CN101755489A - 用于驱动放电灯的电路装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于驱动放电灯(EL)的电路装置，该电路装置具有：整流器(GL)，该整流器具有用于与交流供电电压耦合的第一输入端子和第二输入端子以及用于提供直流驱动电压(UZW)的第一输出端子和第二输出端子；自由振荡的半桥逆变器，其包括两个压控的电子开关(T1，T2)的串联电路，该串联电路耦合在整流器(GL)的第一输出端子和第二输出端子之间，其中在第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)之间形成半桥中点(HB)；用于启动逆变器(T1，T2)的自由振荡方式的振荡的启动电路，其中该启动电路包括带有第一输出端子和第二输出端子的驱动电路(AS)，其中该驱动电路(AS)的第一输出端子与第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)的控制电极耦合；以及带有第一端子和第二端子的启动电容器(C5)，其中启动电容器(C5)的第一端子一方面通过第一欧姆电阻(R1)与整流器(GL)的第一输出端子耦合，另一方面与驱动电路(AS)的第二输出端子耦合，启动电容器的第二端子与该半桥中点(HB)耦合；并且该半桥中点通过下拉电阻(R2)与整流器(GL)的第二输出端子耦合。本发明还涉及一种用于利用这种电路装置来驱动放电灯的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于驱动放电灯的电路装置，该电路装置具有：整流器，该整流器带有用于与交流供电电压耦合的第一输入端子和第二输入端子以及用于提供直流驱动电压的第一输出端子和第二输出端子；自由振荡的半桥逆变器，其包括两个压控的电子开关的串联电路，该串联电路耦合在整流器的第一输出端子和第二输出端子之间，其中在第一电子开关和第二电子开关之间形成半桥中点；用于启动逆变器的自由振荡方式的振荡的启动电路，其中该启动电路包括带有第一输出端子和第二输出端子的驱动电路，其中该驱动电路的第一输出端子与第一电子开关和第二电子开关的控制电极耦合；以及带有第一端子和第二端子的启动电容器。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电路装置来驱动放电灯的方法。
背景技术
本发明大体上涉及一种用于在施加供电电压时借助压控晶体管例如MOSFET或者IGBT作为开关来独立地启动自由振荡的半桥逆变器的电路装置。
从EP 0 917 412 B1中(其用于表达独立权利要求的上位概念)公开了，通过将如下电容器充电来提供最初接通半桥晶体管所需的电压：该电容器与控制半桥逆变器的驱动电路的晶体管串联。为了避免该串联***的电容器的不希望的、稳定的电荷状态，并且由此避免半桥逆变器的“堵塞(Haengenbleiben)”，在所提及的专利中提出了直接从电网中通过电阻对该电容器充电。通过该电网端子实现了借助一半的电网频率来长时间地重复启动尝试，直到启动半桥逆变器的自振荡的振荡。在所提及的专利中，仅仅示出了其中针对两个半桥晶体管设计独立的驱动电路的实施例。
为了降低成本或者为了简化电路装置，半桥逆变器也可以由互补的晶体管(n沟道和p沟道)来构建，其中两个晶体管以相同的驱动电路来控制。该原理在EP 0 781 077 B1中公开，其中在那里为了启动半桥逆变器还需要两端交流开关。根据EP 0 917 412 B1的思想可以转用于EP 0 781077 B1中公开的电路装置，其方式是对于电路的启动所需的电容器与其中一个驱动电路串联。在此，完全提供了“电网启动”的功能。
然而在此不利地表现的是，对启动电容器充电所需的电阻的端子在放电灯工作中实际上处于半桥中间电势。然而，由于启动电阻的另外的端子与两个电网线路之一连接，由此该中间电势的高频矩形电压通过启动电阻施加到电网上。这导致整个装置的高的无线电干扰值，因为电流通过启动电阻并且由此高频的、几乎矩形的干扰信号经过无线电干扰滤波器直接引导至电网中。如果为了避免这一情况而将启动电阻与整流器的端子而不是与两个电网线路之一连接(其中该整流器提供正的电源电压，所谓的中间回路电压)，则带来的缺点是，这种电路装置仅仅能够实现一次启动尝试，即在启动尝试失败的情况下电路“堵塞”。
