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CN1263430A - 控制至少一个低压放电灯的电路装置 - Google Patents

控制至少一个低压放电灯的电路装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用逆变器(Q1、Q2)控制至少一个低压放电灯(LP1、LP2)的电路装置。该电路装置有限定电网电流谐振成分的简化的谐波滤波器。在优选的示例性实施例中,由备用电容器(C2)、二极管(D1)、梯形波电容器(C7)和谐振电容器(C6)形成谐波滤波器。

Description

控制至少一个低压放电灯的电路装置
本发明涉及按照权利要求1前序部分的控制至少一个低压放电灯的电路装置。
例如在欧洲专利说明书EP0253224B1中披露的这种类型的电路装置。该专利说明书描述了低压放电灯高频操作的电路装置。该电路装置有电网电压整流器、逆变器、设计为串联谐振电路的负载电路和为了降低电网电流谐振含量的目的而设置的谐波滤波器。谐波滤波器有在正向方向上与电网电压整流器连接的两个二极管的串联电路、把二极管之间的中心抽头连接到逆变器的电压输出端的电容器、以及把二极管之间的中心抽头连接到串联谐振电路的抽头上的电容器。此外，谐波滤波器还有两个二极管，该二极管与谐波滤波器的两个二极管并联连接，其中心抽头与逆变器的电压输出端连接。
欧洲专利申请EP0679046A1披露了控制具有比较高的工作电压的低压放电灯的电路装置。该电路装置有高频整流器电桥，该电桥阻断平滑电容器充电，并供给逆变器使其具有逆变器转换节律，结果，与高频整流器电桥上游连接的存储电感器配合，并与配置在电网电压整流器输出端上的电容器配合，在与备用(back-up)电容器和负反馈电容器的相互作用中，允许在电网功率因数＞0.98的情况下的有效正弦电网电流抽取。
本发明的目的在于提供控制至少一个低压放电灯的电路装置，该电路装置有用较少电部件组成的简化的谐波滤波器。
按照本发明，通过权利要求1特征部分的技术特征来实现这一目的。在从属权利要求中论述了本发明的特别有利的优选实施例。
本发明的电路装置包括电网电压整流器，与电网电压整流器的DC电压输出端并联连接的电容器，配有连接在下游且设计为串联谐振电路的负载电路的逆变器，与逆变器的DC电压输入端并联连接的平滑电容器，带有至少一个二极管和一个电容器的谐波滤波器。按照本发明，谐波滤波器的至少一个电容器的第一连接端与串联谐振电路的谐振电容器连接，并与谐波滤波器的至少一个二极管的第一电极连接，还与电网电压整流器的DC电压输出端连接。此外，谐波滤波器的至少一个电容器的第二连接端与逆变器的电压输出端连接，而谐波滤波器的至少一个二极管的第二电极与平滑电容器连接。
这样，配备谐波滤波器的电路装置与现有技术相比更简化和更加成本有效并包括减少数量的电部件。与电网电压整流器的DC电压输出端并联连接的电容器最好按这样的方式选定规格，即其电容至少为谐振电容器电容的0.33倍。上述电容器的电容的这种优选意味着即使在至少一个低压放电灯上的电压降超过平滑电容器上的电压降，仍能确保有效地抽取正弦电网电流和相当低的谐振含量。为了避免电容器的不期望的高充电电流以及电部件上的大负载，与电网电压整流器的DC电压输出端并联连接的电容器的电容至多与谐振电容器的电容相等。
