專利名稱：高壓放電燈用驅(qū)動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高壓放電燈電子式穩(wěn)壓器，具體地說涉及用于高頻驅(qū)動氙探照燈等高電壓高電流的高壓放電燈的電子式穩(wěn)壓器。
背景技術：
一般電子式穩(wěn)壓器是含有啟動用半導體元件的穩(wěn)壓器，也就是穩(wěn)壓器通過半導體元件的開關作用、或利用電極加熱用線圈預熱電極后通過半導體開關作用來開啟燈，并用在燈工作時通過燈電流或線圈加熱電極的電路。電子式穩(wěn)壓器分為通過自身LC諧振電路而振蕩例如本發(fā)明的自勵式、以及利用其它振蕩器的他勵式。
一般電子式穩(wěn)壓器與以往的穩(wěn)壓器相比具有很多優(yōu)點，但是在電壓變動及脈動電壓時存在缺點，需要必須安裝保護電路并在啟動時采取特殊對策。
另外，一般高壓放電燈例如水銀燈、高壓鈉燈、以及金屬鹵燈等，在工作時具有高電壓，在開啟燈時燈管內(nèi)部處于高溫等離子狀態(tài)。為得到這樣的高壓放電條件，最近主要采用電子式穩(wěn)壓器，例如PCT公開第WO99/51066號公開的高壓放電燈自勵式電子式穩(wěn)壓器。
首先，結合圖1說明所述公報的電子式穩(wěn)壓器。
如圖1所示，以往的一般HID電子式穩(wěn)壓器包括輸入電源1、整流器電路2、變流器電路3、輸出匹配電路4、緩沖DC電源電路5、動力控制電路6、以及柵極變壓器電路7。
輸入電源1包括保險絲(FUSE)、電阻器ZNR、電容器C301-C303以及變壓器TR1，用于穩(wěn)定交流電源的電壓。
在輸入電源穩(wěn)定后的交流電壓將會加到下一段提到的整流器電路2，通過橋式二極管D301-D304進行整流，通過扼流圈TR2和電容器C304進行平滑處理，并且將已整流的直流(DC)電流加到下一段的變流器電路3。
變流器電路3包括第1和第2開關晶體管K1，K2，已整流的DC電壓加到上述晶體管；第2電容器C313(當兩端交流開關元件導通時，開關晶體管K2也會導通)，它通過已整流的DC電源來充電，充電后電壓加到兩端交流開關元件上，并使兩端交流開關元件D311導通；第1和第2柵極整形集成電路IC1，IC2，通過柵極變壓器TR5檢測出的諧振信號附加到集成電路上。也就是，在開啟燈時，通過向第2電容器C313上充電，使兩端交流開關元件D311導通，這時第2開關晶體管K2就會開閉(switching)，自由諧振信號將會傳到輸出匹配電路4。另外，柵極變壓器TR5檢測諧振電路的信號并附加到第1和第2柵極整形集成電路IC1，IC2。上述集成電路是為了將柵極保護穩(wěn)壓二極管上的反向電壓通過電壓源及電流源而附加的信號加到第1開關晶體管K1的柵極，向柵極加正電壓信號至反射信號電壓增加。當所述電壓減少時，隨著柵極上的電位高于柵極變壓器TR5上的電位，第1晶體管導通，將柵極電位降為負電位，區(qū)別于電壓源的電位，此時第1和第2開關晶體管與反射信號同步開閉，所以其輸出就會產(chǎn)生諧振并連續(xù)振蕩。電阻R302以及R303與兩端交流開關元件D311和電容器C313一起用作初期信號發(fā)生器，而電阻R304和二極管D312用于消除初期信號。電容器C311和C312用于抑制開關晶體管K1，K2的電壓上升。
輸出匹配電路4具有確定修正數(shù)的諧振線圈TR4和第1至第3諧振電容器C307-C309以及輸出變壓器TR3，其中所述輸出變壓器TR3用于將反射功率轉(zhuǎn)換為緩沖DC電源5，反射功率在具有與燈兩端電壓匹配的匝數(shù)比(電壓高時匝數(shù)比就會高)且輸出不處于諧振狀態(tài)時產(chǎn)生。
緩沖DC電源5包括第1和第2二極管D307，D308、第3和第4電容器C305，C306、以及第3和第4二極管D305，D306，其中第1和第2二極管D307，D308用于輸入從輸出匹配電路4生成的反射功率，第3和第4電容器C305，C306用于充電并減少DC電壓的脈動成分，第3和第4二極管D305，D306在DC電壓處于低電壓狀態(tài)時通過第1和第2二極管對第3和第4電容器補充充電。
