CN1857037A - 驱动高压放电灯的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动高压放电灯的电路装置，其中该电路装置具有用于给负载电路提供能量的电压互感器，该电压互感器装备有用于高压放电灯(La)的连接端子和用于脉冲点火装置的点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)的连接端子，该脉冲点火装置用于触发该高压放电灯(La)中的气体放电，并且该电路装置的特征在于，在负载电路中布置有至少一个电容器(C1)，该至少一个电容器(C1)在连接脉冲点火装置时与点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)串联，其中该电容器(C1)的电容这样来确定大小，使得该电容器(C1)对于由脉冲点火装置产生的点火脉冲来说基本上是短路，并且在成功触发高压放电灯(La)中的气体放电之后，如果灯电流流过该次级绕组(L1b)，则引起至少部分补偿点火变压器(T1)的电感。

Description

驱动高压放电灯的电路装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于驱动高压放电灯的电路装置。
I.现有技术
例如在Michael Gulko和Sam Ben-Yaakov的文章“A MHzElectronic Ballast for Aut omotive-Type HIDLamps”(IEEE PowerElectronics Specialists Conference，PESC-9 7，第39-45页，St.Louis，1997年)中说明了这样的电路装置。在该公开文献中公开了一种电流供给的推挽变换器，该推挽变换器通过变压器将高频交流电压加载到其中连接有高压放电灯的负载电路。此外，在该负载电路中连接点火装置的点火变压器的次级绕组，该点火装置产生用于触发高压放电灯中的气体放电的点火电压。
公开文献WO 98/18297说明了一种推挽变换器，该推挽变换器通过变压器将高频交流电压加载到负载电路和与该负载电路直流隔离的脉冲点火装置。在该负载电路中连接高压放电灯。该脉冲点火装置在点火阶段期间将高压脉冲提供给高压放电灯的辅助点火电极。
II.发明描述
本发明的任务是提供一种具有小的损耗功率的这类电路装置。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。本发明的尤其有利的实施方案在从属权利要求中被说明。
根据本发明的、用于驱动高压放电灯的电路装置具有用于给负载电路供应能量的电压互感器，该电压互感器装备有用于高压放电灯的连接端子和用于脉冲点火装置的点火变压器的次级绕组的连接端子，脉冲点火装置用于触发高压放电灯中的气体放电，并且该电路装置的特征在于，在负载电路中布置有至少一个电容器，该至少一个电容器在连接脉冲点火装置时与该点火变压器的次级绕组串联，其中该电容器的电容这样来确定大小，使得该电容器对于由该脉冲点火装置产生的点火脉冲来说基本上是短路，并且如果灯电路流过次级绕组，则在成功地触发高压放电灯中的气体放电之后引起至少部分补偿点火变压器的电感。
通过借助至少一个电容器来至少部分补偿灯电流流过的、点火变压器的次级绕组的电感，能够将由于该电感而在负载电路中所引起的电压降减少到希望的量度，由此减小电压互感器的部件中、尤其是其半导体开关中和其电压输出上的变压器中的损耗功率。至少一个电容器C1的电容由点火变压器次级绕组L1b的现有电感、点火变压器次级绕组的所希望的有效的电感Lsoll和电压互感器的开关频率f或灯交流电流的频率来计算出：
C1＝1/(4π2f2(L1b-Lsoll))
大的点火电感L1b得到由电压互感器供给的负载电路的高品质，并随着品质的增加，该灯电流呈现理想的正弦变化过程。由此，提高该电路装置的电磁兼容性。此外，由此还只以小强度来激励放电介质中的共鸣。
