专利名称：用于高压气体放电灯的点火器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于高压气体放电(HID, high intensity discharge)灯的点火器。
技术背景高压气体放电(HID)电子镇流器的功能是给诸如金属卤化物灯提供点火 功能，用于启动该灯，并且接着对该灯进行搡作。金属卤化物灯是气体放电幻—， 其中例如在石英壳层中装入金属卤化物。金属卣化物灯的启动需要一个较高的点火电压。 一旦将灯点着，电压就降 低到20V—级的低电压，接着将灯在所谓的"电流模式"下保持一段较短的时 间(通常是l-2分钟)，其中，电流模式下的电流恒定，在灯达到标称功率前， 电压不断升高，随后镇流器起稳定功率的作用。对现有技术中的点火器电路公知的是从小于共振频率的频率中去除难以 控制的振荡器频率，这样当频率达到共振频率时，电压达到最大值并且灯被点 燃。然而在操作过程中，随着频率的持续升高，电压会因此而下降。发明内容本发明的目的在于提供一种用于HID灯的点火器电路，该HID灯使用 一个 自振荡电源，用于在对该灯施加高点火电压时，使得该点火电压随着时间的进 行而增加。本发明的进一步的目的在于提供一个点火器电路，将该电路配置成直接 与具有 一个半桥拓扑的转换器耦合，用于在点火之后给该灯提供低频率电流。根据本发明的第 一个方面，通过 一个用于HID灯的点火器电路实现的这些 目的，该点火器电路包括一个直流(DC)输入端，用于耦合到直流电压源，
一个输出端，用于耦合到该HID灯，并且一个共振点火电路，在可控制的共振频率下运行，该电路耦合到用于产生 连续的电压脉冲序列所述的直流输入端，该电压脉冲序列具有与共振频率相等 的频率，并且具有随着时间的进行而增长的振幅，并且，上述电路用于馈送所述电压脉冲序列到该点火器的输出端上，直到与其耦合的HID灯击穿。根据本发明的第二个方面，提供一种用于I-IID灯点火的方法，该方法包括使用一个共振电路连接到灯上，以产生连续的电压脉冲序列，该电压脉冲 序列具有与共振频率相等的频率，并且具有随着时间的进行而增长的振幅；并且将所述电压脉冲序列施加到HID灯上，直到该灯点火，从而将共振电路上 载，这样它的Q因数充分下降从而阻止共振电路的共振。为了理解该发明并且说明在实践中本发明是如何实现的，现在参考附图， 通过非限定的示例形式的方式，描述一个优选的实施方式，其中
图1是显示点火器电路功能的方框图，该点火器电路根据本发明的一个示 例形式的实施方式用于HID灯；图2是一个从功能上显示图1点火器电路的示意形式的电路图； 图3是提供给图2中显示的点火器电路的一系列点火脉冲的波形图；以及 图4是共振频率电压的波形图，该电压的幅度随着时间增长，并且在点火 前将该电压施加到该HID灯。
具体实施方式
图1是根据本发明显示了点火器电路10功能的方框图，上述点火电路用于 HID灯11。从DC电源VBUS对该点火器电路10进行搡作，该DC电源VBUS 不是点火器电路IO自身的一部分，但是可以由本领域普通技术人员所熟知的方 式制造。将DC电源VBUS提供给一个可控制的自振荡器12,该可控制的自振
荡器12包括一个通过点火器脉冲控制电路14控制的自振荡器13。将该HID灯 11耦合到可控制的自振荡器12上，该可控制的自振荡器12构成一个用于给该 灯点火的点火器电路。该灯由电源15供电，尽管该电源可以是独立的，但通常 将其耦合到该DC电源VBUS上。为了在HID灯11点火之后使点火器电路失 效，可以将--个功率传感器16可响应地耦合到DC电源VBUS上，以感应到其 中供应的电流。在灯ll点火之前，功率传感器16感应到的电流是低电流；但 是--旦该灯11点火，它就从该DC电源VBUS中汲取功率。因此功率传感器 16用于指示HID灯是否已经点火了 。点火脉冲控制电路14可响应地耦合在功 率传感器16上，以便当功率传感器16感测到HID灯11点火以后停止搡作。 考虑到产品的完整性，尽管本质上与点火器电路无关，该功率传感器16还是提 供了一个第二功能，其中该电源15包括一个功率调节器(未示出)，该调节器 响应功率传感器16感测到的功率，用于稳定灯11的标称功率。