功率控制電路6包括第1運算放大器U2、第1電阻器R315、第2運算放大器U1、第2電阻器R307、以及第3電阻器R306。另外，第1運算放大器U2乘上在輸出控制集成電路IC3內(nèi)的第1DC電流檢測電阻器R301的檢測值和第2和第3DC電壓檢測電阻器R308，R309的檢測值后，以此控制第2電流源A2，所以最終控制柵極變壓器TR5的電流。被控制的電流在第1電阻器R315上轉(zhuǎn)換為電壓，并利用第2運算放大器U1將此電壓運算為標準電壓。運算結果輸出到第2電阻器R307，輸出值在第3電阻器R306上作為設定值設定，輸入到第1運算放大器U2。
另外，功率控制電路6進一步包括第1比較器U3、第4電阻器R311、第2比較器U4、第5電阻器R314、第1開關SW1、以及第3比較器U5。另外，將溫度傳感器的檢測值輸入到第1比較器U3，利用第4電阻器R311設定第1比較器U3的比較值。如果檢測溫度高于第1比較器U3的設定值時，就會阻斷第1運算放大器U2的輸出。另外，將光傳感器的檢測值輸入到第2比較器U4，利用第5電阻器R314設定第2比較器U4的比較值。如果檢出的外部照射度高于第2比較器U4的設定值時，就會阻斷第1運算放大器U2的輸出。另外，如果有輸入第1開關SW1的信號，第1運算放大器U2的輸出阻斷就會清除。而且，將第2電流源A2中控制的電流值轉(zhuǎn)換為第1電阻器R315上的電壓，通過第3比較器U5將所述電壓值與標準電壓比較，如果過大電流流過，就會阻斷第1運算放大器U2的輸出。
而且，動力控制電路6進一步還包括計時器、第6電阻器R316、第5電容器C315、以及過低電壓阻斷器，其中計時器在所要求的燈啟動時間內(nèi)燈不能啟動時阻斷第1運算放大器的輸出，過低電壓阻斷器在電源電壓過低時阻斷第1運算放大器的輸出。
柵極變壓器電路7的柵極變壓器TR5用于檢測輸出匹配電路4的諧振信號并向第1和第2柵極整形集成電路IC1，IC2附加檢測信號。
因此，根據(jù)以上的以往技術，最初通過整流器電路3的信號發(fā)生器C313，D311，R302，R303開閉開關晶體管K2，輸出匹配電路4的諧振電路C307-C309，TR4開始自由諧振，而啟動后，初期信號通過初期信號消除電路R304，D312被消除，輸出匹配電路以開始的諧振頻率繼續(xù)諧振，并使燈開啟。
另外，輸出匹配電路4的電路不處于諧振狀態(tài)時生成的反射功率通過緩沖DC電源電路5的第1和第2二極管D307，D308反射到第3和第4電容器C305，C306，并通過第3和第4二極管D305，D306補充充電。另外，通過電阻R315檢測輸出電流，實施輸出電流的優(yōu)選設定，與輸入動力檢測器R301，R308，R309(乘法器)的檢測信號比較，對柵極變壓器TR5進行控制。
但是，在HID(High Intensity Discharge高強度放電)燈中，與普通高電壓放電燈在低電流下放電相比，用于夜間活動以及景觀照明等的長距離照射探照燈或軍用及用于海上探照的氙燈在6kV至12kV的高電壓下，尤其是燈啟動時將會產(chǎn)生瞬間高電流。另外，為了消除老化現(xiàn)象，需要利用高頻啟動電路生成高頻高電壓，這時由于脈沖電流以及高頻干擾，對其它電子設備產(chǎn)生影響，所以實際上禁止產(chǎn)生指定以上的高頻成分、高電壓以及超過標準的脈沖電流。其結果，探照燈的也就減少。
都市的歷史性建筑物或橋梁的燈光裝飾、夜間景觀照明、慶?；顒踊蛞归g播放等夜間特殊照明，都需要超高壓特殊照明。一般來說，為了生成常用電壓(220V)以上的高壓電，需要使用大型的高價變壓器，導致極大的電力損失、整流器的大型化以及成本上升。與此相反，根據(jù)本發(fā)明的高壓放電燈驅(qū)動電路，將常用電源暫時整流為直流，將已變換的直流重新經(jīng)過高頻振蕩電路進行振蕩得到高頻振蕩脈沖，并將所述高頻振蕩脈沖只利用小型變壓器并重新通過高頻整流生成高電壓電流，由此將電力損失降至最低并減少成本。
為解決上述問題而提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供高壓放電燈驅(qū)動電路，它可以用作實現(xiàn)小型、高效率且解決高頻脈沖引起的高頻干擾(EMI)問題的探照燈。