上述至少一个电容器也可以被构造为针对高压放电灯的脉冲点火装置的组成部分，该脉冲点火装置在其侧又可以被安放在高压放电灯的灯座中。
由上述电容器和点火变压器的次级绕组组成的串联振荡回路的谐振频率优选地大于500千赫兹，以便能够在其共鸣之上驱动灯并以便实现空间紧凑的点火装置。此外，在从大约300千赫兹起的工作频率中，次级绕组的电感在灯工作期间特别令人厌烦。
点火变压器的次级绕组的电感尽管能够通过上述电容器来补偿但仍应是尽可能小的，以便在灯以高频、典型地大于500千赫兹的频率工作期间最小化点火变压器中的损耗。优选地，该电感应该小于500μH。
III.优选实施例的说明
下面按照几个优选的实施例来详细地说明本发明。其中：
图1示出根据本发明的第一实施例的、用于驱动高压放电灯的电路装置，
图2示出根据本发明的第二实施例的、用于驱动高压放电灯的电路装置，
图3示出根据本发明的第三实施例的、用于驱动高压放电灯的电路装置，
图4示出根据本发明的第四实施例的、用于驱动高压放电灯的电路装置，
图5示出根据本发明的第五实施例的、用于驱动高压放电灯的电路装置。
在图1至5中所示出的本发明的实施例是用于驱动具有约35瓦特的电气耗用功率的无汞卤素金属蒸汽高压放电灯的电路装置和脉冲点火装置，该无汞卤素金属蒸汽高压放电灯被规定用于汽车的前灯。
在图1中示出根据本发明的、用于驱动上述无汞卤素金属蒸汽高压放电灯的电路装置的第一实施例。另外也示出用于触发无汞卤素金属蒸汽高压放电灯中的气体放电的、在该图中被标为“脉冲源”的脉冲点火装置，该脉冲点火装置被安放在灯座中。该电路装置包括由电池或汽车的照明发电机构成的直流电压源和电感线圈L3、可控的半导体开关S3、与该半导体开关S3并联的二极管D3以及与二极管D3和开关S3并联布置的电容器C3。这些元件L3、S3、D3和C3按照电流供给的E级变换器的方式相互连接。这些元件构成电路装置的驱动部分。该电容器C3构成上述变换器的电压输出，在该电压输出上连接负载电路，该负载电路装备有用于高压放电灯La的连接端子和用于脉冲点火装置的连接端子。该脉冲点火装置包括点火变压器T1，该点火变压器T1的次级绕组L1b被连接在负载电路中。电容器C1与点火变压器T1的次级绕组L1b串联，在灯工作期间，该电容器C1在基于其电容的大小结束高压放电灯La的点火阶段之后引起灯电流流过的次级绕组L1b的电感的部分补偿。该驱动部分和点火部分在此通过被屏蔽的同轴电缆相互连接。该电容器C1在此被构造为脉冲点火装置的部件并且被安放在灯座中。电容器C1和具有次级绕组L1b的点火变压器T1的大小在表中给出。
在图2中示出根据本发明的、用于驱动上述无汞卤素金属蒸汽高压放电灯的电路装置的第二实施例。另外也示出用于触发无汞卤素金属蒸汽高压放电灯中的气体放电的、在该图中被标为“脉冲源”的脉冲点火装置，该脉冲点火装置被安放在灯座中。该电路装置包括由电池或汽车的照明发电机构成的直流电压电源和电感线圈L4、电容器C4、分别具有与其并联的二极管D41或D42的两个可控的半导体开关S41、S42以及具有两个初级绕组和次级绕组的变压器T4。开关S41、S42被构造为场效应晶体管(MOSFET)并且这些二极管D41或D42是被集成在场效应晶体管S41或S42中的所谓的体二极管(Body-Diode)。电感线圈L4、电容器C4、具有其二极管D41、D42的半导体开关S41、S42和变压器T4根据电流供给的推挽变换器的方式(如在上面所引用的现有技术中所说明的那样)相互连接。在触发灯La中的气体放电之后，借助电感线圈L4在变压器T4的这两个同极初级绕组之间的中间抽头上施加近似恒定的电流。该半导体开关S41、S42交替地接通，以致总是接通这两个开关S41、S42中的一个。电路装置的这些上述部件构成灯La的驱动部分，该驱动部分与该灯隔离地被布置在壳体中。负载电路被连接在变压器T4的次级绕组上，该负载电路装备有用于无汞卤素金属蒸汽高压放电灯La的连接端子和用于脉冲点火装置的连接端子。该脉冲点火装置包括点火变压器T1，该点火变压器T1的次级绕组L1b被连接在负载电路中。电容器C1与点火变压器T1的次级绕组L1b串联，在灯工作期间，该电容器C1在基于其电容的大小结束高压放电灯La的点火阶段之后引起灯电流流过的次级绕组L1b的电感的部分补偿。该驱动部分和点火部分在此通过被屏蔽的同轴电缆相互连接。该电容器C1在此被构造为脉冲点火装置的部件并且被安放在灯座中。
