專利名稱：用于具有電流測量裝置的高壓放電燈的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高壓放電燈的電子鎮(zhèn)流器及相應(yīng)的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
使用電子鎮(zhèn)流器的高壓放電燈的運(yùn)行本身是傳統(tǒng)的。這種鎮(zhèn)流器包括變流器，經(jīng)常是具有兩個開關(guān)晶體管的半橋變流器和具有四個開關(guān)晶體管的全橋變流器。在燈持續(xù)運(yùn)行期間，簡單地說，這些變流器給燈產(chǎn)生DC電壓電源，這些DC電壓電源在低頻時在它們的極性方面發(fā)生交替。在這種純粹是DC運(yùn)行的情況下，由于不對稱引起的發(fā)生在燈中的干擾現(xiàn)象得到避免，但是，同時也是干擾的更高頻率基本上和燈隔離開來。
在這些鎮(zhèn)流器的情況下，測量燈電流也是熟知的，以便例如在超過或未達(dá)到特定的閾值時提供一種安全斷路，或?yàn)檎{(diào)整燈電流或具有相應(yīng)信號的燈功率提供一種調(diào)整電路。在變流器操作期間，產(chǎn)生了通過開關(guān)晶體管的電流的交替極性的開關(guān)階段(switching phase)，以至于為處理在測得的電流信號中產(chǎn)生的極性改變，在現(xiàn)有技術(shù)里已經(jīng)證明了各種各樣的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于的技術(shù)問題是，詳細(xì)說明用于運(yùn)行高壓放電燈的電子鎮(zhèn)流器及相應(yīng)的運(yùn)行方法，其中能夠以有利的方式進(jìn)行電流測量。
本發(fā)明首先涉及用于運(yùn)行高壓放電燈的電子鎮(zhèn)流器，該電子鎮(zhèn)流器具有變流器，該變流器具有至少兩個為燈產(chǎn)生電源的開關(guān)晶體管，該電子鎮(zhèn)流器利用了對開關(guān)晶體管的開關(guān)操作，該開關(guān)晶體管具有通過燈的電流的極性交替的開關(guān)階段，其特征在于具有測量電阻的電流測量裝置，該電流測量裝置和開關(guān)晶體管中的至少一個串聯(lián)連接，并被設(shè)計(jì)成只在正好具有所述極性中的一種極性的變流器開關(guān)階段期間進(jìn)行電流測量，本發(fā)明還涉及具有這樣的鎮(zhèn)流器和合適的高壓放電燈的相應(yīng)的照明設(shè)備，最后還涉及用于運(yùn)行高壓放電燈的相應(yīng)的運(yùn)行方法。
在從屬權(quán)利要求中詳細(xì)說明了優(yōu)選的改進(jìn)，以下將詳細(xì)解釋。在這種情況下，單獨(dú)的特征隱含地涉及到裝置方面和本發(fā)明的方法方面，在這兩方面之間沒有示出特有的區(qū)別。
本發(fā)明的基本思想在于避免在現(xiàn)有技術(shù)中熟知的技術(shù)復(fù)雜性，因?yàn)闇y量裝置的具有交替電流極性的電流測量只是在特定極性的開關(guān)階段內(nèi)進(jìn)行的。因此，用測量電阻器以簡單的方式測量電流是可能的，另外在評估方面又不復(fù)雜。
已經(jīng)表明，或多或少的持續(xù)的電流測量對許多應(yīng)用來說實(shí)際上是不必要的，就極性改變而言為此所需的技術(shù)復(fù)雜性產(chǎn)生了不必要復(fù)雜和昂貴的解決方案。這里所述的變流器電路表明了其穩(wěn)定性，該穩(wěn)定性對高壓放電燈的典型的整流頻率和所得到的開關(guān)階段長度是足夠的，這意味著間歇的電流測量模式是可行的。