本發(fā)明的其他目的及效果可以通過下面結合附圖的詳細說明更加明確地了解。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述目的，本發(fā)明的高壓放電燈驅(qū)動電路的特征是，所述驅(qū)動電路包括整流以及諧振電路200，它用于整流輸入的交流信號并供給直流電壓；變流器電路400，它通過第1至第4開關控制信號G1，G2，G3，G4的控制以及第1至第4開關元件Q1，Q2，Q3，Q4的開閉來生成高頻信號；正電壓以及振蕩電路300，它反饋接收輸出端信號，當輸出端測定的功率在設定值以上時發(fā)出所述開關控制信號G1-G4，控制第1至第4開關元件的開閉，使輸出功率保持恒定，并在燈最初啟動時開始執(zhí)行啟動開關元件開閉的振蕩動作；高頻整流電路500，它將輸入交流電源通過橋式二極管電路BD1-BD4轉(zhuǎn)換為全波整流的直流，改善逆率并向燈供給穩(wěn)定的直流電壓；高頻啟動電路600，它利用高頻電流對燈進行預熱；高頻成分最小化電路700，它用于抑制高頻噪聲成分；其中，所述變流器電路400具有兩對(四個)以上的開關元件，用于全波分配；所述驅(qū)動電路進一步包括IGBT全波分配電路300b，它根據(jù)正電壓以及振蕩電路300的控制信號，向變流器400發(fā)出開關控制信號G1-G4。
優(yōu)選的高頻成分最小化電路700包括電容器C4，C5，它與燈的電極兩端并聯(lián)，用于吸收脈沖電壓；高頻噪聲衰減電路，它與燈電極兩端并聯(lián)且具有電阻R6和電阻器ZNR2的并聯(lián)電路；電阻器ZNR6和電容器C6的并聯(lián)電路，它與燈的陰極端連接且它的一側(cè)接地；電阻器ZNR7，它與燈兩極端子連接且它的一側(cè)接地。
優(yōu)選的高頻整流電路具有第1至第4橋式二極管BD1-BD4，各橋式二極管的第1端子和第2端子分別通過電阻R2-R5連接，所述第1橋式二極管BD1的第1端子和第2橋式二極管BD2的第1端子、以及第3橋式二極管BD3的第2端子和第4橋式二極管BD4的第2端子相互連接；所述第1橋式二極管BD1的第2端子和第3橋式二極管BD3的第1端子、以及第2橋式二極管BD2的第2端子和第4橋式二極管BD4的第1端子相互連接；所述第1橋式二極管BD1的第2端子和第4橋式二極管BD4的第1端子分別與所述輸出一側(cè)變壓器TR2的次級連接；第2橋式二極管BD2的第1端子通過整形元件TR3與燈900的(+)一側(cè)端子連接；第4橋式二極管BD4的第1端子直接與所述燈900的(-)一側(cè)端子連接。
高頻啟動電路600，其輸入端與所述高頻整流電路500的(+)端子P21以及(-)端子P22連接，其輸出端與高頻成分最小化電路700的瞬間高壓觸發(fā)線圈LC1連接；其一側(cè)輸入端通過啟動開關(SW1或SW2)與第5高頻變壓器TR5的初級連接，而其另一側(cè)輸入端通過RC并聯(lián)電路R7，C7，C8與第5高頻變壓器TR5的初級連接；所述第5高頻變壓器TR5的次級與可變電容器VCT并聯(lián)，而且通過串聯(lián)的電容器C9，C10，C11與高頻成分最小化電路700的瞬間高壓觸發(fā)線圈LC1連接。


圖1是以往高壓放電燈驅(qū)動電路的電路圖。
圖2是本發(fā)明用于高壓放電燈驅(qū)動電路的模塊圖。
圖3是本發(fā)明用于高壓放電燈驅(qū)動電路的詳細電路圖。
圖4是本發(fā)明高壓放電燈的外觀圖。
圖5是本發(fā)明高壓放電燈用穩(wěn)壓器的外觀圖。
圖6至圖10是以往技術以及本發(fā)明高壓放電燈用驅(qū)動電路的輸入波形的波形圖。
圖6是無負荷時輸入振蕩脈沖波形圖。
圖7和圖8分別為運轉(zhuǎn)途中的以往技術以及本發(fā)明高壓放電燈用驅(qū)動電路的輸入波形圖。
圖9和圖10分別為啟動時的以往技術以及本發(fā)明高壓放電燈用驅(qū)動電路的輸入波形圖。
圖11是本發(fā)明的另外一種高壓放電燈的外觀圖。
