CN1456029A

CN1456029A - 放电灯用的镇流器

Info

Publication number: CN1456029A
Application number: CN02800051A
Authority: CN
Inventors: 小西洋史; 中村俊朗; 神原隆; 小谷幹; 田中寿文
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-11-12
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: CN1321547C; US6693393B2; DE10290424T1; WO2002056645A3; WO2002056645A2; DE10290424B4; US20030111969A1

Abstract

一种放电灯用的镇流器，包括DC－DC转换器，它提供被调整的DC输出，以便起动和保持灯工作；还包括控制器，以便在被监视的DC输出基础上，提供用于调整DC输出的闭路控制。该控制器还提供用于中断闭路控制的开路控制，为了不进行闭路控制而补充足够的灯电流，在灯刚刚开始放电之后立即限制周期，由此成功地补偿灯起动和进行到灯稳定工作。

Description

放电灯用的镇流器

技术领域

本发明涉及放电灯，如高亮度放电(HID)灯用的镇流器，特别涉及包括DC-DC转换器的电子镇流器，该转换器从DC电压源如电池得到输入DC电压，以提供用于操作灯的高DC电压，本发明还涉及利用DC-DC转换器的放电灯工作方法。

背景技术

如在日本专利早期公报No.11-260584公开的，众所周知的用于HID灯的典型电子镇流器包括：提供增加的DC输出的DC-DC转换器以及将DC输出转换成用于驱动灯的AC功率的反相器。DC-DC转换器包括开关元件，驱动该开关元件以重复中断输入DC电压，从而调整得到的DC输出。在该镇流器中还包括控制器，为了在闭路控制中调整DC输出，该控制器控制DC输出并在受控DC输出基础上改变DC-DC转换器的开关元件的任务，由此产生起动电压和维持电压，以便根据灯的条件而起动和保持灯工作。

为了点亮灯，首先控制DC-DC转换器，以将输出DC电压增加到起动电压，该起动电压作为起动灯放电是足够高的，之后点亮该灯以起动该灯。一旦灯被起动，即建立电弧放电，就可以看到输出DC电压快速降低，并伴随着灯电流相应降低。这在如此短的时间内发生，以至于后面很难进行闭路控制。结果是，虽然灯在已经起动之后需要大量电流以顺利进行灯稳定工作，但是闭路控制可能延迟，并依赖于起动电压左右的高压，由此使DC-DC转换器只产生小量灯电流。就是说，由于在从灯起动到灯稳定工作的非常短的过渡期间闭路控制响应延迟，因此DC-DC转换器不能给灯输送足够量的电流，这有时可能使灯无意识地熄灭。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种用于放电灯的改进镇流器在不产生无意识灯熄灭的情况下能成功地进行从灯起动到灯稳定工作。根据本发明的镇流器包括适合于从DC电压源接收输入DC电压的DC-DC转换器。该DC-DC转换器具有开关元件，驱动该开关元件以重复切换输入DC电压，从而提供DC输出。该镇流器中还包括控制器，为了调整DC输出，该控制器控制DC输出并在被控DC输出基础上提供改变开关元件任务的闭路控制，以便DC-DC转换器提供起动放电灯放电的起动电压和保持放电灯工作的工作电压。本发明的特征在于控制器提供中断闭路控制的开路控制，以便提供开关元件在预定图形被控制到接通和断开的起动辅助周期，从而提供足够量的DC输出，用以成功地补偿灯起动。设计起动辅助周期以开始识别DC输出满足第一参考电压，这表示放电灯的放电正好开始，并且结束表示完成灯起动的条件识别。

因而，在没有与闭路控制相关的延迟的情况下，在灯刚刚起动之后开路控制可给灯提供足量的电流，由此成功地补偿了灯起动并使灯转换到灯稳定工作。

在最佳实施例中，设计控制器以在从起动辅助周期开始算起的预定时间之后终止起动辅助周期。预定时间的选择方式是在闭路控制立刻恢复到开路控制时，从DC-DC转换器输送给灯的电流看起来没有急剧变化。

该镇流器还包括控制从DC电压源输送的输入DC电压的输入DC电压控制器。该控制器在起动辅助周期期间工作，随着被控输入DC电压增加而减小开关元件的接通周期。通过这种布置，不管输入DC电压怎样改变，DC-DC转换器都可以供应适量的输出，由此成功地使灯工作，同时可用的输入DC电压相对低，同时在输入DC电压相对高时避免了给灯加过量功率，用于保护灯和镇流器。

代替的方案或与减小接通周期的上述方案相结合，在被控输入DC电压增加时，控制器可增加开关元件的切换频率，用于成功地使灯工作，同时保护灯和镇流器。

最好把控制器设计成使开关元件的接通周期增加起动辅助周期时间，以使足量的电流可连续地馈送给灯并与在起动辅助周期内的灯电压的相应增加匹配，由此成功地完成灯起动。接通周期可以按照阶梯方式或连续增加。

