运行高压放电灯的电路装置

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电路装置。

现有技术

例如在EP-A 0 868 833中公开了一种这样的电路装置。该文献 描述了用于运行高压放电灯的电路装置，具有被构造为逆变器的电 压互感器、由逆变器馈电的配备有高压放电灯用的端子和用于限制 灯电流的电抗器的负载回路，并且具有用于在高压放电灯中对气体 放电进行点火的脉冲点火装置。电路装置还具有变压器，用于使逆 变器与负载回路和脉冲点火装置在电流上分开。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于运行高压放电灯的简化的电路 装置。

根据本发明，通过权利要求1的所述特征来解决该任务。在从 属权利要求中说明本发明的特别有利的实施方案。

用于运行高压放电灯的本发明电路装置，具有电压互感器、由 电压互感器馈电的负载回路、以及用于在高压放电灯中对气体放电 点火的脉冲点火装置，所述负载回路配备有高压放电灯用的端子和 用于限制通过高压放电灯的电流的电抗器，其中所述电抗器被构造 为脉冲点火装置地点火变压器的次级线圈。与现有技术相比较，由 此简化了电路装置的结构，因为电抗器承担两种功能，并且不需要 用于对脉冲点火装置去激活的半导体开关。此外，本发明电路装置 还适合用于运行不具有单独的点火辅助电极的高压放电灯。

根据本发明的优选的实施例，设有变压器，用于将电压互感器 的输入电压与在负载回路中必要的电压相匹配，并且用于使在电压 互感器和负载回路之间在电流上分开。变压器优选地具有两个次级 线圈，其中第一次级线圈用于对负载回路进行电压供应，而第二次 级线圈必要时与第一次级线圈一起用于对脉冲点火装置进行电压供 应，以便也附加地实现在电压互感器和脉冲点火装置之间的电流上 的分开。上述的变压器不仅用于在电流上的分开，而且还允许将电 压互感器的输出电压变换到更高的值上。可替代地，如果不需要在 电压互感器和负载回路或脉冲点火装置之间的在电流上的分开，则 也可以采用自耦变压器代替上述的变压器。

为了防止变压器的、布置在负载回路中的次级线圈的电压过 载，限制电压的双向器件(例如也称为抑制器二极管或TVS二极管 的双向瞬变二极管(Transildiode))优选地与该次级线圈并联。

有利地，负载回路具有至少一个与电抗器串联的电容器，如此 来确定该电容器的电容的大小，使得所述电容器在灯运行期间在高 压放电灯的点火阶段结束之后引起对电抗器的电感的部分补偿，以 便降低电路中的损耗功率。如果可以确保脉冲变压器的比较小的次 级电感，则可以取消部分补偿。只要不通过用于将电压互感器的输 入电压与负载回路中的相匹配的变压器来实现稳定，其中所述变压 器为此必须具有相应大的次级漏电感，则在任何情况下都应存在脉 冲变压器的一定大小的次级电感用于稳定放电。同样有可能在将两 个构件包括在内的情况下稳定放电。

为了进一步简化电路装置，以有利的方式将电压互感器构造为 单晶体管互感器。这应在唯一的高频开关晶体管的意义上来理解。 电路的特征在于很微小的开关损耗，因为通过对开关频率以及占空 比的选择如此来实现开关晶体管的控制，使得仅在无电压的状态下 接通或关断该开关晶体管(零电压开关，ZVS)。

本发明电路装置的电压互感器优选地包括至少一个以周期性重 复的时间间隔开关的开关装置、和用于当在高压放电灯中对气体放 电进行点火之后改变至少一个开关装置的开关频率的装置，以便在 对气体放电进行点火之后能够以简单的方式实现高压放电灯的功率 调节。尤其是优选地如此来构造用于改变至少一个开关装置的开关 频率的装置，使得当在高压放电灯中对气体放电进行点火之后紧接 着跳跃式地改变至少一个开关装置的开关频率，并且随后在高压放 电灯的起动或开动阶段期间连续或准连续地改变开关频率。通过跳 跃式地改变开关频率使点火装置去激活，并且通过连续地或在数字 控制装置的情况下准连续地改变电压互感器的至少一个开关装置的 开关频率来实现高压放电灯的功率调节。因此在高压放电灯的起动 或者开动期间、也即当放电介质的成分蒸发时，可以如此来调整开 关频率，使得以与其额定功率相比较提高了的功率来运行高压放电 灯，以便缩短开动阶段的持续时间。随后可以连续或准连续地改变 开关频率，直至在高压放电灯的稳定运行中达到开关频率的最终值 为止，以便以基本上对应于其额定功率的功率来运行高压放电灯。