附圖標記1輸入電源，2整流器(converter)電路，3變流器(inverter)電路，4輸出匹配電路，5緩沖DC電源電路，6動力控制電路，7柵極變壓器電路，100輸入電源，200整流以及諧振電路，300正電壓以及振蕩電路，300a正電流變換電路，300bIGBT全波分配電路，400ARC變流器電路，400a高頻高壓電路，500高頻整流電路，600高頻啟動電路，700高頻成分最小化電路，800整流器保護電路，900燈具體實施方式
下面結合附圖2和圖3詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖2是本發(fā)明高壓放電燈用驅(qū)動電路的模塊圖，圖3是其詳細電路。
如圖2和圖3所示，本發(fā)明用于高壓放電燈的驅(qū)動電路，大體包括輸入電源100、整流以及諧振電路200、正電壓以及振蕩電路300、ARC變流器400、高頻整流電路500、高頻啟動電路600、高頻成分最小化電路700、以及整流器保護電路800。附圖標記900可包括例如軍用及海上探照、景觀照明、夜間慶祝活動的探照用氙燈。
本發(fā)明采用自勵式高頻振蕩方式。這是利用二端交流開關元件(DIAC)在高于設定電壓時導通，并對反饋式振蕩電路進行初期驅(qū)動的方式。本發(fā)明的影像照明整流器基于降低故障率的考慮采用自勵式，以便得到穩(wěn)定的電壓電流輸出，并采用具有高頻二極管的整流電路，向燈供給穩(wěn)定的電壓及電流。
特別說明的是，本發(fā)明的變流器400使用兩對(四個)開關元件Q1，Q2，Q3，Q4。這些開關元件通過四對控制信號實施全波分配，這四對控制信號是由IGBT全波分配電路300b在不同時間段產(chǎn)生。對ARC變流器400的電壓實施升壓，對轉(zhuǎn)換給高頻整流電路500的高頻高壓電路400a的部分輸出進行電流變換，正電流變換電路300a向正電壓以及振蕩電路300提供正電壓，正電壓以及振蕩電路300向IGBT全波分配電路300b提供振蕩脈沖，正電流變換電路300a與正電壓以及振蕩電路300相互連接。
下面結合附圖3更加詳細說明本發(fā)明用于高壓放電燈的驅(qū)動電路。
首先，輸入電源100與圖1的輸入電源100’相同，可供給穩(wěn)定的電壓。但是，本實施例中使用無保險絲的開關(NFB)，所述開關經(jīng)過200-240V的變壓器TR1，因此，AC三相交流的相電壓以及相電流的相位保持一致，消除相間電壓差異帶來的相偏差。本發(fā)明并不限定于該實施例所述的三相交流。
然后，已輸入的穩(wěn)定的交流(AC)電通過整流以及諧振電路200的橋式二極管D1-D6進行整流，已整流的電壓通過二極管D2、平滑電阻R1和電容器C7進行平滑濾波處理。另外，電容器的一側(cè)電位端子與用于補償因數(shù)的電阻R1-1串聯(lián)，所以已整流的電壓優(yōu)選通過噪聲過濾器C12-C13實施過濾。
上述噪聲過濾電路與下一段提到的全波分配變流器400連接。在這里，當諧振電路為RLC串并聯(lián)諧振電路時，可調(diào)節(jié)從電源傳遞到燈的電能量，使變化大的脈沖保持穩(wěn)定，因此可提高高頻脈沖特性和逆率。
特別是，本發(fā)明的變流器電路400具有多個(例如4個)晶體管Q1，Q2，Q3，Q4，第1晶體管Q 1以及第3晶體管Q3插入到上位電位端子P11和變壓器TR2的一側(cè)端子P13之間，而第2晶體管Q2以及第4晶體管Q4插入到變壓器TR2的另一側(cè)端子P14和下位電位端子P12之間。
將復位用二極管D7，D8，D9，D10連接在所述第1晶體管Q1至第4晶體管Q4的源極/漏極端子之間，而將正電壓保持電容器C2，C3連接在上位電位端子P11和下位電位端子P12之間。
P13，P14自然成為輸出端高壓變壓器TR2的初級端子。另外，通過IGBT全波分配電路300b，將正電壓以及振蕩電路300的開關控制信號G1，G2，G3，G4加在第1至第4晶體管的柵極端子上，而將正電壓以及振蕩電路300的復位用控制信號E1，E2，E3，E4加在以上各晶體管的發(fā)射極端子上。
考慮到燈的額定電壓，高頻高壓電路400a通過輸出端變壓器TR2降壓，將變流器400的DC 200V的電壓值降到設定值(在這里是48V)以下。
