專利名稱：為氣體放電燈供電的方法和用于這種燈的鎮(zhèn)流器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分別在權(quán)利要求1和權(quán)利要求5的前序部分中介紹的一種為氣體放電燈供電的方法和一種用于這種氣體放電燈的鎮(zhèn)流器電路。
背景技術(shù)：
由US 6,483,252公開了所述類型的方法和鎮(zhèn)流器電路。按照現(xiàn)有的方法和鎮(zhèn)流器電路，市電電壓的整流包括通過使用緩沖電容器對整流電壓進(jìn)行緩沖。檢測出仍然存在于整流電壓上的波紋電壓，并且將其用作壓控發(fā)生器的調(diào)制信號，該壓控發(fā)生器控制逆變器。波紋電壓的頻率是市電電壓頻率的兩倍。波紋信號具有鋸齒波形，并且相對于市電電流具有相移。逆變器切換的控制信號由所述調(diào)制信號加以調(diào)制，以防止在聲共振頻率附近發(fā)生聲共振，聲共振可能會使燈的操作發(fā)出可以聽到的聲音，并且聲共振可能會損壞鎮(zhèn)流器電路，包括燈在內(nèi)。這種情況在鎮(zhèn)流器電路與高強(qiáng)度放電(HID)燈一起使用的狀態(tài)下尤為顯著。
單級鎮(zhèn)流器電路在其整流部分中并沒有很大的緩沖電容器。因此，在由全橋整流器對市電電壓進(jìn)行整流后，結(jié)果得到的電壓并不是恒定不變的。此外，在市電電壓和市電電流都是正弦波并且同相的情況下，由市電供應(yīng)的功率具有頻率為市電頻率兩倍的正弦波形，該正弦波形在市電電壓的每個(gè)過零點(diǎn)處有達(dá)到零值的波谷。因而，由逆變器供應(yīng)的高頻輸出功率傾向于具有類似于市電輸入功率波形的包絡(luò)波形。由于電路作為一個(gè)整體進(jìn)行操作，因此逆變器可能不能提供充足的功率來維持所述波形。故而高頻功率的包絡(luò)將不具有正弦波形。接著這將會被反映到看作一個(gè)整體的電路的市電輸入端上，意味著將會在市電電流中出現(xiàn)不想要的市電頻率諧波。于是市電端處的總諧波失真(THD)因數(shù)將超出標(biāo)準(zhǔn)。這種情況必須要加以避免，但借助現(xiàn)有方法和電路是無法實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是解決前面介紹的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明的上述目的是通過提供按照權(quán)利要求1中所述的方法來實(shí)現(xiàn)的。
該方法整體上或部分地可以通過使用軟件來實(shí)現(xiàn)。通過使用軟件，鎮(zhèn)流器電路的大小和成本相對于現(xiàn)有技術(shù)而言都較低。實(shí)際上，鎮(zhèn)流器電路的大小和成本與功率需求無關(guān)。
本發(fā)明的上述目的也可以通過給出權(quán)利要求8中所述的鎮(zhèn)流器電路來實(shí)現(xiàn)。


結(jié)合附圖，從下面的示范性介紹中，本發(fā)明將會逐漸地變得清晰明了。在這些附圖中圖1表示按照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的控制部分的第一實(shí)施方式的原理圖，用于圖解說明按照本發(fā)明的方法的第一個(gè)例子；圖2表示按照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的控制部分的第二實(shí)施方式的原理圖，用于圖解說明按照本發(fā)明的方法的第二個(gè)例子；和圖3表示按照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的控制部分的第三實(shí)施方式的原理圖，用于圖解說明按照本發(fā)明的方法的第三個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式
