CN101448353A

CN101448353A - 用于操作并联连接气体放电灯尤其是高强度放电灯的电路结构

Info

Publication number: CN101448353A
Application number: CNA2008101742499A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·齐默尔曼; 爱德华多·佩雷拉; 马丁·休伯; 费兰克·霍恩
Original assignee: Tridonic AG
Current assignee: Tridonic AG; TridonicAtco Schweiz AG
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2009-06-03
Also published as: EP2066152A1; DE102007054805A1

Abstract

本发明涉及一种电路结构，用于操作至少两个气体放电灯(LA1，LA2)尤其是彼此功率损耗不同的高强度放电灯，其中每个灯(LA1，LA2)连接于一并联支路(PZ1，PZ2)中，且与一电感器(L1，L2)串联连接。为了保证灯(LA1，LA2)的功率损耗的不同对彼此的干扰影响最小，建议至少要求电感器(L1，L2)以其电感值相同且在预定容限范围之内的方式被生产和/或挑选。

Description

用于操作并联连接气体放电灯尤其是高强度放电灯的电路结构

技术领域

本发明涉及一种用于操作至少两个气体放电灯尤其是高强度放电(high-intensity discharge，以下简称：HID)灯的电路结构，使用交流电的该电路结构具有至少两个并联支路，每个并联支路包含一灯和一与该灯串联连接的电感器。该电感器对于电流限制来说是必需的，并且同时具有抑制干扰频率的滤波作用。

背景技术

US 7，164，237 B2中公开了这样一种电路结构。

通常，即使是相同型号的灯彼此在其功率消耗方面也存在或多或少的差异。尤其是在HID灯的情况下这更是一个问题，因为它们会发出多样化的亮度和颜色。多样化的功率消耗大多由生产容限和老化带来的变化所导致。

为了解决这一问题，在DE 38 25 654 C2中提出在并联支路中测量电流，并分别对其进行调节，以便使其相互匹配。由于电流匹配，功率消耗也匹配，所以并联连接的HID灯的亮度和颜色则实质上再一次相同。

发明内容

本发明的目的是设计一种上述类型的电路结构，以降低电路的复杂性。这么做也是为了能够生产出具有更有利的成本且更节省空间的电路结构。

权利要求1详细说明了实现这一目的的特征。

经证明，在可选择地或多重地被使用的指定项中，在预定容限(技术术语：“匹配”)内选择电感器的电感值是最有效的。典型的容限范围例如为±3％。

本发明的实际结构更进一步地包含源自一电桥电路的一对边的一对边点的并联支路，包含另一对边的对边点连接到直流电压源的终端，包含含有一开关元件的至少两个电桥臂。

另外两个电桥臂可以各包含一电容器，或者可选地也可以各包含一个开关元件。

作为公知和惯用的手段，开关元件通常以相对较低的频率被连续切换，这样做是为了防止灯的电极在一侧被损耗。

此外，采用这种方法，作用于灯的交流电是通过应用于电桥电路的直流电压产生的。当电感器可被用于电流限制时，交流电作用于灯同样也优于直流电作用于灯。由于灯在操作上的负特性，电流限制是必须的。

此外，为了实现该目的，一个有利的特征是，所有并联支路的一公共二极管网络，用于辅助补偿并联支路间电流。该二极管网络可以由三个二极管组成，该二极管在每个情况中分配给一并联支路，其中第一二极管从上述并联支路的末端引到一连接于直流电压源正极端上的开关元件的触点，第二二极管引到一连接于直流电压源负极端上的开关元件的触点。该二极管网络进一步还包括第三二极管，在每一情况中该第三二极管从一已经分别连接于第一或第二二极管上的开关元件的触点引到该开关元件的另一触点未连接上的直流电压源的终端，该第一和第二二极管被前向极化，且该第三二极管被反向极化。

优选地，该开关元件由场效应晶体管(Field Effect Transistor；以下简称：FET)或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metallic OxideSemiconductor Field Effect Transistor；以下简称：MOSFET)组成。