此外，该镇流器可包括测量放电灯断开之后的时间用的灯断开定时器。在这种情况下，控制器被设计成随着消逝时间的减少而延长开关元件的接通周期。即，从灯断开到灯再起动的时间越短，馈送给灯用于成功地再起动灯的电流量越大。换句话说，一方面，接通周期设定得越长，灯断开之后的再起动越快，由此可以输送足量电流用以再起动灯。另一方面，在灯断开之后的再起动时间很长时，可以减小电流，由此防止过量电流流过灯和镇流器，用于保护灯和镇流器。

此外，镇流器可包括储存在起动辅助周期期间更新的被控DC输出的存储器，因而只要闭路控制恢复，控制器可依赖被更新的DC输出。利用这个结果，如果在开路控制结束之后读出DC输出，闭路控制可采用更新正确地表示在起动辅助周期期间的DC输出，而不会因响应它而以其它形式出现可能的延迟，由此用于一致地调整DC输出，由此保证从灯起动到灯稳定工作的平滑过渡。

在另一最佳实施例中，镇流器包括第一检测器和第二检测器，其中第一检测器监测DC输出的输出电平，并在输出电平满足第一参考值时发布表示灯的放电正好开始的第一状态信号，第二检测器监测DC输出的输出电平并在输出电平满足不同于第一参考值的第二参考值时发布表示灯已经起动的第二状态信号。当发布第一和第二状态信号控制器工作以依次进行开路控制和闭路控制，从而正常调整DC输出。另一方面，当只发布第二状态信号时，控制器响应以中断开路控制并只进行闭路控制。在这种情况下闭路控制工作以产生比由开路控制产生的输出低的输出，因此在相对低电平的最终DC输出降低到下限以下时，提供用于确定镇流器的不正常条件的良好基础。

当同时发出第一和第二状态信号时，控制器响应以提供功率指令第一图形，闭路控制据此调整DC输出。第一图形确定功率指令随着时间降低到预定值，因此控制器可以根据第一图形给被成功地起动的灯补充最佳功率，由此可以使灯进行到后面的运行阶段，并产生足量的光输出。

当只发出第二状态信号时，可能表示不正常条件，这种不正常条件是由于例如短路或接地故障而使镇流器部分出故障造成的，因而由于存在某些电路阻抗而产生某些输出。在这个条件下，控制器提供功率指令的第二图形，闭路控制据此调整DC输出。第二图形确定不同的功率指令并随着时间降低到预定值。当闭路控制取决于从起动闭路控制的相同时间时，功率指令的第二图形提供比第一图形低的功率指令。利用第二图形，DC输出快速降低到下限以下，这就可以立即确定闭路控制开始而没有进行开路控制时的不正常条件，由此在对镇流器的电路部件不产生应力的情况下保护镇流器和灯。可通过修改第一图形以加速功率指令的降低，可以很容易地获得第二图形。或者，第二图形可以定义为不高于额定功率电平的固定电平。

第一参考值最好是DC输出的电压电平，并且低于在起动灯之前施加的最大DC电压，第二参考值是低于第一参考值的电压电平。

此外，镇流器可包括控制流入开关元件的输入电流的输入电流检测器。关于这一点，控制器具有利用参考值将输入电流限制到被控输入电流的功能，并且可以选择用于限制开路控制中的输入电流在其以下的第一上限和选择比第一上限低的用于限制在灯在额定电平下工作中的输入电流在其以下的第二上限。通过在开路控制中引入第一上限，可以保护镇流器和灯不流过过量电流。第一上限可在起动辅助周期期间随着时间而降低，以便后来在起动辅助周期内输送中等电流，从而根据灯起动特性而保持灯起动，并消除了不需要的功率。而且，第一上限可以随着被控输入DC电压增加而降低，因此不管输入DC电压怎样变化，都可以提供足量的电流给灯，用于成功地补偿灯起动。

