具有用于产生转移电压的谐振激励的EVG

技术领域

本发明涉及针对高压放电灯的电子镇流器和操作方法。

背景技术

操作具有电子镇流器的高压放电灯本身是已知的，该电子镇流器 具有带有一个或者多个开关晶体管的转换器。常常是全桥转换器。在 灯连续工作期间，这些转换器产生简化地表达为在其极性中低频交替 的灯的直流电压供电功率。在此，在真正的以及因此非对称的直流运 转时出现的在该灯中的干扰现象被避免，而同时同样广泛地防止灯的 干扰高频。

尤其必要的是，利用滤波电容器滤出或限制剩下的在灯的供电功 率中的所谓纹波电流分量。在此，下面讨论滤波电容器，但是对此也 考虑具有多个滤波电容器的变型。

当高压放电灯被起动时，必须提供极高的、例如在1.5kV至 5kV(简单的振幅)的范围中的起动电压。该被起动的灯针对某一过渡 时间必需一个所谓地转移电压(Uebernahmespannung)，该转移电压 相对连续工作供电功率的必需的电压被提高。

发明内容

本发明基于以下技术问题，即给出一种用于操作高压放电灯的电 子镇流器和相应的操作方法，其中以有利的方法可产生转移电压。

本发明一方面涉及具有一个转换器的用于操作高压放电灯的电 子镇流器。该转换器具有至少一个开关晶体管和滤波电容器；该开关 晶体管用于产生供电功率，以通过开关晶体管的开关操作连续操作该 灯，该滤波电容器用于滤波灯的供电功率中的纹波干扰。该电子镇流 器的特征在于包含滤波电容器的谐振电路；其特征还在于，该镇流器 被设计用于，通过高频操作转换器的开关晶体管来激励谐振电路的谐 振，以因此在紧接在起动之后的转移阶段期间产生相对连续操作供电 功率的灯的电压增高的功率。

以及，本发明涉及相应的具有这样的镇流器和合适的高压放电灯 的照明设备，并且最后还涉及用于操作高压放电灯的相应的操作方 法。

优选的改进方案在从属权利要求中给出。

本发明的基本思想在于，通过谐振激励产生转移电压并同时将滤 波电容器用作谐振电路的容性元件，该滤波电容器本来被装设用于滤 出纹波电流分量。谐振电路的激励应通过同样的转换器实现，利用该 转换器实现灯的连续工作。因此应尽可能充分利用本来存在的电路的 组成部分。特别是，也用于连续工作的一个或多个开关晶体管的开关 操作应该被用于谐振激励。

总之，因此本法明提供以下优点，即以很小的花费产生必需的被 提高的转移电压，而不必因此明显提高所谓的中间电路电压，利用该 中间电路电压通常供给转换器。

优选地，出于其它原因本来存在的灯扼流圈或者降压扼流圈被用 作谐振电路的感性元件。这样的扼流圈一方面因为在很多情况下高压 放电灯的部分负的差分阻抗和/或另一方面因为以下还被解释的降压 功能是必需的。优选地，同时在谐振电路中，没有其他元件被装设作 为真正参与谐振的元件，其中滤波电容器和灯扼流圈当然可以是多级 的，如前面已经针对滤波电容器所提及的一样。

本发明的优选的改进方案针对作为转换器的具有两个开关晶体 管的半桥，如实施例所说明的那样。特别是，该半桥在灯的连续工作 中如此被操作，以致该半桥一方面针对已在开头所述的通过符号倒置 “对称化”灯操作而作为低频反相器工作。此外，另一方面，灯操作 同时可利用相对中间电路电压降低的电压实现，对此在反相器操作的 半周期内，具有分别导通的开关晶体管的半桥类似降压转换器降低中 间电路电压。该半桥的开关晶体管的降压操作可以集成在灯电流调节 中。

