CN101981797A - 用于发光器件的操作装置中的低压供电 - Google Patents

用于发光器件的操作装置中的低压供电 Download PDF

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Abstract

一种用于发光器件的操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器的低压供电电路，其中一个或多个气体放电灯作为脉冲定时的标准组件尤其是半桥电路或全桥电路的负载被接通，具有被供以电网电压的起动电阻和/或从半桥电路或全桥电路被供电的充电电路，充电电路对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是所述低压供电，其中，当该蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，该起动电阻和/或充电电路借助开关被断开，并且当该蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，该起动电阻又借助该开关被接通，其中该接通阈值被选择为小于该断开阈值。

Description

用于发光器件的操作装置中的低压供电
技术领域
本发明涉及尤其用于发光器件的操作装置如用于气体放电灯的电子镇流器及LED标准组件(LED，OLED)的驱动电路的所谓低压供电的领域。
背景技术
低压供电是一种电路结构，借此能在操作装置中在一个对于(有源)电子器件(集成电路，微控制器，ASIC等)的供应电压是典型的电压范围内产生直流电压供应。
通常，直流供应电压在小于15伏特直流电压的范围内。原则上，从用于发光器件的操作装置领域的现有技术中公开了，针对操作装置的起动阶段，直接在接通电网电压供电后存在起动低压供电。一般，用于起动阶段的低电压供电是一个所谓的起动电阻，即接收电网电压的欧姆电阻。在起动电阻上出现的电压可被整流并且例如对电容充电，该电容的充电电压随后在起动阶段给该操作装置的控制电路提供所需要的供应电压。
在第二阶段，就是说当控制电路借助起动电阻增压运行时，控制电路控制操作装置的工作。对于此阶段，就是说在控制电路有效时，通常，起源于该操作装置的脉冲定时电路组来获得低压供电。脉冲定时电路组例如可以是一个给气体放电灯供应高频电压的全桥电路或半桥电路、呈增压变压器形式的有源PFC电路、用于气体放电灯的灯丝的脉冲定时的灯丝加热电路等等。在这些脉冲定时的标准组件上，例如可以通过电容耦合输出来获得该控制单元正常工作所需要的低压供电。
这些已知的低电压供电的双阶段结构的缺点自然是，该起动电阻在控制电路能工作时在正常工作中还接受电网电压，因此在该起动电阻上，损耗功率在操作装置的正常工作中降低。
从EP1374366B1中获知一个在用于发光器件的操作装置中尽量减小备用功率(其是损耗功率)的例子，在这里，在此情况下对于第一阶段还是通过欧姆电阻获得低压供电(见EP1374366B1的图2)。于是在EP1374366B1中，一个齐纳二极管D5和一个电容C12作为用于集成电路的低电压供电，其中，该电容/二极管布线是从一个半桥电路的中点分支出的。
发明内容
本发明现在已制定以下任务，高能效地构成用于发光器件的操作装置中的集成电路的低压供电。
该任务通过独立权利要求的特征来完成。从属权利要求非常有利地改进本发明的中心构想。
根据本发明的第一方面，规定了一种用于发光器件的操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器的低压供电电路，其中，一个或多个发光器件可以作为一个脉冲定时的标准组件如半桥电路或全桥电路的负载被接通，其中：
-该供电电路具有被供以电网电压的起动电阻和/或从脉冲定时的标准组件被供电的充电电路，该充电电路对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是该低压供电，
-当该蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，该起动电阻和/或该充电电路可借助开关被断开，
-当该蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，该起动电阻又可借助该开关被接通，其中该接通阈值被选择为小于该断开阈值。