通过下面结合附图的详细说明，使本发明的这些和其它目的以及有利特征更明显。

附图说明

图1是表示根据本发明第一实施例的用于高亮度放电灯的镇流器的电路图；

图2是表示镇流器的一般工作的波形图；

图3是表示趋于由该镇流器产生的灯电压曲线和灯电流曲线的波形图；

图4是表示镇流器的基本工作的波形图；

图5A和5B是表示利用开路控制调整镇流器的输出功率的替换方式的示意图；

图6是表示镇流器的工作的示意图；

图7A和7B分别是表示随着镇流器的输入DC电压变化的参数的示意图；

图8是表示随着输入DC电压变化的电流极限值的示意图；

图9是表示镇流器的工作顺序的流程图；

图10是表示镇流器的再起动操作的波形图；

图11是表示根据本发明第二实施例的另一镇流器的电路图；

图12是表示根据本发明第三实施例的再一实施例的电路图；和

图13A和13B是表示镇流器的工作的示意图。

具体实施方式

本发明的放电灯镇流器特别适于操作采用车用电池作为输入DC电源的机动车的高亮度头灯，但本发明不限于这个特殊应用，而是可一般应用于放电灯的灯镇流器。

参见图1，其中示出了根据本发明第一实施例的镇流器。该镇流器由DC-DC转换器20和反相器40构成，其中DC-DC转换器20被如此连接，以便从DC电源10如车用电池接收输入DC电压，用于提供经调整的DC输出，反相器40将DC输出转换成施加给放电灯1的低频AC功率。该镇流器中还包括升压器50，它从DC-DC转换器20获得的一部分功率以产生升压电压；以及点火器60，它由升压电压产生用于点燃灯1的点火电压。该镇流器还包括控制DC-DC转换器20和反相器40的控制器70，用于在DC-DC转换器20的被控输出DC电源基础上起动该灯并维持灯工作。

DC-DC转换器20包括变压器30和跨接在DC电源10上与变压器30的初级绕组31串联的开关元件24。控制开关元件24以在变化的频率和变化的接通周期重复接通和断开，以便将能量积累到变压器30和电容器34中。当开关元件24接通时，输入电流从DC电源10流过初级绕组31，以便将能量储存在其中。电容器34连接在初级绕组31和次级绕组32之间，并跨接在DC电压源10上与二极管26串联，当开关元件24断开时，另一输入电流流过初级绕组31、电容器34、次级绕组32和二极管26以便在绕组31和32以及电容器34中积累能量。二极管26和次级绕组32的串联组合跨接在由电感器37和电容器38构成的低通滤波器36上，即，输出端连接到反相器40，因此当开关元件24断开时，积累在次级绕组32中的能量通过二极管26释放，以便给反相器40提供输出DC电压。而且在这个条件下，为了减少输入电流波动，输入电流连续流过初级绕组31、电容器34、次级绕组32和二极管26并返回到电压源10。在开关元件24接通以连续给反相器40提供输出DC电压时，电容器34释放其能量。所示转换器20只是示意性示出的，如果利用相同开关元件调整DC输出，该转换器可以不同地构成。例如，可同样采用公知的反馈型或降—升压型DC-DC转换器。

反相器40是具有四个开关41、42、43和44的全桥结构，其中这四个开关由驱动器45按照以下方式驱动，其中一对对角开关41和44与另一对对角开关42和43交替接通和断开，以便提供用于灯工作的低频AC电压。连接驱动器45以从控制器70接收低频控制信号，以使低频反相器输出信号。用于转换器20的开关元件24的驱动器45和驱动器25由从一部分转换器20得到电能的电压源121赋能。虽然所示实施例的镇流器包括用于操作灯1的反相器，但是本发明不限于此，可以不需要用于操作特殊类型放电灯的反相器。

点火器60包括变压器，其初级绕组61和次级绕组62在馈送反相器输出的路径上与灯1串联连接。电容器64和放电间隙开关65的串联组合跨接在初级绕组61上，该串联组合用于使电容器64放电，以便在次级绕组62感应高点火电压，加该高点火电压以点燃灯。

电容器64由采用出现在转换器20的电路中的电压升压器50充电，以便提供足以使电容器64快速充电的升高的DC电压。升压器50构成为由二极管、电容器和电阻器构成的科尼克罗夫特—沃尔顿电压倍增器。升压器50的输入端跨接在转换器20的二极管26上，并且该升压器由跨接在二极管26上的电压产生被升高的DC电压。如此构成的升压器50提供升高的DC电压，该电压将随着开关元件24的开关频率增加而快速增加。该升压器可以是例如采用变压器等的另外一种构形。

提供控制器70，以便主要通过闭路控制，即，按照反馈方式在转换器的输出基础上调整DC-DC转换器20的输出DC功率，以便在灯起动时提供起动灯电压和在灯被起动之后提供灯工作电压。控制器70还可构成为在灯被点燃之后，立即在与反馈控制无关的情况下提供足够的灯电流，用于补偿灯起动和将灯起动至足以稳定灯在额定电平下工作。这样，控制器70提供开路控制，只在灯刚刚起动之后的限制时间周期P1内超越或中断闭路控制。

图2表示起动和保持灯工作的所加灯电压和灯电流的典型特性。在灯被断开给DC-DC转换器20赋能时，控制器70进行闭路控制，将DC-DC转换器20的输出电压从零增加到例如约为380V的灯起动电压，并保持起动电压直到灯被点燃为止。然后，升压器50给点火器60提供用于点燃灯的足够的高压。只要点火器60点燃灯以起动灯放电，从DC-DC转换器20的赋能开始点火通常例如在20毫秒内完成，灯电压Vla急剧降低。确认电压向下降低到例如220V的阈值电压V_TH。只要由控制器70确认电压下降，开路控制超越闭路控制以提供起动辅助周期P1，其中在没有延迟的情况下输送足够的灯电流，否则如果闭路连续进行则将有延迟，因此补偿灯起动和使灯起动成功地进行到灯稳定工作。