另一方面，將整流以及諧振電路200的已整流的直流電壓作為電源加到正電壓以及振蕩電路300上，在整流以及諧振電路200內(nèi)部再通過適當?shù)姆謮弘娮?沒有圖示)分壓，例如20V以及8V的驅(qū)動電源進行驅(qū)動，而且將所述高頻高壓電路400a的輸出端變壓器TR2的次級信號反饋加到整流以及諧振電路200，當整流器輸出端的測定功率在設定值以上時，利用高頻(19kHz～37kHz)控制第1至第4晶體管的開關，來保持恒定的輸出功率。
而且，在最初燈啟動時，要通過高頻啟動電路600實施高頻啟動。對此進一步詳細說明如下。
高壓放電燈必需啟動電流，但是以前在高壓放電燈的啟動時由于高電壓對電路的破壞，不能實現(xiàn)數(shù)km的移動照明的應用，而根據(jù)本發(fā)明的啟動電路，即使對需要1500～12000V的高電壓且?guī)追种籱A至數(shù)mA的電流的燈進行高壓放電電路啟動時，也會延長燈的壽命并且能防止對電路的破壞。
在啟動氙燈的瞬間，由于過渡過程而產(chǎn)生的過壓和過流會加速燈的黑化，因此需要約0.05-0.08秒的高頻電流對燈預熱。為此，本發(fā)明的高頻啟動電路采用IC電路以及混合式IC的電路，防止黑化，延長燈的壽命。
本發(fā)明的高頻啟動電路600的輸入端可以與輸入電源100的兩端子連接，但本實施例中高頻啟動電路600的輸入端與高頻整流電路500的+端子P21以及-端子P22連接；高頻啟動電路600的輸出端與高頻成分最小化電路700的瞬間高壓觸發(fā)線圈LC1連接。而且，高頻啟動電路600的一側(cè)輸入端通過作為啟動開關的從動開關SW1以及繼電器自動開關SW2，而另一側(cè)輸入端通過RC并聯(lián)電路R7，C7，C8，與第5高頻變壓器TR5的初級連接。第5高頻變壓器的次級與可變電容器VCT并聯(lián)，并且通過串聯(lián)電容器C9，C10，C11與高頻成分最小化電路700的瞬間高壓觸發(fā)線圈LC1連接。
對需要1500～12000V的高電壓且?guī)追种籱A至數(shù)mA電流的燈，根據(jù)次級可變電容器VCT的極間距和瞬間高壓誘導線圈LC1的觸發(fā)線圈匝數(shù)，進行比例調(diào)節(jié)，使用適于燈的高電壓作為電源，這可延長燈的壽命。例如，VCT的極間距為0.2mm時將3500V附加在燈上；VCT的極間距為1mm時將6500V加在燈上；VCT的極間距為1.2mm時將3500V加在燈上。當觸發(fā)線圈LC 1圈數(shù)為2時，將9000V和7.3A的電源加在燈上；當LC1圈數(shù)為2至4時，將3500V至13000V和2A的電源加在燈上。
因此，通過輸入端輸入的、含有高頻感應成分的電源首先吸收高頻成分并充電，其中所述高頻成分是在含有分布電感的RLC諧振電路R7，C7，C8上感應的。所述電容器如果充分充電，在第3高頻變壓器TR1上就會上升為高壓。如果此時接通(turn on)啟動開關SW1，瞬時會流過大電流(例如，140A)并啟動燈900。在燈啟動后，高頻啟動電路就會切斷，在高頻整流電路500的直流高壓會繼續(xù)提供給燈。此時，高頻電壓值大致取決于所述高頻變壓器的匝(turn)數(shù)，而進一步的微細調(diào)整可通過可變電容器VCT來實施。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的正電壓以及振蕩電路300，將有±30V波動的輸入整流電壓以設定的高頻DC電壓供給ARC整流電路，能夠得到均勻的輸出，且可大大延長燈的壽命。
因此，通過控制正電壓以及振蕩電路300的開關控制信號G1-G4，第1至第4晶體管Q1-Q4的開閉就會形成高頻，所以所述變流器可產(chǎn)生19kHz～37kHz的高頻信號。例如，如果ARC變流器電路400輸出19-37kHz、800-1200V的交流時，高頻高壓電路400a的高壓變壓器TR2將初級交流電輸出為28-42V、4-37A的次級交流電。
而且，由于第1半周期中沿著“上位電位端子P11-第1晶體管Q1-高壓變壓器TR2-第4晶體管Q4-下位電位端子P14”的方向流過電流，而在第2半周期中沿著“上位電位端子P11-第3晶體管Q3-高壓變壓器TR2-第2晶體管Q2-下位電位端子P14”的方向流過電流，所以形成全波分配，即使在高頻也不會產(chǎn)生老化現(xiàn)象。
