专利名称:高压放电灯的适配电路的制作方法
本发明涉及一种用于控制高压放电灯的适配电路，它带有用来连接一个电源的一个第一和第二输入端，和用来连接一个高压放电灯的高压放电管的一个第一和第二输出端，每个输入又分别与输出端相连，在第一输入端和第一输出端之间的连接则包括一个第一个受控半导体开关，其中在一个第一和一个第二分压电路支路之间的连接点上接入一个控制电极。至少在连接一个电灯的情况下，使其与第一半导体开关并联。本发明又涉及配以适配电路的一个电灯。
上述类型适配电路可以从美国专利usp3，925，705中获得。这种现有的电路允许高压放电灯在具有与电灯不相适应的稳定化镇流器的设备上工作。因此，在现有的设备上，除了可对高压放电灯的发光效率继续进行改进外，还可以达到节省能量的目的，而同时保持所要求的照明强度。
当使用上述现有的电路时，电源电压的变化将导致对半导体开关的控制的变化，并相应导致电灯的电流和电灯的功率的变化。不言而喻，上述电压或电流的变化是指其相应的电压或电流值的时间平均平方根值的变化，即所谓RMS值(均方根值)。就功率而言，所述变化则认为是相对于其时间平均值的。
在许多情况下，高压放电灯在其寿命内表现出由于灯的老化过程中引起的在电灯电压，电灯电流及电灯功率的变化。这种由于电源电压变化和电灯老化引起的电灯特性的变化无疑是一种缺点。因为，一方面会使电灯的电压随之升高，另一方面又使适配电路的电流随着电灯电流的增加而增加。电灯电压的升高可导致电灯熄灭，这是因为此时电灯所需的再引弧电压上升到高于电源电压;而电灯电流的加大则使有较大的电流流经半导体开关，从而造成较高的半导体开关损耗。特别是，如在将上述适配电路与灯共同安装在一个灯具中时，又会引起一些问题。
因此，本发明的目的在于是为了提供一种装置，利用这种装置，可至少部份地对电源电压的变化和电灯特性的变化进行补偿。为此目的，按照本发明，本文开头一段中提到的那类适配电路，其特征在于分压电路的第一支路里包括一个取决于电灯电压的电压源，而电压源的极性则与加于分压电路两端的电压相同。
按照本发明的适配电路，其优点在于加于电灯上的电压影响第一受控制半导体开关的控制，其结果是可以获得更为均匀的电灯电压。在具有此述优点的一个适配电路的实施例中，取决于电灯电压的电压源是由一个相并联的电容和电阻组成的，而这个电压源则与第二输出端相连。在第一半导体开关断开(不导通)期间，电容器执行电压源的功能，而在半导体开关闭合(导通)期间，该电容器经由第二输出端充电到一正比于电灯电压的电压。并联电阻用来确保开关断开时由于分压电路的电流而引起的电容器电压的增加在第一半导体开关再次闭合的下一个期间被中和，令人惊呀的是，采用这种简单的实施例，可以获得对第一半导体开关的满意的控制。
在适于工作在具有电源电压极性周期变化的适配电路中，至少要将上述并联组合与整流器电桥的直流电压端相连，而此电桥的两个交流电压端则包括在分压电路内。这样，就以十分简单的方式，实现了使决定于电灯电压而起电压源作用的上述并联元件上的电压与加在分压电路上的电压具有相同的极性。
为了保证电容器电压和电灯电压之间的比例特性，在一个适配电路的最佳实施中，使用具有第三交流电压端的桥式整流器，并且此第三交流电压端形成了取决于电灯电压的电压源和第二输出端之间的连接部份。在上述电路结构中，取决于电灯电压的电压源并联电阻同时也使得当电灯电压的RMS值增加时，维持电容器电压和灯电压之间的比例关系。
因为在第一半导体开关闭合时在第二输出端上的电压只正比于电灯电压，所以在加以改进的实施例中，在并联组合和第二输出端之间的连接包括一个开关，此开关只有当第一半导体开关闭合时才闭合。
最好的方法是，在并联组合和第二输出端之间的连接中再包括一个第二电阻。由此第二电阻与并联组合的电阻一起构成了分压电路，此分压电路影响电灯电压和电容电压之间的比值。