附圖1中所示的按照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的控制部分的第一實(shí)施方式的原理圖包括逆變器2、壓控發(fā)生器(VCO)4和第一控制電路6。逆變器2可以是全橋式或半橋式的逆變器，該逆變器的開關(guān)(未示出)串聯(lián)連接在整流后的、基本上未緩沖的電壓之間，該電壓是由整流器(未示出)通過對由市電電源(未示出)供應(yīng)的基本為正弦的市電電壓進(jìn)行整流而供應(yīng)的。整流后電壓的波形將由一系列市電波形的整流后半周期構(gòu)成。這些開關(guān)是通過使發(fā)生器4向這些開關(guān)的輸入端供應(yīng)互補(bǔ)控制信號而得以交替接通和切斷的。這將導(dǎo)致在所述開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生基本上為矩形的電壓。在整個(gè)說明書中，所述基本為矩形的電壓也稱為電橋輸出電壓。所述節(jié)點(diǎn)借助儲能電路(未示出)與氣體放電燈(未示出)相連接，該儲能電路包括一個(gè)或者多個(gè)電感和一個(gè)或多個(gè)電容。一般來說，要將儲能電路調(diào)諧到電橋輸出電壓的頻率上。所述頻率比一般來說為50Hz或60Hz的市電頻率要高得多，可能處于50KHz到300KHz的范圍之內(nèi)。
對于附圖1的介紹這一點(diǎn)而言，該原理圖與用于氣體放電燈的現(xiàn)有鎮(zhèn)流器電路一致。因?yàn)樵撛韴D的這一部分對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，所以在附圖中沒有示出某些物理部件，例如整流器、橋形電路、儲能電路和燈。
第一控制電路6與發(fā)生器4的控制輸入端相連接。取決于由控制電路6供應(yīng)到發(fā)生器4的控制信號的幅值，發(fā)生器4改變它發(fā)生振蕩的頻率。一般來說這樣的控制用于提供恰當(dāng)?shù)臈l件，以便點(diǎn)亮燈和在經(jīng)過市電電壓的過零點(diǎn)時(shí)再次重新點(diǎn)亮燈。
在理想狀態(tài)下，市電輸入端上的輸入功率具有這樣的波形該波形為正弦，且該波形的頻率是市電頻率的兩倍。也就是說，在市電電壓和市電電流同相和/或逆變器能夠提供包絡(luò)波形與市電輸入端處的功率波形相同的高頻輸出功率(包括低頻)的理想情形下。直到現(xiàn)在也不能實(shí)現(xiàn)這樣的情形。結(jié)果，所述高頻功率包絡(luò)波形并不是正弦波形，這接著又被反映到市電電流的波形上，在市電電流中造成低市電頻率的諧波，這超出了總諧波失真(THD)因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。
按照本發(fā)明，通過將市電電流的波形整形成基本為正弦波形，使THD因數(shù)得到降低。
為此，對市電電流進(jìn)行測量，以給出市電電流測量值信號im，由減法器(或比較器)8將該測量值信號與參考波形信號進(jìn)行比較或者用參考波形信號減去該測量值信號。該參考波形信號是由第二發(fā)生器10產(chǎn)生的。
為參考波形信號使用什么樣的波形形狀取決于市電電流本身或其表征值的測量位置。在下文中將會解釋，參考波形信號的形狀不必是使得市電電流變?yōu)橥昝勒也ǖ男螤睢Ｈ绻须婋娏魇窃谑须娸斎攵藢?shí)測的，則將會把參考波形信號的波形選擇成基本為正弦的波形并且參考波形信號將會具有市電頻率。如果在在全橋整流器的輸出端上測量市電電流的表征值，則所述波形將會由一系列具有相同極性的市電波形半周期構(gòu)成。使參考波形信號與市電電壓的表征值同步，以具有相同的相位。
減法器8在其輸出端給出供一個(gè)被應(yīng)給第一控制電路6的誤差信號。該第一控制電路可以是積分(I)控制器，或者是比例積分(PI)控制器。利用恰當(dāng)?shù)沫h(huán)路放大來避免環(huán)路振蕩，圖1的控制環(huán)路將會控制壓控發(fā)生器4并且從而控制鎮(zhèn)流器電路的阻抗，以致市電電流測量值信號im的波形將會跟隨和匹配具有相同相位的參考波形信號，由減法器8供供應(yīng)的誤差信號不斷趨近于零。結(jié)果，市電電流將會基本上沒有不想要的低頻諧波，市電端上THD因數(shù)得到顯著降低。
圖2中示出的按照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的控制部分的第二實(shí)施方式的原理圖與圖1的第一實(shí)施方式的不同之處在于它此外還包括使鎮(zhèn)流器電路總是工作在感性模式下的裝置。為了達(dá)到這一程度，圖2的原理圖此外還包括用于測量電橋輸出電壓Vb的裝置、用于測量流經(jīng)與燈連接的儲能電路的電感的電流iL的裝置和用于檢測所測得電橋輸出電壓Vb的相位相對于電感電流iL的相位的相位差的相位檢測器12?？梢杂^察到，電橋輸出電壓Vb總是超前于電感電流iL。假設(shè)所述相位差或者相位檢測器12的輸出為正值，則由第二減法器14用參考最小相位差值min減去(或比較)所述的相位差，該第二減法器由此將會給出第二誤差信號。