附图2是详细显示了如图1所示点火器电路10的优选实施方式的示意性电 路图。共振点火电路该振荡器13包括一个驱动变压器T1，该变压器分别具有第一线圈20、第 二线圈21和第三线圈22,将这些线圈正确的极性连接，用于正反馈(振荡)。 第一线圈20的第一末端耦合到第一金属氧化物场效应晶体管(MOSFET) Ml 的源端子，该M0SFET的栅极端子通过电阻R1与第一线圈20的第二末端耦 合。第一 MOSFET M1的漏极端子耦合到VBUS,上述VBUS通常具有400V 的直流电压。 一对齐纳二极管Dl和D2背对背地耦合在第一线圈20的两端， 通常使上述二极管的阳极相互连接，并且将它们相应的阴极分别连接到第 一 线 圈20的相对末端。齐纳二极管Dl和D2限制提供给M0SFETM1的栅极电压， 并且由此保证当共振电压增加时，该电压不会损坏M0SFETM1的栅极。以补充的方式，将第二线圈21的第一末端通过电阻R2耦合到第二 MOSFETM2的栅极端子，该第二 M0SFETM2的源极端子耦合到第二线圏21 的第二末端并且构成地线GND。第二 MOSFET M2的漏极端子耦合到第-一 一对齐纳二极管D3和D4背对背地耦合在第--线圈 20的两端，通常使上述二极管的阳极相互连接，并且将它们相应的阴极分别连 接到第二线圏21的相对末端。齐纳二极管D3和D4限制提供给MOSFET M2 的栅极电压，并且由此保证当共振电压增加时，该电压不会损坏MOSFET M2 的栅极。第二线圈21的第一末端耦合到一个开关分流器25的"开"控制输出 端，它的第二末端耦合到GND。开关分流器25的"关"控制输出端连接到 MOSFET M2的栅极。开关分流器25的输入端连接到点火脉冲控制电路14的 输出端，如下面将进行更细节的描述那样。开关分流器25起传送点火脉冲的作 用，通过点火脉冲控制电路14将该点火脉冲传送到驱动变压器T1从而实现振 荡过程；并且将停止信号传送到MOSFETM2的栅极，以在灯ll点火之后阻止 振荡。将振荡器的驱动变压器Tl第三线圈22的第一末端连接到第一 电容Cl ，该 电容与电阻器R3的第一末端串联连接，该电阻器的第二末端与变压器T2的各 绕组的共同结点耦合，该变压器T2包括绕组L1和L2。将绕组L1和L2进行 缠绕，使L1的第一末端连接到绕组L2的第二末端23，绕组L2的第一末端连 接到HID灯ll的第一末端。第三线圏22的第二末端连接到两个MOSFETMl 和M2的共同结点，即连接到Ml的源极和M2的漏极。直流电源VBUS包括 一对串联连接的电解电容器C2和C4，其连接在VBUS 和GND之间，它们的共同结点24通过电容器C5连接到HID灯11的第二末端 和绕组L1的第二末端。电容器C2和C4作为储能电容器，用于存储直流电压 从而给受控自振荡器12和电源15充电。电源15作为低频率方波电流源，控制 电源如图2中26所示的那样，连接到绕组L1和电容器C5的共同结点。以已 知的方式通过转换器(未示出)产生低频率方波电流源。优选地，转换器是一 个半桥拓扑，其中电容C2和C4是所需构成元件。电容器C2和C4的结点以 及绕组L2的第一末端构成点火器电路10的输出终端，跨越该点火器电路将HID 灯进行耦合。在描述了共振点火电路12的拓扑之后，现在下文将描述该电路的操作。
共振点火电路由Ml和M2, Rl， R2， Dl, D2, D3, D4, Tl, CI, R3, Ll, C4(短 路)，C5(短路)构成，并且它的共振频率f。由C1,L1根据下列等式来确定C4和C5在共振频率处具有非常低的阻抗，并且实际上作为短路运行。品 质因数(Qfactor)由R1，R2,R3的值来确定。电阻R1和R2与两个MOSFET Ml和M2的栅极输入电容量 一起产生 一个相移，该相移在供给灯的共振电压中产 生衰减。由品质因数决定最大峰值电压，该电压在击穿前，可以供给I-IID灯11,该 电压可以是几千伏，然后当供给灯的电压降到一个低电压的时候，通常在20V 的级别，保持恒流，直到达到灯的标称功率。