另外，輸出端變壓器TR2的次級與高頻整流電路500連接。高頻整流電路包括四個橋式二極管BD1-BD4。各橋式二極管的第1端子和第2端子分別通過電阻器ZNR1-ZNR4以及電阻R2-R5的串聯(lián)電路相互連接。第1橋式二極管BD1的第1端子和第2橋式二極管BD2的第1端子在連接點P23上相互連接，第3橋式二極管BD3的第2端子和第4橋式二極管BD4的第2端子在連接點P24上相互連接，第1橋式二極管BD1的第2端子和第3橋式二極管BD3的第1端子在連接點P21上相互連接，第2橋式二極管BD2的第2端子和第4橋式二極管BD4的第1端子在連接點P22上相互連接。另外，第1橋式二極管BD 1的第2端子和第4橋式二極管BD4的第1端子分別與所述輸出端變壓器TR2的次級連接。第2橋式二極管BD2的第1端子通過作為波形整形元件的扼流圈TR3與作為高頻成分最小化電路700的一側(cè)的燈900的(+)一側(cè)端子連接，并通過第4橋式二極管BD4的第2端子即瞬間高壓觸發(fā)線圈LC1與作為高頻成分最小化電路700的另一側(cè)的燈900的(-)一側(cè)端子連接。
未作說明的符號CT1是與正電流變換電路300a連接的電流傳感元件，端子P25和P26是為了從電路外部檢測電流而設置的中心(center)連接點。
進一步詳細說明如下。本發(fā)明的正電流變換電路300a調(diào)節(jié)電流，使電流適用于高壓放電燈，并控制頻率振蕩，使正電壓以及振蕩電路300處于最優(yōu)狀態(tài)。根據(jù)所述振蕩信號，在IGBT全波分配電路300b發(fā)出最優(yōu)變流器電路400控制信號G1-G4后，把最優(yōu)的驅(qū)動電壓、電流提供給燈900。
高頻整流電路500通過橋式二極管電路將輸入交流電轉(zhuǎn)換為全波整流的直流，實施逆率改善并向燈提供穩(wěn)定的直流電壓。也就是，在高頻AC19-37kHz交流電經(jīng)過高頻整流電路500的高速二極管橋式電路時，DC就會含有高頻成分，在經(jīng)過扼流圈TR3的同時對DC進行整形。
另外，在燈兩端連接高頻成分最小化電路700。如圖3的右側(cè)下端所示，在高頻成分最小化電路700中，用于吸收脈沖電壓的電容器C4，C5并聯(lián)在燈兩極。由于電容器C4，C5與輸出端變壓器TR2的電感成分以及高頻整流電路500的電阻R2-R5一起組成了RLC諧振電路，所以能夠有效地吸收脈沖成分。而且，電阻R6、電阻器ZNR2和電容器C12等的并聯(lián)電路組成的高頻噪聲衰減電路在燈的兩極間與燈并聯(lián)，燈的陰極端與一側(cè)接地的電阻器ZNR6和電容器C16的并聯(lián)電路連接，燈的兩極端子也與一側(cè)接地的電阻器ZNR6連接。本發(fā)明之前的照明驅(qū)動電路采用的是DMX 512信號方式，但是由于高頻脈沖，會對其他儀器造成干擾，所以到目前為止不能使用。而本發(fā)明用于高壓放電燈的驅(qū)動電路安裝有EMI最小化電路，消除了含有高頻成分的全波干擾，高頻成分為0.8％以下，解決了EMI問題，不會影響周圍的精密電子儀器，而且即使工作在高頻(8kHz以上)也不會產(chǎn)生老化現(xiàn)象。
也就是，高頻成分最小化電路700針對DC成分中含有的高頻成分，在電容器C4，C5以及電阻器ZNR5中將高頻成分最小化，而且為了消除EMI干擾，使用電容器C6以及電阻器ZNR6，ZNR7，使高頻電流流入接地端。
最后說明整流器保護電路800。對所述整流以及諧振電路200的濾波電容器C1的一端電壓以及噪聲過濾器C12，C13的一端電壓進行采樣，對電源端變壓器TR4的次級采樣，在整流器出現(xiàn)異常振蕩或異常電壓時，向正電壓以及振蕩電路300發(fā)出柵極控制信號，所以通過變流器電路400的開關晶體管Q1-Q4的ON/OFF可保護整流器。整流器保護電路不僅有過壓或過流保護電路而且有必要通過熱敏電阻(semistor)(沒有圖示)，在整流器溫度異常時保護整流器。此外，整流器保護電路800優(yōu)選包括顯示器驅(qū)動電路。