在图3中所示出的、第三实施例的电路装置与第二实施例的电路装置的区别仅仅在于附加的串联谐振电路元件C5、L5，这些附加的串联谐振电路元件C5、L5与变压器T4的次级绕组并联。因此，在图2和3中，相同的元件带有相同的参考标记。电容器C1、C5和电感L 5一起构成串联谐振电路，该串联谐振电路在高压放电灯La的点火阶段期间给脉冲点火装置提供能量。该脉冲点火装置的电压输入为了这个目的与在点火阶段期间与灯La串联的电容器C1、C5并联。在结束点火阶段之后，串联谐振电路的、与高压放电灯La的放电路径(Entladungsstrecke)并联的元件C5、L5通过该灯La的现在导电的放电路径来短路，并且电流供给的推挽变换器的开关频率被提高如此多，以致该开关频率接近串联谐振电路的谐振频率，该串联谐振电路由现在与点火变压器T1的次级绕组L1b串联的电容器C1和上述次级绕组L1b构成。该电容器C1在结束点火阶段之后在灯工作期间引起灯电流流过的、点火变压器T1的次级绕组L1b的电感的部分补偿，由此，推挽变换器的半导体开关S41、S42和变压器T4中的损耗功率被减小。根据第二和第三实施例的元件的大小在表中给出。
在高压放电灯La的点火阶段期间，这些场效应晶体管S41、S42由其例如被构造为微控制器-控制的控制装置(未示出)交替地以350千赫兹的开关频率接通，该开关频率与串联谐振电路L5、C5、C1的谐振频率相对应。由此，在变压器T4的次级绕组上产生相同频率的交流电压，从该交流电压中借助上述的串联谐振电路产生约2500伏特的由于谐振而过高的交流电压。因此，在电容器C5、C1的串联电路上，针对该脉冲点火装置使用相应高的输入电压，该输入电压足以使脉冲点火装置的点火电容器(未示出)通过整流二极管(未示出)和充电电阻(未示出)充电到该脉冲点火装置的火花隙(未示出)的击穿电压。在击穿火花隙时，该点火电容器通过点火变压器T1的初级绕组L1a放电并且在其次级绕组L1b中产生用于触发高压放电灯La中的气体放电的、直至30000伏特的高压点火脉冲。在成功地触发高压放电灯La中的气体放电之后，串联谐振电路L5、C5通过灯La的现在导电的放电路径来短路，并且由此，被提供给谐振电容器C5的输入电压对于脉冲点火装置不再足以将点火电容器充电到火花隙的击穿电压。在成功地触发高压放电灯La中的气体放电之后，推挽变换器的开关频率被提高到550千赫兹的频率。在该工作阶段、即所谓的起动阶段或者所谓的灯的功率起动期间，给该灯La输送过高的功率，以便实现高压放电灯La的放电介质的填充部件的快速蒸发并且由此在尽可能短的时间中实现该灯La的完全的光辐射。在上述功率起动的末端，灯交流电流的频率被提高到715千赫兹的值，以便保证在35瓦特的灯的额定功率时的工作。与灯电流流过的次级绕组L1b串联的电容器C1在这个频率时引起次级绕组L1b的电感的部分补偿并因此有利于减小半导体开关S41、S42和变压器T4中的功率损耗。
本发明不限于上面详细说明的实施例，而是也可与不同于这两个上面所述类型的电压互感器结合使用。
在图4和5中示出了本发明的两个其他的实施例。这两个实施例的共同之处在于，被用于部分补偿点火变压器T1的次级绕组L1b的电感的电容器C1或C51在触发灯La中的气体放电之前被加载直流电压。该直流电压除了由脉冲点火装置产生的点火脉冲之外在其点火阶段期间可供灯La使用。在此，在灯La的放电路径由于点火脉冲变成低阻之后，该灯上的电容器C1或C51的能量释放不是突然地进行，而是由于点火变压器T1的次级绕组L1b的电感延时一定的时间间隔，该时间间隔比由点火装置产生的点火脉冲的持续时间长。由此，灯La的放电路径的低阻状态保持这个预定的时间间隔，并且该接收的可能性通过镇流器Q或根据图5的E级变换器来提高，该可能性也就是导电通道不会中断在这两个灯电极之间的放电等离子体中。
