CN101658074B - 驱动至少一个放电灯的电路装置和产生辅助电压的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动至少一个放电灯的电路装置和一种用于产生辅助电压的方法，其中用于产生辅助电压(V_CC)的装置还包括带有初级绕组(PW)和次级绕组(SW)的变压器(TR)，其中变压器(TR)与第一输入端子和第二输入端子、用于提供辅助电压(V_CC)的端子和开关(Q_ISS)耦合，使得通过开关(Q_iSS)的电流引起通过初级绕组(PW)的电流、通过次级绕组(SW)的电流以及由此引起第一电容器(C_VCC)的充电。此外本发明还设计一种用于在相应的电路装置上产生辅助电压的方法。

Description

驱动至少一个放电灯的电路装置和产生辅助电压的方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动至少一个放电灯的电路装置，其具有：第一输入端子和第二输入端子，用于连接电源电压；逆变器，其包括至少一个第一开关和第二开关，它们串联耦合在第一输入端子和第二输入端子之间并且在其间限定了桥中点；至少用于第一开关和第二开关的激励电路，其具有输入端用于接收控制信号；以及用于产生辅助电压的装置。在此，辅助电压包括：第一电容器；用于提供辅助电压的端子，该端子通过第一电容器与参考电势耦合；双点调节器，其带有第一输入端，控制信号以反转的形式耦合到该第一输入端上，带有第二输入端，其与用于提供辅助电压的端子耦合，以及带有输出端；带有控制电极、工作电极和参考电极的开关，其中控制电极与双点调节器的输出端耦合，其中工作电极与用于提供辅助电压的端子耦合；以及欧姆电阻。此外，本发明还涉及一种用于在这种电路装置中产生辅助电压的方法。

背景技术

为了说明本发明所基于的问题，在图1中示出了这种现有技术中已知的电路装置。其示出了电子镇流器的一部分，该部分通常通过滤波电路、整流电路、PFC(功率因子校正)电路与交流电网相连。该部分由所谓的中间回路电压U_ZW馈电，该中间回路电压借助电容器C_UZW来稳定。中间回路电压U_ZW在此馈送给半桥电路，该半桥电路包括第一开关S1和第二开关S2，并且通常在320V的量级中。半桥中点HM通过灯电感线圈L与放电灯La耦合，点燃电容器C₁与该放电灯并联连接，并且放电灯通过耦合电容器C_K与参考电势耦合。其具有控制器10，该控制器可以通过接口12以数字方式来激励，例如根据DALI标准来激励。在待机工作中，即在逆变器关断的情况下，控制器10需要大约2mA的电流供给，在正常工作中，即当逆变器工作时，需要大约30mA的电流供给。在接口12的“接通”信号导致半桥驱动电路14开始其工作并且开关S1和S2根据预定设置来激励。

在输出回路16的“关断”状态中，控制器10进行的接口分析也必须在任何时候都可用(该输出回路包括带有开关S1和S2的逆变器、灯电感线圈L和连同布线的灯La)，以便例如可以接收新的“接通”命令并且进行分析。为此，需要在“关断”状态中也始终对控制器10供给电压。为了相应地将接口12始终保持待命，产生了待机损耗，其通常是不希望的。

已知的解决方案通过欧姆电阻R_F和由开关Q_ISS控制的双点调节器SSD直接从中间回路电压U_ZW导出对于控制器10所需的待机电流。在此，用于接通半桥驱动器14的控制信号以反转的形式输送给双点调节器SSD，使得当关断半桥驱动器14时，双点调节器开始其工作。由此，不再通过其工作供电电路18为控制器10供给电压(其中工作供电电路在此示例性地包括电容器C2以及两个二极管D1和D2)，而是通过在电容器C_VCC上提供的辅助电压V_CC来进行。双点调节器SSD的输入端20用于测量电压V_CC。在图1中示出的电源ISS可以通过集成电路来实现，然而在一种极为简化的形式中也通过欧姆电阻来实现。根据图1，只有当输出回路通过接口12关断时，在电容器C_VCC上的待机供给才活动。双点调节器SSD通过以开关Q_ISS来开关的电源ISS来将辅助电压V_CC保持恒定，其方式是，其根据电流消耗和中间回路电压U_ZW的大小来改变接通关系。待机损耗功率在该解决方案中为大约0.5W至1W。所需的双点调节的电源有利地在一些市面上常见的半桥驱动器中已经被集成。