发明内容
因此本发明的任务是，改进开头所提及类型的电路装置或者方法，使得一方面避免了高的无线电干扰值，并且另一方面保证了在施加电网电压之后电路装置的可靠启动。
本发明所基于的认识是，将EP 0 781 077 B1和EP 0 917 412 B1的教导相结合以及随后将启动电阻转接到正的整流器输出端而不是电网线路上并不能解决上述任务，因为在启动电容器上出现稳定的电压关系，这些电压关系阻止了重复的启动尝试。因此，根据本发明，启动电容器与半桥中点耦合，并且该半桥中点通过下拉电阻与整流器的第二输出端子耦合。这种构型能够实现的是，在启动尝试失败之后通过下拉电阻又将半桥中点的电势拉到由第二整流器输出端提供的负的参考电势上。由此，启动电容器被重新充电，并且能够实现新的启动尝试。由于在该电路装置中电容器通过其与正电势连接的电阻不再与电网线路连接，而是与正的整流器输出端连接，所以防止了将无线电干扰传输到电网中。
在一个优选的实施形式中，该电路装置还具有：带有至少一个初级绕组的灯电感线圈，该初级绕组与用于放电灯的端子串联耦合，其中驱动电路具有带有第一端子和第二端子的电感器，该电感器是灯电感线圈的次级绕组；以及第二欧姆电阻和并联振荡电路构成的串联电路，该并联振荡电路耦合在电感器的第一端子和第二端子之间。特别优选的是，在此与第二欧姆电阻并联有桥接电路，该桥接电路包括电容器。该特别优选的实施形式基于如下认识：为了启动电路装置，在施加电网电压之后半桥逆变器的首先接通的晶体管的控制电压必须保持足够高，即使该启动电容器通过接通该晶体管已经被放电并且由此有效的控制电压(即在启动电容器上的电压和驱动电路的输出电压之和)在趋势上会被降低。优选通过如下方式来保证在启动电容器开始放电时维持足够的晶体管的控制电压：驱动电路快速地提供足够的输出电压。为此目的，由于该电容器对于接通脉冲的高频频谱成分是非常小的电阻，所以在持续工作中对于驱动半桥逆变器的电子开关所需的第二欧姆电阻被桥接。由此，流经电容器的载流子能够实现设置在并联振荡电路中的电容器的快得多的充电。这能够实现：为首先要接通的半桥晶体管提供足够高的控制电压。
由此，虽然有启动电容器的放电，仍然有效地克服了在半桥逆变器的首先接通的开关上没有足够的控制电压的危险。
优选的是，桥接电路包括第三欧姆电阻，其与电容器串联耦合。该第三欧姆电阻带来两个优点：一方面，其衰减了灯电感线圈上的次级绕组提供的电压的矩形成分。因此这导致了灯电感线圈一方面与半桥中点连接，其中在该半桥中点上存在高频矩形信号，以及另一方面与灯连接，该灯将很大程度上正弦形的信号施加到灯电感线圈的另外的端子上。第三欧姆电阻能够实现的是，在持续工作中提供基本上正弦形的信号用于控制半桥逆变器的两个电子开关。另一方面，第三欧姆电阻延长了在半桥逆变器的转折期间可能的空载时间(Totzeit)。由此，能够实现半桥逆变器的开关的无损耗的开关。通常适用的是，第三欧姆电阻设计得比第二欧姆电阻小得多。
此外优选的是，根据本发明的电路装置还包括二极管，其与第一欧姆电阻并联，并且取向为使得当第一电子开关导通时，该二极管能够实现使启动电容器通过第一电子开关放电。由此，在成功启动之后该二极管使启动电容器放电，使得于是没有另外的启动尝试来干扰电路装置的工作。
在一个优选的实施形式中，启动电容器的第一端子通过另外的欧姆电阻与整流器的第二输出端子耦合。在该实施形式中，于是可以省去设置在前面段落中提及的二极管。在此，启动电容器的放电通过第一欧姆电阻和另外的欧姆电阻来进行。这样的原因是，在工作中启动电容器的两个端子平均处于恰好对应于一半的半桥电压的电势上，由此在工作中将启动电容器放电。
在此优选的是，设置有另外的电容器，其耦合在驱动电路的第一输出端子和第二电子开关的控制电极之间。因为在启动电容器的纯粹的欧姆放电中持续若干时间直到在启动电容器上的电压减弱，所以驱动电路的输出电压具有正的偏移成分。该偏移成分对抗第二晶体管的接通，因为对第二晶体管可用的控制电压通过该偏移成分而被降低。所提出的另外的电容器用作耦合电容器，并且吸收所提及的偏移电压。通过可选的另外的欧姆电阻(该电阻耦合在第二电子开关的工作电极和控制电极之间)，于是驱动电路的输出电压的纯粹的交流电压成分降低，由此可以立即实现足够负的电压用于控制第二晶体管。
