CN1118980A - 用于控制气体放电灯的电路结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制气体放电灯的电路结构，这种电路结构在整流器(D1、D2、D3、D4)上的连线(VL)和放电灯(FL)端子之间的电路中有一个由电感(DR3、I4)和电容(C8)组成的串联回路，从而使无功功率分量接近为零，并使供电一侧的电压峰值得到抑制。

Description

用于控制气体放电灯的电路结构
本发明涉及一种用于控制气体放电灯的电路结构，这种电路结构在对具有相线和零线的交流电网络进行整流的整流器电路的正极和负极之间有一个输入装置，此输入装置具有一个滤波器，后接一个振荡电路和一个高频振荡回路，以及一个退耦电容和一个第三线圈，此第三线圈与前述两个高频振荡回路的线圈一起绕在一个共同的铁心上，构成了一个电流变压器，并且此稳流装置接通了两个三极管与放电灯电极电路之间的连接电路。
长期以来，用于荧光灯的输入装置已为人们所知。这种装置采用的电源电压为110伏或者220—250伏，并将引燃电压提高到相当高的水准上，至大约为1000伏的数量级。同样众所周知的是，可以将普通的电源频率从50或60Hz提高到30至40KHz。这种方法的好处是，能够立即点燃放电灯。供电方要求，一方面高次谐波不应落入射频范围内，因为如果放电灯偏置电压的频率为50KHz的话，其三次谐波即为150KHz。因此，必须使频率＜50KHz，但是对于具体运用来说，又要求频率＞25KHz。另一方面，因为测量及结算都较难，所以无功电流也会成为一个较大的问题。
另一个问题因高频峰值电压而产生，因为这一峰值电压会叠加在电网电压振荡波的波峰上。如果按照DE-A-3611611，在馈电线中连接一电抗器，则就能解决这一问题。但是，这样做也有缺点，在电网频率为50—60Hz时，这样的电抗器必须做得相当大，从而不可能装入节能灯的灯座中去。为了减少高次谐波，DE-A-3222534中建议采用一个由一个电抗器和一个二极管组成的串联电路，电抗器和二极管之间的连接点处有两个电容器。这样的配置确能减少高次谐波。但是，这些元件形成了一个高频分压器，这会大大加重晶体管的负载。这一附加电抗器是高频振荡回路的一部分，从而只是部分地起到排除干扰的作用，这样，这一高频谐波仍旧高于允许值，此外，采用这一方法并不能减少无功电流部分。
与此相应，本发明的一个任务是建立一个电路结构，这一电路结构使无功电流部分近似为零，并使电源侧的电压峰值实际上得到抑制。
为达到这一点，在连接线和放电灯插座之间的电路中，在整流器处有一个由一个电感和一个电容组成的串联振荡回路，用来限制电流，其目的在于建立放电灯的高频馈电电位给整流器中二极管的导通电路。
下面借助于附图说明本发明的实施例。
图1是运用于节能灯的整体电路图，电路中含有自灯一侧向整流器电源一侧的反馈，
图2与图1相同，只是串联振荡回路有所不同，这种结构用于带有与前相同的限流器的各种强放电灯，
图3描述的电路结构与图1相同，所不同的是放电灯连接在串联振荡回路内，跟直流侧的第二电极连接在一起，
图4描述的电路结构与图1相同，所不同的是第二电极与交流侧接通，并具有一个测定整流器上升边沿的电路结构，
图5描述的电路结构与图1相同，所不同的是这一电路用于供电电压为110V时的情况。
在图1所示的电路结构中，用于某一供电网络的交流电源电压为220V，50至60Hz，其接点用P表示相线，用O表示零线。保险装置Si保护电子线路免受大电流的影响。二极管D1、D2、D3和D4构成一个众所周知的桥式整流电路，并带有电抗器DR1、一个电流补偿滤波电感DR2和补偿电容C1、C2、C3。电解质电容器C5用作平滑电容器。
