-使用燈泡的附加磷光體涂層。當(dāng)然這里提到的這些值對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的其它顯電容性負(fù)載也是有效的。
所述電路還可用于調(diào)光目的。這通過(guò)在較低的重復(fù)頻率下在同樣的吸收線電壓下使用較高的源電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做用以將磁化-去磁比率(mag-demag-ratio)產(chǎn)品保持在同等水平。單個(gè)電子部分的值保持相同直到達(dá)到最大燈功率的50％的調(diào)光水平為止。
參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯并被闡明。


圖1示出根據(jù)單端順向-返馳(SEFF)原理工作的根據(jù)本發(fā)明的電子電路拓?fù)涞氖疽鈭D，以及圖2示出在2×10μs的時(shí)間周期上，給出施加到電容性負(fù)載的變壓器單元的輸出電壓，結(jié)合變壓器的初級(jí)磁化電流以及從次級(jí)側(cè)變換回的初級(jí)電流的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動(dòng)顯電容性負(fù)載2的電子電路拓?fù)?的示意圖。根據(jù)圖1的電子電路拓?fù)?包括或連接到或耦接到顯電容性負(fù)載2。在這種特定情況下，顯電容性負(fù)載2用基于介電屏蔽放電(DBD)的包含兩個(gè)電極的放電燈La1表示。這些電極之一連接到地。介電屏蔽放電燈La1的另一電極與變壓器單元的次級(jí)(高電壓)側(cè)相連。變壓器單元和DBD燈之間的電纜線路的電容用大約250pF的電容的分立電容單元C2表示。DBD燈La1和用分立電容單元C2表示的電纜線路的電容形成了代表顯電容性負(fù)載2的阻抗。
顯電容性負(fù)載2通過(guò)變壓器裝置4由源裝置3供電。變壓器裝置4通過(guò)消耗裝置5和開(kāi)關(guān)裝置6的串聯(lián)連接而連接到地。
源裝置3產(chǎn)生約400V的恒定輸出電壓，其被施加到變壓器裝置4的初級(jí)側(cè)。
變壓器裝置4包括具有初級(jí)側(cè)TX1a和次級(jí)側(cè)TX1b的理想變壓器單元TX1，在這種特定情況下具有的匝數(shù)比是大約1∶9.7。另外，變壓器裝置4在變壓器單元TX1a、TX1b的每側(cè)上包括單個(gè)電感單元L1、L2。理想變壓器TX1的初級(jí)側(cè)TX1a上的第一電感單元L1，其代表了實(shí)際變壓器的空氣隙，與理想變壓器TX1并聯(lián)連接，并具有約40.5μH的電感。在其次級(jí)側(cè)TX1b上，變壓器裝置TX1包括第二電感單元L2，其代表了實(shí)際變壓器的漏電感，具有大約200μH的電感。第二電感單元L2的另一側(cè)連接到顯電容性負(fù)載2的高電壓側(cè)，由此第二電感單元L2串聯(lián)連接到理想變壓器TX1和顯電容性負(fù)載2。
消耗裝置5形成吸收線，其包括以功率吸收單元V2形式的消耗單元、二極管D1和電容器C1，由此電容器C1與彼此串聯(lián)的二極管D1和吸收單元V2并聯(lián)。功率吸收單元V2由具有580V的恒定電壓的直流源形成。電容器C1具有約430pF的電容。
開(kāi)關(guān)裝置6包括以脈沖發(fā)生器V3形式的控制單元，用于控制開(kāi)關(guān)單元S1。脈沖發(fā)生器V3的值是第一電壓V1＝0V，第二電壓V2＝15V，上升時(shí)間TR＝10ns，下降時(shí)間TF＝10ns，脈沖寬度PW＝2.36μs，以及周期時(shí)間PER＝10μs。產(chǎn)生的脈沖被發(fā)送到開(kāi)關(guān)單元S1的控制輸入極。開(kāi)關(guān)單元S1的開(kāi)關(guān)特性是VOFF＝5V，并且VON＝7V。二極管D2與開(kāi)關(guān)單元S1并聯(lián)連接，其在開(kāi)關(guān)單元S1上的電壓降為負(fù)時(shí)將開(kāi)關(guān)旁路。
圖2示出在2×10μs的時(shí)間周期上，給出施加到電容性負(fù)載2的變壓器裝置4的輸出電壓，結(jié)合了變壓器的初級(jí)磁化電流以及從次級(jí)側(cè)變換回的初級(jí)電流，具有在約27.0℃的溫度下測(cè)量的值的圖。盡管未在圖中示出，但是初級(jí)電流正好是兩個(gè)分開(kāi)的初級(jí)電流之和。
施加到燈的輸出電壓起始于大約-2.0kV，并在大約1.8μs內(nèi)增加到約7.5kV的最大值，接著在達(dá)到峰值幅度之后在2.7μs內(nèi)持續(xù)地降低到約-3.5kV的最小值。在此之后，燈電壓在5.5μs內(nèi)以阻尼振蕩的方式返回到大約-2.0kV的起始電壓電平。一個(gè)脈沖的周期大約是10μs，由此脈沖重復(fù)速率是100kHz。