当开关元件切换时，切换频率和/或脉冲占空比由一主要调节电路控制，该灯的功率损耗的信息被作为灯两端电压差的测量结果提供给该主调节电路。

本发明涉及一种操作至少两个并联气体放电灯尤其是HID灯的过程，(启动后)使用低频交流电，其中每个并联支路还包含一公共电流补偿平衡变压器的一线圈。

“低频”在本发明的范围内表示低于1千赫兹(kHz)，优选为低于200赫兹(Hz)，尤其是在50Hz到150Hz之间。

附图说明

图1显示了一带有将直流操作电压转换为低频交流电的DC/AC转换器的电路结构。

具体实施方式

下面将结合附图描述本发明的一个典型实施例。一个单独的附图(表示为图1)显示了根据本发明电路结构的方框图。

如图1所示，该电路结构包含一具有上下对边点1、2和右侧对边点3的电桥电路。左侧对边点不能清楚地给出。

该电桥电路表示为四个电桥臂4、5、6、7。每个电桥臂4～7包含一FET形式的开关元件。该开关元件表示为A、B、C、D。

在一个实施例中，“开关元件”C和D以半电桥反相器的形式，可以为电容器，而代替例如晶体管。

电桥电路对边点1和2与直流电压源的终端连接。直流电压源可以通过总线向该电路结构供电。但是也可以通过常规方式将电源电压转化为直流电压。

两个并联支路PZ1和PZ2源自对边点3。上并联支路PZ1包含串联连接的一启动电路Z1、一HID灯LA1，一电流补偿平衡变压器T的第一线圈W1和一电感器L1。

第二并联支路PZ2包含一启动电路Z2、一HID灯LA2、一电流补偿平衡变压器T的第二线圈W2和一第二电感器L2。

两个并联支路PZ1和PZ2共用一个由六个二极管D1～D6组成的二极管网络。二极管D1将电感器L1连接到FET A的一触点，具体地连接到一未接上直流电压源终端的触点。FET A的另一触点连接直流电压源的正极端。二极管D2将电感器L1连接到FET B的一触点，具体地连接到一未接上直流电压源终端的触点。FET B的另一触点连接直流电压源的负极端。二极管D3将FET B的未接上直流电压源负极端的触点连接到直流电压源的正极端。二极管D4将电感器L2连接到FET B的未接于直流电压源负极端的触点。二极管D5将电感器L2连接到FET A的未接于直流电压源正极端的触点。二极管D6将FET A的未接上直流电压源正极端的触点连接到直流电压源的负极端。二极管D1、D2、D4和D5被极化为导通状态，二极管D3和D6被反向极化。

开关元件(FET，电容器)A、B、C和D由一主调节电路R控制，具体地控制切换频率和脉冲占空比。主调节电路R接收该电路结构的四个点的电压测量的信息，在测量过程中，电压值u₁，u₂，u₃，u₄被获得并提供给主调节电路R。上述电压是基于基准电压测量的，例如基于直流电压源的负极端，主调节电路可以从上述电压得到LA1和LA2两端的电压差。主调节电路R的作用是尽量维持灯LA1、LA2消耗的总功率尽可能不变。可以从外部调整总的功率损耗。

图1显示了一带有将直流操作电压转换为低频交流电的直流(DC)/交流(AC)转换器的电路结构。开关元件A、B、C、D或者仅A和B被连续切换，其中，在每种情况下，连接到直流电压源一终端的开关元件具有反指向切换状态。切换频率相对较低，典型地为100Hz。

此处用于灯的DC/AC转换器的基本原理已经在EP 1 114 571 B1中公开。该公开版本的内容属于公开这一应用的参考。

当处于切换产生的两个操作阶段中的第一个阶段时，开关元件A和D断开，并且开关元件B和C闭合或计时。当处于下一个操作阶段时，开关元件A和D闭合或计时，而开关元件B和C断开。

为了能够控制产生的交流操作电流，另外，在处于第一个操作阶段时，开关元件B以远远高于切换频率的频率计时，例如50Hz。在处于下一操作阶段时，开关元件A计时。在任一开关元件计时的时候，在每种情况下，当钟控开关元件处于断开的阶段时，另一开关元件的集成空转二极管用于生成空转路径。

电容器可被设置在每个并联支路中。该电容器用于对通过灯LA1和LA2的电流进行滤波和平滑，总之，是为了能够使开关元件A和B操作的损耗尽可能低。在每种情况下，当开关元件进行高频计时时，只要当通过电感器L1或L2或者通过电流补偿平衡变压器T的电流达到最小值时，该开关元件就接通，以便将切换损耗降到最低。但是，保持通过电感器L1或L2的电流达到最小值也可以通过监控开关元件(A或B)、二极管和/或电感器L1或L2之间的分接点处的电压而实现。

由于通过灯LA1和LA2的电流尽可能保持不变，在每种情况下，电容器被用作一滤波元件，以便存储能量，用于平滑处理通过灯LA1和LA2的电流。例如，电容器可以与灯LA1或LA2并联，重要的是它可以平滑处理通过灯LA1和LA2的电流。