在这种已知的解决方案中不利的是在待机运行中始终不希望的高的损耗功率。

这种解决方案的另一缺点是，对于正常的“接通”运行需要附加地产生辅助电压。这在此通过工作供电电路18来实现，该工作供电电路基于的原理是，从输出回路16在合适的位置电容性地导出该电压。

另一并未示出的电路装置通过如下方式来解决用于正常的“接通”运行的附加辅助电压供给的问题：电路装置包括降压调节器，其产生被调节的辅助电压。其不仅在待机运行中而且在正常的“接通”运行中都允许产生辅助电压，其中可以实现0.3W至0.8W的待机损耗功率。缺点在于，这种电路装置比较贵并且需要多个器件。

发明内容

因此，本发明的任务是，改进这种电路装置或者这种方法，使得它们原则上可以在成本低廉地实现的情况下达到更低的待机损耗功率。

该任务通过一种电路装置和一种用于产生辅助电压的方法来解决。

本发明基于的认识是，通过使用变压器可以明显地降低待机损耗功率。在此，将变压器用作正向变换器，其中初级绕组与带有控制电极、工作电极和参考电极的开关Q_ISS耦合，使得通过初级绕组的电流变为对应于变压器的电流变换比而改变的通过次级绕组的电流，其中次级绕组与电容器C_VCC耦合，使得通过次级绕组的电流引起对电容器C_VCC的充电。通过使用变压器，从中间回路电压U_ZW中获得的电流相对于图1所示的没有变压器的电路降低了电流变换比的倍数。由此，从电网获得的功率同样降低了变压器的电流变换比的倍数。在一种典型变流比为10的情况下，由此可以实现大约0.05W至0.10W的待机损耗功率。

在一个优选的实施形式中，初级绕组和欧姆电阻串联，并且该串联电路耦合在带有控制电极、工作电极和参考电极的开关的参考电极和第一输入端子之间。在此，用于产生辅助电压的装置还包括：第一二极管，该第一二极管与初级绕组和欧姆电阻构成的串联电路并联并且设置为使得其能够实现通过初级绕组的电流的续流(Freilaufen)；以及第二二极管，其与次级绕组串联，其中次级绕组和第二二极管构成的串联电路耦合在参考电势和用于提供辅助电压的端子之间。相应地，仅仅通过两个附加的二极管和变压器可以明显降低待机损耗功率。在此，第一二极管和第二二极管优选构建为快速恢复二极管(Fast Recovery-Diode)。

优选的是，在带有控制电极、工作电极和参考电极的开关的工作电极和用于提供辅助电压的端子之间耦合有电源。该电源优选特别成本低廉地通过欧姆电阻来实现。

另一类实施形式解决了上面结合现有技术提到的第二问题：也就是这些实施形式提供的优点是，不仅仅能够实现降低待机损耗功率，而且在输出回路的正常工作中也能够实现持续辅助电压产生，即用于对控制器供电的辅助电压。由此，省去了结合现有技术所讨论的工作供电电路。这些实施形式的特征在于，用于产生辅助电压的装置还包括带有第一端子和第二端子的第二电容器，其中该电容器与桥中点以及初级绕组耦合，使得电容性的位移电流可以流过初级绕组。因为桥中点在正常工作中不断地将其电势在地和中间回路电压之间变换，所以可以产生通过第二电容器的电流并且用于产生通过初级绕组的电流。由此，通过该实施形式也可以在正常工作中产生通过次级绕组的电流并且用于对电容器C_VCC充电，并且由此用于将辅助电压提供给控制器。