用于控制放电灯FL的电路主要由带有两个晶体管T1和T2以及回扫二极管D5和D6的推挽频率发生器构成，上述元件与电阻R6和电容C7一起，使高频振荡回路的频率得到稳定。这里，电容器对晶体管T1和T2的上升特性产生影响。此二晶体管在应用时还配备有输入电阻R2和R4以及发射极电阻R3和R4。耦合电容C4用来测定由二极管D1、D2、D3和D4组成的整流器的上升边沿。起振电路由一个第一电阻R1和一个电容器C4、一个二极管D7和一个两端开关元件(Diac)组成，其作用为：将电源AC与端子P和O相连后，就使由基极电阻R2上的第一线圈I1和基极电阻R4上的第二线圈I2组成的高频振荡回路处于振荡状态。两个线圈I1和I2绕在同一环形铁芯上。
节能灯FL的一个电极E1通过连线VL与两个晶体管T1和T2之间的连接点相连，连线VL上还连有电抗器DR3、第三线圈I3和电容器C8。另一个电极E2与交流电源AC的零线O相连。串联谐振回路由电抗器DR2的谐振电感、耦合电容C6和谐振电容C7组成。这里，谐振电感DR2、耦合电容C6、晶体管T1、T2之间的上述连接点、灯FL的电极E1以及谐振电容C7，接在灯FL的加热回路中。推挽频率发生器的工作方式与用于放电灯的串联谐振回路这里不作特别说明，因为一方面每一位本领域的技术人员熟悉其工作原理，另一方面W.Hirschmann(西门子股份有限公司)编著的“电子电路”第148页有详细说明。
跨接在带有晶体管T1、T2以及回扫描二极管D5、D6的高频振荡回路上的还有二极管D8和D9，二极管D8和D9的连接点通过热敏电阻PTC与放电灯电极E1和E2上跨接的电容C12、C13的连接点相连。这一电路结构对放电灯起预热作用。
接通整流器以后，电阻PTC通常处于冷却状态，从而是低欧姆状态。为了在这样连接状况下避免在电极E1、E2之间的电压在放电灯中产生辉光放电，电容器的电容值必须相对较高，通常约为6nF。在这种状态下，输入装置的输出回路中有大约100mA的电流流过，从而电极E1、E2的螺旋线和电阻PTC在几秒种内很快加热到约900℃，这使电阻PTC处于高欧姆状态，电极E1、E2上的电压上升到1000V，从而点燃放电灯，而没有辉光放电现象出现。放电灯在点燃状态下的电压约为100V。放电灯点燃时，电阻上消耗的持续电流不超过0.5W，并先后切断预热电路和放电灯的馈电，从而从连接点H取得放电灯的馈电电流。点燃过程如上所述，然而由于二极管D8、D9的存在，在放电灯点燃后就不再有电流流过电阻PTC，使电阻又冷却。这就避免了通过电阻PTC的不必要的电流消耗。
如果在连接线VL的连接点H和电极E1之间接入一个由电感I3和电容器C8组成的串联电路，则这一电路结构还有进一步的应用。通过将第二电极E2反馈回整流电路的交流端，即如图1所示对整流器D1、D2、D3、D4交流侧的反馈使电流得到限制，并使放电灯(FL)的高频馈电电路中产生一电位加到整流器中二极管D1、D2、D3、D4的导通电路上去。随后才出现交流电正弦振荡高频电压的峰值，不会有电压峰值叠加到交流电压上去。
这清楚地表明，本发明在放电灯的应用上获得了一个实质性的改进。与已知的电路结构相比，电路元件没有实质性的增加，因为电感I3是与线圈I1和I2绕在同一环形铁芯上的另一个线圈，因而只需另外增加一个电容C8。
再增加一点花费的话，按照图2，每一普通的节能灯应用时可以包含一个电子灯座。可以看出，电抗器DR3有四个抽头，串联电路中的电感I3被划分成四个分组绕组I4a、I4b、I4c和I4d。因而很明显，必须有四个电容C8a、C8b、C8c和C8d。
另一个变异形式如图3所示。其发明点在于将电抗器DR3连接在串联电路的起始点，电抗器DR3不再连接在连线VL、也即电极E1的回路内，而是连接在电极E2的回路内，也就是说连接在整流器D1、D2、D3、D4的电流通路的正极。电抗器DR3与另一个电抗器DR4一起，构成对高频发生器的直流供电。电极E2连接在两个电抗器DR3、DR4的连接点处。其工作原理基本上与前述实施例相同，所不同的只是二极管的充电在整流器的直流侧进行。
另一种变异形式如图4所示。这里在图1所示的输出处又附加了一个第4电抗器DR4。这一电抗器DR4连接在补偿电容C3的接头点和耦合电容C4之间的交流馈电线上。这样，以实际上相同的费用，有用功率与视在功率之比将提高到0.95以上，对交流电网起反作用的谐波将减小到10％以下。实验室研究中，可以测得功率因素高于99.5以上。