本發(fā)明已經(jīng)被證明對具有兩個開關(guān)晶體管的半橋變流器是非常成功的。在這種情況下高壓放電燈被連接到兩個開關(guān)晶體管之間的中心抽頭上，并且優(yōu)選地利用其另一端子被容性地連接到半橋變流器的至少一個電源電勢上。電容耦合意味著，位于半橋變流器的兩個電源電勢之間的中間位置處的電勢基本上被加到這個燈端子上。在這種情況下電容耦合具有優(yōu)勢，即在因中間電勢和電源電勢間的中點(diǎn)值之間的偏差而引起不對稱的情況下，電容耦合具有“自返回(self-returning)”效果，也即在某種程度上，在燈運(yùn)行方面具有平衡效果。這結(jié)合燈電流測量是有利的，該燈電流測量是在特定的開關(guān)階段中進(jìn)行的，也即關(guān)于極性不對稱。
變流器優(yōu)選是數(shù)字控制的，也即將開關(guān)晶體管導(dǎo)通和關(guān)閉的信號是由數(shù)字電路產(chǎn)生的。出于這個目的，優(yōu)選使用可編程微控制器。
另外，本發(fā)明尤其是在數(shù)字控制情況下適合于采用電流或功率調(diào)節(jié)的應(yīng)用。在這種情況下，調(diào)節(jié)電路在數(shù)字控制的情況下是該數(shù)字控制的一部分。在這種情況下，數(shù)字變流器控制器尤其可以使用占空比來控制，也即開關(guān)階段的相對持續(xù)時間。
在先前提到的在燈中用于極性換向的變流器開關(guān)階段中，變流器也可以被設(shè)計(jì)成把提供給燈的電源輸出電壓與該燈相匹配，也即特別是降低它。因此，除了負(fù)責(zé)極性換向的半橋功能以外(例如60Hz-400Hz)，本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例還通過兩個開關(guān)晶體管之一的間歇開關(guān)操作而在該開關(guān)晶體管的一個開關(guān)導(dǎo)通階段內(nèi)分別工作為一個降壓變流器。在任何情況下都是必要的燈感應(yīng)器可以在這種情況下作為降壓變流器的電感。
這尤其可以結(jié)合升壓變流器來進(jìn)行，該升壓變流器被連接在半橋變流器的前面作為功率因數(shù)校正電路。對于功率因數(shù)校正電路，升壓變流器是特別簡單和有效的選擇，但是和其他更復(fù)雜的功率因數(shù)校正電路相比具有的缺點(diǎn)是，其只能產(chǎn)生超過電源系統(tǒng)電壓峰值的電壓。這意味著半橋變流器的中心抽頭隨該電壓偏移而振蕩，也即燈將半個該電壓偏移看成是電源電壓振幅。這個數(shù)值對于高壓放電燈的持續(xù)運(yùn)行可能會太大，由于這個原因使用上述的降壓變流器功能。
在用于電流測量的開關(guān)階段中，該電流測量隨后另外發(fā)生在相關(guān)的開關(guān)晶體管的開關(guān)導(dǎo)通階段(相對于降壓變流器操作)內(nèi)。然后，測得的電流值由于已知的降壓變流器操作的時間參數(shù)而可以被轉(zhuǎn)換為實(shí)際的燈電流(也即，考慮鋸齒形電流/時間積分(integrals))。
結(jié)合上述的電流調(diào)整電路或功率調(diào)整電路，或在測得的電流值的其他應(yīng)用中，在那些沒有電流測量的開關(guān)階段期間優(yōu)選地參考來自于在前面緊挨著的開關(guān)階段中所存儲的值。這些存儲值可以是存儲的測量電流值或由這些值確定的其它存儲值。在任何情況下，使用一個參考前一開關(guān)階段內(nèi)的電流測量的值。另外，在該開關(guān)階段內(nèi)的電流測量可以是峰值確定或電流平均值，或另外是在開關(guān)階段內(nèi)的特定時間點(diǎn)處的電流測量(可能是相對短范圍內(nèi)的平均)，例如在其中點(diǎn)。因此，在這種情況下，在一個時間周期內(nèi)進(jìn)行電流測量，該周期與開關(guān)階段的長度相比相對較小。
這里，有必要闡明一個事實(shí)，即術(shù)語“電流的交替極性的開關(guān)階段”涉及燈電流，因此也涉及(半橋)變流器開關(guān)階段，但不涉及降壓變流器開關(guān)階段(在高得多的頻率下)。然而，流過開關(guān)晶體管的電流本身也由于降壓變流器的操作而交替。相對于由于降壓變流器操作而導(dǎo)致的電流極性改變，可以在(半橋)變流開關(guān)階段內(nèi)的那些出現(xiàn)正確(總是相同)極性的時間點(diǎn)處進(jìn)行測量，和/或可以通過容性的低通濾波器(RC低通濾波器)而方便地分出跨越測量電阻器的電壓。通過低通濾波器產(chǎn)生在時間上的某一平均或平滑，結(jié)果是高頻組件不會破壞評估。另一方面，不需要設(shè)計(jì)低通濾波器使得在整個開關(guān)階段上確定平均值(在燈中的極性換向意義上)。