针对本发明表示特征的谐振激励优选地以在谐振电路的谐振频 率之下的频率实现。在充分利用灯的电子镇流器中的谐振增高时，按 传统方式从上面来接近谐振频率。在本情况下，这应该逆向实现。出 于以下原因，这有优点：好的滤波电容器的滤波效果决定滤波电容器 的某个最小容量。另一方面，灯扼流圈或其他谐振扼流圈由于费用和 位置原因应该不是不必要的大。当现在通过再充电过程在谐振激励的 情况下达到扼流圈饱和时，这样其电感可能变化并且谐振电路将自动 提高其谐振频率。在从较高的频率来接近时，这可能导致不稳定状态 和可观的构件负载。为了可以控制这样的不稳定关系，相对快速的调 节器和相对快速的电压测量或电流测量是必要的。本发明通过从低频 来接近的方法处理该问题。

在此，这里考虑谐振激励的基频。因为在调节情况下激励不是利 用纯的正弦函数而是利用或多或少的矩形函数来实现，所以当然可出 现具有谐振频率之上的频率的傅立叶分量。可是这有相对小的振幅。

激励频率的优选值应尽可能不超过谐振频率的0.9倍。另一方 面，尽管在很多情况下不必要过分强的谐振增高，以便产生足够的转 移电压，但是当激励频率不低于谐振频率的0.4倍时，这是有利的。 这在于，在三倍基频处，矩形函数具有强的谐波，该谐波在低于谐振 频率的0.4倍的基频处接近谐振频率。有利的是在谐振频率的0.4和 0.6倍之间的值。但是，在本发明的范围内，以相对低的激励频率工 作也是绝对可能的，该激励频率明显位于谐振频率的0.4倍之下。在 此应在阶跃响应特性的意义上理解电压升高，也即几乎主要通过激励 阶跃的谐波实现。(但是此处激励阶跃不是指一次激励而只是指以下 事实，即频率明显小于谐振频率)。

谐振激励的振幅的控制也可以根据本发明由此来实现，即类似于 灯连续工作期间的降压操作，在该开关晶体管或一个开关晶体管的导 通的切换阶段期间，通过具有相对谐振频率明显提高的频率的反复的 断开(“斩波”)，好像达到平均振幅下降。附加地或可替换地，开关 晶体管的接通阶段的时间上的持续也可以总共被限制并明显低于一 半的时间分量。

已经提及的是，有利于好的滤波效果的滤波电容器应该具有某一 最小容量。多于1nF/W的灯功率值是优选的，特别是多于1.2或者 1.3nF/W的值。在多个电容器中，这当然适于有效的总容量。

出现的电压增高应优选地导致直至800V的范围中的振幅(简单 的振幅)。因此这是特别优选的，利用根据本发明的谐振增高只产生 转移电压而不产生起辉电压。通过谐振增高也产生起辉电压导致极大 的电流和极接近谐振频率。因此，得出针对滤波电容器的允许的容量 的不利的效应，该滤波电容器用作谐振电容和/或用于测量扼流圈。 但是由于追求，一方面以足够大的滤波电容器而另一方面以不太大的 灯扼流圈或者其他谐振扼流圈工作，所以起辉电压甚至优选地通过自 己的点火电路来产生。同时，特别是涉及具有点火电容器的本身公知 的点火电路，该点火电容器的放电、必要时在升压变换之后导致起 动。

附图说明

以下，本发明按照实施例进一步被解释。在此描述的单个特征也 可以在其他组合中反映本发明的实质。上述的如随后的说明特别是总 是不仅涉及本发明的装置类型而且涉及本发明的方法类型。

图1示出根据本发明的镇流器的示意性电路图。

图2示意性地示出用于解释图1中的镇流器的晶体管的时钟脉冲 的时间流程图。

图3示出用于在根据图2的时钟脉冲的情况下操作图1中的镇流 器的测量图。

具体实施方式

图1示出一个本身公知的具有两个开关晶体管S1和S2的半桥拓 扑。这两个开关晶体管串联在两个供电分支之间，在该两个供电分支 之间施加中间电路电压U1。该中间电路电压U1可以通过利用相应的 滤波和可能的功率因数校正来整流电网电压而被产生。