在图4中所示出的实施例中，参考标记Q表示用于驱动汽车前灯的高压放电灯的根据现有技术的镇流器。该电容器C1、用“脉冲源”标出的脉冲点火装置、点火变压器T1和灯La与在图1和2中示出的实施例相同并且因此带有相同的参考标记。该电容器C1在触发灯La中的气体放电之前通过开关S、二极管D和电阻R来充电。对此，例如可以使用该镇流器Q的空载电压。该开关S被构造为IGBT或者被构造为具有高的截止电压的MOSFET。
在图5中所示出的实施例是E级变换器与脉冲点火装置的组合。元件L52、S51、D51、C52(类似于第一实施例中那样)作为E级变换器相互接通。由二极管D52、电阻R52、火花隙FS、点火电容器C53和点火变压器T1组成的脉冲点火装置在该灯La的点火阶段期间通过自耦变压器L52的第二绕组段L52b提供能量。该电容器C51在灯La的点火阶段之前通过自耦变压器L52的第二绕组段L52b、二极管D53、电阻R53和齐纳二极管D54来加载直流电压。该直流电压与由该点火变压器产生的一个或多个点火脉冲一起引起灯中的放电气体的触发。此外，被存储在电容器C51中的能量在灯La的点火阶段期间传输给该灯La。为了这个目的，该电容器有利地被充电到大于300伏特的直流电压。为了保证该电容器C51已在击穿火花隙FS之前被充电到所希望的直流电压，RC元件R52、C53的时间常数大于RC元件R53、C51的时间常数。在成功地触发气体放电之后，灯工作期间的电容器C51的充电断开通过灯工作期间的绕组段L52b上的减小的电压降来保证，该电压降接着完全降落在齐纳二极管D54上，以致没有值得注意的直流电流流过元件D53、R53和D54。
表：根据优选实施例的电路装置的元件大小
C4       1.0nF、FKP1(WIMA)
C5       35pF
C1       570pF
L4       60μH、RM5上的20匝、N49(EPCOS)
L5       4.6mH、EFD15、N49、300匝(EPCOS)
T4       EFD25、N59、没有空气间隙，次级：40匝
         各有8匝的两个初级绕组
T1       初级：1匝，次级：37匝
L1b      150μH
S41(&D41)IRF740，功率MOSFET(国际整流器公司)
S24(&D42)IRF 740功率MOSFET(国际整流器公司)
La       无汞卤素金属蒸汽高压放电灯，额定35瓦特、45伏特。

Claims (15)

1.用于驱动高压放电灯的电路装置，其中该电路装置具有用于给负载电路提供能量的电压互感器，该电压互感器装备有用于高压放电灯(La)的连接端子和用于脉冲点火装置的点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)的连接端子，该脉冲点火装置用于触发高压放电灯(La)中的气体放电，
其特征在于，在该负载电路中布置有至少一个电容器(C1)，该电容器在连接脉冲点火装置时与该点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)串联，其中该电容器(C1)的电容这样来确定大小，使得该电容器(C1)对于由脉冲点火装置产生的点火脉冲来说基本上是短路，并且在成功触发该高压放电灯(La)中的气体放电之后，如果灯电流流过该次级绕组(L1b)，则引起至少部分补偿该点火变压器(T1)的电感。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，由所述电容器(C1)和所述次级绕组(L1b)构成的串联振荡回路的谐振频率大于500千赫兹。