优选的是，在此将第二电容器的第一端子与桥中点耦合，并且将第二电容器的第二端子与带有控制电极、工作电极和参考电极的开关的参考电极耦合。因为带有控制电极、工作电极和参考电极的开关与初级绕组耦合，使得通过带有控制电极、工作电极和参考电极的开关的电流产生通过初级绕组的电流，所以由此保证了第二电容器的位移电流引起通过初级绕组的电流。

在另一实施形式中，用于产生辅助电压的装置还包括第三二极管，其中初级绕组通过第三二极管与第一输入端子耦合，其中第三二极管设置为允许从第一输入端子至初级绕组的电流，其中在初级绕组和第三二极管之间的连接点与第二电容器的第二端子耦合。

优选的是，用于产生辅助电压的装置还包括第三电容器，其与欧姆电阻并联。通过这种方式，可以调节第二电容器以其来充电和放电的时间常数以及由此通过初级绕组和因此也通过次级绕组的电流的持续时间。

最后优选的是，将齐纳二极管与第一电容器并联。由此，可以保护所提供的辅助电压防止过压。

还提供了其他的有利的实施形式。参照根据本发明的电路装置提出的优选的实施形式、其优点以及其细节只要可应用就也相应地适用于根据本发明的方法。

附图说明

下面将参照附图进一步描述根据本发明的电路装置的三个实施例。其中：

图1以示意图示出了现有技术中已知的用于驱动至少一个放电灯的电路装置；

图2以示意图示出了根据本发明的用于驱动至少一个放电灯的电路装置的第一实施例；

图3以示意图示出了根据本发明的用于驱动至少一个放电灯的电路装置的第二实施例；以及

图4以示意图示出了根据本发明的用于驱动至少一个放电灯的电路装置的第三实施例。

具体实施方式

针对图2至4中所示的实施形式对于相同的和相似的部件继续使用参照图1引入的附图标记。就此而言，以下主要讨论与图1的电路装置的不同之处。

此外，在图2中示出的根据本发明的电路装置的实施形式具有图1中公开的用于控制器10的工作供电电路18。然而为了在半桥驱动器14关断的情况下降低待机损耗，该电路装置包括变压器TR，其初级绕组PW与欧姆电阻R_F串联地设置。当开关Q_ISS由于通过双点调节器SSD的相应的激励而导通时，中间回路电压U_ZW的电流经过初级绕组PW和欧姆电阻R_F通过开关Q_ISS和电源ISS流动，以便对电容器C_VCC充电。在开关Q_ISS的不导通状态中，初级绕组PW可以通过欧姆电阻R_F和二极管D_F续流。次级绕组SW通过二极管D_CC对电容器C_VCC馈电；在该电容器上提供辅助电压V_CC。续流二极管D_F用电阻R_F为变压器TR的去磁化供电。

一旦输出回路16通过接口12上的并且由此在半桥驱动器14上的相应信号来停止，则待机运行有效并且双点调节器SSD被激活。如果双点调节器SSD通过感测其输入端20而确定辅助电压V_CC降到双点调节器SSD的较低阈值之下，则电源ISS通过开关Q_ISS来接通。由此，电流流过初级绕组PW，并且由此以变流比变换的方式也有电流从次级绕组SW通过二极管D_CC流入到电容器C_VCC中。由此，在电容器C_VCC上的电压V_CC升高。一旦电压V_CC达到双点调节器SSD的上阈值，则电源ISS通过Q_ISS关断。在变压器中存储的初级能量通过电阻R_F和续流二极管D_F来清空。