半桥逆变器的两个电子开关可以是互补极性的晶体管，然而也可以是相同极性的晶体管。使用互补极性的晶体管提供的优点是，仅仅必须设置一个驱动电路。
其他的有利的实施形式由从属权利要求得出。
参照根据本发明的电路装置提出的优选的实施形式及其优点只要可应用也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实施例。其中：
图1以示意图示出了根据本发明的电路装置的第一实施例；
图2以示意图示出了根据本发明的电路装置的第二实施例；
图3以示意图示出了根据本发明的电路装置的第三实施例；
图4针对图1的实施例示出了在启动电容器上的电压、两个半桥晶体管的控制电压、半桥电压以及流经灯电感线圈的负载电流的时间上的变化曲线；
图5针对图1的实施例以不同于图4的时间分辨率示出了在启动电容器上的电压、两个半桥晶体管的控制电压、半桥电压以及流经灯电感线圈的负载电流的时间上的变化曲线，特别是在尝试失败之后实现的成功的起振过程；
图6以高的时间分辨率示出了在失败的起振尝试的范围中图5中的量的时间上的变化曲线；并且
图7以类似于图4的方式示出了根据图2的电路装置的相应的量的时间上的变化曲线。
具体实施方式
下面针对相同的或者作用相同的部件使用相同的附图标记，出于清楚的原因对其仅介绍一次。
图1以示意图示出了根据本发明的用于驱动放电灯的电路装置的第一实施例，该放电灯作为负载EL示出。在此，通过保险装置SI对整流器GL提供电网电压，该整流器为电解质电容器C1馈电或者使该电解质电容器导通电压。在电解质电容器C1上两个供电分支被分接，通过在分支之一中的线圈L1构成的滤波器和连接两个分支的电容器C2来分接。在图1中下部的供电分支具有负的电势并且限定了在电路装置的被整流的侧上的参考电势。上部相应为正的供电分支。在两个供电分支之间有N沟道晶体管T1和P沟道晶体管T2构成的半桥。在半桥的中点HB和正的供电分支之间有负载回路，该负载回路包括负载串联(lastseriell)的灯电感线圈L2、放电灯EL和负载串联的耦合电容器C7。此外，设置有带有用于灯点燃的冷导体KL以及两个谐振电容器C8和C9的负载并联的电路连接。
为了降低MOSFET晶体管T1和T2的开关负荷，与上部的半桥晶体管T1并联有电容器C6。
驱动电路AS处于晶体管T1和T2的作为晶体管内部的参考电势的源极端子与各个栅极端子之间。驱动电路AS包括线圈L3、电容器C3和串联电路的并联电路，其中该串联电路由控制变压器的次级绕组HW1和电阻R3构成，该控制变压器的初级绕组是已经提及的灯电感线圈L2。电容器C4和电阻R4的串联电路与电阻R3并联连接。
在晶体管T1的栅极和源极端子之间，与驱动电路AS串联耦合有启动电容器C5。在驱动电路AS和启动电容器C5之间的连接点通过欧姆电阻R1与正的供电支路相连，而半桥中点通过下拉电阻R2与负的供电支路相连。
二极管D1与该欧姆电阻R1并联连接。
为了启动该电路，启动电容器C5通过电阻R1和下拉电阻R2来充电。在成功启动之后，即当晶体管T1最初完全导通时，启动电容器C5基本上通过二极管D1和晶体管T1又被放电。
在启动尝试失败的情况下，在半桥中点HB上的电势通过下拉电阻R2又被拉到负的参考电势，由此启动电容器C5重新被充电并且实现新的启动尝试。
该启动尝试的周期通过电阻R1和R2以及电容器C5和电容器C1上提供的中间回路电压UZW的设计来确定。电阻R3电容性地被桥接，其中包括线圈L3和电容器C3的并联振荡回路通过该电阻R3与灯电感线圈L2的次级绕组相连。电容性桥接通过差动特性实现了对并联振荡回路的电容C3的快速充电，并且由此实现了为要接通的半桥晶体管T1快速地提供足够高的控制电压。
然而，电阻R3的纯电容性桥接具有如下缺点：在正常工作中，控制电压在半桥的换向阶段快速地接通相应要接通的晶体管，由此产生损耗。为了减弱这种效应，还可以将电阻R4与电容C4串联。通过适当地设计部件R3，R4和C4，可以限定整个电路的在启动和驱动方面最优的特性。