上述开关最好是第二控制半导体开关，其电极与第一输出端相连。于是，就以简单而良好的方式，实现了利用瞬时电灯电压对第二控半导体开关的控制。
对于使用了电压和电流极性周期变化的而且频率又相当低的电源，例如公用市电，受控半导体开关最好采用三端双向可控硅开关元件，因为这些元件可根据电源极性的变化而自动变成非导通状态。对其他的一些情形，例如在使用直流电压电源时，就要求用单独的电路把每个半导体开关转换成非导通状态。
现在，根据本发明，参照附图，对一个适配电路实例进行更完整的描述。
图1示出了一个连接一个高压放电灯的适配电路的电路图，
图2示出了在图1所示的电路中在其工作时所产生的瞬时电流和瞬时电压的波形，
图3示出了在电灯电压和电灯功率之间的关系图形，
图4示出了在电灯电压和再引弧电压之间的关系的图形，
图5至6示出了改进的适配电路的电路图。
在图1中，一个交流电压源的接线端A和B分别与适配电路3的一个第一输入端C和一个第二输入端D相连。在接线端B和输入端D之间的连接中包括一个稳定化镇流器2。适配电路配有一个第一输出端E和一个第二个输出端F，高压放电管1与上述两端接入。输入端C、D分别与相应的输出端E，F相连。在第一输入端C和第一输出端E间的连接包括一个作为第一受控半导体开关的三端双向可控硅开关4，它的一个控制电极41则通过一个双端交流开关这种开启元件与分压电路的第一支路5和第二支路6间的连接点G相连。第一支路5通过电阻器27与第一输入端C相连。第二支路6中包括电阻器61和电容器62的并联组合，它与第一输出端E相连。第一支路5包括一桥式整流器的两个交流电压端H和I，此整流桥由二极管51，52，53和54所组成，并与电阻器55相串联。
电阻器56和电容器57的并联组合与第一支路5的整流电桥的直流电压端相连。整流电桥通过二极管58，59提供一个第三交流电压端J，由此组成了在并联组合56，57和第二输出端F之间的一部分连接，此连接包括一个电阻器9及与其相串联的用作第二受控半导体开关的三端双向可控硅开关10。此三端双向可控硅开关10的一个控制极101通过电阻器11与第一输端E相连。支路5和6被两个极性相反的串接的齐纳二极管串联组合分流。三端双向可控硅开关4的门极41通过电阻器16与输出端E相连。三端双向可控硅开关4也可以被电阻器17分流。
在点亮电灯时的电路的工作情况如下所述
当电灯起辉的时候，电灯的电流I1a将流径电路的B，I，D，F，1，E，4，C，A各点。电压V1a于是加到放电管1，结果使三端双向可控硅开关处在导电状态，从而就有一电流经过三端双向可控硅开关10，电阻9和二极管59流向并联组合电阻56和电容57，接着又流过以二极管52和电阻27为一通路和以二极管54，电阻55和电阻61为另一路所组成的并联电路。
当输入端C，D的瞬时电压降至零时，电灯电流I10和电灯电压V1a也降至零，其结果是三端双向可控硅开关4和10均变成非导电状态。一旦当三端双向可控硅开关4变成非导电状态时，全部瞬时电源电压将在输入端C，D上出现。事实上，稳定化镇流器2上基本上每压降，这是因为由于三端双向可控硅4和10此时是处于非导通状态，通过适配电路的电流只有轻微的增加。如果有电流的话，则将小电流将流过电阻27，齐纳二极管12，13，分压电路及电阻17。一旦在连接点G的瞬时电压达到二端交流开关8的击穿电压，二端交流开关8击穿，电容器62通过二端交流开关8和控制电极41突然放电，其结果，三端双向可控硅开关4导通，电灯引弧，并在电路C，4，E，1，F，D中有一电流流过。出现在输出端E和F之间的压差也将使三端双向可控硅10导通，在电路58，9，10中将有一小电流流过，其结果，充电电荷离开电容器57。另一方面，充电电荷将经由电路C，27，51和电路C，4，61，55，53流向电容器57。