根据图3和图4的根据本发明的电路装置的实施形式并不需要用于控制器10的独立的驱动供电电路，即当输出回路16工作时，控制器10在正常工作中也通过变压器TR来供给电压。为此，电容器C_S耦合在一方面为半桥中点HM而另一方面为变压器TR的初级绕组PW和二极管D_F之间。电容器C_S/F与电阻R_F并联。通过接口12将输出回路16激活，并且同时将双点调节器SSD去激活。由此，停止生成待机辅助电压，对此参见图2的实施形式。开关Q_ISS将电源ISS与辅助电压V_CC分离。包括开关S1和S2的逆变器以预先给定的频率将半桥中点HM上的电势交替地在U_ZW和地之间来回切换。

步骤1：在输出回路16的半桥中点HM上的电压从中间回路电压U_ZW降低到地：

在此，电容器C_S通过初级绕组PW、由欧姆电阻R_F和电容器C_S/F构成的并联电路以及通过开关S2充电到中间回路电压U_ZW。这以一个时间常数来进行，该时间常数由欧姆电阻R_F、电容器C_S/F和在端子上的变换的负载来得到，其中在该端子上将辅助电压V_CC提供给控制器10。在该充电过程中，变压器TR的次级绕组SW通过二极管D_CC对电容器C_VCC充电。

借助电容器C_S、变压器TR的电流变换比ü和部件C_S/F和R_F的设计，可以优化和调节所传输的能量。

在此，已经达到电容器C_S的小的电容值，以便以足够的功率来产生辅助电压。在一个实施例中，电容器C_S等于150pF，变压器TR的电流变换比ü等于10，欧姆电阻R_F等于5.6kΩ，并且电容器C_S/F为6.8nF。由此，可以产生V_CC等于15V的辅助电压，该辅助电压能够负载30mA。

为了保护辅助电压V_CC防止过压，可以设置齐纳二极管D_Z，如其用虚线表示的那样。

步骤2：在输出回路16的半桥中点HM上的电压从地上升到中间回路电压U_ZW：

在此，电容器C_S通过第一开关S1和二极管D_F来放电。由此，该电容器对于下一个下降沿又可用于馈入充电电流。

由于使用变压器TR，电容器C_S可以非常小地设计，例如为100pF至150pF。

在图4中所示的根据本发明的电路装置的实施形式是图3中所示的电路装置的一种变形方案。然而在此，电容器C_S通过二极管D_S和开关S2来充电。在此，在电容器C_S的放电过程中进行能量传输，该能量传输通过开关S1、变压器TR的初级绕组PW、由欧姆电阻R_F和电容器C_S/F构成的并联电路以及二极管D_F来进行。充电能量可以通过变压器TR的电流变换比ü以及在相应的充电过程中有效的时间常数来调节。

时间常数特别是选择为使得通过初级绕组PW能够实现将电容器C_S完全地再充电以产生最大的电流时间面积。

Claims (10)

1.一种用于驱动至少一个放电灯(La)的电路装置，具有：

-第一输入端子和第二输入端子，用于连接电源电压；

-逆变器，其包括至少一个第一开关(S1)和第二开关(S2)，它们串联耦合在第一输入端子和第二输入端子之间，并且在其间限定桥中点(HM)；

-至少用于第一开关(S1)和第二开关(S2)的激励电路，其具有用于接收控制信号的输入端；

-用于产生辅助电压(V_CC)的装置，包括：

-第一电容器(C_VCC)；

-用于提供辅助电压(V_CC)的端子，该端子通过第一电容器(C_VCC)与参考电势耦合；

-双点调节器(SSD)，其带有第一输入端，控制信号以反转的形式耦合到该第一输入端上，该双点调节器带有第二输入端，其与用于提供辅助电压(V_CC)的端子耦合，以及该双点调节器带有输出端；

-带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)，其中控制电极与双点调节器(SSD)的输出端耦合，其中工作电极与用于提供辅助电压(V_CC)的端子耦合；以及