通过半桥晶体管S1和S2的交替的开关操作，在此之间来回的中 间分支点在供电分支的电势之间切换。相应地，在图1中标识的扼流 圈L1的左端上施加对应开关操作的高频交流电势。该扼流圈L1与高 压放电灯Lp串联，其中在此之间切换的块G1代表本身公知的点火电 路。以针对本发明不进一步感兴趣的方式通过电容放电和高压变换产 生用于起动灯Lp的点火脉冲。灯Lp的右端通过两个耦合电容器C4 和C5与两个供电分支连接。该耦合电容器C4和C5保证，灯Lp的右端 在供电分支的电势之间的中点有一个电势。该电路因此也能够，通过 灯Lp产生一半的中间电路电压。滤波电容器C3与灯Lp并联。在灯 扼流圈L1和点火电路G1之间的分支点分别经过两个滤波电容器C1和 C2与供电分支连接。

在实际操作高压放电灯中，80V-150V数量级的点火电压是必需 的，该点火电压实际上小于通常提供的中间电路电压的一半。因而此 处在切换阶段期间，其中例如半桥晶体管S1导通，该半桥晶体管被有 节拍地中断，以总共利用扼流圈L1在该切换阶段期间产生降压转换器 操作。由此可以通过降压转换器操作调节期望的灯的点火电压。

另一方面，针对一个紧接在真正的起动之后的辉光放电到电弧放 电的过渡必需某一持续时间，在该持续时间中必须提供一个在典型地 260V-330V的范围内的相对点火电压明显增高的转移电压。该值有 规律地位于减半的中间电路电压之上。与降压转换器组合的半桥可以 不立即产生该电压。

根据本发明，在转移阶段期间，一个灯谐振电路的谐振被激励， 该灯谐振电路由电容C1-C3和扼流圈L1组成。由此引起电压增高，利 用该电压增高可产生期望的转移电压。可是根据本发明，该谐振激励 仅仅被用于转移电压而不用于起辉电压，以至于在针对35W的灯的镇 流器中滤波电容器可以具有典型地为50nF的期望大小或者在针对 70W的灯的镇流器中滤波电容器可以具有典型地为100nF的期望大 小、以及在其他灯功率的情况下滤波电容器可以具有相应的容量。在 此，实际上涉及电容C1至C3的有效的总容量。如果利用这个有效的 滤波电容器可能实现谐振点火，则由于必要的数量级为1.5kV-5kV的 起辉电压与所述电容一起可能形成极大的电流。该扼流圈L1必须被确 定相应地很大的尺寸，以可以接收与此相关的能量。(该能量是与滤 波电容器和电压平方成比例的)。这样的扼流圈尺寸根据本发明鉴于 元件大小和成本被看作是不利的。

虽然中间电路电压的提高作为解决方案考虑，但是因为半桥构件 的尺寸和可能的功率因数校正电路以及也在效率方面有缺点。

用于产生转移电压的所述谐振激励根据本发明在小于灯谐振电 路的谐振频率的频率处实现，在该实施例中大约在一半的谐振频率 处、更确切地说在谐振频率的0.55倍处实现。因此，仅仅形成适度 的电压增高，可是该电压增高对于转移阶段完全足够。特别是，通过 在谐振频率下的频率位置保证，在可能的无意的饱和出现或者其他的 波动中没有达到基本的不稳定。因此特别是可避免在灯谐振电路上的 快速的调节器和快速的电压测量或者电流测量。

图2示意性地示出图1中的两个晶体管S1和S2的开关操作的时 钟脉冲。其上部分表示上面的晶体管S1(UGS1)，下部分表示下面的 晶体管S2(UGS2)。认识到，这里出现两个周期，更确切地说一方面 出现在脉冲包之间的较长的周期(PerHB)和另一方面出现在脉冲包 内的较短的周期(PerSD)。这定性地符合已经说明的降压转换器操作 和半桥功能的组合，其中短周期代表降压转换器操作而较长的周期代 表半桥功能。