下面，利用优选的示例性实施例详细说明本发明。附图表示本发明优选的示例性实施例的电路装置的示意图。该电路装置有电网电压输入端j1、j2和与电网电压输入端j1、j2连接的滤波器电路，该滤波器电路包括电流补偿滤波电感器L1、非电流补偿滤波电感器L2和电容器C1、以及与该滤波器电路下游连接的电网电压整流器GL。备用电容器C2在连接点j3、j4上与电网电压整流器GL的DC电压输出端并联连接。二极管D1的正极通过连接点j3与电网电压整流器GL的正极输出端连接。二极管D1的负极与平滑电容器C3的正极连接端连接。平滑电容器C3的负极连接端通过连接点j4与电网电压整流器GL的负极输出端连接。平滑电容器C3用作自激半桥式逆变器的DC电压源，该逆变器由两个晶体管Q1、Q2、其驱动装置N1、N2、N3、L3、L4、R1、R2、R4、R5和发射极电阻R3、R6以及分别与晶体管Q1和Q2中一个的集电极-发射极通路并联连接的两个续流二极管D2、D3组成的自激半桥式电网电压整流器。由晶体管Q1的集电极端和晶体管Q2的发射极端或发射极电阻R5组成的半桥式逆变器Q1、Q2的DC电压输入端与平滑电容器C3并联地设置。设计为串联谐振电路的负载电路与电压输出端连接，就是说，与半桥式逆变器Q1、Q2的中心抽头M连接。负载电路有属于驱动装置的环形铁心变压器的初级绕组N1，耦合电容器C4、灯电感线圈L5和谐振电容器C6，它们全都串联连接。半桥式逆变器Q1、Q2的中心抽头M通过初级绕组N1、耦合电容器C4、灯电感线圈L5和谐振电容器C6与二极管D1的正极连接，并与连接点j3连接。此外，该电路装置有梯形波电容器C7，其第一连接端与二极管D1的正极连接，并与连接点j3连接，其第二连接端与半桥式逆变器Q1、Q2的中心抽头M连接。此外，该电路装置有包括二端交流开关DC、起动电容器C9、电阻R7和二极管D4的起动装置，两个串联连接的低压放电灯LP1、LP2的连接端j5、j6、j7、j8和辅助点火电容器C8。辅助点火电容器C8与第二低压放电灯LP2并联连接。辅助点火电容器C8的第一连接端通过负载电路中的节点与谐振电容器C6连接，并与灯电感线圈L5连接。辅助点火电容器C8的第二连接端与第一低压放电灯LP1的第二电极连接，并与第二低压放电灯LP2的第一电极连接。第一低压放电灯LP1的第一电极通过连接端j5与二极管D1的负极连接，并与晶体管Q1的集电极连接以及与平滑电容器C3的正极连接端连接，还通过连接端j6、电阻R7、起动电容器C9与连接端j4连接，并与平滑电容器C3的负极连接端连接。第二低压放电灯LP2的第二电极通过连接端j8与灯电感线圈L5连接，并与谐振电容器C6连接，以及与辅助点火电容器C8连接。
起动装置用于启动半桥式逆变器Q1、Q2的振荡。在控制单元接通后，二端交流开关DC对晶体管Q2的基极产生触发脉冲。为此，二端交流开关DC的一个连接端与设置于电阻R7和起动电容器C9之间的抽头连接，而二端交流开关DC的另一连接端通过基极串联电阻R4与晶体管Q2的基极连接。此外，设置在起动电容器C9、电阻R7和二端交流开关DC之间的上述抽头通过正向偏置的二极管D4与半桥式逆变器Q1、Q2的中心抽头M连接。
逆变器设计成为带有两个双极晶体管Q1、Q2的自激半桥式逆变器。该逆变器基本上利用环形铁心变压器N1、N2、N3来驱动，该变压器的初级绕组N1设置在负载电路中，而其次级绕组N2、N3分别设置在两个逆变器晶体管Q1、Q2中各晶体管的基极电路上。对于两个晶体管Q1、Q2来说，驱动装置在每一种情况下分别有基极串联电阻R1和R4、电感器L3和L4、以及与基极-发射极结并联连接并改善倒相晶体管Q1、Q2开关状态的电阻R2和R5。