起动辅助周期P1被选择为固定值，例如300μs，这比闭路控制响应以在DC-DC转换器20的输出DC功率基础上提供反馈电流的响应时间长。即，如图3所示，在输出DC电压降低到阈值电压V_TH时，如果闭路控制仍然有效以响应时间T1被控制的输出DC功率，在提供真实反映瞬时输出功率的反馈电流时有一定延迟。因此，闭路控制值只提供不足的和错误的反馈电流，如图3中虚线表示的，该电流反映输出功率，即，在它降低到阈值电压V_TH之前被控制的高输出电压。相反，降低到V_TH的输出DC电压时，本发明的开路控制有效，由此提供足量灯电流，如图3中的实线表示的，而没有延迟并保证可靠的灯起动，不存在不希望的灯熄灭现象，这种现象在图3中虚线所示的灯电流不足情况下可能存在。

在完成开路控制之后，闭路控制恢复以提供被调整的DC输出功率，因此DC-DC转换器20与反相器40共同协作，以便在后来的例如约为15-75毫秒的预热周期P2内输送第一图形灯电流Ila，然后在后来的例如0-60秒的运行周期P3内输送第二图形灯电流Ila，之后，最后输送第三图形灯电流Ila。如图2所示，周期P2内的第一图形的特征在于，为了充分加热灯电极以防止灯突然熄灭，在约周期P2的一半的时间内在一个方向流入例如约0.4-2A的相对高电流，然后按另一个方向流入电流，而周期P3中的第二图形的特征在于，为了成功地使灯亮度增加到指定值，流入大小逐渐降低到例如约0.4A的电流。提供第三图形以流入例如约0.4A的电流，以便保持灯在额定电平下工作。

回到图1，现在介绍控制器70的详细结构。控制器70包括产生驱动脉冲的驱动脉冲发生器80，为了以改变接通周期和改变频率接通和断开开关元件24，所述驱动脉冲通过驱动器25馈送到开关元件24。控制器70中还包括监视表示灯电压的输出DC电压的输出电压监视器71、监视表示灯电流的输出电流的输出电流监视器72、监视流过开关元件24的输入电流的输入电流监视器73。在比较器74检测每次输出DC电压超过上限V_H时，该上限是例如约380V的灯起动电压，比较器74给驱动脉冲发生器80发送停止信号，以便断开开关元件24。这样，DC-DC转换器20产生输出DC电压，该输出DC电压在转换器赋能之后增加到灯起动电压并保持在灯起动电压，直到灯被点燃为止，如图2所示。提供另一比较器75，作为灯刚刚起动的结果，该比较器比较输出阈值DC电压VTH，以便发送开路控制要求的信号。

控制器70还包括功率指令表90，该功率指令表储存表示功率指令的预定功率指令，而闭路控制根据功率指令调整输出DC功率。功率指令与被控输出DC电压一起输送到电流指令器91，该电流指令器由等式I＝P/V(其中P＝功率指令，V＝被控DC电压)计算电流指令I。如此获得的电流指令馈送到误差放大器92，在那里与被控输出电流相比较，以便通过成比例的和积分处理，提供目标电流指令Ip1。为了调整输出DC功率与目标功率指令匹配，处理目标电流指令Ip1以驱动开关元件24。详细地说，驱动脉冲发生器80包括触发器81，连接该触发器81以从PWM发生器94接收脉冲串，并按检测脉冲的上升边缘提供触发信号。如果比较器74给“与”门82提供表示输出DC电压不超过上限VH或灯起动电压的高电平输出，触发信号通过“与”门82输送到RS触发器83的设置端，由此通过另一“与”门84响应接通开关元件24。即使RS双稳态触发器83被来自比较器85的高电平输出复位时，这表示被控输入电流，即流过开关元件24的电流超过通过D/A转换器86被转换成相应模拟值的目标电流指令Ip1，或者当与门84检测到来自PWM发生器94的脉冲的下降缘时，无论那种情况先发生，开关元件24断开。这样，进行闭路控制，以便基本上以来自PWM发生器94的脉冲确定的固定频率但按开关元件24的改变的接通周期来驱动开关元件24。