參考實(shí)施例，下面將更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。這里所描述的單獨(dú)的特征以其它的結(jié)合對本發(fā)明也可能是必要的。尤其是，以上所述和以下所述總是既涉及設(shè)備方面又涉及本發(fā)明的方法方面。
圖1表示的是根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器的電路示意圖。
圖2表示的是用來說明在圖1中示出的鎮(zhèn)流器的開關(guān)晶體管時序的時間輪廓示意圖。
圖3表示的是在圖2中所示的時序的情況下運(yùn)行圖1所示的鎮(zhèn)流器的測量圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示的是本身就熟知的具有兩個開關(guān)晶體管S1和S2的半橋拓?fù)鋱D。所述的開關(guān)晶體管S1和S2在兩個電源分支之間串聯(lián)連接，在這兩個電源分支之間施加中間電路電壓U1。通過系統(tǒng)電壓的整流和相應(yīng)的濾波，以及借助于升壓變流器的功率因數(shù)校正產(chǎn)生中間電路電壓U1。
由于半橋晶體管S1和S2的交替開關(guān)操作，它們兩者之間的中心抽頭在電源分支的電勢之間來回切換。相應(yīng)地，對應(yīng)于該開關(guān)操作的高頻交替電勢施加到圖1所示的電感L1的左側(cè)端子。電感L1與高壓放電燈、部件G1串聯(lián)連接，在電感L1與高壓放電燈之間連接的部件G1代表本來就熟知的起動電路。該起動電路以對本發(fā)明不重要的方式借助于電容放電和升壓變換為了起動燈而產(chǎn)生起動脈沖。燈的右側(cè)端子通過兩個耦合電容器C4和C5連接到兩個電源分支。耦合電容器C4和C5保證了燈的右側(cè)端子具有以下電勢，該電勢介于電源分支的電勢之間的中間位置。因此該電路能產(chǎn)生橫跨燈的半個中間電路電壓。濾波電容器C3和燈并聯(lián)連接。燈電感L1和起動電路G1之間的抽頭在所有情況下都通過兩個濾波電容器C1和C2連接到電源分支。濾波電容器C1、C2和C3的位置不必同時出現(xiàn)。也可能只需要占據(jù)一個或兩個濾波電容器位置。況且濾波電容器C2也可以連接到點(diǎn)B而不是點(diǎn)A。
在高壓放電燈的實(shí)際運(yùn)行期間，80V-150V數(shù)量級的運(yùn)行電壓是必要的，實(shí)際上其比通常所用的中間電路電壓的一半要小。在這種情況下，因此半橋晶體管S1在開關(guān)階段期間以定時的方式被中斷，其中，例如該半橋晶體管S1為了在該開關(guān)階段期間和電感L1一起產(chǎn)生降壓變流器操作而在開關(guān)階段期間導(dǎo)通。結(jié)果，通過降壓變流器操作可以設(shè)定預(yù)期的燈運(yùn)行電壓。
二極管D1和D2是續(xù)流二極管，其也可以通過場效應(yīng)晶體管S1和S2的體二極管而實(shí)現(xiàn)。
圖1還表示了在下部開關(guān)晶體管S2的(下部)端子(其在圖中更接近參考電勢)和下部電源分支自身上的參考電勢之間的電流測量電阻R1。測得的電壓U3通過包括電阻R2和電容C6的電容性低通濾波器被平均，該電壓U3跨過該測量電阻R1而降落。被平均的電壓U4通過數(shù)字微控制器控制裝置(在此未示出)供應(yīng)給評估過程。
測量電阻R1的開關(guān)位置一方面和兩個開關(guān)晶體管S1和S2串聯(lián)連接，另一方面，直接連接到參考電勢(內(nèi)部接地)。因此，相對于參考電勢，評估電壓U4特別簡單。