在图3中显示了共振频率fo下的点火脉冲序列，这个点火脉冲序列通过由 Cl和L1构成的共振电路，提供给M1的源极和M2的漏极之间的结点，这样， 共振电路与增加的振幅共振，由于驱动变压器Tl的线圈产生的正反馈，增加 的振幅的目的是为产生如图4中图形所示的每个点火脉冲的持续时间。在每个 点火脉冲的末期，当循环重复的时候，共振灯电压的振幅降低，直到在下一个 点火脉冲到来前，电压基本上达到零。如所指出的那样，C4在共振频率处具有 低的阻抗并且作为短路电容。当灯ll开始导通，灯起到低阻抗电阻的作用，流过灯的电流是由低频电流 源26(对应图1中显示的电源15)提供，上述电流流过作为扼流圈组成元件的 L1和L2，上述扼流圈过滤了一些高频脉动。C5用作第一过滤器，用于去除参 杂在低频电流上的高频脉动。C2和C4的中点电压与半VBUS相等，C2和C4 形成半桥转换器的一部分，该转换器起到在点火之后将低频电流提供给灯H的 作用；这样，C2和C4构成图1中的电源15和图2中显示的低频电流源26的所需元件。在灯击穿以前，该变压器T2起灯点火器的作用；并且在击穿以后，当灯 开始在电流模式中导通时，该变压器起一个用于去除高频脉动的扼流圈的作用。
该目的是为了产生一个高电压波形，该波形具有的增加振幅能够应用到如图4图形显示的灯上。当灯电压达到 一定电压(根据灯的温度，可以是lkV-4kV )， 该灯点火。当这种情况发生的时候，灯阻抗降到一个低的值，并且负载该共振 电路，这样它的品质因数显著下降并且它停止共振。该自振荡电路阻止振荡器 线圈T1振荡。点火脉冲控制电路如上所述，由于点火之后，低的灯阻抗负载共振电路，引起品质因数显著下 降，因此当HID灯11点火的时候，振荡器13停止振荡。然而，不单单依赖于 此，可考虑更好的是一旦将灯点火，就使点火电路停止，这可以通过点火器脉 冲控制电路14获得。点火器脉冲控制电路14包括一个比较器27，该比较器27 具有一个正向输入，其中将参考电压信号PREF供给该输入，并且比较器具有 一个反向输入，反向输入与功率传感器16相耦合，这样以便接收与跨越HID 灯11的功率成比例的电压信号PIN。图3中以图形显示的具有由Ton和TOTF 决定的占空因数的点火脉冲，将点火脉冲供给一个具有两输入与门28的一个输 入端，而将在比较器输出的逻辑信号提供给与门28的第二个输入端。在灯开始 导通之前，PIN是低值，并且比较器的输出是逻辑HIGH值；因此与门28将点 火脉冲传送到开-关分流器25。当灯点火，PIN值比PREF值大，比较器27的 输出为低，因此与门28停止将点火脉冲供给开-关分流器25。振荡器13是自控制的，以在共振频率下运行，该共振频率由Cl和U确 定，尽管Cl的值和L1的值存在差异，在大量生产中，由于元件公差将产生不 同的共振频率，振荡器13总是可以在共振频率下运行。此外，振荡器13的共振频率也是将HID灯11连接到共振点火电路12的 导线的附加电容的函数，为其长度的函数。因此，振荡器13在共振频率下共振, 而与将HID灯连接到共振点火电路12的导线长度无关。
权利要求
1、一种用于HID灯(11)的点火器电路(10)，该点火器电路包括一个直流输入端(VBUS)，用于耦合到直流电压源，一个输出端(23，24)，用于耦合到该HID灯，一个共振点火电路(12)，在可控制的共振频率下运行，该电路耦合到所述用于产生连续的电压脉冲序列的直流输入端，该电压脉冲序列具有与共振频率相等的频率，并且具有随着时间的进行而增长的振幅，并且，上述电路用于馈送所述电压脉冲序列到该点火器的输出端，直到与其耦合的HID灯击穿。
2、 根据权利要求1的点火器电路，其中该输入端包括一对储能电容器 (C2,C4),其适于存储高电压DC。
3、 根据权利要求2的点火器电路，其中上述一对储能电容器能够直接连接 到半波桥整流器的各输出端。
4、 根据前面任意一个权利要求的点火器电路，其中DC电压源通过--对串 联连接的电容(C2,C4)来导出。
5、 根据权利要求4的点火器电路，其中所述电容器为具有半桥拓扑的转换 器的组成元件。
6、 根据前面任意一个权利要求的点火器电路，其中共振点火电路(12)包 括一个振荡器(13)，该振荡器由耦合其上的点火脉冲控制电路(14)来控制。
7、 根据权利要求6的点火器电路，其中将点火脉冲控制电路(14)耦合到 传感器(16)上，其响应HID灯的功率函数，用于在HID灯点火时使高电压振 荡器电路停止。
8、 根据权利要求6或7的点火器电路，其中振荡器(13)包括 一个驱动变压器(Tl)，具有第一线圈(20)，第二线圏(21)和第三线圏(22),连接起来用于产生正反馈，第一线圈(20 )的第一末端耦合到第一 MOSFET( Ml )的源端子，该MOSFET 的栅极端子通过电阻(Rl)与第一线圈(20)的第二末端相耦合， 第一MOSFET (Ml)的漏极端子耦合到直流输入端(VBUS), 将第二线圏(21)的第一末端通过电阻(R2)耦合到第二MOSFET ( M2 )的栅极端子，该第二MOSFET(M2)的源极端子耦合到第二线圈(21)的第二末端并且构成地线(GND)，第二 MOSFET(M2)的漏极端子耦合到第一 M()SFET ( Ml )的源极端子， 第二线圈(21)的第一末端耦合到一个开关分流器(25)的"开"控制输出端上，该分流器适于将由点火脉冲控制电路(14)传送的点火脉冲传送到驱动变压器(Tl)的第二线圈(21),从而实现振荡；并且将停止信号传送到MOSFET (M2)的栅极，以在灯(11)点火之后阻止振荡， 第二线圈(21)的第二末端耦合到GND,开关分流器(25)的"关"控制输出端连接到MOSFET (M2)的输出端， 幵关分流器(25)的输入端连接到点火脉冲控制电路(14)的输出端， 振荡器驱动变压器(Tl)的第三线圈(22)的第一末端连接到一个第一电容(Cl)上,该电容与电阻(R3)的第一末端串联连接，电阻(R3 )的第二末端与变压器(T2)的变压器的各绕组的共同结点相耦合，该变压器(T2)包括第--绕组(Ll)和第二绕组(L2)，第一绕组(Ll)和第二绕组(L2)缠绕成-.第一绕组(Ll)的第一末端连接到第二绕组(L2)的第二末端(23),第二绕组(L2)的第一末端连接到HID灯(11)的第一末端，以及 第三线圈(22)的第二末端连接到M1的源极和M2的漏极。
9、 根据权利要求8的点火器电路，其中振荡器(13)进一步包括 一对齐纳二极管(Dl， D2)背对背地耦合在第一线圏(20)的两端，通常使它们的阳极相互连接，并且将各个阴极分别连接到第一线圈(20)的相对末 端，一对齐纳二极管(D3, D4)背对背地耦合在第一线圈(20)的两端，通常 使它们的阳极相互，并且将各个阴极分别连接到第二线圈(21)的相对末端。
10、 一种用于HID灯(11)点火的方法，该方法包括使用一个共振电路(l2)连接该灯，以产生连续的电压脉冲序列，该电压 脉冲序列具有与共振频率相等的频率，并且具有随着时间的进行而增长的振幅； 以及将所述电压序列施加到HID灯上，直到灯点火，从而负载该共振电路，这 样'fe的品质因数充分下降以阻止共振电路的共振。
11、 根据权利要求IO的方法，进一步包括在灯点火之后使共振电路停止的操作。
12、 一种用于HID灯(11)的点火器电路(10),在此参考附图充分描述。
13、 一种用于HID灯(11)点火的方法，在此参考照附图充分描述。
全文摘要
一种用于HID灯(11)的点火器电路(10)，其具有一个直流输入端(VBUS)，用于耦合到直流电压源，一个输出端(23，24)，用于耦合到该HID灯。一个共振点火电路(12)，在可控制的共振频率下运行，该电路耦合到所述用于产生连续的电压脉冲序列的直流输入端，该电压脉冲序列具有与共振频率相等的频率，并且具有随着时间的进行而增长的振幅。上述共振点火电路(12)用于馈送所述电压脉冲序列到该点火器的输出端，直到与其耦合的HID灯击穿。
文档编号H05B41/38GK101133687SQ200580048859
公开日2008年2月27日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年3月22日
发明者J·帕特乔尼克 申请人:照明技术电子工业有限公司