图2示出了本发明的电路装置的实施形式，其中启动电容器C5的放电不是借助二极管而是通过欧姆电阻R1和R5来实现。
在工作中，启动电容器C5的两个端子在平均上处于正好对应于一半的半桥电压的电势上。由此启动电容器C5被放电。在半桥未振荡的时间期间，启动电容器C5被充电，因为半桥侧的端子通过下拉电阻R2被置于负的供电电势上。
图3示出了根据图2的电路装置的改进的实施形式。因为在启动电容器C5的纯粹的欧姆放电的情况下持续若干时间直至在启动电容器上的电压减弱，所以驱动电路AS的输出电压暂时具有正的偏移成分。该偏移成分对抗第二晶体管T2的接通，因为对第二晶体管T2可用的控制电压通过该偏移成分而被降低。
因此，提出了另外的电容器C10，该电容器作为耦合电容器吸收上述的偏移电压。于是在电阻R10上降落有驱动电路AS的输出电压的纯粹的交流电压成分，由此可以立即实现足够的负的电压以控制晶体管T2。
图4至7针对本发明的不同实施例示出了在不同工作阶段中的、在启动电容器C5上的电压、两个晶体管的控制电压UGS、半桥电压UHB以及流经灯电感线圈L2的负载电流IL的时间上的变化曲线。
图4示出了在该振荡起振时的电压关系和电流关系。明显可以看到的是，虽然在启动电容器C5上的电压UGS从半桥电压UHB达到正的供电电势的时刻t1开始下降，但晶体管T1、T2的控制电压UGS增加。由此，也就是说启动电容器C5通过二极管D1和晶体管T1被放电。控制电压UGS的上升的梯度大于负载电流IL的上升的梯度。通过借助电容器C4和电阻R4的串联电路桥接电阻R3，将在次级绕组HW1上的电压的阶跃状的上升差动地传递到并联振荡回路C3、L3。
图5以另外的时间分辨率示出了成功的起振过程，该起振过程在失败的尝试之后实现。由该图可以看出的是，即使在起振尝试失败的情况下，在启动电容器C5上的电压也下降，因为启动电容器C5通过二极管D1被放电至少一次。因为半桥电压UHB通过下拉电阻R2又被朝向负的供电电势拉，所以达到原始的、在施加网络电压之前存在的电压状态并且自动进行重新的启动尝试。该特性能够实现该电路装置的高的工作可靠性。
图6以高的时间分辨率示出了图5中的失败的起振尝试。明显可以看出的是，虽然控制电压UGS足以接通晶体管T1，由此半桥电压UHB达到正的供电电势的水平并且启动电容器C5通过二极管D1最初被放电。然而，控制电压UGS的负的振荡不足以接通晶体管T2。发生了整个振荡的渐进的衰减。通过灯电感线圈L2的负载电流IL的仍然被使用的振荡循环地将半桥电压UHB驱动到正的供电电势上，由此实现了启动电容器C5的多次放电。
图7以与图4类似的方式示出了在使用图2的电路装置的情况下的该装置的起振。明显可以看出的是，当半桥电压UHB达到了正的供电电势的水平时，启动电容器C5不再突然地被放电。
尽管在图1至3中示出了具有互补晶体管T1、T2的实施方式，然而也可以针对具有两个独立的驱动电路和相同极性的晶体管的半桥电路来实现本发明。然而，相对于所介绍的电路装置，这与增加的花费相联系。
Claims (11)
1.一种用于驱动放电灯(EL)的电路装置，该电路装置具有：
-整流器(GL)，该整流器具有用于与交流供电电压耦合的第一输入端子和第二输入端子以及用于提供直流驱动电压(UZW)的第一输出端子和第二输出端子；
-自由振荡的半桥逆变器，其包括两个压控的电子开关(T1，T2)的串联电路，该串联电路耦合在整流器(GL)的第一输出端子和第二输出端子之间，其中在第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)之间形成半桥中点(HB)；
-用于启动逆变器(T1，T2)的自由振荡方式的振荡的启动电路，其中该启动电路包括带有第一输出端子和第二输出端子的驱动电路(AS)，其中该驱动电路(AS)的第一输出端子与第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)的控制电极耦合；以及带有第一端子和第二端子的启动电容器(C5)，
其特征在于，
启动电容器(C5)的第一端子一方面通过第一欧姆电阻(R1)与整流器(GL)的第一输出端子耦合，另一方面与驱动电路(AS)的第二输出端子耦合，