圖1中電路的變型自然也可以被構(gòu)想。例如，不用一個燈電感，可以用兩個燈電感，這兩個燈電感共同連接到起動電路G1，但是分開連接到開關(guān)晶體管，也即，一個連接到上部開關(guān)晶體管S1的下部端子，另一個連接到下部開關(guān)晶體管S2的上部端子。在這種情況下，續(xù)流二極管D1和D2也可以是交叉連接，也即，用于下部開關(guān)晶體管S2的續(xù)流二極管連接到下部開關(guān)晶體管S2的上部端子，并從那里連接到上部電源電勢分支，相反，用于上部開關(guān)晶體管S1的續(xù)流二極管從上部開關(guān)晶體管S1的下部端子一直連接到下部開關(guān)晶體管S2的下部端子。
圖2表示的是圖1中兩個晶體管S1和S2的開關(guān)操作的時序的示意性說明。上面部分代表上部晶體管S1，下面部分代表下部晶體管S2。可以看出，在該情況下出現(xiàn)兩個周期，準(zhǔn)確地說是，首先在脈沖群之間有一個長的周期，然后在脈沖群內(nèi)有一個短的周期。定性地講，這對應(yīng)于上述的降壓變流器操作和半橋功能的結(jié)合，其中短周期代表降壓變流器操作，而長周期代表半橋功能。
圖3表示的是在圖1所示的鎮(zhèn)流器上實(shí)際測得的信號。在這種情況下，IL表示圖上面區(qū)域的燈電流，而圖1所示的電壓U3和U4被表示在圖的中心或下面區(qū)域。在圖下面所示的箭頭區(qū)域發(fā)生半橋整流操作。箭頭之前存在開關(guān)晶體管S2斷開的一個開關(guān)階段，而在箭頭之后的開關(guān)階段中，上部開關(guān)晶體管S1斷開。然后各自的其他開關(guān)晶體管利用降壓變流器的功能進(jìn)行操作。
箭頭之前，U3在時間上具有低的負(fù)平均值，這對測量來說是不重要的。箭頭之后，正區(qū)域的平均值明顯高了一些。尤其可以看出，是在箭頭之后和新的開關(guān)階段中，U4的被R2和C6低通濾波的值升高，并保持在一個特定的值。鋸齒型結(jié)構(gòu)的電壓U3在平滑后的電壓U4中可以僅被看作為剩余脈動，其對應(yīng)于降壓變流器的功能，也即，燈電感L1的充電操作和具有線性上升的相應(yīng)充電電流。由于通過燈電感L1和濾波電容器C1-C3的平滑，降壓變流器功能實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生一個橫跨燈的DC電壓，并于是由該DC電壓產(chǎn)生直流的燈電流IL，這清楚地被表示在圖的上面區(qū)域。電壓U4的上升相比較而言稍微慢了一些，這通過包括R2和C6的低通濾波器的延遲效應(yīng)可以得到解釋。
實(shí)際上，在相關(guān)的開關(guān)階段中在中間點(diǎn)大致檢測到電壓U4，并用于評估的目的。為了這個目的，利用降壓變流器操作的時間參數(shù)的知識，開關(guān)晶體管S1和S2的半橋變流器功能(如半橋整流操作)所需的占空比在微控制器中從U4被計(jì)算出。在這種情況下，將燈電流調(diào)整到一個預(yù)定的需要的燈電流值。如果相應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通或開關(guān)斷開次數(shù)和/或占空比是已知的，那么它們被存儲起來并被用作操作的基礎(chǔ)，直到在隔一個開關(guān)階段或相同極性的下一個開關(guān)階段中的下一個測量。這在某種程度上是間歇的調(diào)整操作。
總體上，本發(fā)明因此使得以成本效率方式檢測或調(diào)整或設(shè)定燈電流成為可能，其在控制和元件的復(fù)雜性方面是簡單的。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行高壓放電燈(L)的電子鎮(zhèn)流器，該電子鎮(zhèn)流器具有變流器，該變流器具有至少兩個為燈(L)產(chǎn)生電源的開關(guān)晶體管(S1，S2)，該電子鎮(zhèn)流器利用了對開關(guān)晶體管(S1，S2)的開關(guān)操作，該開關(guān)晶體管(S1，S2)具有通過燈(L)的電流的極性交替的開關(guān)階段，其特征在于具有測量電阻(R1)的電流測量裝置(R1，R2，C6)，該電流測量裝置和開關(guān)晶體管(S1，S2)中的至少一個串聯(lián)連接，并被設(shè)計(jì)成只在正好具有所述極性中的一種極性的變流器開關(guān)階段期間進(jìn)行電流測量。