根据本发明的另一个方面，规定一种用于发光器件的操作装置尤其是用于气体放电灯或LED的镇流器的低压供电电路，其中，一个或多个发光器件可以作为一个脉冲定时的标准组件的负载被接通，其中：
-该供电电路具有可被供以电网电压并对蓄能元件充电的起动电阻，该蓄能元件的充电电压是该低压供电，
-当该蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，该起动电阻可借助开关被断开。
当该蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，该起动电阻又可借助该开关被接通，其中该接通阈值被选择为小于该断开阈值。
该开关可以是晶体管。
蓄能元件的充电电压可被供给滞回比较器，其中，该开关基于比较器的输出信号来操作。
借助该比较器的输出信号，可以有选择地接通负载或电流源，可借助该负载或电流源又从该开关的控制输入中得到电流。
该电路能以集成电路形式构成。
本发明的另一个方面涉及用于发光器件的操作装置，尤其是用于气体放电灯的镇流器，其中，一个或多个气体放电灯可以作为一个脉冲定时的标准组件的负载被接通，该操作装置具有一个如上所述的电路。
本发明还涉及一种用于在发光器件的操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器中提供低压供电电路的方法，其中，一个或多个发光器件可以作为一个脉冲定时的标准组件的负载被接通，其中：
-起动电阻被供应电网电压并且对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压作为操作装置的低压供电，
-当该蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，该起动电阻可借助开关被断开。
本发明的又一方面涉及一种用于发光器件的操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器的低压供电电路，其中，一个或多个发光器件可以作为一个脉冲定时的标准组件的负载被接通，其中：
-该供电电路与该脉冲定时的标准组件耦合并且具有整流电路，该整流电路的输出对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是该低压供电，
-当该蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，该起动电阻可借助开关被断开。
此时，开关的开关过程最好与该脉冲定时的标准组件的开关过程同步。
本发明的一个可与该低压供电电路的可断开性相关地但尤其还能与之无关地使用的方案在于，该供电电路可以通过感应方式尤其是依靠变压器与该脉冲定时的标准组件耦合并且具有一个双向整流桥(D)，双向整流桥的输出对该蓄能元件充电。
最后，本发明还提出一种产生用于发光器件的操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器的低压供电电路的方法，其中，一个或多个发光装置可作为一个脉冲定时的标准组件的负载被接通，其中：
-该供电电路与该脉冲定时的标准组件耦合并且具有整流电路，该整流电路的输出对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是该低压供电，
-当该蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，该供电电路可借助开关被断开。
附图说明
现在，将参照附图的视图来说明本发明的其它特征、优点和性能。
图1在此表示在用于发光器件的操作装置中的根据本发明的低压供电电路，
图2表示图1电路中的信号曲线，
图3表示在用于包括全桥电路的发光器件的操作装置中的根据本发明的感应(利用变压器)耦合的低压供电电路，
图4表示用于包括半桥电路的发光器件的操作装置中的根据本发明的感应(利用变压器)耦合的低压供电电路，以及