3.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述次级绕组(L1b)的电感小于500μH。
4.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述电压互感器的开关频率在稳定的灯工作期间大于500千赫兹。
5.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述用于补偿所述次级绕组的电容器在触发灯中的气体放电之前被充电到直流电压，该直流电压与所述点火变压器(T1)的一个或多个点火脉冲一起引起触发所述灯中的气体放电。
6.用于驱动高压放电灯的电路装置，其中该电路装置具有用于给负载电路提供能量的电压互感器，该电压互感器装备有用于高压放电灯(La)的连接端子和用于脉冲点火装置的点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)的连接端子，该脉冲点火装置用于触发该高压放电灯(La)中的气体放电，
其特征在于，在该负载电路中布置有至少一个电容器(C1)，该至少一个电容器(C1)在连接脉冲点火装置时与该点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)串联，其中该电容器(C51)的电容这样来确定大小，使得该电容器(C51)对于由该脉冲点火装置产生的点火脉冲来说基本上是短路，并且该电容器(C51)在触发该灯中的气体放电之前被充电到直流电压，该直流电压与该点火变压器(T1)的一个或多个点火脉冲一起引起触发灯中的气体放电。
7.根据权利要求5或6所述的电路装置，其特征在于，所述电容器(C1；C51)在触发所述灯(La)中的气体放电之前被充电到大于300伏特的直流电压。
8.用于高压放电灯的脉冲点火装置，其具有用于产生点火脉冲的点火变压器(T1)，其特征在于，该点火装置具有至少一个电容器(C1)，该至少一个电容器(C1)与该点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)串联并且其电容这样来确定大小，使得该至少一个电容器(C1)对于由脉冲点火装置产生的点火脉冲来说基本上是短路，并且在成功触发该高压放电灯(La)中的气体放电之后，如果灯电流流过该次级绕组(L1b)，则引起至少部分补偿点火变压器(T1)的电感。
9.根据权利要求8所述的脉冲点火装置，其特征在于，由该电容器(C1)和次级绕组(L1b)构成的串联振荡回路的谐振频率大于500千赫兹。
10.根据权利要求8所述的脉冲点火装置，其特征在于，所述次级绕组(L1b)的电感小于500μH。
11.根据权利要求8所述的脉冲点火装置，其特征在于，流过所述次级绕组(L1b)的灯电流的频率大于500千赫兹。
12.根据权利要求8所述的脉冲点火装置，其特征在于，用于补偿所述次级绕组的电容器在触发灯中的气体放电之前被充电到直流电压，该直流电压与所述点火变压器(T1)的一个或多个点火脉冲一起引起触发该灯中的气体放电。
13.用于高压放电灯的脉冲点火装置，其具有用于产生点火脉冲的点火变压器(T1)，其特征在于，该点火装置具有至少一个电容器(C51)，该至少一个电容器(C51)与点火变压器(T1)的次级绕组(L1b)串联并且其电容这样来确定大小，使得该至少一个电容器(C51)对于由脉冲点火装置产生的点火脉冲来说基本上是短路，并且该电容器(C51)在触发灯中的气体放电之前被充电到直流电压，该直流电压与该点火变压器(T1)的一个或多个点火脉冲一起引起触发灯(La)中的气体放电。
14.根据权利要求12或13所述的脉冲点火装置，其特征在于，所述电容器(C1；C51)在触发所述灯(La)中的气体放电之前被充电到大于300伏特的直流电压。
15.高压放电灯，其具有被布置在灯座中的、根据权利要求8至14中的一个或多个所述的脉冲点火装置。
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