本發(fā)明用于高壓放電燈驅(qū)動電路的動作說明如下通過變流器電路400得到的高頻電壓(例如，19kHz～37kHz，1.2kV)經(jīng)過高頻整流電路500整流并轉(zhuǎn)換為直流電壓，同時通過高頻啟動電路600轉(zhuǎn)換為高電壓，加到燈兩端，在啟動之前燈兩端一直具有80V左右的電壓，通過正電流以及振蕩電路的啟動，在燈的高壓放電瞬間燈兩端具有約6-12kV的高壓，瞬間放電約5kW的高壓，所以可激發(fā)燈點亮。一旦燈開啟后，燈兩極持續(xù)約有30V的電壓，此時燈兩電極間流過約140A的電流。
另外，與加到燈上的高頻電源信號相比，把噪聲成分控制到10％以內(nèi)，就可以解決EMI問題。如果使用本發(fā)明的高頻成分最小化電路700，噪聲成分最大將會控制到0.8％以內(nèi)，可解決影響其它電子儀器的EMI問題。
而且，通過全波分配方式，即使在高頻條件下也能防止老化現(xiàn)象。
圖4和圖11表示本發(fā)明高壓放電燈的實際外形的一例。圖5表示本發(fā)明用于高壓放電燈穩(wěn)壓器的實際外形的一例。
另外，圖6至圖10是以往技術和本發(fā)明用于高壓放電燈驅(qū)動電路的輸入波形的波形圖。圖6是無負荷時輸入振蕩脈沖波形圖。圖7和圖8分別為運轉(zhuǎn)過程中的以往技術和本發(fā)明用于高壓放電燈驅(qū)動電路的輸入波形圖。圖9和圖10分別為啟動時的以往技術和本發(fā)明用于高壓放電燈驅(qū)動電路的輸入波形圖。所述波形圖是通過“Macronic LT224”測定的。在各波形圖中，黃色(1號)波形表示輸入電壓波形，綠色(2號)波形表示輸入電流波形，下一側(cè)的紅色(3號)波形表示輸出電壓波形，藍色(4號)波形表示輸出電流波形。輸出功率值計算結果在最下面。
也就是，如圖6所示，無負荷時(這可考慮為啟動燈之前)的輸入振蕩脈沖幾乎失真但不含有脈沖成分。這是由于從輸出端沒有產(chǎn)生任何脈沖。但是，如圖7所示的以往設備，在有負荷時(啟動后)，輸出波形中包含大量噪聲，而且在輸入端的輸入以及輸出中大量高頻脈沖成分感應到輸入端，包含在輸入端的輸入以及輸出波形中。與此相反，本發(fā)明的驅(qū)動電路盡管可以產(chǎn)生比以往設備功率(約3kW)更大的輸出(約7kW)，但是由于在高頻成分最小化電路700中吸收了輸出端的高頻脈沖成分，所以輸入端幾乎不含有高頻脈沖成分。
在啟動時，圖9的以往設備的輸入以及輸出中的脈沖成分，比圖10的本發(fā)明驅(qū)動電路的輸入以及輸出的脈沖成分更大。這尤其從輸入端感應的高頻脈沖成分的影響看出更明顯的差異。也就是，圖9的以往技術中，在燈兩端加高壓時，AC電壓電流(3號以及4號波形)非常不穩(wěn)定，與此相反，圖10的本發(fā)明中輸入端的高頻變壓器次級電壓電流(1號以及2號)更快速穩(wěn)定，而且ARC變流器電路400中控制全波，輸出端的高速二極管也比以往技術更加快速(0.03秒)，所以容易控制高電壓電流，解決EMI問題，有利于燈延長壽命且老化現(xiàn)象也得到最大限度的控制。
上述特點結合附圖表示的一個實施例說明了本發(fā)明。但本發(fā)明并不限定于此，本領域的有關人員在可以想象到的范圍內(nèi)可以實施各種變形。因此，本發(fā)明限定在權利要求保護范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的高壓放電燈驅(qū)動電路，由于使用高頻整流驅(qū)動電路，提高了效率(消耗電力降低30％以上且無負荷時幾乎沒有消耗電力)，將燈壽命延長20％以上，最大限度地抑制老化現(xiàn)象，可立即開啟燈并使開啟時的亮度最大，采用脈沖以及全波干擾最小化電路，不會對其它電子設備產(chǎn)生高頻干擾，與國外用于慶?；顒右约败娪锰秸諢舻日彰鲀x器的線性控制方式(變壓器方式)相比，可使接近于自然光的氙燈照明驅(qū)動穩(wěn)壓電路體積、重量減少三分之一。
權利要求