但是，此处涉及在转移阶段期间的操作。较长的周期在这种情况 下代表在谐振频率的大约0.55倍处的近似谐振的激励。在相应的、 通过相应的晶体管的栅极电压的高水平描述的导通阶段实现“斩 波”、也即以较短周期持续调制。该周期明显高于谐振频率，但是在 一定的情况下也可以小于谐振频率。应该仅仅避免，过强地处在谐振 频率附近。利用“斩波”，可几乎将具有0.55倍的谐振频率的矩形激 励的起有效作用的振幅减小。通过具有明显较高频率的“斩波”，针 对谐振电路，几乎只有平均值是相关的。另外，补充方案或者替换方 案在于，相对一半的时间分量缩短接通阶段、也即几乎在导通阶段开 始和结束上同步设置“斩波脉冲”。

图3示出图1中的镇流器电路的实际图。在通道1处的最上面的 曲线示出下面的半桥晶体管S2的栅极电压，在通道2处的中间的曲线 示出半桥中点的电势而通道3处的下面的曲线示出灯上的电压。

大约在左边的第一个框的一端上的灯电压的明显的偏移示出借 助点火电路G1来起动灯。由此激励的高频谐振对于本发明没有其他重 要性并与连接一定电容的点火电路G1的漏感相关。可是认识到，按照 图2描述的半桥晶体管的“斩波的”矩形开关操作已经存在于起动之 前。那里，该半桥晶体管虽然没有引起起动，因此也没有引起转移， 可是也没有损害。必须不是一次实现点火过程上的同步。所描述的“斩 波的”半桥操作更多负责具有灯上的相应电压增高的接近谐振(0.55 倍的谐振频率)的激励。在本情况下得出，如图3所示出的那样，大 约±400V的灯上的电压振幅。该激励利用在通道2处所描述的桥中 点上的交流电压来实现。那里不仅看到下面的开关晶体管S2的“斩波 操作”而且在其之间存在的切换阶段中看到位于上面的开关晶体管S1 的“斩波操作”。此外认识到，分别只有第一个两个栅极电压入侵对 在桥中点上的电压有影响。这与图1中可识别的与开关晶体管S1和S2 并联的自振荡二极管有关。取决于通过扼流圈L1的扼流圈电流的符 号，该引导这个电流，以至于保持栅极电压的调制没有影响。

谐振频率典型地位于大约20kHz-40kHz处。在本情况下，滤波 电容器的有效总容量总计为100nF而扼流圈L1的电感总计为500μ H。激励基频总计12.5kHZ，谐振频率总计为约22.5kHz。

在通道3上的灯电压中可以认识到，以从一个开关晶体管的导通 的切换阶段到另一个开关晶体管的导通的切换阶段的过渡开始灯电 压的近似正弦周期。在此，在灯电压的极值之间的两个肩(Schulder) 对应这个正弦周期的开始和结束、也即近似单个正弦周期的极值。涉 及由于相对谐振频率明显低的激励频率的谐振激励的阶跃响应特 性。在此，灯电压以双倍的激励振幅振荡并且可能执行激励振幅周围 的正弦振荡，可是只看到第一段该正弦振荡。这正好位于对应于近似 数2的激励频率和谐振频率之间的比例上。

因此，转移电压的高度一方面通过选择激励频率，另一方面通过 “斩波操作”而第三方面当然通过开关晶体管的导通阶段的时间上的 延长来调节。

图3示出，“斩波频率”对应激励基频的约八倍。在此，在调制 频率内的占空比、也即接通阶段和所分配的断开阶段之间的比例通过 “斩波”达到大约85％(该占空比仅仅涉及调制而不涉及基本节拍)。