將該第二誤差信號供應(yīng)給第二控制電路16，該第二控制電路可以是積分(I)控制器，或者是比例積分(PI)控制器。將第二控制電路16的輸出信號供應(yīng)給加法器18，該加法器還接收市電電流測量值信號im，以將它們的和提供給第一減法器8的減數(shù)輸入端，而不是僅僅提供市電電流測量值信號im。對第一減法器8的減數(shù)輸入端使用不同返饋信號(相對于附圖1的原理圖)的結(jié)果是，第一控制電路6做出的響應(yīng)使市電電流看起來似乎比它的實(shí)際大小大并且控制環(huán)路將會持續(xù)不斷地嘗試增加高頻率。高頻率將不會減小到最小頻率以下，因?yàn)楦偷念l率會使Vb與iL之間的相位差減小到超出min。儲能電路和鎮(zhèn)流器電路整體上將會僅僅工作在感性模式下。
使用圖2的包含相位檢測器12到加法器18的附加部分的原因在于，如果沒有這一附加部分，則在各種環(huán)境下，想要得到的輸出功率包絡(luò)波形都不能跟隨期望的市電功率波形。結(jié)果控制環(huán)路(沒有所述的附加部分)會持續(xù)不斷地減少高頻率，以致進(jìn)入了從整體上看的電路操作的容性模式。操作的容性模式不是想要的，因?yàn)榭赡軙捎谶^高的dv/dt穿過逆變器開關(guān)(通常是MOSFET)而造成大量切換耗損甚至電路故障。
所述圖2相對于圖1的附加部分可以在效果相同的前提下采用不同方式來進(jìn)行安排和/或安排在不同的位置上。例如加法器18可以由減法器替換，將該減法器安排在減法器8的正輸入端處或者輸出端處，同時(shí)該替換減法器的負(fù)輸入端與第二控制電路16的輸出端相連接。
圖3中示出的按照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的控制部分的第二實(shí)施方式的原理圖與圖2的第一實(shí)施方式的不同之處在于它此外還包括用于將鎮(zhèn)流器電路的功率控制到參考功率值Pset的功率控制環(huán)路。該附加的功率控制環(huán)路可以以相同的方式應(yīng)用于圖1中所示的電路。
該附加的功率控制環(huán)路包括用于測量市電電壓Vm的裝置(未示出)、分別對市電電流測量值信號im和市電電壓測量值信號Vm進(jìn)行濾波的低通濾波器20和22、用于將所述濾波器20和22的輸出信號相乘的乘法器24、用于用參考功率值Pset減去(或比較)來自乘法器26的相乘結(jié)果來提供第三誤差信號的第三減法器26和接收第三誤差信號并且與參考波形信號發(fā)生器10相連接來依據(jù)該第三誤差信號控制參考波形信號的幅度的第三控制電路28。該第三控制電路可以是積分(I)或比例積分(PI)型的。乘法器24的輸出值代表鎮(zhèn)流器電路的實(shí)際功率所對應(yīng)的值。如果它超過參考功率值Pset，則第三控制電路將會控制參考波形發(fā)生器來減小參考波形信號的幅度。結(jié)果，第一減法器8的輸出端處的第一誤差信號減小、高頻減小并且鎮(zhèn)流器電路對市電電源的阻抗增大、市電電流及其表征值im減小，并且第三誤差信號將會減小等等，直至第三誤差信號逼近零。
可以觀察到，在這些原理圖中可以加入一些濾波器，比如在逆變器2的輸出端處加上高通濾波器，實(shí)際上就是在用于測量市電電流的測量裝置的輸出端加上高通濾波器。
從圖3可以看出，功率控制環(huán)路與圖1和圖2中所示的市電電流波形環(huán)路配合得很好。相對較慢的功率控制環(huán)路并不會妨礙相對較快的市電電流波形環(huán)路。實(shí)際上，所介紹的和圖3中所示的功率控制環(huán)路與市電電流波形的控制環(huán)路(它是與市電電壓同步的)的結(jié)合保證了功率控制僅僅是針對實(shí)際功率進(jìn)行的，而不是針對無功功率進(jìn)行的，其中無功功率對反映和控制燈的工作作用不大。
可以觀察到，可以運(yùn)用不同的方法來提供代表功率的值。例如，可以對由燈發(fā)射的光進(jìn)行測量來給出這一值。
雖然圖中沒有示出，但必然會觀察出，圖1到圖3中所示的各個(gè)電路可以依照點(diǎn)亮頻率和燈點(diǎn)亮之后的簡正頻率(normal frequency)以不同的方式工作。
按照第一種工作類型，各個(gè)所述電路的逆變器的第一標(biāo)稱切換頻率比電路總體上的諧振頻率小大約三倍。點(diǎn)亮頻率大概是所述切換頻率的三倍。從低頻市電周期的過零點(diǎn)開始，第一控制器6將控制VCO 4增大并且然后返回到第一標(biāo)稱切換頻率，直到達(dá)到低頻市電周期的過零點(diǎn)。