-欧姆电阻(R_F)；

其特征在于，用于产生辅助电压(V_CC)的装置还包括带有初级绕组(PW)和次级绕组(SW)的变压器(TR)，其中变压器(TR)与第一输入端子和第二输入端子、用于提供辅助电压(V_CC)的端子和带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)耦合，使得通过带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)的电流引起通过初级绕组(PW)的电流、通过次级绕组(SW)的电流以及由此引起第一电容器(C_VCC)的充电。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，初级绕组(PW)和欧姆电阻(R_F)串联，并且该串联电路耦合在带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)的参考电极和第一输入端子之间；其中用于产生辅助电压(V_CC)的装置还包括：

-第一二极管(D_F)，该第一二极管与初级绕组(PW)和欧姆电阻(R_F)构成的串联电路并联，并且设置为使得其能够实现通过初级绕组(PW)的电流的续流；以及

-第二二极管(D_CC)，其与次级绕组(SW)串联，其中次级绕组(SW)和第二二极管(D_CC)构成的串联电路耦合在参考电势和用于提供辅助电压(V_CC)的端子之间。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，在带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)的工作电极和用于提供辅助电压(V_CC)的端子之间耦合有电源(ISS)。

4.根据权利要求3所述的电路装置，其特征在于，该电源(ISS)通过欧姆电阻来实现。

5.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，用于产生辅助电压(V_CC)的装置还包括带有第一端子和第二端子的第二电容器(C_S)，该电容器与桥中点(HM)以及初级绕组(PW)耦合，使得电容性的位移电流可以流过初级绕组(PW)。

6.根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，第二电容器(C_S)的第一端子与桥中点(HM)耦合，第二电容器(C_S)的第二端子与带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)的参考电极耦合。

7.根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，用于产生辅助电压(V_CC)的装置还包括第三二极管(D_S)，其中初级绕组(PW)通过第三二极管(D_S)与第一输入端子耦合，其中第三二极管(D_S)设置为允许从第一输入端子至初级绕组(PW)的电流，其中在初级绕组(PW)和第三二极管(D_S)之间的连接点与第二电容器(C_S)的第二端子耦合。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的电路装置，其特征在于，用于产生辅助电压(V_CC)的装置还包括第三电容器(C_S/F)，其与欧姆电阻(R_F)并联。

9.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，齐纳二极管(D_Z)与第一电容器(C_VCC)并联。

10.一种用于在用于驱动至少一个放电灯(La)的电路装置中产生辅助电压(V_CC)的方法，其中该电路装置具有：第一输入端子和第二输入端子，用于连接电源电压；逆变器，其包括至少一个第一开关(S1)和第二开关(S2)，它们串联耦合在第一输入端子和第二输入端子之间，并且在其间限定桥中点(HM)；至少用于第一开关(S1)和第二开关(S2)的激励电路，其具有用于接收控制信号的输入端；以及用于产生辅助电压(V_CC)的装置，包括：第一电容器(C_VCC)；以及用于提供辅助电压(V_CC)的端子，该端子通过第一电容器(C_VCC)与参考电势耦合；双点调节器(SSD)，其带有第一输入端，控制信号以反转的形式耦合到该第一输入端上，带有第二输入端，其与用于提供辅助电压(V_CC)的端子耦合，以及带有输出端；带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)，其中控制电极与双点调节器(SSD)的输出端耦合，其中工作电极与用于提供辅助电压(V_CC)的端子耦合；以及欧姆电阻(R_F)；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)产生控制信号，使得带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)通过双点调节器(SSD)切换为导通；

b)将变压器(TR)的初级绕组(PW)与带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)耦合，使得由于切换为导通的带有控制电极、工作电极和参考电极的开关(Q_ISS)而导致电流流经变压器(TR)的初级绕组(PW)；

c)通过经过变压器(TR)的初级绕组(PW)的电流，产生经过变压器(TR)的次级绕组(SW)的电流；

d)将经过次级绕组(SW)的电流耦合到第一电容器(C_VCC)。

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