專利名稱：用迭代的電壓脈沖運行的燈的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于燈的，特別是為介電阻礙放電設計的(所謂“靜止的”)放電燈用的電子鎮(zhèn)流器。
背景技術：
這樣的放電燈是公知的。它們必須用可以在放電燈上接上迭代高壓脈沖的電子鎮(zhèn)流器運行。本發(fā)明卻是針對可以用迭代地產生的電壓脈沖運行的其它的燈類型的鎮(zhèn)流器，并且特別針對其中如同在介電阻礙放電那樣電容特性主導的燈，或者那樣地連接的燈。
此外還公知，在產生高壓脈沖的鎮(zhèn)流器中安裝電感，并且通過不同的變壓器結構，譬如所謂的流通互感器(Flusswandler)或者禁止互感器(Sperrwandler)，產生所要求的電壓脈沖。在此，電感可以涉及具有供電回路的抽頭和含燈的燈回路燈回路的抽頭的簡單扼流圈，也可以涉及所謂的節(jié)能變壓器，或者本文優(yōu)選地涉及隔離變壓器。供電回路用電流沖擊電感并且從而優(yōu)選地可以通過一種本文稱為第一開關的開關(在變壓器的情況下是初級回路開關)切換。

發(fā)明內容
本發(fā)明基于進一步開發(fā)鎮(zhèn)流器的一般結構的技術問題。
根據(jù)本發(fā)明為此提出一種可以通過可控制的第二開關低電阻地短路的第二繞組，用于產生鎮(zhèn)流器的工作時相，在所述的工作時相第二繞組是低電阻地短路的。
此外本發(fā)明針對如權利要求18所述的方法以及如權利要求19所述的照明系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明的優(yōu)選實施形式在從屬權利要求中說明。
也就是本發(fā)明以短路電感的繞組的可能性為特征。實際上，這樣的短路當然具有不同于零歐姆的電阻，但是應當比較其余的阻抗是低歐姆的，以完成下面詳細地說明的作用。低電阻地短路繞組把在該繞組上的感生電壓阻擋或者說限制到非常小的值。從而得出，穿過該第二繞組的磁通大體上是時間恒定的，也就是相對其它的時間過程只是緩慢地在時間上變化?？梢孕蜗蟮卣f在根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器中穿過第二繞組的磁通被“凍結”。此外，第二繞組還可以是第一繞組的一部分，或者反之，也就是有別于第一繞組的抽頭。然而也可以是第二繞組本身。
從而為鎮(zhèn)流器的開發(fā)者和企業(yè)得出新的自由度，可以根據(jù)本發(fā)明用不同的方式利用這種自由度。
例如可以利用所述的工作時相通過外部信號觸發(fā)鎮(zhèn)流器運行。這個方面在一個并列的申請中詳細地說明。在此觸發(fā)信號可以大致用作所謂的運行時相的接通點。本發(fā)明的個方面在本發(fā)明人同時呈交的并列申請中詳細地說明。
另一方面有可能，通過凍結穿過第二繞組的磁通，在需要時進一步地阻止磁芯的磁性反應(至少在第二繞組的磁化電感方面)。從而在短路時決定性地保留所有在實際電感中存在的雜散電感。
特別是使的以下情況成為可能首先是在為介電阻礙的放電設計的放電燈中，在起輝后通過所述的電壓脈沖放電燈的大體上的容性充電，其中應當短路第二繞組。也就是，結果燈的電容性充電的放電只由雜散電感(從燈回路看去的方向在初級方)減速，并且通過電感自身的變壓器進行燈回路和初級回路(在此初級回路概念不必以真正的變壓器為前提)之間的變壓，也就是在通過由電感起作用的電壓和電流變換但沒有磁化電感的等效電路的意義上進行。由此使之可能把通過電感的磁芯的磁化通量保持得很小，從而可以把磁芯從而也把電感設計成小的部件。