闭路控制只在输出电压刚刚降低到阈值电压V_TH之后的短时间周期P1内中断开路控制。为此，控制器70包括开路控制断续器100和选择器101。断续器100在从比较器75接收到低电平输出时，使输出DC电压首先降低到阈值电压V_TH，这表示作为灯放电的初始结果，断续器100提供中断请求。锁住中断请求，并在经过周期P1之后没有发出中断请求。提供选择器101，以便在断续器100的控制下在闭路控制和开路控制之间切换，并且，该选择器构成为能选择输出来自误差放大器94的目标电流指令Ip1和从电流限制指令器102输送的预定图形的电流极限Tp2中的一个。即，只要从断续器100发出中断请求，选择器101设定为输出电流极限Ip2到驱动脉冲发生器80，从而开路进行控制使馈送电流不超过电流极限Ip2。否则，选择器101输送目标电流指令Ip1，以便采用该指令进行闭路控制。

通过发出中断请求，断续器100分别激活频率分配器103和接通周期分配器104，以便分配开关元件24的频率预定图形和接通周期，PWM发生器94据此产生用在驱动脉冲发生器80中的相应脉冲串，从而进行开路控制。开路控制的频率固定在例如80kHz，而在起动辅助周期P1期间随着时间T1增加到T2而接通周期从D1增加到D2，如图4所示，以便在起动辅助周期P1内最后增加灯电流，用于成功地补偿灯起动。随着时间T1增加到T2而接通周期可具有从D1阶梯式增加到D2的图形，如图5A所示，或者可以具有从D1向D2连续增加的图形，如图5B所示。图中虽然未示出，但是用代替方式，可以控制频率在起动辅助周期P1期间或结合改变接通周期使其随着时间而增加。对此，电流极限可设置成具有在起动辅助周期P1期间随着时间从IH降低到IL的图形，如图4所示。

再回到图1，控制器70还包括灯断开时间计算器110，该灯断开时间计算器与充放电电路112以及灯断开监视器114协作提供从灯断开开始计算的时间。充放电电路112包括电容器(未示出)，该电容器由从专用电压源120输送的电压VDD充电，其中该专用电压源120是通过电源121从输入DC电压源10供电。响应灯接通，灯断开监视器114起动，开始给充放电电路112的电容器充电，并响应灯断开，灯断开监视器114起动以开始给电容器放电。

在电容器两端电压的基础上，灯断开计算器110计算灯断开时间，并将其发送给断续器100，断续器100响应以便修改在起动辅助周期P1期间要驱动的开关元件24的接通周期。如图6所示，修改接通周期使其随着灯断开时间增加而从D4降低到D3。这样，当灯在断开之后很快再起动时，可以给灯提供足以再起动该灯的大电流。由于刚刚被断开而仍然热的灯需要比正常冷起动条件下更多的功率，因此上述方案特别有利于成功地再起动该灯。当然，可以通过其它的任何技术来测量灯断开时间。

控制器70还包括输入DC电压监视器130，为了在补偿输入DC电压的可能变化，在起动辅助周期P1期间调整接通周期和开关元件24的频率，该监视器130给断续器100提供被控输入DC电压，断续器100响应以起动接通周期分配器104和频率分配器103。即，设定接通周期，以便随着输入DC电压在VinL-VinH之间的容许范围内降低而使接通周期从D5增加到D6，如图7A所示，同时设定频率，以便随着输入DC电压在容许范围内降低而频率从F1降低到F2，如图7B所示。相应地，随着DC电压降低，DC-DC转换器20可输送更大的灯电流，以便保证成功地补偿灯起动。虽然所示实施例表示了改变接通周期和频率，但是同样可以改变接通周期和频率中的的至少一个。因此，随着输入DC电压在容许范围内的降低，为了使电流极限从I_P2L增加到I_P2H，断续器100还可以起动电流限制指令器102，如图8所示。

此外，控制器70还包括灯接通监视器132，该灯接通监视器132不变地监视DC-DC转换器20的输出DC电压，以便当输出DC电压位于预定参考电压范围内时，例如40-100V，提供表示灯已经被接通的灯接通信号。响应灯接通信号，反相器控制器140激活以产生确定反相器40的开关41-44的频率的反相器控制信号。然后反相器控制信号馈送到驱动信号发生器141，起动驱动器45，以便以预定频率接通和断开开关41-44。这样，从起动辅助周期P1刚刚结束之后的时间T2开始给灯加AC电压，使灯通过加热阶段P2和运行阶段P3进入额定工作阶段P4，如图2所示。