接着，在输入端C，D的电流和电压将再次减少，并改变其极性，重复上述过程。电阻17用以保证在三端双向可控硅4非导通期间，1有一小电流恒定流过电灯(所谓“维持电流”)，此电流使在放电管中的电离得以保持。这有利于限制再引弧电压。
为了保证在电灯再引弧之后使开关10一定变成导电，在控制电极101和第二输出端F之间再另接一个电容。
包括齐纳二极管12和13的电路用以保在支路5和6之间相对于常值电压进行分压。
通过对适配电路的工作的描述，很明显在电灯电流I的一个相位极性的末端还存在一残余电荷。这残余电荷和在电容器57上的相应的电压影响在支路5和6间的分压，并以这样一种方式影响二端交流开关8的击穿时刻电容器57相对于正常值的一个较大的残余电荷将使得二端交流开关8在较后的时刻击穿，而电容器57的较小的残余电荷则会加速二端交流开关8的这个击穿时刻的到来。
在一个常RMS值电灯电压V1a时，电容57的残留电荷在每个极性期间的末了具有同样的正常值。然而，如果电灯电压V1a的RMS值增加或减少，这就造成在电容器57上的残留电荷的增加或减少，其结果，引起三端双向可控硅4非导通的持续时间增加或减少。上述情况引起在电灯中的损耗的减少或增加，其结果，决定在放电管中的汽压的温度减少或增加，从而电灯电压减少或增加。
为了进一步说明起见，图2a至d示出在电源频率一周内的电压电流的变化，依次如下
电灯电流i1a
电源电压Vn和在C，D端间的电压Vcp，
电源电压Vn和电灯电压V1a，
电容器57上的电压V57。
在图2中，用tu表示半导体开关4非导通的持续时间。在电灯电压V1a变化的情形时，再引弧电压用Vh表示。由于通过电阻17的维持电流使电灯电压在持续时间tu内不为零，而稍有些增加。当电阻17值为相当小时，维持电流将相当大，结果使电灯电压V1a在时间内增至相当大的程度。
一个实际的电路情形，上述电路连接到一个220伏，50赫兹的电源上，它可使一个相当于400W损耗的高压钠放电管工作。电灯的填充物含含有25毫克混汞，和氙，其中混汞中钠重量占21%，水银占79%，管内压力在300K时为45千巴。电路中元件值如下
电阻 9 47KΩ
电阻 11 15KΩ
电阻 16 1KΩ
电阻 17 4.7KΩ
电阻 27 2.2KΩ
电阻 55 22KΩ
电阻 56 470KΩ
电阻 61 100KΩ
电容器 57 0.22
电容器62 47
二极管53，54 菲力浦型BYV96E
二极管51，52，58，59，通用仪器型WL10
齐纳二极管12，13，齐纳电压200V 菲力浦型BZT03
三端双向可控硅 4 菲力浦型 BT 138
三端双向可控硅10 菲力浦型 BT 136
二端交流开关 8 击穿电压32，菲力浦型 BR100。
适配电路通过一个稳定化镇流器菲力浦型SON400W与电源相连。
在图3中，电灯电压V1a的RMS(均方根)值以伏特为单位表示在横座标上，而平均电灯功率W1a以瓦特为单位表示在纵座标上。参考数字20表示为当电源电压恒定220V，50HZ和电灯电压V1a恒定120V时，利用如以上所述的适配电路进行工作时的实际电灯的工作点。三端双向可控硅4则在电源电压频率的半周内截止0.86毫秒。参考数字21表示电源电压已增至242伏时的同一电灯的工作点，但是用了按照原有技术的适配电路。分压电路现在被二个极性相反的齐纳二极管的串接组合用来控制第一半导体开关。在电灯使用如上所述的本发明的适配电路工作的情形时，其电源电压为242伏时的工作点，在图3中用参考数字22表示。在这种情况时三端双向可控硅4在每半周内的非导通的持续时间达1.12毫秒。参考数字23和24分别表示根据原有技术的适配电路和根据本发明的适配电路工作时的同一电灯的工作点，此时电源电压为220伏，50赫兹，而电灯电压V有了增加。电灯电压V1a的增加是由于把由电灯发射的热辐射反射到放电管上。