在本發(fā)明中，特別地使用變壓器，優(yōu)選地使用分離變壓器(其中“第二繞組可以實施為其兩個繞組之一的一部分，或者也可以分開地實施)。如果作為電壓-時間-積分或者為變壓器磁芯中的磁化通量達到小的值，因為燈足夠快地放電并且從而不為本來的起輝特別是在介電阻礙的放電在變壓器上施加不必要的其它電壓，從而可以在根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器中安裝特別小的變壓器。這除了成本優(yōu)勢首先還有裝置的大小和重量方面的優(yōu)勢，這主要是通過變壓器決定的。
“消除”變壓器的磁化電感(或者一般地說根據(jù)本發(fā)明的電感，其中下文中沒有限制時不再在此之間加以區(qū)別)使之可能在電路技術上減少放電過程中變壓器的有效電感，并且從而相應縮短有效時間常數(shù)或者提高燈回路的有效特征頻率。
特別是在本發(fā)明中優(yōu)選流通互感器的設計，其中在電感中，也就是在第一繞組中，饋入電流，所述電流同時在燈回路中建立感生電壓(在“第三”繞組中，所述的第三繞組不必須是真正的第三個繞組，而是還可以只通過其抽頭與第一或第二繞組相區(qū)別)。這樣的流通互感器首先在中等或者較大的燈功率時，在電容性特性中常規(guī)地與向第一繞組施加電流電路中的顯著開關損耗相關聯(lián)。然而根據(jù)本發(fā)明在閉合短路開關時流過第一繞組的電流由第二繞組“吸取”，從而可以在初級回路中在“第一”開關上不建立什么電感電壓。也就是根據(jù)本發(fā)明的設計可以在初級回路中有在很大程度上無損耗切換。
第一開關優(yōu)選地，然而并非必須地，大致在過零點時接通燈電壓，并且同樣優(yōu)選地，在過轉折點后，也就是在通過第一開關的電流的正負符號變換后，在其后續(xù)的過零點時重新開路。短路開關也是優(yōu)選地大致在最大的燈電壓也是在燈電壓過轉折點后，也就是在正負符號變換后，接通，并且同樣優(yōu)選地大致在流過第二繞組的電流過零點時重新使短路開關斷開。具體地可參閱實施例。
根據(jù)本發(fā)明的快速拆除燈的電容充電可以優(yōu)選地引起一種內部的逆起輝，導致燈的內部相反極化，從而在其方面可以引起新的起輝電壓。對此可以參閱本發(fā)明人的較早的申請EP99 953 611。這種逆起輝(Rueckzuedung)可以接在“正起輝(Hinzuedung)”之后，也就是接在通過本來的流通互感器脈沖引進的起輝電壓之后，因為次級回路相應地快速擺回。然而也可以第二繞組有些時間延遲地短路。在此有可能首先接在“正起輝”之后進行第一逆起輝，所述第一逆起輝是通過流走放電燈上的外部電荷并且從而使內部的相反極化起作用所引起。如果然后產生第二繞組的短路，就突然明顯地提高了次級回路的特征頻率，從而這可以產生(另一個)引起(另一個)逆起輝的強烈的振蕩過程。隨著短路第二繞組還可以觸發(fā)逆起輝。在此變例中變壓器還可以在這種“觸發(fā)了的”逆起輝有效和快速地退磁，從而達到本發(fā)明的目的。
然而總體上優(yōu)選在正起輝以后不讓有過多的其它起輝(要分配給同一個流通互感器的)，因為在起輝以后，或者在本例中在逆起輝以后，至下一個起輝過程前使之有一定的“死時間”對于介電阻礙的放電燈中光產生的效率是有利的。因此優(yōu)選地在“觸發(fā)了的”逆起輝以后再開路短路開關，以防止其它的起輝。
最后還可能，短路開關閉合與上一次所述起輝之間、也就是與正起輝及后續(xù)的自發(fā)逆起輝之間的時間間隔大得，可以把它作為脈沖工作方式介電阻礙放電燈意義上的死時間。
所述短路開關可以通過一個對寄生的晶體三極管二極管(MOSFET的管體二極管)極性相反的二極管連接在第二繞組上，就是說，與之并聯(lián)連接。該二極管防止管體二極管對第二繞組的不利影響。然而還可以采用一種二極管橋，所述的二極管橋使之可能在兩個極性的時相中都使用短路開關。此外還有可能，取代二極管橋通過一個在其兩個連接端經(jīng)基準電位短路的開關把第二繞組接地。然而該實施形式要求兩個短路開關而不是一個短路開關。另一方面，與前述帶有一個二極管橋的實施形式相反，這種短路開關可以通過在時間上恒定并且確定的基準電位控制。在二極管橋的情況下，控制電極(例如柵極)的基準電位視短路開關的極性起伏，也就是視短路開關在源極或漏極上或者發(fā)射極或集電極上是正還是負而起伏。