在电路装置已经接通后，由电网电压整流器GL整流的电网电压施加于备用电容器C2上。起动电容器C9通过二极管D1和电阻R7充电至二端交流开关DC的击穿电压，由此二端交流开关DC产生驱动晶体管Q2基极的触发脉冲，从而触发半桥式逆变器Q1、Q2的谐振开始。利用环形铁心变压器RK，按晶体管Q1、Q2交替接通的方式驱动晶体管Q1、Q2的基极。在晶体管Q2导通之后，起动电容器C9通过二极管D4、晶体管Q2的接通路径和发射极电阻R6放电，直到二端交流开关DC不再产生下一个触发脉冲的程度。其频率由晶体管Q1、Q2的转换周期确定的高频交流电流流过负载电路和串联连接的灯LP1、LP2。把其值大约对应于电网电压峰值的1.4至1.5倍的DC电压施加在平滑电容器C3上。耦合电容器C4大约充电至平滑电容器C3上电压的一半。由于晶体管Q1、Q2交替接通，所以中心抽头与平滑电容器C3的负极连接端和正极连接端交替地连接，中心抽头的电位相应地减小或增加。结果，由晶体管转换周期确定的高频交流电流在负载电路中流动。在晶体管Q1、Q2的接通间隙期间，即在两个晶体管Q1、Q2均处于截止状态期间，存储在灯电感线圈L5中的能量分别维持流过对应的续流二极管D2和D3的电流。灯电感线圈L5与谐振电容器C6形成串联谐振电路。为了在低压放电灯LP1、LP2中点火气体放电，按这样的方式确定电路装置的电部件，即把增加的谐振电压提供在谐振电容器C6上和辅助点火电容器C8上。在气体放电已被点燃之后，用低压放电灯LP1、LP2的放电通路的阻抗来衰减串联的谐振电路C6、L5。
二极管D1、备用电容器C2、梯形波电容器C7和谐振电容器C6组成谐波滤波器，该谐波滤波器利用逆变器Q1、Q2的转换周期把少量电荷送入平滑电容器C3中，并与电网电压成正比。备用电容器C2、谐振电容器C6、梯形波电容器C7和二极管D1一起起电荷泵的作用。
如果晶体管Q2导通，那么逆变器Q1、Q2的中心抽头M通过晶体管Q2的导通的集电极-发射极通路与电网电压整流器输出端的负极连接。然后，根据由备用电容器C2上电压的瞬间值与中心抽头M上的电位之间的差确定的电位差，对梯形波电容器C7进行充电。其频率为电网电压频率两倍的脉动DC电压施加于备用电容器C2上。如果电网电压直接通过其峰值点，那么梯形波电容器C7大约被充电至电网电压值的1.4倍。
在随后的晶体管Q2的截止阶段，逆变器Q1、Q2的中心抽头M处的电位以及相应地在梯形波电容器C7处的电位急剧地增加。因此，梯形波电容器C7达到比平滑电容器C3高的电位，并可以通过二极管D1放电给平滑电容器C3。
当晶体管Q1随后导通时，中心抽头M的电位上升至平滑电容器C3的电位。在相反的方向上使灯电感线圈L5充电。
在晶体管Q1此后的截止阶段，存储于灯电感线圈L5中的能量流入梯形波电容器C7和谐振电容器C6。然后，晶体管Q2再次导通。
以这种方式，按高频AC电压的每个周期和逆变器Q1、Q2的每个转换周期，把能量注入给平滑电容器C3一次。在负载电路中流动的交变电流的频率一般大于20kHz。注入到平滑电容器C3中的电荷部分与备用电容器C2上的电压瞬间值成正比。
如果两个低压放电灯LP1、LP2的串联电路的灯电压峰值超过平滑电容器C3电压的一半，那么中心抽头M处的电位下降，在极性颠倒的情况下，下降至连接端j4的地电位以下，而谐振电容器C6在主电压零交叉(crossing)的区域中被再充电。在本示例性实施例中选择的备用电容器C2和谐振电容器C6的电容规格(表I)确保谐振电容器C6主要通过备用电容器C2而基本上不是由电网来再充电。因此，可以使电网电流的谐波含量低。为了使谐振电容器C6在电网电压零交叉期间主要通过备用电容器C2再充电，备用电容器C2的电容额定值应该至少为谐振电容器C6的电容额定值的0.33倍。为了避免过大的充电电流，备用电容器C2的电容额定值应该不超过谐振电容器C6的电容额定值。
在表I中表示优选的示例性实施例的电部件的适当规格。
本发明不限于上述详细说明的示例性实施例。按照实例，本发明的电路装置可以有附加部件，例如，预热低压放电灯LP1、LP2的灯丝电极的装置或当灯有故障时关闭逆变器的安全关闭断路装置。此外，谐波滤波器还可以有至少一个正向偏置的二极管，该二极管的第一电极与电网电压整流器的DC电压输出端连接，而第二电极经一连接点连接与电网电压整流器的DC电压输出端并联连接的电容器，连接谐振电容器，并连接谐波滤波器的至少一个电容器和谐波滤波器的至少一个二极管。