1.一種高壓放電燈驅(qū)動電路，其特征是，所述驅(qū)動電路包括整流以及諧振電路(200)，它用于對輸入的交流信號進行整流并提供直流電壓；變流器電路(400)，它通過第1至第4開關控制信號(G1，G2，G3，G4)的控制以及第1至第4開關元件(Q1，Q2，Q3，Q4)的開閉來生成高頻信號；正電壓以及振蕩電路(300)，它反饋輸出端信號，在輸出端測定的功率高于指定值時發(fā)出開關控制信號(G1-G4)，控制第1至第4開關元件的開閉，使輸出功率保持恒定，并在最初燈啟動時開始實施用于啟動開關元件開閉的振蕩動作；高頻整流電路(500)，它將輸入交流電源通過橋式二極管電路(BD1-BD4)轉(zhuǎn)換為全波整流的直流，改善逆率以及向燈供給穩(wěn)定的直流電壓；高頻啟動電路(600)，它利用高頻電流對燈進行預熱；高頻成分最小化電路(700)，它用于抑制高頻噪聲成分；其中，變流器電路(400)具有兩對(四個)以上的開關元件，用于全波分配；上述驅(qū)動電路進一步包括IGBT全波分配電路(300b)，它根據(jù)正電壓以及振蕩電路(300)的控制信號，向所述變流器電路(400)發(fā)出開關控制信號(G1-G4)。
2.如權利要求1所述的高壓放電燈驅(qū)動電路，其特征是，高頻成分最小化電路(700)包括電容器(C4，C5)，它與燈電極兩端并聯(lián)且用于吸收脈動電壓；高頻噪聲衰減電路，它與燈電極兩端并聯(lián)且具有電阻(R6)和電阻器(ZNR2)的并聯(lián)電路；電阻器(ZNR6)和電容器(C6)的并聯(lián)電路，它與燈陰極端連接且它的一側(cè)接地；電阻器(ZNR7)，它與燈兩極端子連接且它的一側(cè)接地。
3.如權利要求1或2所述的高壓放電燈驅(qū)動電路，其特征是，高頻整流電路具有第1至第4橋式二極管(BD1-BD4)，各橋式二極管的第1端子和第2端子分別通過電阻(R2-R5)連接，第1橋式二極管(BD1)的第1端子和第2橋式二極管(BD2)的第1端子、以及第3橋式二極管(BD3)的第2端子和第4橋式二極管(BD4)的第2端子相互連接；第1橋式二極管(BD1)的第2端子和第3橋式二極管(BD3)的第1端子、以及第2橋式二極管(BD2)的第2端子和第4橋式二極管(BD4)的第1端子相互連接；第1橋式二極管(BD1)的第2端子和第4橋式二極管(BD4)的第1端子分別與輸出端變壓器(TR2)的次級連接；第2橋式二極管(BD2)的第1端子通過整形元件(TR3)與燈(900)的(+)一側(cè)端子連接；第4橋式二極管(BD4)的第1端子直接與燈(900)的(-)一側(cè)端子連接。
4.如權利要求1或2所述的高壓放電燈驅(qū)動電路，其特征是，高頻啟動電路(600)，其輸入端與高頻整流電路(500)的(+)端子(P21)以及(-)端子(P22)連接，其輸出端與高頻成分最小化電路(700)的瞬間高壓觸發(fā)線圈(LC1)連接；其一側(cè)輸入端通過啟動開關(SW1或SW2)與第5高頻變壓器(TR5)的初級連接，而其另一側(cè)輸入端通過RC并聯(lián)電路(R7，C7，C8)與第5高頻變壓器(TR5)的初級連接；第5高頻變壓器(TR5)的次級與可變電容器(VCT)并聯(lián)，而且通過串聯(lián)的電容器(C9，C10，C11)與用于開啟燈的高頻成分最小化電路(700)的瞬間高壓觸發(fā)線圈(LC1)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于高壓放電燈的驅(qū)動電路，它可以解決高頻脈沖引起的高頻干擾(EMI)問題并在用于氙燈的高頻電路中也可防止老化(precuring)現(xiàn)象。本發(fā)明的高壓放電燈驅(qū)動電路包括整流及諧振電路(200)；變流器電路(400)；正電壓以及振蕩電路(300)；高頻整流電路(500)；高頻啟動電路(600)；高頻成分最小化電路(700)；其中，變流器電路(400)具有兩對(四個)以上的開關元件，用于全波分配；所述驅(qū)動電路進一步包括IGBT全波分配電路(300b)，根據(jù)正電壓以及振蕩電路(300)的控制信號，向變流器電路(400)發(fā)出開關控制信號(G1－G4)。
文檔編號H05B41/36GK1761375SQ200410083640
公開日2006年4月19日 申請日期2004年10月14日 優(yōu)先權日2004年10月14日
發(fā)明者金容喆, 金容暾 申請人:映像照明株式會社