启动电容器的第二端子与该半桥中点(HB)耦合；并且该半桥中点通过下拉电阻(R2)与整流器(GL)的第二输出端子耦合。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，
该电路装置还具有：带有至少一个初级绕组的灯电感线圈(L2)，所述初级绕组与放电灯(LA)的端子串联耦合，其中驱动电路(AS)具有带有第一端子和第二端子的电感器(HW1)，该电感器是灯电感线圈的次级绕组；以及由第二欧姆电阻(R3)和并联振荡电路(C3，L3)构成的串联电路，该串联电路耦合在电感器(HW1)的第一端子和第二端子之间。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，
与第二欧姆电阻(R2)并联有桥接电路(C4，R4)，该桥接电路包括电容器(C4)。
4.根据权利要求3所述的电路装置，其特征在于，
该桥接电路包括第三欧姆电阻(R4)，该第三欧姆电阻与该电容器(C4)串联耦合。
5.根据上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，
该电路装置还包括二极管(D1)，该二极管与第一欧姆电阻(R1)并联，并且取向为使得当第一电子开关(T1)导通时，该二极管能够使得启动电容器(C5)通过第一电子开关(T1)放电。
6.根据权利要求1至4之一所述的电路装置，其特征在于，
启动电容器(C5)的第一端子通过另外的欧姆电阻(R5)与整流器(GL)的第二输出端子耦合。
7.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，
该电路装置包括另外的电容器(C10)，所述另外的电容器耦合在驱动电路(AS)的第一输出端子和第二电子开关(T2)的控制电极之间。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其特征在于，
该电路装置包括另外的欧姆电阻(R10)，所述另外的欧姆电阻耦合在第二电子开关(T2)的控制电极和工作电极之间。
9.根据上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，
该半桥逆变器的两个电子开关(T1，T2)是互补极性的晶体管。
10.根据上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，
该半桥逆变器的两个电子开关(T1，T2)是相同极性的晶体管。
11.一种用于借助电路装置来驱动放电灯(EL)的方法，具有
-整流器(GL)，该整流器具有用于与交流供电电压耦合的第一输入端子和第二输入端子以及用于提供直流驱动电压(UZW)的第一输出端子和第二输出端子；
-自由振荡的半桥逆变器，其包括两个压控的电子开关(T1，T2)的串联电路，该串联电路耦合在整流器(GL)的第一输出端子和第二输出端子之间，其中在第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)之间形成半桥中点(HB)；
-用于启动逆变器(T1，T2)的自由振荡方式的振荡的启动电路，其中该启动电路包括带有第一输出端子和第二输出端子的驱动电路(AS)，其中该驱动电路(AS)的第一输出端子与第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)的控制电极耦合；以及带有第一端子和第二端子的启动电容器(C5)，
其特征在于下面的步骤：
a)通过第一欧姆电阻(R1)和下拉电阻(R2)对启动电容器(C5)进行充电，直至执行第一电子开关(T1)的开关过程，并且由此将该启动电容器(C5)至少部分地放电，其中该启动电容器(C5)的第一端子与驱动电路(AS)的第二输出端子耦合，该启动电容器(C5)的第二端子与半桥中点(HB)耦合，所述第一欧姆电阻(R1)与直流驱动电压耦合，所述下拉电阻(R2)耦合在半桥中点(HB)与整流器(GL)的第二输出端子之间，
b)重复步骤a)直至启动逆变器(T1，T2)的振荡。
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