图5表示另一个实施例，其包括低电压供电，其中在呈降压变压器形式的脉冲定时的标准组件上感应取用电能。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的低电压供电。起动电阻R1在此通过接头N接收电网电压。与该起动电阻R1串联接有一个开关例如晶体管T1。又与该开关T1串联接有一个电容C1，其中该电容C1的充电电路是低压供电。因此在所示的例子中，低电压可以在图1所示电路的抽头Vcc上取用并且例如被供给集成电路(IC，ASIC，微控制器等)。
第二欧姆电阻R2与该起动电阻R1并联。
低电压Vcc，就是说电容C1的充电电压，被供给第一比较器K1。该比较器K1作为参考电压一方面接收电压U1且另一方面接收电压U2，在此，电压U1大于电压U2。就是说，概括地讲，比较器K1是滞回比较器(也常被称为施密特触发器)。比较器K1的输出信号被供给一个开关S1，该开关能有选择地接通负载或电流源L1。
当电容C1的充电电压，就是说低电压Vcc，已经达到比较器K1的接通阈值U2时，比较器K1的输出接通开关S1，并因此接通负载或电流源L1。这造成通过欧姆电阻R2从开关T1的控制输入上获取电流，这又导致开关T1被断开并且进而起动电阻R1被隔断。
在起动电阻R1被隔断(开关T1断开)时，如果以低电压Vcc给用户如集成电路供电，则电容C1的充电电压即低压供电Vcc又缓慢下降。如果现在低电压Vcc降低到比较器K1的下接通阈值U2，比较器K1的输出就通过开关S1又断开负载或电流源L1，这又造成开关T1的接通，因为在负载或电流源L1断开时，流经欧姆电阻R2的电流又操作开关T1的控制输入。因此电容C1再一次充电。就是说，总共可借助滞回比较器K1获得低电压Vcc的双点调节，从而低电压Vcc以锯齿行或曲折形在比较器K1的两个参考值的上断开阈值U1和下接通阈值U2之间变动。通过起动电阻R1的这种暂时断开，已经在能量方面改善该低压供电。
就是说，可断开的起动电阻R1尤其(但不是唯一)对于起动阶段，即紧接在电网电压供电N接头后，在起动阶段内提供该低压供电Vcc。不过，作为起动阶段的替代或补充，可断开的起动电阻R1可以在工作阶段中提供低压供电Vcc，在该工作阶段内，在操作装置中没有(或者没有充足的)脉冲定时电能供应，例如没有在脉冲定时半桥上的抽头。
借助该起动低压供电可以将接收电压Vcc的集成电路起动。在用于发光器件的操作装置中，集成电路将例如按照已知方式控制例如一个全桥电路或半桥电路，发光器件例如一个低压或高压气体放电灯、一个或多个LED或OLED等作为该电路的负载设置。作为替代或补充，该控制单元可以控制一个有源PFC电路，其接收经过整流的电网电压并且产生增大的中间电路电压，以该中间电路电压来供应该全桥电路或半桥电路。
而且作为替代或补充，该控制单元可以产生脉冲定时的灯丝加热电路以加热发光器件的灯丝，就像尤其在低压气体放电灯中常见的那样。
在图1中被称为“全桥”的电路点与一个脉冲定时的标准组件(全桥电路，半桥电路，降压变压器，增压变压器，回扫变压器，有源PFC电路，脉冲定时的灯丝加热电路等)相连。
就是说，脉冲定时的标准组件具有一个或多个开关，所述开关源于一个控制电路来控制。有源的脉冲节拍化优选根据供给控制电路的测量信号来进行。
该脉冲定时的标准组件的次级组是这样的组件，包括发光器件的负载电路与该组件连接。在其它标准组件尤其是(有源)脉冲定时的灯丝电路中，情况不是如此。
就是说，借助在起动阶段中通过起动电阻R1获得的低压供电Vcc，借此被供电的集成电路打算将上述标准组件脉冲定时化，从而在图1的“全桥”点施加一个电压。借助二极管电路D，该电压通过电容C2被整流并且因而可以对电容C1充电。
就是说，在集成电路能工作时的第二阶段中，不再需要通过起动电阻R1来供电，因此在本发明中顾及到了该起动电阻R1在集成电路(控制单元)能工作时的该阶段中被断开。这如此实现，在此阶段产生的用于电容C1的充电电压被选择为高于比较器K1的接通阈值U2。
确切说，低电压Vcc被供给第二比较器K2，它同样以滞回比较器(施密特触发器)的形式构成并且接收断开阈值U3和接通阈值U4。此外，考虑到了第二比较器K2的参考值U3、U4高于用于低压供电起动阶段的比较器K1的参考值U1、U2。
借助第二比较器K2的输出信号，或许能通过驱动电路DRV操作另一个开关S2，通过该开关，能可选择地中断源于电容C1的”全桥”点的充电。又通过具有两个参考值的比较器K2实现对电容C1充电电压和进而低压供电Vcc的双点调节。如果电容C1的充电电压降低到接通阈值U4，则开关S2被接通，从而电容C1开始通过“全桥”点和整流电路C2、D被充电。而如果电容C1的充电电压即低压供电Vcc已经达到上断开阈值，则开关S2被断开并中止电容C1的充电。
现在，结合图2来说明所出现的信号曲线。在阶段T1中，该低压供应电压Vcc借助起动电阻R1通过电容C1的充电而基本线性增高。如果此时电容C1的充电电压已达到断开阈值U1，开关T1被断开，因此充电电阻R1和电网电压供电N被隔断开，从而在第二阶段T2中，该低压供应电压Vcc又降低。此过程重复进行，因此在比较器K1的两个参考值U1、U2之间出现上述的、电压Vcc的所谓的曲折(锯齿)形变化曲线。信号SW_startup表示在开关T1控制输入上的电压。
在图2的场合中假定，在时刻T3通过起动电阻R1获得的低压供电已施加足够长的时间，用于将该集成电路置于工作当中，该工作允许在“全桥”点上产生电压。就是说，在时刻T3，“全桥”点上的电压如图2所示地降低到不等于零的值。因此，在时刻T3之后，电容C1上的充电电压增高到该值，即用于开关S2的断开阈值。在时刻T4，达到了该断开阈值U3，从而开关S2被接通且电压供电被断开。低电压供应电压Vcc又将降低，直到达到用于低压供电电路的接通阈值，并且开关S2又被断开。因而总之，在第二比较器K2的两个参考值U3、U4之间出现曲折(锯齿)形的电压Vcc变化曲线。
此时，本发明考虑到了使低压供电的断开通过开关S2与半桥电路、全桥电路、PFC电路或脉冲定时灯丝加热电路的脉冲节拍同步，以便尽量减少电路损耗。
要注意的是，用于图1的电路中的“全桥”点的抽头可以或是通过与全桥电路、半桥电路等的电容耦合来实现，或是通过电流隔离方式例如借助电感抽头来完成。
图1中的二极管D1设置用于将电压基数即在开关T1控制输入上的电压保持在大于零的最小值，这是因为否则在开关T1控制输入上的电位可能因为通过接通的负载或电流源L1取用基极电流而不允许地降低，这可能导致不允许的逆向工作，或者可能导致开关受损，如果该开关呈晶体管形式的话。
与现有技术EP1374366B1相比，现在不再需要在那里存在的齐纳二管D5，这带来许多优点。一方面，根据图1的本发明电路更好地适用于高动态，即在全桥电路或半桥电路以低频运行(例如点亮HID灯时)和高频运行之间有不同的负荷情况。这种高动态表明齐纳二极管的高负荷。此外，齐纳二极管也耗电。
就是说，总之，根据本发明得到一种精确限定的低电压供电以及它能在较小损耗功率或温度增加情况下工作。
耗电通过使低电压供电即开关S2和半桥/全桥控制同步被进一步减小。就是说，开关S2的接通总是在例如通过在“全桥”点上的电容去耦来实现恰好没有电能输入至电容C1时进行。就是说，在“全桥”点的中点去耦中，开关S2只在恰好没有波前而是存在随时间恒定的对半桥电路或全桥电路的高频脉冲开关控制时被接通。
本发明在此规定，开关S2的接通(即便其本来通过比较器K2的输出信号被规定时)或许在时间上大致在半桥电路或全桥电路的开关的高频控制的波前区域之后被延迟。这当然也适用于开关S2的断开，这或许通过在一个恒定控制的区域内的时间延迟来定(而不是全桥电路或半桥电路的高频脉冲开关的控制波前)。
因为用于开关S2的断开阈值/接通阈值被选为高于用于起动电阻R1的开关T1的断开阈值/接通阈值，所以当电压供电Vcc又降低向由参考值U1、U2限定的下电压通道时，低电压供电又通过起动电阻R1被自动接通。
在图3中，根据本发明的的低电压供电具有在全桥电路上的电感抽头。在此情况下，感应去耦在输出扼流圈上通过变压器式去耦来实现。电容Cx对应于图1中的电容C2。与图1的例子不同，电容Cx的再充电因其后面的双向整流桥D而在两个方向上进行，从而与图1相比，可以从电容Cx中输出较多电荷。不过，代替图3的整流桥D，还可以使用如图1所示用于电容C1充电的简单的二极管屏阴极间隙D。利用变压器去耦带来以下优点，通过初级绕组与次级绕组的传输比，可以影响抽头电压的大小，进而影响充电的去耦。在此例子中，开关S2的控制还可以按照与图1中所示变型方案一样的方式进行。
但是，可以代替电感去耦地进行电容去耦。在此例子中，起动电阻Rstart不能断开，但是可以如在图1中那样采用一个可通过一开关断开的电阻。
在所示的全桥中，在灯工作时例如使两个电桥对角线相互交替具有脉冲节拍，或者可以如此只起动一个对角线，即该对角线的一个开关被施以高频脉冲，而另一个开关保持永久接通。
图4示出了根据本发明的低电压供电，其包括在一个半桥电路上的电感冲头。该抽头此时像在图3的实施例一样通过输出扼流圈上的次级绕组来完成。开关S2的控制在这个例子中也可按照在图1所示变型中一样的方式实现。
但是，可以代替感应去耦地实现电容去耦。在此例子中，起动电阻Rstart不能被断开，但是可以如在图1中一样采用一个可通过开关被断开的电阻。
图5示出了根据本发明的低电压供电，包括在呈降压变压器形式的脉冲定时标准组件上的电感抽头。在这个例子中，该脉冲定时的标准组件用于驱动作为负载的一个或多个(有机和/或无机的)LED。抽头此时像在图3的例子中那样通过输出扼流圈上的次级绕组进行。开关S2的控制在此例子中也可以按照与图1所示变型方案中一样的方式进行。
降压变压器也可以被设计成是这样的降压变压器，在此降压变压器中，开关设在大地和LED或输出扼流圈之间并且一个自振荡二极管非平行于该LED和输出扼流圈地布置。在降压变压器的开关被断开时，电流可以继续流过LED和输出扼流圈以及非平行的自振荡二极管。由此一来，在输出扼流圈依靠在输出扼流圈上的次级绕组进行充磁和退磁的过程中，都实现电能输出，因而它对蓄能元件充电。不过，作为脉冲定时的标准组件，还可以采用任何其它的开关调整器布局，例如增压变压器、降压-增压变压器或者回扫变压器。
电容Cx对应于图1中的电容C2。与图1中的例子不同，电容Cx的再充电因为后续的双向整流桥D而在两个方向上进行，从而与图1相比，可以从电容Cx中获得更多的电荷。不过，代替图5的整流桥，还可以像在图1中被用于给电容C1充电那样采用一个简单的二极管屏阴极间隙D。
但是，还可以代替电感去耦地进行电容去耦。在这个例子中，起动电阻Rstart不能断开，但是可以像在图1中那样采用可通过一开关来断开的电阻。只要代替输出扼流圈或作为输出扼流圈的补充而采用包括作为蓄电器和变压器的变压器的脉冲定时的标准组件，就可以在该变压器上也进行电感去耦。例如，在回扫变压器或依靠变压器进行电能传输的共振半桥中，变压器可以具有另一个用作电感去耦的次级绕组。

Claims (21)

1.一种用于发光器件的操作装置的低压供电电路，其中：
所述供电电路具有被供以电网电压的起动电阻和/或从脉冲定时的标准组件被供电的充电电路，该充电电路对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是所述低压供电，
当所述蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，所述起动电阻和/或所述充电电路借助开关被断开，以及
当所述蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，所述起动电阻又借助所述开关被接通，其中所述接通阈值被选择为小于所述断开阈值。
2.一种用于发光器件的操作装置的低压供电电路，其中：
所述供电电路具有被供以电网电压并对蓄能元件充电的起动电阻，所述蓄能元件的充电电压是所述低压供电，
当所述蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，所述起动电阻借助开关被断开。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，当所述蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，所述起动电阻又借助所述开关被接通，其中所述接通阈值被选择为小于所述断开阈值。
4.根据权利要求2或3所述的电路，其中，所述开关是晶体管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电路，其中，所述蓄能元件的充电电压被供给滞回比较器，其中所述开关基于所述比较器的输出信号来操作。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，借助所述比较器的输出信号，选择性地接通负载或电流源，借助所述负载或电流源又从所述开关的控制输入中得到电流。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电路，其中，所述电路被集成电路形式构成。