表I：在示例性实施例中使用的电部件的规格
R1、R4                   8.2Ω
R2、R5                47Ω
R3、R6                0.56Ω
R7                    1MΩ
L1                    2*3.9mH
L2                    2*39mH
L3、L4                10μH
L5                    1.7mH
C1                    150nF
C2                    4.7nF
C3                    10μF
C4                    220nF
C6                    10nF
C7                    6.8nF
C8                    560nF
C9                    100nF
Q1、Q2                BUF644
D1、D2、D3、D4        BYD33J
N1、N2、N3            5∶2∶2绕组
LP1、LP2              各有18W功耗的荧光灯，
                      例如，Osram Dulux D/E 18W

Claims (5)

1.一种控制至少一个低压放电灯的电路装置，包括：
电网电压整流器(GL)；
电容器(C2)，与电网电压整流器(GL)的DC电压输出端(+，-)并联连接；
逆变器(Q1、Q2)，配有DC电压输入端和电压输出端(M)；
设计为串联谐振电路的负载电路，该电路与逆变器(Q1、Q2)的电压输出端连接，对于至少一个低压放电灯(LP1、LP2)来说，负载电路有至少一个谐振电容器(C6)、灯电感线圈(L5)和连接端(j5、j6、j7、j8)；
平滑电容器(C3)，与逆变器(Q1、Q2)的DC电压输入端并联连接；
谐波滤波器，有至少一个二极管(D1)和至少一个电容器(C7)，
其特征在于，谐波滤波器的至少一个电容器(C7)的第一连接端与谐振电容器(C6)连接，与谐波滤波器的至少一个二极管(D1)的第一电极连接，并与电网电压整流器(GL)的DC电压输出端(+，-)连接；
谐波滤波器的至少一个电容器(C7)的第二连接端与逆变器(Q1、Q2)的电压输出端(M)连接，
谐波滤波器的至少一个二极管(D1)的第二电极与平滑电容器(C3)连接。
2.如权利要求1的电路装置，其特征在于，与电网电压整流器(GL)的DC电压输出端(+，-)并联连接的电容器(C2)的电容额定值大于或等于谐振电容器(C6)的电容额定值的0.33倍。
3.如权利要求1的电路装置，其特征在于，与电网电压整流器(GL)的DC电压输出端(+，-)并联连接的电容器(C2)的电容额定值小于或等于谐振电容器(C6)的电容额定值。
4.如权利要求1的电路装置，其特征在于，谐波滤波器包括与电网电压整流器(GL)的DC电压输出端(+，-)并联连接的电容器(C2)、谐振电容器(C6)、至少一个电容器(C7)和至少一个二极管(D1)。
5.如权利要求1的电路装置，其特征在于，谐波滤波器至少还有一个二极管，该二极管的第一电极与电网电压整流器的DC电压输出端连接，而第二电极与和电网电压整流器的DC电压输出端并联连接的电容器经一连接点相连，并连接谐振电容器，并连接谐波滤波器的至少一个电容器和谐波滤波器的至少一个二极管。
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