开路控制断续器100与控制器70的一些其它元件集成在一起成为微型计算机，并包括顺序控制器200，编程该顺序控制器200以执行操作顺序，如图9所示。顺序从镇流器的赋能开始。此时，顺序控制器200从灯接通监视器132的输出知道灯没有被起动，即没有负载连接到镇流器，以便设定“无负载图形”(步骤1)。通过无负载图形，顺序进行到用于灯起动的闭路输出控制(步骤2)，这就进行闭路控制，使输出电压增加到灯起动电压，即由比较器74确定的最大电压V_H，例如380V，如图2所示。当灯被点燃的同时起动灯电压保持在灯起动电压时，看到由于灯开始放电而使输出DC电压急剧降低。可以通过输出DC电压相应向下降低到阈值电压V_TH例如220V来检测放电。通过从比较器75检测到下降电压(步骤3)，控制器200起动断续器100以超越闭路控制并允许在起动辅助周期P1内进行开路控制，由此提供足够的灯电压，如前面所述(步骤4)。起动辅助周期P1结束之后，闭路控制恢复，以提供用于保持灯接通的输出DC电压。此时，控制器200与灯接通监视器132协作，检查灯是否仍然接通(步骤5)。当灯接通时，设定灯接通模式(步骤6)，以继续闭路控制，提供用于保持灯接通的输出DC电流(步骤7)。

在闭路控制期间，不断地检查灯是否被断开(步骤)。如果灯被断开，控制器200判断是否需要再起动灯(步骤9)。如果判断需要再起动，控制结束，以停止镇流器工作。否则，顺序返回到用于再起动灯的步骤2。例如，当没有来自灯接通监视器132的灯接通信号，同时检测到在用于确定灯接通的上述参考电压范围以下的某低输出电压时，控制器200判断由于接地故障或短路造成灯或镇流器中存在某些危险故障，确定不需要再起动并停止镇流器工作。相反，当没有灯接通信号或没有表示灯或镇流器出故障的这种低输出电压时，控制器200响应，通过步骤1-4再起动该灯。当在步骤3中没有检测到灯放电时，跳过开路控制，顺序经过步骤5返回到步骤2，尝试起动灯。为此，灯接通监视器132构成为，在输出DC电压明显高于用于判断正常灯接通的参考范围时，监视器132给控制器200提供起动故障信号。即，输出DC电压与接近用于确定灯放电的阈值电压V_TH的故障阈值电压V_FTH相比较，在输出DC电压超过故障阈值电压V_FTH时，灯接通监视器132提供起动故障信号，由此控制器200再次执行步骤2，以增加输出DC电压，为起动灯作准备。如果作为灯放电检测的结果，即使开始起动辅助周期P1灯起动也失败，如图10所示，输出DC电压将在顺序闭路控制中向上限增加，在这期间输出DC电压超过上述故障阈值电压V_FTH。因此，控制器200知道在步骤5灯没有被接通，使顺序返回到步骤2，再次起动灯。

第二实施例

图11表示根据本发明第二实施例的另一镇流器，其结构和操作与第一实施例的相同，除了增加了分别用于储存被监视输出DC电压和电流的存储器组件171和172之外。为了容易参考，相同部件采用相同参考标记表示。存储器组件171和172各构成为具有多个存储器和滤波器，每个存储器储存按短时间间隔采样的电压和电流，滤波器处理来自存储器的值，以提供用于改进闭路控制的合适的加载值。这样，当闭路控制使顺序恢复到开路控制时，这直接取决于很好地反映起动辅助周期期间的转换器输出的输出DC电压和电流的加载值，并且，为最佳调整输出DC电压的闭路控制提供可靠的基础，由此使灯起动平滑过渡到灯在额定电平下工作。加载值还可以为连续闭路控制提供可靠的基础。

第三实施例

图12表示本发明第三实施例的又一镇流器，其结构和操作与第一实施例相同，除了提供改进的功率指令表190之外。相同部件用相同参考标记表示。指令表190包括功率指令图形，为了与误差放大器92协作在等式I＝P/V(其中P＝功率指令，V＝被监视DC电压)基础上提供电流指令，用于进行闭路控制，其中，在误差放大器92中得到的电流指令与被监视输出DC电流相比较，以提供目标电流指令I_P1。指令表190中还包括计时器191，为了产生功率指令图形，即作为计算的时间函数绘制如图13A和13B中所示的图形，计时器191从镇流器赋能开始计算时间，并且在作为知道灯放电的结果而从断续器100接收到中断请求时复位，即进行开路控制。如图所示，确定功率指令以在计算时间内从最大功率指令Wmax向下降低到额定功率Ws。应该注意，功率指令的初始较高电平部分趋于在刚刚结束起动辅助周期P1之后的预热周期P2内输送相对大的灯电流，用于平滑和成功地使灯起动进行到灯在额定电平下工作，如前面参照图2所述。之后，在作为用于保持灯在额定电平下工作的额定功率指令的被降低功率指令Ws基础上进行闭路控制。