可以是獨立的繞組也可以只是電感、特別是變壓器上的另一個抽頭的第二繞組優(yōu)選地被設計成，在短路開關上最大出現(xiàn)500-800V的最高截止電壓。一方面第二繞組不應當在在短路開關上產生過低的電壓，因為反之會在相關的短路回路中產生相對大的感生電流。較大的感生電流與不利的歐姆損耗相關聯(lián)。另一方面希望不要讓短路開關上的電壓過大，以不必使用過于昂貴的晶體三極管。所述的500V-800V之間的范圍得到較有利的折衷。
前文已經(jīng)說明了，本發(fā)明使之在電感或者變壓器能夠有很小的磁芯最大磁化磁埸，并且特別允許使用小的電感和變壓器。在此優(yōu)選地不飽和地運行磁芯。特別優(yōu)選地磁芯的最大磁化磁埸盡可能地保持在100mT以下，以充分地利用由此引起的電感下降，然而這產生了對采用的電感的各個參數(shù)的依從性，還有對運行條件特別是溫度的依從性，這在本發(fā)明的范圍內是不希望的。取而代之根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器應當盡可能地通過配置采用的開關設計，并且此外盡可能地針對不同的應用情況通用地設計。
優(yōu)選地是雙極的鎮(zhèn)流器，也就是為燈回路中交替極性的脈沖設計。由此避免因為在各個工作周期中不完全退磁在電感或者其磁芯中的剩磁隨著時間積累，并且用雙極運行的“穩(wěn)定狀態(tài)”達到平均的零磁化。
在上述的開關控制的范圍內為了適應各個應用情況特別考慮短路開關的微控制器控制和在一定情況下的初級回路開關的微控制器控制。在設計一定的燈類型的這樣的鎮(zhèn)流器時，在最有利的情況下可以只匹配微控制器的軟件，并且此外對不同的燈類型采用“硬件技術上”相同的電路。
最后本發(fā)明顯示出其剛好與介電阻礙的放電燈相關聯(lián)的優(yōu)勢，并且還針對由這樣的燈構成的照明系統(tǒng)以及根據(jù)以上說明的鎮(zhèn)流器。已經(jīng)說明了的雜散電感(從燈回路的層面)應當在這樣的照明系統(tǒng)中優(yōu)選地設計得，從雜散電感和采用的燈的電容得出至少0.4微秒，優(yōu)選地至少1微秒，并且最高10微秒，優(yōu)選地最高5微秒的周期時長。


下面說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其中在此表述的特征也可以在其它的組合中對本發(fā)明是重要的，此外既可以涉及根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器和照明系統(tǒng)，也就是涉及裝置類型，也可以涉及本發(fā)明的方法類型。
圖1是原理電路圖，示出根據(jù)本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器和照明系統(tǒng)。
圖2示出圖1的電路的控制信號的示意性時程圖。
圖3示出圖1的電路的不同的電計量的時程圖，作為關于圖2的測量啟示錄。
圖4a示出圖3的一個段落，用于說明一個發(fā)明方面。
圖4b示出圖3的另一個段落，用于說明一個發(fā)明方面。
圖5示出與圖1不同的第二實施例。
圖6示出與圖1不同的第三實施例。
圖7示出與圖1不同的第四實施例。
具體實施例方式