为了完善起见，图5描绘了与前述电路结构基本相同的电路结构，所不同的是，这里，原来由四个二极管组成的全波整波电路被一个由二极管D10和D11以及与之相连的电容C2和C3组成的倍压整流电路取代。直流电流的平滑滤波是由电解电容C4和C5来实现的，这两个电容中的每一个与二极管D10和D11的直流输出以及电源AC的相线P相连。当然，电极E2连接在交流电一侧。其工作原理与前述实施例电路结构相同，同时，高频电压也只能达到交流电压的瞬时振幅值，从而谐波振荡中没有或者只有很少量的失真。

Claims (8)

1.一种控制气体放电灯的电路结构，它包含对具有相线(P)和零线(O)的交流电源进行整流的整流电路(D1、D2、D3、D4)正负极之间的一个输入装置，所述的输入装置含有一个滤波级(C1、C2、C3、DR1、DR2)、一与所述滤波级相连的起振电路(R1、C6、D5、DI-AC)和一高频振荡回路(R2—R6，T1、T2、D5、D6、C6、I1、I2)，还有一退耦电容(C7)、第三电抗器(DR3)，它们与高频振荡回路的上述两个电感(I3、I4)一起绕在同一铁芯上，构成一电流变压器；所述输入装置在两个三极管(T1、T2)之间的连接点(H)通过连接导线(VL)连通到放电灯(FL)的一个电极(E1)上去，所述放电灯(FL)的第二电极(E2)通过谐振电容(C12、C13)而与第一电极(E1)相连，其特征在于，在连线(VL)和放电灯(FL)的插座之间的电路中，在整流器(D1、D2、D3、D4)处有一个由电感(DR3，I4)和电容(C8)组成的串联回路，用来抑制电流，并在整流器中二极管(D1、D2、D3、D4)的导通电路中建立放电灯(FL)的高频馈电电位。
2.如权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述的串联振荡回路(DR3，I4，C8)连接在连接点H和放电灯(FL)的一个电极(E1)之间。
3.如权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述放电灯(FL)一方面以其电极(E1)通过电感(I4，DR2)和电容(C6)与连接点(H)相连，并且放电灯(FL)连接到串联振荡回路(DR3，I4，C8)中去。
4.如权利要求3所述的电路结构，其特征在于，串联振荡回路(DR3，I4，C8)直接与电源端子(P，O)中的一个相连，并且在与电流端子(P，O)相连的第二电极(E2)和整流器(D1、D2、D3、D4)之间连接了一个附加电抗器(D4)。
5.如权利要求3所述的电路结构，其特征在于，所述串联振荡回路(DR3、I4、C8)直接与电流端子(P、O)中的一个相连，并且所述第二电极(E2)与电流端子(P，O)直接相连。
6.如权利要求3所述的电路结构，其特征在于，所述串联振荡回路(D3、I4、C8)从放电灯的第二电极(E2)接入整流器(D1、D2、D3、D4)后的直流电流通路，从而与电感(DR3)串接了另一个电抗器(DR4)，并且电容器(C8)跨接在电感(I4)和电抗器(DR3)之间。
7.如权利要求2所述的电路结构，其特征在于，所述串联振荡回路的电感(I4)和电容(C8)以并联分枝的形式(I4a、I4b、I4c、I4d、C8a、C8b、C9c、C8d)构成，并使放电管(FL)的第一电极(E1)的电路对应于放电管(FL)光功率而有选择地接通其中某一条分枝。
8.如权利要求1至7中任意一种所述的电路结构，其特征在于，两个二极管(D8、D9)与高频振荡回路中的二极管(D5、D6)并联相连的预热电路的中间点通过热敏电阻PTC而和将放电管(FL)的两个电极(E1、E2)桥接起来的两个电容器(C12、C13)之间的连接点相连通。
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