按照第二種工作類型，各個(gè)所述電路的逆變器的第二標(biāo)稱切換頻率大約等于電路總體上的諧振頻率。在點(diǎn)亮條件下，點(diǎn)亮頻率幾乎與所述第二標(biāo)稱切換頻率相等。從低頻市電周期的過零點(diǎn)開始，第一控制器6將控制VCO 4減小并且然后返回到第二標(biāo)稱切換頻率，直到達(dá)到低頻市電周期的下一個(gè)過零點(diǎn)。
與第一種工作類型相比，所述第二種工作類型有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在第二種工作類型的情況下，由發(fā)生器10供應(yīng)的參考波形得到更好的跟隨，從而得到較小的THD。燈的性能或燈的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)將會比較好，使得電路總體上的工作得到改善并且效率更高。損耗也將更小。例如，假設(shè)一個(gè)600W的系統(tǒng)，損耗將會從25W降低到20W，就是會有20％的提高。
為了進(jìn)一步改善電路的操作，最好將市電頻率的三次諧波加入到參考波形信號中。所述三次諧波可以具有例如為前面介紹的實(shí)施方式中使用的基本參考波形信號的15％的幅度。這樣也會在市電電流中造成一定量的三次諧波，使得市電電流的波形小于完美正弦波，并且因此會增加市電電壓的各個(gè)過零點(diǎn)附近的燈電流量。加入少許三次諧波對燈的性能和運(yùn)行狀態(tài)有積極作用。燈電流減小并且隨之VHF電流減小，VHF電流減小有益于電路效率的提高。
權(quán)利要求
1.一種從基本上為正弦的低頻市電電壓的主電源為氣體放電燈供電的方法，包括對市電電壓進(jìn)行整流以提供已整流電壓；生成高頻的逆變器控制信號；由調(diào)制信號對逆變器控制信號的頻率進(jìn)行調(diào)制，以提供已調(diào)制逆變器控制信號；按照已調(diào)制逆變器控制信號將已整流電壓轉(zhuǎn)換成具有已調(diào)制逆變器控制信號的頻率的逆變器輸出電壓；通過儲能電路將逆變器輸出電壓供應(yīng)給燈；其特征在于；測量一個(gè)代表由主電源供應(yīng)的電流的電流，以給出電流測量值信號(im)；生成參考波形信號，該參考波形信號具有與測得電流相應(yīng)的電源電壓的頻率并且與該電源電壓同步；將參考波形信號與電流測量值信號進(jìn)行比較，以提供第一誤差信號；以及使用第一誤差信號作為調(diào)制信號，以使誤差信號最小。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，比較步驟是在參考波形信號同電流測量值信號與相移誤差信號的和之間進(jìn)行的，該相移誤差信號是作為參考最小相位值(min)與在逆變器輸出電壓(Vb)和流過儲能電路的電感的電流(iL)之間檢測出的相位差之間的比較的結(jié)果而獲得的。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，確定出代表供應(yīng)給燈的功率的功率表征信號，將該功率表征信號與參考功率值進(jìn)行比較，以給出功率誤差信號，并且依據(jù)該功率誤差信號改變參考波形信號的幅度，以使功率誤差信號最小。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，測量電源電壓，該電源電壓代表供應(yīng)給燈的電壓并且與測得電流相應(yīng)，以給出電源電壓測量值信號(Vm)，并且將該電源電壓測量值信號與電流測量值信號(im)相乘，以給出功率表征信號。
5.按照前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，代表受調(diào)制的逆變器在市電電壓控制信號的過零點(diǎn)上的頻率的標(biāo)稱頻率大約等于包括燈和儲能電路的電路的諧振頻率。
6.按照前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，參考波形信號包括少量參考波形信號基波的三次諧波。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，參考波形信號的三次諧波具有處于參考波形信號的基波的幅度的10％到20％的范圍之內(nèi)的幅度。