由于在开路控制之后的闭路控制开始时，计时器只响应中断请求而复位，以便提供高功率指令，因此，如果跳过开路控制，则可以防止转换器产生高输出。在镇流器短路或接地故障造成的灯起动失败的情况下，这有利于保护灯和镇流器，并在闭路控制跟随开路控制时保持和提供足够的灯电流。关于这一点，应该注意到，控制器200包括故障检测器，该故障检测器监视转换器20的输出DC电压，并在被监视的输出DC电压降低到表示不正常条件的临界水平时，停止镇流器工作。因此，应该保证当灯起动失败时，转换器20不依赖于初始高功率指令而是依赖于被降低的额定功率指令Ws，由此产生中等输出DC电压，以便故障检测器可以正确地知道不正常条件，立即保护灯和镇流器。另一方面，如果闭路控制依赖于高功率指令，转换器20将产生高输出DC电压，这当然将错误引导故障检测器，因此延迟保护并且可能损坏灯和镇流器。

计时器191通过连接时钟选择器192以选择地接收第一时钟信号CLK1和其频率高于第一时钟信号CLK1的第二时钟信号CLK2。通常情况下，计时器191工作以采用第一时钟信号CLK1记时。然而，当没有中断请求从断续器100发出时，计时器191接收第二时钟信号CLK2，由此加速功率指令从Wmax向Ws降低，如图13B所示。这样，修改图13A的第一图形功率指令以产生比第一图形更快地降低到额定功率指令Ws的第二图形功率指令。通过这个加速方案，闭路控制与开路控制无关时，必然使高功率指令出现的可能性最小，由此改进不正常条件的即时检测，同时最好地利用了第一图形功率指令产生第二图形功率指令。

虽然优选上述加速降低功率指令的方案，但是仍然可以在不需要使时钟信号从CLK1转换到CLK2的情况下进行上述保护，其中，只在相对短时间周期内需要高功率指令。这是因为计时器191在没有中断请求的情况下不复位，因而闭路控制依赖于已经随着记时时间的消逝而降低的功率指令，如图13A所示，其中在某一记时时间Ts过去之后功率指令饱和于Ws。

此外，以加速功率指令的降低代替在检测到中断请求时转换时钟信号，功率指令表190可构成为在开路控制没有被中断的情况下而进行闭路控制时，该功率指令表190提供等于或小于额定功率指令Ws的固定功率指令。这样，可同样立即检测到不正常条件。

这份申请基于在2001年1月12日在日本申请的日本专利申请No.2001-005704和在2001年7月16日在日本申请的No.2001-215722，并要求这两份日本申请的优先权，在这里引证仅供参考。

附图中的文字

图1：

45驱动器；25驱动器；72输出电流监视器；71输出电压监视器；73输入电流监视器；112充放电电路；86D/A转换器86；94PWM发生器；90功率指令表；141驱动信号发生器；114灯断开监视器；91电流指令器；140反相器控制器；110灯断开时间计算器；132灯接通监视器；102电流限制指令器104接通周期分配器；103频率分配器；200顺序控制器；130输入电压监视器；100开路控制断续器

图2-10： (见图中)

图11：

45驱动器；25驱动器 72输出电流监视器；71输出电压监视器；73输入电流监视器；112充放电电路；86D/A转换器：94PWM发生器；90功率指令表；141驱动信号发生器；114灯断开监视器；91电流指令器；140反相器控制器；110灯断开时间计算器；132灯接通监视器；102电流限制指令器；104接通周期分配器；103频率分配器；200顺序控制器；130输入电压监视器；100开路控制断续器

图12：45驱动器；25驱动器；72输出电流监视器；71输出电压监视器；73输入电流监视器；112充放电电路；86D/A转换器：132灯接通监视器；94PWM发生器；141驱动信号发生器；114灯断开监视器；91电流指令器；140反相器控制器；110灯断开时间计算器；102电流限制指令器；104接通周期分配器；103频率分配器；200顺序控制器；130输入电压监视器；100开路控制断续器

Claims

1.一种放电灯的镇流器，包括：

适于从DC电压源接收输入DC电压的DC-DC转换器，所述DC-DC转换器包括开关元件，驱动该开关元件以重复切换所述输入DC电压，以便提供用于驱动所述放电灯的可变DC输出；

控制器，该控制器监视DC输出，并且为了调整DC输出而提供在被监视的DC输出基础上改变所述开关元件的任务的闭路控制，以使DC-DC转换器提供起动所述放电灯放电的起动电压和保持所述放电灯工作的工作电压；