图1展示了根据第一实施例的电路装置的示意性电路图，

图2展示了根据第二实施例的电路装置的示意性电路图，

图3展示了根据第一实施例的电路装置的详细的电路图，

图4展示了根据第三实施例的电路装置的示意性电路图，

图5展示了根据第四实施例的电路装置的示意性电路图，

图6展示了根据第五实施例的电路装置的示意性电路图。

优选实施例的描述

以下借助优选的实施例详细地阐述本发明。

在图1中示意性示出了本发明电路装置的第一实施例。该电路 装置包含单晶体管电压互感器(Spannungswandler)、和通过变压 器T1耦合到电压互感器上的负载回路、以及用于高压放电灯La中 对气体放电点火的脉冲点火装置IZ、T2，其中所述单晶体管电压互 感器连接在直流电压源U0上并且由变压器T1的初级线圈L1a以及 带有反并联的二极管D和并联于开关S的电容器C1的半导体开关S 构成。在负载回路中布置有变压器T1的次级线圈L1b、电抗器 L2b、电容器C2、和高压放电灯La或高压放电灯La用的端子。此 外，电抗器L2b被构造为脉冲点火源的点火变压器T2的次级线圈。

图2中所描绘的本发明的第二实施例与第一实施例的区别仅在 于，采用自耦变压器T1’代替变压器T1。出于此原因，在图1和2 中对于相同的元件采用相同的参考符号。负载回路和脉冲点火装置 IZ、T2的电压输入端由自耦变压器T1’的初级线圈段L1a’和次级线 圈段L1b’来馈电。

图3中示出了第一实施例的细节以及在图1和2中描绘为框图 的脉冲点火装置IZ、T2的和半导体开关S或Q的细部。半导体开关 S在图3中作为具有集成体二极管和寄生电容的场效应晶体管Q示 出。借助变压器T1的两个次级线圈L1b、L1c，由单晶体管电压互 感器给脉冲点火装置IZ、T2供应能量。在高压放电灯La的点火阶 段期间，通过整流器二极管D3和电阻R将点火电容器C3充电到火 花隙FS的击穿电压。在达到上述的击穿电压时，点火电容器C3通 过火花隙FS和点火变压器T2的初级线圈L2a放电。由此在点火变 压器T2的次级线圈L2b中产生了导致在高压放电灯La中对气体放 电点火的高电压脉冲。为了避免变压器T1的接入负载回路中的第一 次级线圈L1b的、或自耦变压器T1’的线圈段L1a’、L1b’的电压过 载，将双向的抑制器二极管D2并联于第一次级线圈L1b或并联于线 圈段L1a’、L1b’。为了在高压放电灯La中对气体放电点火，电压互 感器的场效应晶体管Q借助于其控制装置ST以约为220kHz的开关 频率来运行。由此基于在表中所说明的元件的标注尺寸可以在点火 电容器C3上建立火花隙FS的必要的击穿电压。在点火阶段结束之 后，晶体管Q的开关频率被转换到750kHz的值上，并且然后相应地 为了在灯La的放电容器中蒸发充填成分而被提高到820kHz。在灯 的起动期间，给该灯输送明显大于额定功率的功率，以便确保快速起 动、即充填成分的快速蒸发。在稳定运行中如此来选择开关频率， 使得以35瓦特的其额定功率来运行高压放电灯La。由于高压放电灯 La的于是有传导能力的放电隙，在脉冲点火装置的点火阶段结束之 后不产生其它的高电压脉冲。点火变压器T2的布置在负载回路中的 由灯电流所流过的次级线圈L2b在点火阶段结束之后用作限制灯电 流的电抗器，也即用于稳定放电。如此来确定与次级线圈或电抗器 L2b串联的电容器C2的电容的大小，使得该电容部分地补偿电抗器 L2b的电感，以便将电抗器L2b上的电压降限制到对于稳定放电所 必要的尺度上并且由此降低电路中的损耗功率。

在图4中示意性地示出了根据本发明第三实施例的电路装置。 该实施例与第一实施例的差别仅在于，在根据第三实施例的电路装 置中舍弃了电容器C2并且点火变压器的次级线圈L2b具有20匝线 圈和32μH的电感。在所有另外的细节方面，第三实施例与在图1 和3中所描绘的第一实施例一致。因此对于相同的件也已采用了相 同的参考符号。

在图5中示意性地示出了根据本发明的第四实施例的电路装 置。该实施例与第三实施例的差别仅在于，通过两个电容器C1a和 C1b代替电容器C1，其中电容器C1a与开关晶体管S的开关间隙 (Schaltstrecke)和其体二极管D并联，而电容器C1b与变压器T1 的次级线圈L1b并联。在该实施例情况下取消了双向的抑制器二极 管D2，因为电容器C1b除了其功能之外还与C1a共同附加地作为限 制电压的器件起作用，并且确保将由点火变压器所产生的电压施加 在灯上。对于电容器C1a、C1b和C1的电容满足以下条件：

$k1a+k1b·{\left(\frac{n1b}{\mathrm{nla}}\right)}^2=k1$

其中，k1、k1a、k1b表示电容器C1、C1a、C1b的电容，和n1a、 n1b表示变压器T1的初级线圈L1a或次级线圈L1b的匝数。

电容器C1或C1a也可以与变压器T1的初级线圈L1a并联，来 代替与开关晶体管S并联。

为了与不同的负载情况相匹配或为了在受限的频率范围情况下 确保电路功能，可以改变电容C1的值。这有利地以分级方式来实现， 其中将MOSFET晶体管用作开关。MOSFET晶体管能够实现在接通 状态下双向的电流流动，并且在关断的状态下存在的体二极管在该 应用中不是障碍，原因在于由于在电路中存在的二极管D而不可能 出现经过C1的负电压，因而对C1的变动所采用的开关不必具有反 向截止能力。图6展示了一种实施方案。在此，例如可以如此来确 定C1a’和C1b’的大小，使得对灯点火之后代替如在第一实施例中所 说明的频率转换而借助控制电路ST来实现对MOSFET Q2的控制， 以便将电容器C1b’进行激活或去激活，并且与上面的实施方案相 反，不进行开关频率的转换。例如可以直接通过微控制器的输出来 实现对Q2的控制，而不需要像在Q1情况下那样的相应快速的栅极 控制电路。在极端的情况下可以整个地取消C1a’，并且仅仅由 MOSFRT Q1的寄生电容来履行该C1a’的功能。在此应如此来实现 C1的转换或变动以及C1的选择，使得开关S或Q总是、即不仅在 点火期间而且在随后的运行中实现在所述开关在无电压状态下的开 关(零电压开关(zero-voltage switching)，ZVS)。

在图6中示意性示出的根据本发明第五实施例的电路装置与第 一实施例的区别仅在于，通过两个电容器C1a’和C1b’代替了电容器 C1，其中电容器C1a’与开关晶体管Q1的开关间隙和其体二极管并 联，而由电容器C1b’和第二开关晶体管Q2组成的串联电路与电容 器C1a’并联。因此在图3和6中对于相同的元件采用了相同的参考 符号。

高压放电灯La是一种用在汽车探照灯中的无水银的卤素金属 蒸气高压放电灯，其具有在稳定运行中的35W额定功率和45V额定 灯电压。点火变压器L2a、L2b除了小的气隙之外具有在软磁材料(例 如铁素体)中闭合的磁回路。

表：在图1和3中所描绘的根据第一实施例的电路装置的元件 的标注尺寸

C1         3.7nF

C2         1.3nF

C3         10nF，2000V

D2         串联的两个P6KE520C

D3         BY505

FS         1600V

Q          IRF740LC

R          20千欧

T1         EFD25，N49具有气隙

L1a        13匝，16μH

L1b        46匝

L1c        46匝

L2a        1匝

L2b        19匝，63μH，环形芯具有气隙(1mm)

U0         42V