專利名稱：用于運行放電燈的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的電路裝置。此處尤其涉及一種可以用在氣體放電燈的驅(qū)動器中的電路裝置，其中本發(fā)明克服了在點火氣體放電燈時的缺點，這些缺點是隨著采用充電泵來改善功率因數(shù)而產(chǎn)生的。
背景技術：
在電網(wǎng)電壓(譬如電壓有效值為230V和頻率為50Hz)上工作的氣體放電燈(以下簡稱為燈)的電路裝置通常包含有整流器和逆變器。這種電路裝置在電網(wǎng)電流諧波方面和由此在功率因數(shù)方面要遵守通用的標準(例如IEC 1000-3-2)，這需要附加的電路費用。遵守該標準的一種成本有效的可能性在于一些電路拓撲，它們在本文獻中被稱為充電泵。作用方式和實施例的詳細說明譬如可以從以下文獻中查取Qian J.，Lee F.CCharge Pump Power-Factor-CorrectionTechnologies，Part IConcept and Principle，Part IIBallastApplications，IEEE關于功率電子的學報，卷15，號1，第121-139頁，紐約，美國，2000年。充電泵的原理在于，在遠遠高于電網(wǎng)頻率的高頻振蕩的第一半周期期間從電網(wǎng)電壓中獲取能量，并將其臨時存儲在泵元件中，然后在第二半周期期間輸出到一個存儲電容。由此可以實現(xiàn)電網(wǎng)電流的近似正弦形的曲線，并由此達到在標準中所要求的電網(wǎng)電流諧波值和功率因數(shù)。
只要充電泵投入運行，則它會連續(xù)地把能量輸出給存儲電容。該能量在正常工作期間、亦即在燈點燃期間被燈吸取。于是形成一種平衡態(tài)，它表現(xiàn)為存儲電容上的電壓的恒定平均值，其中該平均值可以在半個電網(wǎng)周期上求出。在燈點火時，在燈上需要一個高電壓，但燈在該狀態(tài)下不接收能量。由于充電泵持續(xù)地把能量供給存儲電容，所以存儲電容上的電壓在燈點火期間會上升。因此在所述電路裝置中預先采用的器件在某些情況下會沖擊其負荷極限。尤其象存儲電容自身，還有在所述電路裝置中所采用的電子開關等，由于成本的原因，它們都是以盡可能低的最大電壓負荷而被設計的。從而，在燈遲遲不點火或甚至不點火的情況下，將會存在毀壞電路裝置的危險，因為存儲電容上的電壓會超過器件所允許的最大電壓。在對燈的電極線圈不進行預熱的燈中，該危險性將增大。通過預熱電極線圈，燈上為點火所需的電壓會被降低，并因此縮短點火過程。在不對電極線圈進行預熱的電路裝置中，點火過程將會更長，所述在點火期間形成于存儲電容之上的電壓因此會更高。包含有這種電路裝置的裝置也被稱為冷啟動裝置。點火良好的燈是那些在1ms之后便結束點火過程的燈。點火較壞的燈有時最多需要100ms的點火時間。
為了確保電路裝置不被不點火或點火較壞的燈損壞，通常給電路裝置裝設了一個斷路器。通常通過該斷路器來監(jiān)視存儲電容上的電壓。當存儲電容上的電壓值超過預定的關斷值時，便將電路裝置設置為不工作。但因此存在以下問題，即尤其在冷啟動裝置的情況下不能確保點火過程較長的燈的工作。
為解決該問題，在現(xiàn)有技術中建議了一種泵控開關，在該開關中在閉合、也即低阻狀態(tài)下流過一個泵抑制電流。該泵控開關在現(xiàn)有技術中被實施為電子開關，例如MOSFET。泵抑制電流的主要作用是使泵元件不僅給存儲電容提供能量，而且還可以去掉能量，并由此限制充電泵的功能性或完全使其不工作。充電泵通常包括由第一和第二泵二極管組成的串聯(lián)電路。該串聯(lián)電路被連接在電網(wǎng)電壓和存儲電容之間。泵二極管的連接點通過所述的泵元件被施加了所述的高頻振蕩。所述的泵控開關與泵二極管的串聯(lián)電路相并聯(lián)。
原則上，也可以通過以下方式來抑制充電泵的功能性，即與所述的泵元件串聯(lián)或并聯(lián)地布置一個開關。但由于泵元件通常除了在充電泵內(nèi)的功能之外，還對電路裝置具有其它的影響和作用，所以在實踐中不采用該可能性。
還有一種可能性在于，充電泵不僅包括泵二極管的串聯(lián)電路，而且還包括多個并聯(lián)連接的泵二極管串聯(lián)電路，其各個連接點通過不同的泵元件被施加高頻振蕩。在該情形下，充電泵由多個所謂的泵支路組成。通過泵控開關對所有的泵支路進行同樣的影響。