就根据原有技术的适配电路而论，这就选成了电灯电压增至130伏，而平均电灯功率增至350瓦。就根据本发明的适配电路的前述的实施例的工作而言，平均电灯功率减至320瓦，而电灯电压的增加则限制在2伏左右。在这种情况下，在每半周电源电压频率内，三端双向可控硅的非导通的持续时间为1.04毫秒。为了进一步作一比较，图3示出了当不用适配电路而直接接到一个电源工作时，同一电灯的工作点。点30是电源电压为220伏的常值均方根值时的工作点，而点31则是242伏电源电压时的工作点。
图4示出了表示图3中的每个工作点的再引弧电压值。
在图4中的各点与图3中的工作点之间的关系如下表所述
表
图4中的点 相应的图3中的工作点
25 20
26 21
27 22
28 23
29 24
32 30
33 31
图5和6给出了修正后的适配电路。相应于图1的那些元件用同样的参考数字表示。
图5示出了与图1相比较，其中的输入端C，D和输出端E，F相对于三端双向可控硅4的控制极41互换了一下。
在图6中所示的电路里，与图5显示的电路相比较其输出端E，F置换了一下，并将它们置于第一开关4和电阻27之间。
分压电路则与第一开关元件4和放电管1都相并联。
权利要求
1、一个用于高压放电灯的适配电路，它有用来连接电源的第一和第二输入端，有用于连接高压放电灯的高压放电管的第一和第二输出端，每个输入端与相应的输出端相连，而在第一输入端和第一输出端之间的连接包括一个第一受控半导体开关，此半导体开关的控制极则与分压电路的一个第一和第二支路的连接点相连接，此分压电路至少在一个电灯被连的情况下，是以与上述第一半导体开关相并联的方式连接的，而如上所述的适配电路，其特征在于分压电路的第一支路包括一个由电灯电压决定的电压源，并且其电压的极性与加于分压电路的电压的极性相同。
2、如权利要求
1中的适配电路，其特征在于取决于电灯电压的电压源由一个电阻和电容并联组合所组成，这个电压源又与上述第二输出端相连。
3、如权利要求
1或2所述的电路，适用于在一个具有周期地变化极性的电源电压时工作，该电路特征在于至少上述并联组合与一个整流电桥的直流电压端相连，同时在分压电路中包括此电桥的两个交流电压端。
4、如权利要求
3中所述的电路，其特征在于上述整流电桥具有第三交流电压端;该第三交流电压端组成在取决于电灯电压的电压源和第二输出端之间连接的一部分。
5、如权利要求
2，3或4中所述的一个电路，其特征在于在并联组合和第二输出端之间的连接包括一个电阻。
6、如权利要求
2，3，4或5中所述的一个电路，其特征在于在并联组合和第二输出端之间的连接包括一个开关，此开关仅当第一半导体开关闭合时才闭合。
7、如权利要求
6中所述的一个电路，其特征在于上述开关是一个第二受控半导体开关，此半导体开关的控制极则与上述第一输出端相连。
专利摘要
本发明涉及一个用于通过一个与电灯(1)相串连的受控半导体开关(4)供高压放电灯(1)工作的适配电路(3)。开关(4)的控制电路由一个分压电路(5，6)构成。按照本发明，在电灯(1)被连的状态时，分压电路(5，6)与开关(4)相并联，在分压电路(5，6)的一个支路上包括一个电容(57)和电阻(56)的并联组合。于是，这就获得了加于电灯(1)的电压的变化影响半导体开关(4)的控制，同时就有可能可以稳定由于电源电压变化产生的和在电灯寿命期间电灯电压变化所产生的电灯(1)损耗的功率。
文档编号H05B41/16GK86101881SQ86101881
公开日1986年10月8日 申请日期1986年3月22日
发明者丹尼尔斯·约尼·阿曼德·约瑟芬纳 申请人:菲利普白炽灯有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan