专利名称：高压放电灯镇流器的过压保护的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动高压放电(HID)灯的装置。
已知用于驱动放电灯的镇流电路，它包括开关型电源(SMPS)，连接在电力线和灯之间，用来驱动放电灯。在三级镇流电路中，第一级开关型电源包括预调节器，例如用于将电源(230V，50Hz)整流的双整流器；以及上变换器。第二级可以包括下变换器(DC-DC变换器)，也称为正向或降压变换器，用于稳定输出电流。镇流电路的第三级包括换向器全桥电路(和点火器)，用于实现灯的方波电流工作。在两级镇流布局中，下变换器和换向器桥路由半桥换向正向(HBCF)或全桥换向正向(FBCF)布局代替。
半桥换向正向(HBCF)电路对应于其中桥路的一部分由两个串联的(电解)电容器代替的全桥换向正向(FBCF)电路。所述布局的镇流器包括与半桥电路相结合的上变换器，作为双下变换器。这种两级的用于驱动HID灯的镇流布局比较简单而且需要较少的价格昂贵的电子元件。
为了提高镇流器的工作效率，在灯的启动阶段，即在灯点火时，上变换器的输出电压或干线电压被升压，而在灯正常工作时此电压降低。另外，在启动阶段以及在灯的寿命终了时，灯的性能可能不规则。在上述半桥换向正向电路的电容器串联电路中，这可能引起半桥电路的中点电压的偏移，从而导致超过电容器之一的最大电压额定值。这样就会损坏电容器和/或镇流电路。
此问题的一个解决方案是在镇流器的半桥电路中加入其电容器具有增大的最大电压额定值的电容器串联电路。但这会使镇流器更加昂贵并会增加其尺寸。
本发明的目的是要解决此问题并提供用于驱动高压灯的价廉且简单的电路配置。
按照本发明，提供一种用于驱动高压放电灯的装置，它包括开关型电源电路(SMPS)，用于从供电电压向高压放电灯供电，所述电源电路包括半桥换向正向电路，此电路包括电感、由第一电容器和第二电容器串联的电容器电路，所述灯可以连接在电感与第一和第二电容器间的某一点之间；其中，过压保护装置与灯并联，当保护装置上的电压差超过穿通电压时，保护装置从高电阻工作的断开状态转换为低电阻工作的接通状态，穿通电压选择为对应于第一或第二电容器两端的预定最大电压。
当性能不规则的灯在一个半周期中导通而在另一个半周期中不导通时，中点电压、即第一和第二电容器之间的中间电压，可能会偏移。如果中点电压以这样的偏移量偏移、使得超过了预定的穿通电压，则保护装置开关从断开状态(此时保护装置显示高阻性能，因而(实际上)没有电流通过保护装置)转为接通状态，此时保护装置导通电流。这样就可将中点电压校正到安全值。这样，过压保护装置就防止了电容器串联电路中每个电容器的过压情况。
在接通状态时，通过保护装置的电流受到开关型电源电路(SMPS)中控制装置的短路控制的限制。
最好当通过保护装置的电流下降到最小保持电流一段时间(再组合时间)后，保护装置从接通状态转换为断开状态。在HBCF电路中的电流换向期间，电流以预定的电流斜度改变方向。这就是说，电流电平有一段时间很低，在某一时刻甚至为零。因而，在换向时流过保护装置的电流下降到低于最小保持电流的数值，结果保护装置回到断开状态。当保护装置回到断开状态时，又进入高阻工作模方式，结果保护装置停止导通电流。
在另一个优选实施例中，过压保护装置包括一个或多个双向电压触发半导体器件，这意味着快速的开关特性。在此实施例中，所述双向器件可以是一种具有基本对称的电流-电压I-V特性的类型。这就是说，中点电压偏移到较高正电压值的情况的处理方式和中点电压偏移到较高负电压值的情况的处理方式相同。最好过压保护装置包括SIDAC或等效的半导体器件，它具有高阻工作区和所述期间在其中本质上模拟短路的工作区。所述器件可以模拟“短路”，直到流经所述器件的电流被中断或降到最小保持电流以下。然后所述半导体器件本身复位，并回到高阻工作状态。
在另一优选实施例中，所述装置包括与保护装置的半导体器件串联的附加电感。所述附加电感保护过压保护装置本身的半导体器件，用来限制在所述半导体器件从断开状态转换到接通状态时流过半导体器件的电流尖峰，电流尖峰是由并联的第三电容器引起的。所述附加电感最好是空气电感，因为即使在相对较高的电流通过半导体器件时，空气电感也不会饱和。
在另一优选实施例中，穿通电压选择在开关型电源的工作电压的0.5到0.7倍的范围内。对于工作干线电压为大约500V的干线，即开路电压为250V，穿通电压选择为270V，相当于工作电压的0.54倍。
本发明的其他优点、特征和细节将参阅附图加以说明，附图中
图1示出本发明第一实施例的示意的电路图；图2示出SIDAC的电流I-电压V特性的曲线图；图3示出本发明第二实施例的示意的电路图。
图1示出高压放电灯LA的两级镇流器。镇流器的第一级I包括将AC电源(通常为230V，50HZ)转换成DC供电电压的整流器2和升高DC供电电压的上变换器或升压变换器3。图1示出升压变换器或上变换器的典型布局。升压变换器由电感Lboost、开关元件T和二极管D构成。
在灯的起动阶段，开关型电源SMPS的输出电压或干线电压被升压，形成足够高的开路电压(OCV)。在灯的这个阶段所需的开路电压取决于所用的HID灯的类型。通常在起动阶段将干线电压升压到大约500V，形成250V的OCV，在随后灯的正常工作阶段，干线电压下降(一般降到大约400V)，以提高镇流器的效率。
镇流器的第二级II包括半桥换向正向(HBCF)电路，用作双下变换器。HBCF电路包括第一MOSFET T1；第二MOSFET T2；第一和第二(内部)体二极管D1和D2；与灯串联的灯电感Lhbcf；与灯并联的灯电容Cr；以及两个串联的电解电容器Cs1和Cs2。电容器Cs1和Cs2是体积较小且价格低廉的电解电容器，每个电容器的最大电压额定值仅300V。半桥换向正向电路工作在严格的不连续模式，以允许零电压转换。在每半个换向周期(换向频率约为100HZ)，一个MOSFET(第一MOSFET T1或第二MOSFET T2)与另一MOSFET的二极管(D2或D1)一起工作。