在文獻US 5,396,153(Shackle)中，泵控開關由一個控制器進行控制，由該控制器監(jiān)視存儲電容上的電壓值。該控制器將存儲電容上的電壓值與一個預定的閾值進行比較，并在超過該閾值時接通所述的泵控開關，由此將充電泵置為不工作。
在文獻US 5,986,408(Langeslag)中，泵控開關由一個監(jiān)視燈點火的控制器進行控制。只要燈不點火，則閉合該泵控開關并由此將充電泵置為不工作。
在現(xiàn)有技術的上述兩個文獻中，除了泵控開關之外還必定存在用于其控制的費用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于提供一種如權利要求1的前序部分所述的電路裝置，它能夠以較低的費用阻止存儲電容上的電壓值在點火期間上升。
從具有權利要求1的前序部分所述的特征的電路裝置出發(fā)，該任務由權利要求1的特征部分所述的特征來解決。有利的改進方案由從屬權利要求給出。
根據(jù)本發(fā)明，所述的泵控開關不是指具有一個必須由控制器操作的控制輸入端的電子開關。具體地說，本發(fā)明的泵控開關涉及一種在加熱時間內(nèi)通過泵抑制電流進行加熱的器件。如果本發(fā)明的泵控開關被加熱到一個預定的開關溫度，則其電阻將會上升，由此降低所述的泵抑制電流，從而將充電泵置為有效。有利的是，本發(fā)明的泵控開關不需要現(xiàn)有技術中那樣的控制器。它可以在其加熱過程中自動地抑制充電泵的功能性，并在該時間內(nèi)阻止存儲電容上的電壓值上升。如此來確定所述的加熱時間，使得點火較壞的燈也可以可靠地被點火。如果燈在所述的加熱時間之后沒有被點燃，則涉及一個壞燈，或出現(xiàn)另外的故障情況，而且必須把電路裝置置為不工作。這可以通過一個監(jiān)視存儲電容上的電壓值的關斷裝置來實現(xiàn)。起決定性作用的是，該關斷裝置不是用于控制充電泵，而是僅在故障情況下進行干預。本發(fā)明的泵控開關不需要控制器來實現(xiàn)其控制，因此提供了一種成本合適的可能性，以便也能夠點燃那些點火較壞的、具有內(nèi)含充電泵的電路裝置的燈。
優(yōu)選地，為本發(fā)明的泵控開關使用所謂的冷導體，這在上述文獻中也被稱作PTC(正溫度系數(shù))。當電路裝置投入運行時，所述的冷導體具有如下的溫度，即其在該溫度時具有如此低的值，以至于可以流經(jīng)有效的泵抑制電流。通過該泵抑制電流使冷導體加熱。冷導體根據(jù)屬性而在溫度和電阻值之間具有非線性的關系。據(jù)此，存在一個上述的開關溫度。如果該冷導體達到該開關溫度，則其電阻將上升到如下的值，該值不再允許流過有效的泵抑制電流，并由此使充電泵可以按照其規(guī)定進行工作。
根據(jù)本發(fā)明，如此地相互調(diào)諧所述冷導體中的損耗線路、冷導體的開關溫度與熱惰性，使得在一個足以點燃一個點火較壞的燈的時間之后便到達所述的開關溫度。
原則上也可以采用熱導體(NTC)來控制充電泵，譬如將其與泵元件相串聯(lián)。但在該情形下，一方面會出現(xiàn)上述的缺點，另一方面熱導體的非線性不是如此地明顯以至于可以形成單值的開關溫度。因此不能可靠地再現(xiàn)充電泵的作用方式。
有利的是，本發(fā)明的泵控開關并聯(lián)在所述泵二極管的串聯(lián)電路上。為了整流電網(wǎng)電壓，本發(fā)明的電路裝置具有一個通用的整流器，它通常由布置在橋電路中的整流二極管組成。從上述文獻中得知，朝向電網(wǎng)電壓的泵二極管的任務也可以由整流二極管來接管。在該情形下，泵二極管的串聯(lián)電路僅可以接入到朝向存儲電容的泵二極管。本發(fā)明的泵控開關在該情形下與該泵二極管相并聯(lián)。
在具有多個泵支路的充電泵中，可以構想用泵控開關只影響一個泵支路。當需要一個高于電網(wǎng)電壓尖峰值的電壓來點燃燈時，這便譬如是有利的。為了有效地降低泵支路的作用方式，本發(fā)明的泵控開關與屬于有關泵支路且朝向存儲電容的那個泵二極管相并聯(lián)。
下面借助實施例和參考附圖來詳細講述本發(fā)明。其中圖1示出了本發(fā)明電路裝置的一個實施例；圖2示出了本發(fā)明電路裝置的另一個實施例；圖3示出了本發(fā)明電路裝置的又一個實施例。