在圖中示出了從次級(jí)側(cè)變換回的初級(jí)電流。在起始點(diǎn)處，從次級(jí)側(cè)變換回的初級(jí)電流大約是0A。在大約0.8μs之后，達(dá)到約115A的最大值，在1.8μs之后電流從其降低到大約-70A的最小峰值。當(dāng)達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，順向功率吸收結(jié)束，并且返馳功率吸收開(kāi)始。在阻尼振蕩中，電流在大約-65A的值周圍擺動(dòng)5次，大約1.5μs，然后在從開(kāi)始計(jì)算的大約5.5μs之后上升到大約28A的局部最大值。在達(dá)到該局部最大值之后，電流在從開(kāi)始的大約7μs之后降低到-10A，并且在0A的值周圍進(jìn)行阻尼振蕩，在10μs之后達(dá)到0A，其結(jié)束了該周期。
另外，在圖中示出了初級(jí)磁化電流。初級(jí)磁化電流起始于大約38A，并且在大約3.5μs之后以線性方式增加到約66A的最大峰值。然后，磁化電流在6.5μs內(nèi)以線性方式降低到約38A的初始值，因此該周期結(jié)束并且得到準(zhǔn)三角形的圖形。
SEFF電路以順向功率傳遞模式開(kāi)始。同時(shí)，磁化能量存儲(chǔ)在變壓器磁心中。燈的電壓圖類似于初級(jí)電流圖，但被相位延遲和放大了。諧振峰值包括兩部分，在圖中直到燈電壓峰值的功率傳遞部分和直到初級(jí)變換電流的最小峰值的功率吸收部分。在諧振峰值的上升期間，變壓器裝置用于順向模式。開(kāi)關(guān)裝置在反向電流的時(shí)刻，即當(dāng)電流流經(jīng)二極管D2時(shí)正好斷開(kāi)。這樣，得到零電壓切換，因此僅產(chǎn)生低關(guān)斷損耗。從該時(shí)刻開(kāi)始，變壓器裝置用于返馳模式。在該模式中，變壓器裝置使用在采用順向模式的操作期間存儲(chǔ)的磁化電流。這種磁化用于燈電壓擺動(dòng)的快速延續(xù)，直到吸收線中的二極管變成導(dǎo)通的，并且剩余所存儲(chǔ)的返馳能量被提供到580V線。在本情形下，燈電壓脈沖非常陡，導(dǎo)致有效的氣體放電。
參考數(shù)字列表1電子電路拓?fù)?電容性或顯電容性負(fù)載3源裝置4變壓器裝置5消耗裝置6開(kāi)關(guān)裝置DBD介電屏蔽放電TX1理想變壓器單元TX1(理想變壓器單元的)a初級(jí)側(cè)TX1(理想變壓器單元的)b次級(jí)側(cè)L1第一電感單元(實(shí)際變壓器的空氣隙)L2第二電感單元(實(shí)際變壓器的漏電感)C1第一電容單元C2第二電容單元D1第一二極管D2第二二極管S1開(kāi)關(guān)單元V1第一電源單元V2功率吸收單元V3脈沖電壓發(fā)生器La1介電屏蔽放電燈
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)顯電容性負(fù)載(2)的電子電路拓?fù)?1)，其中使用脈沖供電電源，具有若干部件的初級(jí)電路、具有或連接到顯電容性負(fù)載(2)的次級(jí)電路、和具有初級(jí)側(cè)(TX1a)和次級(jí)側(cè)(TX1b)、將初級(jí)電路與次級(jí)電路相連的變壓器裝置(4)，該初級(jí)電路部件包括-通過(guò)變壓器裝置(4)提供用于操作顯電容性負(fù)載(2)的功率的源裝置(3)，-用于吸收在操作期間從顯電容性負(fù)載(2)被反射回來(lái)的至少一部分所述功率的消耗裝置(5)，和-用于切換初級(jí)側(cè)上的電流的開(kāi)關(guān)裝置(6)，-該變壓器裝置(4)是具有間隙的變壓器類型，用于將初級(jí)側(cè)(TX1a)上的輸入電壓電流信號(hào)變換成適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷弘娏餍盘?hào)用于對(duì)次級(jí)側(cè)(TX1b)上的顯電容性負(fù)載(2)供電，其中源裝置(3)與變壓器裝置(4)、消耗裝置(5)、和開(kāi)關(guān)裝置(6)串聯(lián)連接，由此連接到顯電容性負(fù)載(2)的變壓器裝置(4)包括用作諧振槽電路、用作處于順向模式的變壓器裝置(4)、和用作處于返馳模式的變壓器裝置(4)的裝置，以便實(shí)現(xiàn)用于利用脈沖形狀波形式驅(qū)動(dòng)顯電容性負(fù)載(2)的單端順向-返馳電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路拓?fù)?1)，其中所述裝置包括選自實(shí)際變壓器和次級(jí)側(cè)(TX1b)上的至少一個(gè)第二電感單元(L2)中的至少一個(gè)變壓器單元(TX1)，由此第二電感單元(L2)可用實(shí)際變壓器的漏電感表示，以便實(shí)現(xiàn)諧振槽電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電子電路拓?fù)?1)，其中變壓器裝置(4)的次級(jí)側(cè)(TX1b)上的第二電感單元(L2)與顯電容性負(fù)載(2)串聯(lián)連接，使得變壓器裝置(4)的次級(jí)側(cè)(TX1b)上的變壓器裝置漏電感構(gòu)成了與電纜線路和顯電容性負(fù)載(2)的電容串聯(lián)的諧振槽電路。