在灯的起动阶段和/或寿命终止(EOL)时，灯的性能可能不规律。在电容器串联电路Cs1，Cs2中，这会导致中点电压(也就是在第一电解电容器Cs1和第二电解电容器Cs2之间的位置M上的电压)偏移。当灯在例如开关型电源SMPS的第一个半周期导通而在开关型电源SMPS的第二个半周期不导通时，中点电压在第一个半周期就会从250V(如果干线电压为500V)偏移到超过电解电容器Cs1和Cs2之一的最大电压额定值(300V)的电压值。
为了防止超过电解电容器之一的最大电压额定值，提供了过压保护装置。根据图1所示的实施例，将SIDAC4设置在半桥换向正向线圈LHBCF的“冷”侧和串联电容器电路的中点M之间。SIDAC是固体器件，在横跨其两个端子加较低电压且所述器件处于待机工作方式(断开状态)时，除了因其断开态的高阻而有很小的漏电流Idrm之外，它不导通电流。但在其端子上出现超过穿通电压Vbo的高电压时，所述器件转换成接通状态，在此状态下器件开始导通电流。
图2示出SIDAC的I-V特性曲线图。如图所示，在断开状态流过SIDAC的漏电流Idrm接近零电平，直到SIDAC电压达到穿通电压Vbo。所述穿通电压选择为对应于最大所需中点电压，即应低于电解电容器的最大电压额定值。如果最大电压额定值为300V，可将SIDAC的穿通电压Vbo选择为270V。在灯导通的第一周期，中点电压偏移。在灯的导通状态下SIDAC上的电压差等于灯电压而且比较低。在随后的第二周期，灯不导通且在SIDAC端子上是全开路电压(OCV)，当第一周期的电压偏移较大时，所述电压就比较高。当第二周期的OCV等于或大于SIDAC的穿通电压(此处为270V)时，SIDAC从正常的电阻性工作状态(断开状态)转换成电流导通状态(接通状态)。在SIDAC的所述接通状态下，中点电压被校正到安全数值。
在随后的电流换向中，亦即在灯导通的下一个半周期开始时，由于换向时电流中断或至少降到SIDAC的最小保持电流Ih以下，SIDAC停止导通。因此，在换向期间，SIDAC回到其高阻断开状态，仅当横跨其两个端子的电压再次超过穿通电压时才会再被激励。
在上述实施例中，控制过压保护装置的控制装置可以省略，因为从接通状态到断开状态的转换，作为半桥换向正向(HBCF)电路中电流整流的结果，可以自动完成。
图3示出本发明的又一优选实施例。在此实施例中，设置与SIDAC串联而与灯并联的附加电感Lair。此电感用来在SIDAC转换到接通状态并开始导通时限制流过SIDAC的电流尖峰。所述电流尖峰是由于并联电容器Cr所引起。所述电感是空气电感，用来避免在高电流通过SIDAC时电感饱和。
本发明不限于上述实施例，以下权利要求书限定了所要求的权利，在其范围内可以预计有许多改动。
权利要求
1.一种用于驱动高压放电灯的装置，它包括开关型电源电路(SMPS)，用于从供电电压向高压放电灯供电，所述电源电路包括半桥换向正向电路(HBCF)，此电路包括电感(Lhbcf)、由第一电容器(Cs1)和第二电容器(Cs2)串联的电容器电路，灯(LA)可以连接在电感(Lhbcf)与第一和第二电容器(Cs1，Cs2)间的一点M之间；其中，过压保护装置与灯并联，当所述保护装置两端的电压差超过穿通电压(Vbo)时，所述保护装置从高电阻工作的断开状态转换为低电阻工作的接通状态，所述穿通电压(Vbo)选择为对应于所述第一或所述第二电容器(Cs1，Cs2)两端的预定最大电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于当通过所述保护装置的电流(optie van interruptie van de stroom verwijderd)降到低于最小保持电流Ih时，所述过压保护装置从接通状态转换到断开状态。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述过压保护装置包括一个或多个双向电压触发半导体器件。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述双向半导体器件是具有基本对称的电流-电压(I-V)特性的类型。
5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于所述半导体器件是SIDAC。
6.如权利要求3、4或5所述的装置，其特征在于包括与所述半导体器件串联的附加的电感(Lair)。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述附加电感是空气电感。
8.如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于穿通电压选择在所述开关型电源的工作电压(Vrail)的0.5到0.7倍的范围内。
9.如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于包括用于控制所述开关型电源(SMPS)、以便在所述保护装置处于接通状态时限制流过所述保护装置的电流的控制装置。
全文摘要
本发明涉及用于驱动高压放电灯的装置，它包括开关型电源电路(SMPS)，用于从供电电压向高压放电灯供电，所述电源电路包括半桥换向正向电路(HBCF)，此电路包括电感(L
文档编号H05B41/231GK1473453SQ02802941
公开日2004年2月4日 申请日期2002年6月5日 优先权日2001年7月19日
发明者D·H·J·范卡斯特伦, D H J 范卡斯特伦 申请人:皇家菲利浦电子有限公司