8.一种用于发光器件的操作装置，尤其是用于气体放电灯的镇流器，其中，所述发光器件优选作为脉冲定时的标准组件如半桥电路或全桥电路的负载被接通，所述操作装置具有权利要求1至7任一项所述的电路。
9.一种在用于发光器件的操作装置中提供低压供电电路的方法，所述操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器，其中：
起动电阻被供应电网电压并且对蓄能元件充电，所述蓄能元件的充电电压作为所述操作装置的低压供电，以及
当所述蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，所述起动电阻借助开关被断开。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，所述起动电阻又借助所述开关被接通，其中所述接通阈值被选择为小于所述断开阈值。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述蓄能元件的充电电压被供给滞回比较器并且所述开关基于所述比较器的输出信号来工作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，借助所述比较器的输出信号，选择性地接通负载或电流源，借助所述负载或电流源又从所述开关的控制输入中得到电流。
13.一种用于发光器件的操作装置的低压供电电路，所述操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器，其中：
所述供电电路与脉冲定时的标准组件耦合并具有整流电路，该整流电路的输出对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是所述低压供电，以及
当所述蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，所述供电电路借助开关被断开。
14.根据权利要求13所述的电路，其中，当所述蓄能元件的充电电压降低到接通阈值时，所述供电电路又借助所述开关被接通，其中所述接通阈值被选择为小于所述断开阈值。
15.根据权利要求13或14所述的电路，其中，所述开关是晶体管。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的电路，其中，所述开关的开关过程与所述半桥或全桥电路的开关过程同步。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的电路，其中，所述供电电路通过变压器与所述半桥或全桥耦合并具有双向整流桥(D)，该双向整流桥的输出对所述蓄能元件充电。
18.一种用于发光器件的操作装置的低压供电电路，所述操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器，其中，一个或多个气体放电灯作为脉冲定时的标准组件尤其是半桥电路或全桥电路的负载被接通，其中：
-所述供电电路与所述脉冲定时的标准组件耦合并具有整流电路，该整流电路的输出对蓄能元件充电，所述蓄能元件的充电电压是所述低压供电，以及
-所述供电电路通过感应方式尤其是依靠变压器与所述脉冲定时的标准组件耦合并具有双向整流桥(D)，该双向整流桥的输出对所述蓄能元件充电。
19.一种产生用于发光器件的操作装置的低压供电电路的方法，所述操作装置尤其是用于气体放电灯的镇流器，其中，一个或多个气体放电灯作为脉冲定时的标准组件的负载被接通，其中：
所述供电电路与所述脉冲定时的标准组件耦合并且具有整流电路，该整流电路的输出对蓄能元件充电，该蓄能元件的充电电压是所述低压供电，以及
当所述蓄能元件的充电电压增压至断开阈值时，所述供电电路借助开关被断开。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述开关的开关过程与所述脉冲定时的标准组件的开关过程同步。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述供电电路依靠变压器与所述脉冲定时的标准组件耦合并且具有双向整流桥(D)，该双向整流桥的输出对所述蓄能元件充电。
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