8.一種用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器電路，包括輸入端子，這些輸入端子與基本為正弦的低頻市電電壓的主電源相連接；整流器電路，用來接收并整流該市電電壓，以提供已整流電壓；第一發(fā)生器(4)，該第一發(fā)生器是一個(gè)電壓到頻率控制的發(fā)生器，用于提供基本為矩形的高頻逆變器控制信號，第一發(fā)生器的控制輸入端接收一個(gè)調(diào)制信號，該調(diào)制信號對逆變器控制信號的頻率進(jìn)行調(diào)制，以提供已調(diào)制逆變器控制信號；逆變器(2)，該逆變器包括開關(guān)，這些開關(guān)安排成用來切換已整流電壓并且輸出經(jīng)過切換的已整流電壓作為逆變器輸出電壓，該逆變器由已調(diào)制逆變器控制信號控制，以將逆變器輸出電壓的頻率控制成已調(diào)制逆變器控制信號的頻率；儲能電路，該儲能電路與逆變器和燈相連接，以將逆變器輸出電壓供應(yīng)給燈；其特征在于，第一控制環(huán)路，包括第一測量電路，用于測量代表由主電源供應(yīng)的輸入電流的電流，以給出電流測量值信號(im)；第二發(fā)生器(10)，用于生成具有與測得電流相應(yīng)的電源電壓的頻率并且與該電源電壓同步的參考波形信號；第一減法器(8)，用于將參考波形信號減去電流測量值信號，以給出第一誤差信號；和第一控制電路(6)，該電路安排成用來接收第一誤差信號和提供調(diào)制信號；由此所述第一控制環(huán)路安排成用來使第一誤差信號最小。
9.按照權(quán)利要求8所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，第一控制環(huán)路此外還包括相位檢測器(12)，用于檢測流過儲能電路的電感的電流(iL)與逆變器輸出電壓(Vb)之間的相位差；第二減法器(14)，用于將參考最小相位差(min)減去所述相位差，以給出第二誤差信號；第二控制電路(16)，該電路安排成用來接收第二誤差信號和提供取決于相位的信號；加法器(18)，用于將電流測量值信號和取決于相位的信號相加，以給出供應(yīng)給第一減法器(8)的電流測量值信號的替代信號。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于第二控制環(huán)路，其包括第一低通濾波器(20)，該第一低通濾波器接收電流測量值信號(im)；第二測量電路，用于測量與測得電流相應(yīng)的電源電壓，以給出電壓測量值信號(Vm)；第二低通濾波器(22)，用于接收電壓測量值信號(Vm)；乘法器(24)，用于接收來自第一和第二低通濾波器的輸出信號并且將這兩個(gè)輸出信號相乘，以給出功率表征信號，該功率表征信號代表供應(yīng)給燈的功率；第三減法器(26)，用于將參考功率值減去功率表征信號，以給出第三誤差信號；第三控制電路(28)，該第三控制電路安排成用來接收第三誤差信號并且控制第二發(fā)生器(10)來改變參考波形信號的幅度，以使第三誤差信號最小。
11.按照權(quán)利要求8、9或10所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，將第一發(fā)生器設(shè)置為生成具有代表受調(diào)制的逆變器在市電電壓控制信號的過零點(diǎn)處的頻率的標(biāo)稱頻率的逆變器控制信號，其中該標(biāo)稱頻率大約等于包括燈和儲能電路的電路的諧振頻率。
12.按照權(quán)利要求8、9、10或11所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，第二發(fā)生器產(chǎn)生所述參考波形信號，使得除了它的基波之外，還包括基波的少量三次諧波。
13.按照權(quán)利要求12所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，參考波形信號的三次諧波具有處于參考波形信號的基波幅度的10％到20％的范圍之內(nèi)的幅度。
全文摘要
一種通過高頻電壓為氣體放電燈供電的方法和鎮(zhèn)流器電路，該高頻電壓是通過使用壓控第一發(fā)生器(4)從由主電源提供的較低市電頻率的基本為正弦的市電電壓產(chǎn)生的。使用了控制環(huán)路，該控制環(huán)路包括第二個(gè)發(fā)生器(10)，該第二發(fā)生器用于提供具有電源電壓的頻率并且與電源電壓同步的參考波形信號。將該參考信號與代表供給燈的電源電流的測量值電流信號(i
文檔編號H05B41/28GK101080954SQ200580042953
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者R·H·范德沃特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司