2.權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中變流器是正好具有兩個開關(guān)晶體管(S1，S2)的半橋變流器。
3.權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其中燈(L)一方面連接到半橋變流器的兩個開關(guān)晶體管(S1，S2)之間的中心抽頭，另一方面，通過電容性耦合(C4，C5)連接到半橋變流器的電源電勢的至少一個。
4.前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，具有用來控制變流器操作的數(shù)字控制裝置。
5.權(quán)利要求4所述的鎮(zhèn)流器，其中數(shù)字控制裝置是微控制器。
6.前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器具有用于調(diào)整燈電流或燈功率的電流調(diào)整電路或功率調(diào)整電路。
7.前述權(quán)利要求之一，至少是權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其被設(shè)計(jì)使得半橋變流器在開關(guān)階段內(nèi)作為降壓變流器操作。
8.前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中升壓變流器作為功率因數(shù)調(diào)整電路并為給變流器產(chǎn)生電源電勢而連接到變流器的前面。
9.前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其被設(shè)計(jì)使得在開關(guān)階段期間沒有電流測量的情況下，參考由先前的開關(guān)階段的電流測量所確定的存儲值。
10.前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中橫跨測量電阻(R1)的電壓通過電容性低通濾波器(R2，C6)被分出。
11.前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中分別在正好具有一個極性的變流器的開關(guān)階段的小部分中進(jìn)行電流測量。
12.一種照明設(shè)備，其具有如前述權(quán)利要求之一所述的鎮(zhèn)流器以及適合于此的高壓放電燈(L)。
13.一種運(yùn)行具有鎮(zhèn)流器的高壓放電燈(L)的方法，其中用于燈(L)的電源由具有至少兩個開關(guān)晶體管(S1，S2)的變流器產(chǎn)生，開關(guān)晶體管(S1，S2)利用通過燈(L)的電流的極性交替的開關(guān)階段進(jìn)行操作，其特征在于，借助于電流測量裝置(R1，R2，C6)，通過電流測量裝置(R1，R2，C6)的測量電阻(R1)只在正好具有所述極性中的一個極性的變流器開關(guān)階段期問進(jìn)行電流測量，其中所述電流測量裝置與開關(guān)晶體管(S1，S2)的至少一個串聯(lián)連接。
14.如權(quán)利要求13所述的運(yùn)行燈(L)的方法，具有在權(quán)利要求2-10的一個中所述的鎮(zhèn)流器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子鎮(zhèn)流器和一種用于高壓放電燈的運(yùn)行方法。在電流測量期間，尤其是為了電流調(diào)整，只考慮電流的特定極性的開關(guān)階段。
文檔編號G01R19/00GK1826032SQ200610059249
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者A·布勞恩, W·林默, J·米爾施勒格爾, M·齊格勒 申請人:電燈專利信托有限公司