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求1～3中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中位于初級(jí)側(cè)(TX1a)上的第一電感單元(L1)與變壓器單元(TX1)并聯(lián)，由此第一電感單元(L1)由所述實(shí)際變壓器的空氣隙實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求1～4中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中變壓器裝置(4)的初級(jí)側(cè)(TX1a)與源裝置(3)、消耗裝置(5)和/或開(kāi)關(guān)裝置(6)串聯(lián)連接。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求1～5中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中消耗裝置(5)包括功率吸收單元(V2)、電容單元(C1)、和二極管(D1)，用于通過(guò)外部的向下變換器將功率返回到電源裝置(3)。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求1～6中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中開(kāi)關(guān)裝置(6)包括用于產(chǎn)生脈沖形狀信號(hào)的控制單元(V3)、用于切換流經(jīng)變壓器裝置(4)的初級(jí)側(cè)(TX1a)和二極管單元(D2)的電流的開(kāi)關(guān)單元(S1)。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求1～7中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中二極管(D2)與開(kāi)關(guān)單元(S1)并聯(lián)。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求1～8中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中顯電容性負(fù)載(2)通過(guò)基于介電屏蔽放電燈(La1)的用于產(chǎn)生光波，優(yōu)選是UV光波的至少一種氣體放電燈實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求1～9中的一個(gè)的電子電路拓?fù)?1)，其中電介質(zhì)放電燈(La1)具有優(yōu)選在從＞0W到≤20,000W的范圍內(nèi)的功率，更優(yōu)選從≥500W到≤10,000W，以及最優(yōu)選從≥1,000W到≤5,000W，最優(yōu)選地該功率是大約3,000W，并且放電燈產(chǎn)生具有優(yōu)選在從≥100nm到≤380nm，更優(yōu)選從≥180nm到≤320nm，以及最優(yōu)選從≥200nm到≤300nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)顯電容性負(fù)載(2)的電子電路拓?fù)?1)，其具有若干部件的初級(jí)電路、具有顯電容性負(fù)載(2)的次級(jí)電路、和具有初級(jí)側(cè)(TX1a)和次級(jí)側(cè)(TX1b)、將初級(jí)電路與次級(jí)電路相連的變壓器裝置(4)，該初級(jí)電路部件包括源裝置(3)、消耗裝置(5)、和開(kāi)關(guān)裝置(6)，該變壓器裝置(4)用于將輸入電壓電流信號(hào)變換成適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷弘娏餍盘?hào)用于為顯電容性負(fù)載(2)供電，其中源裝置(3)與變壓器裝置(4)、消耗裝置(5)、和開(kāi)關(guān)裝置(6)串聯(lián)連接，由此變壓器裝置(4)包括用作諧振槽電路、用作處于順向模式的變壓器裝置(4)、和用作處于返馳模式的變壓器裝置(4)的裝置，因此實(shí)現(xiàn)單端順向－返馳電路。
文檔編號(hào)H05B41/28GK1902987SQ200480040126
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者M·M·A·布盧克西, W·施內(nèi), H·方布什, S·施溫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司