如前所述，只有在低频时才计时的两个开关元件C和D也可以由电容器代替。这些电容器既可以执行预期的阻塞动作，也可以执行导通动作，以激活相应的对边。

为了保证HID灯LA1和LA2的功率损耗尽可能相等，电感器L1和L2以高精度生产，和/或电感器要经过精确的挑选过程，以保证其电感值具有很小的容限。如果电感器L1和12的电感值非常一致，则采取一个主要步骤以确保灯LA1和LA2在亮度和颜色方面的不同功率损耗比较不重要。对实现这一目标的进一步贡献是，具有两个线圈W1和W2的电流补偿平衡变压器T，每个线圈接在不同的并联支路中。但是，两个线圈W1和W2是彼此高度耦合的。

为达到所述目标的另一种可能是，电感器L1和L2不耦合地缠绕在同一磁芯上。

上述措施的有效范围通过下面的例子描述：

1.电感器L1和L2相匹配，其电感值为340微亨(μH)，容限为-3％和+3％。灯LA1两端的电压差为80V(87欧(Ω))，灯LA2两端的电压差为100V(137Ω)。不带电流补偿变压器时的功率差为2瓦(W)(相当于±1.35％)，带电流补偿变压器(0.25μH)时的功率差为0.2W(相当于±0.14％)。

2.电感器L1和L2不匹配。灯LA1的电感值偏离-5％，灯LA2的电感值偏离+5％。两个灯的电压差仍为80V(87Ω)和100V(137Ω)。不带电流补偿变压器时的功率差为7W(相当于±4.8％)，带电流补偿变压器(0.25μH)时的功率差为5.3W(相当于±3.7％)。

由此可以看出，电感器的匹配是最有效的措施。

Claims

1、一种电路结构，用于操作至少两个气体放电灯(LA1，LA2)尤其是高强度放电灯，使用低频交流电，具有至少两个并联支路(PZ1，PZ2)，每个并联支路包含一灯(LA1，LA2)和与该灯串联的电感器(L1，L2)，其特征在于：

制造和/或选择所述电感器(L1，L2)的方式是其电感值在预定容限范围内，

和/或所述电感器(L1，L2)不耦合地缠绕在同一磁芯上，

和/或每个并联支路(PZ1，PZ2)还包含一公共电流补偿平衡变压器(T)的线圈(W1，W2)。

2、根据权利要求1所述的电路结构，其特征在于：所述电感器的感应范围在-3％～+3％之间。

3、根据权利要求1或2所述的电路结构，其特征在于：所述并联支路(PZ1，PZ2)源自一电桥电路的一对边的一对边点，另一对边的对边点(1，2)连接到直流电压源的终端，且至少两个电桥臂(6，7)包含一开关元件(B，D)。

4、根据权利要求3所述的电路结构，其特征在于：另外两个电桥臂(4，5)各包含一电容器。

5、根据权利要求3所述的电路结构，其特征在于：另外两个电桥臂(4，5)也包含两个开关元件(A，C)。

6、根据权利要求3～5中任一所述的电路结构，其特征在于：所述开关元件(A，B，C，D)被连续切换。

7、根据前述权利要求中的任一所述的电路结构，其特征在于：为所有并联支路(PZ1，PZ2)提供一公共二极管网络，用于抑制并联支路(PZ1，PZ2)间的补偿电流。

8、根据权利要求7所述的电路结构，其特征在于：所述公共二极管网络包括三个二极管(D1-D3，D4-D6)，所述二极管在每个情况中分配给一并联支路(PZ1，PZ2)，其中第一二极管(D1，D4)从所述并联支路(PZ1，PZ2)的末端引到一连接于直流电压源正极端上的开关元件(A，B)的触点，第二二极管(D2，D5)引到一连接于直流电压源负极端上的电路元件(A，B)的触点上，并且在每一情况中第三二极管(D3，D6)从一已经连接于所述第一或第二二极管(分别为D1，D4和D2，D5)上的开关元件(A，B)的所述触点引到该开关元件(A，B)的另一触点未连接上的直流电压源的终端，所述第一和第二二极管(D1，D4和D2，D5)被前向极化，且所述第三二极管(D5，D6)被反向极化。

9、根据权利要求3～8中任一所述的电路结构，其特征在于：所述开关元件(A，B，C，D)由场效应晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管构成。

10、根据权利要求3～9中任一所述的电路结构，其特征在于：当所述开关元件(A，B，C，D)切换时，所述切换频率和/或所述脉冲占空比由一主调节电路(R)控制，所述灯(LA1，LA2)的功率损耗的信息(u₁，u₂，u₃，u₄)被作为所述灯两端电压差的测量结果提供给所述主调节电路(R)。