圖1中用1表示帶有輸出端S1、S2和Sk的電子控制器。具體地控制器1是微控制器。分離變壓器具有三個繞組W1、W2和W3，在以上說明的意義上它們是第一、第二和第三繞組。因此第三繞組接在燈回路中，也就是與介電阻礙的放電燈L連接。第一繞組W1在其兩端各通過一個開關晶體管T1或T2接地，并且通過中間抽頭M與供電電位U8連接。從而可以用極性上交替的方式向第一繞組W1施加電壓，并且按照流通互感器的原理感應第三繞組的交替極性的感應脈沖。在此可以用對地的電位基準通過控制輸入S1和S2控制兩個開關晶體管T1和T2。
第二或短路繞組W2在其方面兩端通過兩個開關晶體管T3和T4分別與地連接。兩個開關晶體管T3和T4由電子控制器1的同一控制輸出端Sk控制。從而短路繞組W2在其兩端依據(jù)通過Sk的控制短路或者開路。
從而帶有圖1中示意地示出的電路的電子鎮(zhèn)流器通過分離變壓器W1、W2、W3以公知的方式向放電燈L施加電壓脈沖，并且按照同樣地公知的脈沖工作方法引起照明。在此為了控制開關晶體管T1和T2得出如圖2中示意性地示出的控制信號S1和S2的時程。圖3中還示出開關晶體管T3和T4的控制信號Sk，也就是示出短路繞組的短路。這樣的短路在第一繞組W1的電壓脈沖按照流通互感器原理注入第三繞組并且注入燈回路以后進行。
圖3借助于實際測量曲線示出主要的電氣過程。
下方示出是流過短路開關T 3和T4的電流，在此用IT3標示出。該電流IT3直接在短路后顯示出一個明顯的脈沖，然后該脈沖消失。短路開關開路后出現(xiàn)的振蕩不起作用。
此外可以看到加在放電燈L上的燈電壓UL和上方流經(jīng)放電燈L的電流IL。參照圖3左區(qū)，首先可以看到一個突出的、陡然開始并且是正的燈電壓振擺。在此涉及在開關晶體管T1接通過程后開始工作的流通互感器。所述流通互感器產生圖示的、與起輝和相應的燈電流IL的振擺相關聯(lián)的燈電壓。還可以看到，隨著燈電壓UL的下降沒有出現(xiàn)明顯地在極性上相反的燈電流脈沖，這種電流脈沖如果出現(xiàn)會歸結于放電燈上的外部充電部分地流出后的自發(fā)逆起輝從而在第一次起輝過程后由于內部極化的相應埸。這樣的脈沖本來是完全可能的。
在另一個時程中燈回路過沖，從而出現(xiàn)負的燈電壓UL。如果讓這個振動過程繼續(xù)下去，會有較大的電壓時間積分并且從而在變壓器中出現(xiàn)磁化。恰好介電阻礙的放電燈具有顯著的電容負載成分，特別是涉及較大的燈的時候。除了放電容器的電容量和介電壁壘以外在此起作用的還有對環(huán)境的耦合。然而作為替代，隨著在圖2中看到的Sk脈沖，在變壓器中產生短路，這種短路在電流IT3的脈沖中表現(xiàn)出來。同時電壓UL迅速地下降，因為燈回路的特性頻率急劇地上升了。這種重新的從放電燈L迅速流出電荷，如曲線IL所示，導致進一步起輝。此外，因此進行相應小的燈電壓UL的時間積分并且從而在第三繞組W3上的電壓更多。也就是通過短路開關可以相當?shù)叵拗拼判敬呕?br> 圖4a和4b示出圖3中的燈電壓的相應片段，其中在圖4a中示出無短路地進行的燈電壓的振擺過程積分，而圖4示出在圖3中實際出現(xiàn)的積分?？梢钥吹剑瑳]有短路開關構成了大得多的電壓時間積分。在下部通過使用短路開關相當?shù)叵拗屏诉@種積分的建立(估計約限制到1/5)，在此通過相反極性的短的峰值積分已經(jīng)進行了磁芯磁化的消除。而其后接的面積分還對此添加了，在其末端求和只導致比圖4a小得多的總數(shù)值。接在后面在圖4a中符號反轉了的積分還是導致磁芯磁化的消除。
這兩個右邊的平面積分相應于燈回路的剩余振擺，所述的剩余振擺由于其與以前的、在圖4a中所示的振擺相比小得多的幅度不再帶有重大的缺點了。經(jīng)過了對于脈沖方法典型的死時間以后重復相應的過程。事實已經(jīng)表明，通過之觸發(fā)第二起輝過程的、起輝(兩者歸根結底起源于同一個流通互感器脈沖)之間的時間間隔，也就是Sk信號的時間位置，是可以調節(jié)的。在本例中起輝實際上考慮成由死時間分開的兩個功率耦合脈沖。然而本發(fā)明本可以還用起輝之間的許多小的時間間隔實施，這樣的許多小的時間間隔就不看作死時間了。
比較圖2和圖3可以看出，第一開關大約在燈電壓UL的剩余振擺的過零點時接通并且電流IT1+T2突變以后大致在過零點重新斷開。在此例中短路開關在燈回路突變后在最大燈電壓UL時閉合(就是說晶體管T3和T4)并且大致在過零點時重新開路。然而這些開關時間點卻不是根本的。對于燈電流曲線還要說明，在圖3中所示的測量由于測量技術的原因在電流方向上有些對水平軸線推移，這使得在類似結構的比較上得出相反的極性。實際上晶體管3和T4大致在電流IL的零點閉合。燈電流IL在“正起輝脈沖”后至該時間點實現(xiàn)相對弱的半振擺。
此實施例還可以代替此圖1中所示的推挽變壓器以單端變壓器或者半橋的形式實現(xiàn)。此外還可以替代兩個開關晶體管使用單個短路開關T5，所述的短路開關通過二極管橋D1-D4連接在短路繞組上。圖5示意地示出帶有二極管橋D1-D4的推挽變壓器的例子，而圖6示出帶有二極管橋D1-D4的半橋的例子。在圖中為了簡化略去了控制路線。
圖7中示出帶有用于連接短路開關T5的單個退耦二極管D5的單端變壓器的例子。該二極管D5與短路開關T5的寄生晶體三極管體二極管反接，從而可以避免意外的短路。此外通過所述的二極管橋還可以用負的電流部分適當?shù)乜刂?。由于轉換決定的流經(jīng)二極管D5的小電流其損耗保持得很小。
為限制初級方的開關T1和T2的峰值電流，可以基本上通過適當?shù)那皇覙嬙爝m當弱地實現(xiàn)第一繞組W1的磁耦合。這與短路繞組W2和燈抽頭之間的磁耦合無關。
圖5、6和7中的例子還示出，短路繞組W2可以是初級繞組W3的一部分。特別是可以調節(jié)在短路開關T5上出現(xiàn)的電壓的大小，其中優(yōu)選600-800V之間的范圍。
在所述例子中變壓器磁芯的最大磁化磁埸顯著地在100mT以下，這是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的。
本發(fā)明的基本構思還可以用于其它的要運行燈特別是運行具有電容特性的燈的情況。根據(jù)本發(fā)明的短路時相可以有不同的優(yōu)點，其中在細節(jié)上還可以注意不同于限制電感的磁化的其它方面。特別涉及在時間上控制運行，在實施例中在時間上控制接在短路后的起輝。
本發(fā)明的一個重要的優(yōu)點在于，可以通過同步控制信號S1和S2和特別是Sk把電子鎮(zhèn)流器個性化地匹配不同類型的放電燈L。這種匹配可以無硬件匹配地采用純軟件技術實施。
權利要求
1.用于燈(L)的電子鎮(zhèn)流器，具有電感(W1、W2、W3)以在含燈(L)的燈回路中產生迭代的電壓脈沖(UL)，所述電感(W1、W2、W3)具有可以由電壓源(UB)施加電流的第一繞組(W1)，其特征在于，通過可控短路開關(T3、T4、T5)可低阻短路的第二繞組(W2)以產生鎮(zhèn)流器的運行時相，其中該第二繞組(W2)被以低電阻方式短路。
2.如權利要求1所述的鎮(zhèn)流器，所述的鎮(zhèn)流器是為介電阻礙的放電設計的放電燈而設置的，并且其中，在通過電壓脈沖(UL)進行的起輝以后使第二繞組(W2)短路，以對由電壓脈沖(UL)引起的燈(L)的電容性充電進行放電。
3.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中所述電感(W1、W2、W3)是變壓器，優(yōu)選地是分離變壓器。
4.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，所述的鎮(zhèn)流器為了產生電壓脈沖(UL)被設計成流通互感器。
5.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，控制施加電壓脈沖(UL)的第一開關(T1、T2)大致在燈電壓(UL)的過零點時導通。
6.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，控制施加電壓脈沖(UL)的第一開關(T1、T2)大致在電流的過零點時被斷開。
7.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中短路開關(T3、T4、T5)大致在燈回路中的電壓最大值閉合。
8.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，在由施加電壓脈沖(UL)起輝以后在施加下一個電壓脈沖(UL)之前通過電感(W1、W2、W3)在燈(L)中發(fā)生逆起輝。
9.如權利要求8所述的鎮(zhèn)流器，其中所述短路開關(T3、T4、T5)在逆起輝后被斷開。
10.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中短路開關(T5)通過二極管(D5)并聯(lián)連接到第二繞組(W2)上，該二極管(D5)到短路開關(T5)的寄生晶體三極管體二極管相反極性地連接。
11.如權利要求1-9之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，短路開關(T5)通過二極管橋(D1-D4)并聯(lián)連接在第二繞組(W2)上。
12.如權利要求1-9之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，所述第二繞組(W2)可以通過相應的開關(T3、T4)在其兩個連接端通過基準電位短路。
13.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，如此設計第二繞組(W2)，使得在短路開關(T5)上出現(xiàn)500-800V范圍的最大截止電壓。
14.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，電感(W1、W2、W3)的磁芯的調制保持在100mT以下。
15.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，為了產生電壓脈沖(UL)設計交替的極性。
16.如以上權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中，所述短路開關(T3、T4、T5)由微控制器(1)控制。
17.如權利要求16所述的鎮(zhèn)流器，其中，控制施加電壓脈沖(UL)的第一開關(T1、T2)由所述微控制器(1)控制。
18.設計關于一定的燈類型(L)的如權利要求17所述的鎮(zhèn)流器的方法，其中，只匹配微控制器(1)的軟件。
19.用如權利要求1-17之一所述的鎮(zhèn)流器制造的照明系統(tǒng)以及為介電阻礙放電而設計的放電燈(L)。
20.如權利要求19所述的照明系統(tǒng)，其中，由電感(W1、W2、W3)的雜散電感和放電燈(L)的燈電容得出0.4微秒至10微秒之間的周期時長。
全文摘要
本發(fā)明涉及介電阻礙的放電燈(L)的電子鎮(zhèn)流器，所述的電子鎮(zhèn)流器具有帶有可短路繞組(W2)的電感(W1、W2、W3)。
文檔編號H05B41/28GK1582082SQ20041005661
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權日2003年8月11日
發(fā)明者R·萊歇勒, O·沙爾莫澤 申請人:電燈專利信托有限公司