在下文中，晶體管用字母T表示，二極管用字母D表示，電容用字母C表示，扼流圈用字母L表示，電位用在字母P后分別跟隨一個數(shù)字表示。下面還給不同實施例的相同和作用相同的元件使用了相同的附圖標記。
具體實施例方式
在圖1中描繪了本發(fā)明電路裝置的一個實施例。在輸入接線端J1和J2上連接了被饋入濾波裝置F的電網(wǎng)電壓。濾波裝置F用于抑制無線電干擾。濾波裝置F的輸出端被連接到由二極管D1，D2，D3和D4組成的整流器上。二極管D1-D4以已知的橋式整流電路進行錯接。通過二極管D1和D3，在電位P1處提供被整流的電網(wǎng)電壓的正電位。地電位M與二極管D2和D4相連。在P1和電位P2之間連接了由第一泵二極管D5和第二泵二極管D6組成的串聯(lián)電路。泵二極管的極性被如此地選擇，使得電網(wǎng)電壓可以在電路裝置中產(chǎn)生一個電流。在電位P2和地電位M之間連接了存儲電容C1。
C1上的電壓被饋送給下面還要講述的逆變器。在P2和地電位M之間連接了由第一和第二半導體開關T1，T2組成的串聯(lián)電路，這兩個開關形成一個所謂的半橋。在該半橋的連接點上形成電位P4。所述的半導體開關在該實施例中被實施為MOSFET。但它們也可以例如被實施為雙極性晶體管或IGBT。T1和T2的門極交替地由半橋驅(qū)動器HT控制。由控制電路A預給定該控制的時鐘。所述的控制電路可以獨立于或依賴于所述半橋的輸出量而產(chǎn)生其時鐘。在后者的情況下，人們稱之為自激勵式半橋逆變器。這種逆變器的作用方式例如在文獻EP 781077(Schmitt)中講述過。在電位P4和電位P5之間連接了燈扼流圈L1。在P5和P2之間連接了由燈Lp和耦合電容C51組成的串聯(lián)電路。P4和P5上的高頻振蕩通過電容C31和C41被輸送給泵二極管D5和D6的連接點，在那兒形成電位P3。在該情形下由C31和C41構成泵元件。
根據(jù)本發(fā)明，在泵二極管D5和D6的串聯(lián)電路上再并聯(lián)一個冷導體KL。只要該冷導體是冷的，則在P3為低電位時從P2經(jīng)冷導體KL并經(jīng)D5流過一個泵抑制電流。從而，由元件D5，D6，C31和C41組成的充電泵的作用被有效地降低，并阻止了存儲電容上的電壓在點火過程中持續(xù)上升。通過泵抑制電流使冷導體KL加熱。如果該冷導體達到一個開關溫度，則其電阻急劇上升。于是，在P3為低電位時所流過冷導體的電流相對于從電網(wǎng)電壓獲得的電流是可以忽略的。充電泵的作用方式不再受到有效地削弱。在圖1的實施例中，P4和P5上的高頻振蕩被用于所述的充電泵。也可以只使用兩個高頻振蕩中的一個。與未被利用的高頻振蕩相連接的電容于是可以被耦合到P2。
另一種變化可能性在于，泵二極管D5和D6不被接入到整流器的正輸入端中，而是被接入負輸出端。在該情形下，地電位M通過泵二極管的串聯(lián)電路被連接到整流器的負輸出端，也即被連接到二極管D2和D4的連接點上。
在圖2中示出了本發(fā)明電路裝置的另一個實施例。相對于圖1的實施例，這里有兩點變化1.作為充電泵的高頻振蕩，不再使用P4和P5上的電位。具體地說，流經(jīng)耦合電容C52的電流的高頻振蕩被用于所述的充電泵。C52為此不再與P2相連，而是與D6的陽極相連。此時C52作用為泵元件。C32與P2相連，C42與燈Lp并聯(lián)。
2.相對于圖1的實施例取消了泵二極管D5。其功能由整流二極管D1和D3接管。因此電位P1與電位P3相吻合。根據(jù)本發(fā)明把冷導體KL并聯(lián)在泵二極管D6上。其作用方式類似于圖1的實施例。
圖1和圖2之間的這兩種變化可以不結合在一起，而是可以相互獨立地執(zhí)行。這同樣也適用于從上述文獻所獲知的所有充電泵變型方案。
圖3給出了本發(fā)明電路裝置的又一種實施例。相對于圖1的實施例，此時的電路裝置具有兩個泵支路。與泵二極管D5，D6并聯(lián)地連接了另一個由泵二極管D7，D8組成的串聯(lián)電路。與圖1相比，電容C33，C43不是連接在一個端子上。只是C33仍然與電位P3相連接。在第二泵支路中，電位P5的高頻振蕩通過電容C43被輸入到電位P6上，P6被表示為第二泵支路的泵二極管D7和D8的連接點。