其中，所述控制器中断所述闭路控制以起动辅助周期的开路控制，其中，控制开关元件以在预定图形接通和断开，从而提供足够电平的DC输出，用于成功地补偿所述放电灯起动，

在识别到DC输出满足第一参考值时，这表示所述放电灯的放电正好开始，起动所述起动辅助周期，并在识别到表示所述放电灯完成起动时所述起动辅助周期结束。

2.根据权利要求1的镇流器，其中，所述控制器在从所述起动辅助周期开始的预定时间过去之后结束所述起动辅助周期。

3.根据权利要求2的镇流器，其中，选择所述预定时间，以便在紧接着所述开路控制之后时保持所述闭路控制，从DC-DC转换器输送到放电灯的电流不会急剧变化。

4.根据权利要求2的镇流器，其中，所述起动辅助周期比闭路控制响应被监视DC输出基础上工作的响应时间长。

5.根据权利要求1的镇流器，还包括：

监视从所述DC电压源输送的所述输入DC电压的输入DC电压监视器，

所述控制器在所述起动辅助周期中工作，以便随着所述被监视输入DC电压增加而减少所述开关元件的接通周期。

6.根据权利要求1的镇流器，还包括：

所述控制器在所述起动辅助周期中工作，以便随着所述被监视输入DC电压增加而增加所述开关元件的开关频率。

7.根据权利要求1的镇流器，其中，所述控制器在所述起动辅助周期中工作，以便随着时间增加所述开关元件的接通周期。

8.根据权利要求7的镇流器，其中，所述控制器以阶梯方式增加所述开关元件的接通周期。

9.根据权利要求1的镇流器，还包括：

测量放电灯断开之后的消逝时间的灯断开计时器，

所述控制器在所述起动辅助周期中工作，以便随着消逝时间减少而增加所述开关元件的接通周期。

10.根据权利要求1的镇流器，还包括：

储存在所述起动辅助周期期间更新的被监视的DC输出的存储器，

所述控制器依赖于在为了调整DC输出而保持所述闭路控制时被更新的DC输出。

11.根据权利要求1的镇流器，还包括：

第一检测器，监视所述DC输出的输出电平，当输出电平满足所述第一参考值时，发出表示灯正好开始放电的第一状态信号，和

第二检测器，监视所述DC输出的输出电平，并在输出电平满足不同于所述第一参考值的第二参考值时，发出表示放电灯已经起动的第二状态信号，

所述控制器工作，以便在发出第一和第二状态信号时，在所述闭路控制之后起动所述开路控制，

所述控制器工作，以便在不存在第一状态信号情况下发出第二状态信号时，结束所述开路控制而只进行闭路控制。

12.根据权利要求11的镇流器，其中，所述第一参考值是所述DC输出的电压电平，并且低于在起动灯之前输送的最大电压，所述第二参考值是低于所述第一参考值的电压电平。

13.根据权利要求11的镇流器，其中，当发出第一和第二状态信号时，所述控制器提供功率指令第一图形，闭路控制据此调整DC输出，所述第一图形确定随着时间降低到预定水平的功率指令，

在没有第一状态信号情况下发出第二状态信号时，所述控制器提供功率指令第二图形，闭路控制据此调整DC输出，所述第二图形确定不同于由所述第一图形确定的功率指令，并随着时间降低到预定水平的功率指令。

14.根据权利要求13的镇流器，其中，所述功率指令第二图形是通过修改所述第一功率指令，确定随着时间改变的功率指令，并以高于所述第一图形的速度降低功率指令。

15.根据权利要求11的镇流器，其中，当发出第一和第二状态信号时，所述控制器提供功率指令第一图形，闭路控制据此调整DC输出，所述第一图形确定随着时间降低的功率指令，

在没有第一状态信号情况下发出第二状态信号时，所述控制器提供第二图形功率指令，闭路控制据此调整DC输出，所述第二图形确定固定在不高于额定功率水平的水平的功率指令。

16.根据权利要求1的镇流器，还包括：

输入电流检测器，它监视流过所述开关元件的输入电流，

所述控制器，具有参考所述被监视输入电流以限制所述输入电流限制的功能，

灯在额定电平下工作时，所述控制器选择第一上限，把所述输入电流限制在第一上限以下和选择第二上限，把所述输入电流限制在第二上限以下，所述第一上限高于所述第二上限。

17.根据权利要求16的镇流器，其中，在所述开路控制中所述第一上限随着时间降低。

18.根据权利要求16的镇流器，还包括：

输入DC电压监视器，它监视从所述DC电压源输送的输入DC电压，

所述控制器提供随着输入DC电压增加而下降的所述第一上限。

19.一种利用DC-DC转换器的放电灯工作方法，

所述转换器从DC电压源接收输入DC电压，并包括开关元件，驱动该开关元件以重复切换所述输入DC电压，以便提供用于驱动所述放电灯的可变DC输出；

所述方法包括以下步骤：

为了调整DC输出，监视DC输出，并且在被监视的DC输出基础上进行闭路控制，以改变所述开关元件的任务以使DC-DC转换器提供起动所述放电灯放电的起动电压和保持所述放电灯工作的工作电压；

进行中断所述闭路控制的开路控制，以提供起动辅助周期，其中，控制开关元件，以便按照预定图形接通和断开，从而提供用于成功地补偿所述放电灯起动的足够电平的DC输出，和

在识别DC输出满足放电灯正好开始放电的第一参考值的基础上，起动所述起动辅助周期，在识别表示所述放电灯完成起动条件的基础上，结束所述起动辅助周期。