根據(jù)本發(fā)明，冷導體KL只并聯(lián)在第一泵支路的泵二極管D6上。因此只是針對性地作用于第一充電泵。第二充電泵在點火期間仍然有效。這是值得追求的，以便在點火過程期間在存儲電容C1上達到較高的電壓，并由此提供點火電壓。
也可以把冷導體KL并聯(lián)在泵二極管D8上。在該情形下，第二泵支路被切換為無效，直到冷導體被加熱時為止。
權利要求
1.用于運行接于電網(wǎng)電壓上的放電燈(Lp)的電路裝置，具有以下特征-逆變器(A，HT，T1，T2)，具有用于改善功率因數(shù)的充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)，-泵控開關(KL)，當該泵控開關處于低阻態(tài)時便導過一個泵抑制電流，以便有效地削弱所述充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式，其特征在于所述泵控開關(KL)的電阻值具有溫度依賴性，以至于該泵控開關通過泵抑制電流被加熱到一個開關溫度，在該開關溫度下所述泵控開關的電阻采取如下值，該值如此地降低所述的泵抑制電流，以至于不再有效地削弱所述充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式。
2.按權利要求1所述的電路裝置，其特征在于所述的泵控開關(KL)包括冷導體。
3.按權利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于所述的充電泵包括兩個串聯(lián)的泵二極管(D5，D6，D7，D8)，且所述的泵控開關(KL)與所述泵二極管的串聯(lián)電路相并聯(lián)。
4.按權利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于所述的充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)包括兩個串聯(lián)的、接于電網(wǎng)電壓和存儲電容(C1)之間的泵二極管(D5，D6，D7，D8)，且所述的泵控開關(KL)與耦合在所述存儲電容(C1)上的泵二極管(D6，D8)相并聯(lián)。
5.按權利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于所述的充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)包括多個具有泵二極管(D5-D8)的泵支路，其中至少有一個泵二極管并聯(lián)在泵控開關(KL)上。
6.利用電路裝置啟動和運行放電燈(Lp)的方法，所述的電路裝置包括一個逆變器(A，HT，T1，T2)和一個泵控開關(KL)，所述的逆變器具有用于改善功率因數(shù)的充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)，其特征在于以下步驟-把所述的電路裝置連接到電網(wǎng)電壓上，-經(jīng)所述的泵控開關(KL)流過一個泵抑制電流，以便有效地削弱充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式，-由所述的泵抑制電流加熱所述的泵控開關(KL)，-所述泵控開關(KL)的溫度達到一個開關溫度，-在該開關溫度下提高所述泵控開關(KL)的電阻值，-通過泵控開關(KL)的所述上升的電阻值降低所述的泵抑制電流，-所述的泵抑制電流下降到一個值，該值表現(xiàn)為不再有效地削弱所述充電泵(D5-D8，C31，C32，C33，C41，C42，C43，C51，C52，C53)的作用方式。
全文摘要
在運行氣體放電燈(Lp)的電路裝置中，為了校正功率因數(shù)而經(jīng)常采用充電泵(D5，D6，C31，C32)。如果是這種情況，則在點火較壞的燈(Lp)中將會導致存儲電容(C1)上的電壓過高。根據(jù)本發(fā)明，這可以通過在充電泵的二極管(D5，D6)上并聯(lián)一個冷導體(KL)來避免。
文檔編號H02M1/42GK1458814SQ0313071
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權日2002年5月7日
發(fā)明者H·施密特 申請人:電燈專利信托有限公司