半桥和全桥电路中的气体放电灯的功率调节的制作方法

专利名称：半桥和全桥电路中的气体放电灯的功率调节的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于操作气体放电灯尤其是高压气体放电灯或荧光灯的电路布线，该 电路布线被用在相应气体放电灯的电子镇流器中。本发明还涉及照明系统。
背景技术：
从EP1114571B1中知道了图6所示的电路布线，该电路布线具有布置成一个全桥 的四个可控开关S1-S4。直流电压Uo被加在全桥上，该直流电压源于采用了该电路布线的 相应的电子镇流器的一个合适的直流电压源。每个开关S1-S4并联有自振荡二极管，在此 为简明起见，在图6中只示出与开关Sl并联的自振荡二极管D1。作为开关S1-S4，优选采 用场效应晶体管，其已包括自振荡二极管。在图6所示全桥电路的桥臂中设有一个要控制 的气体放电灯EL且尤其是高压气体放电灯。图6所示的电路布线尤其适于操作金属卤素 高压气体放电灯，金属卤素高压气体放电灯需要很高的点亮电压。如上所述，高压气体放电 灯与低压气体放电灯的区别尤其是它需要较高的点亮电压并且在其较小灯体中出现较高 压力。另外，高压气体放电灯有较高的亮度，但在这里，各高压气体放电灯的色温随着所输 入的功率而变。高压气体放电灯的电子镇流器因此一方面提供高点亮电压，另一方面允许 保持所输入的功率不变。一个串联谐振回路与图6所示的全桥的桥臂相连，该串联谐振回路包括一个电感 Ll和一个电容Cl，其中电容Cl作用于电感Ll的抽头点并通过另一个可控开关S5与开关 S4并联。此外，设有一个斩波电路或滤波电路，该电路具有另一个电感L2和另一个电容C2， 在此，这些元件如图6所示布线连接。此外，一个电阻Rl与全桥相连接，该电阻作为电流测 量电阻或并联电阻。包括电感Ll和电容Cl的上述串联谐振回路与所述另一个电容C2连用，尤其用来 点亮气体放电灯EL。为此，该串联谐振回路被激起谐振，就是说，对应于谐振频率的频率被 输送给灯。谐振回路的激励通过交替切换开关S3和S4来实现。这将在以下做出说明。为了点亮气体放电灯EL，两个紧接串联的开关如开关Sl和S2借助一个合适的控 制电路被断开(或者也可以是高频节拍化)，而与电容Cl串联的开关S5被接通。该全桥 的另外两个开关如开关S3和S4被交替断通，在此，这以相对高的频率(大约150kHz)来进 行。一旦两个开关Sl和S2在点亮时被高频节拍化，则这两个开关Si、S2总是分别与在电 桥对角线上对置的开关同步地被断通。切换频率朝着由电感Ll和电容Cl构成的串联谐振回路的谐振频率缓慢降低。一 般，在达到谐振频率前已达到气体放电灯EL的点亮电压。在此情况下，开关S3和S4的切 换频率被保持在该频率，直到灯EL点亮。在Ll的右侧一半降低的电压因通过电感Ll实现 的自耦变压器原理而例如按比例1 15向与气体放电灯EL相连的左侧一半增压，在此，在 电感Ll左侧一半出现的电压构成气体放电灯EL的实际点亮电压，该点亮电压通过电容C2 施加到灯上。为了检测气体放电灯EL的点亮，测量在电感Ll抽头点上降低的电压，该电压与点亮电压或者说灯电压Uj L成正比，因为在灯EL点亮后，该电压逐渐减弱地作用于串 联谐振回路。在气体放电灯EL的点亮完成后，开关S5被断开，以便后面的正常工作。还要注意，对于电路布线的功能能力，不一定需要开关S5。相反，开关S5也可以在 气体放电灯EL的点亮完成后保持接通，或者原则上用相应的旁路来代替。但是，借助在气 体放电灯EL点亮完成后被断开的开关S5，可以实现更齐整的气体放电灯EL工作。而且要 注意，尤其如此构成点亮线圈Li，S卩，其在以下还要描述的正常工作中饱和工作，因而不影 响电路的其余部分。这例如可以如此做到，即，作为点亮线圈Li，采用带铁芯的线圈，铁芯将 在正常工作中饱和工作，因而线圈Ll在气体放电灯EL点亮之后在正常工作中只构成可忽 略不计的电感。因而在正常工作中，只有同样设置在桥臂中的电感L2起到电流限制作用。以下将详细说明在气体放电灯EL点亮后起动的正常工作，在此，在正常工作中， 本发明的电路布线或者说全桥按照所谓的非连续模式操作。原则上，图1所示的包括可控 开关S1-S4的全桥按照本身已知方式在正常工作中操作，就是说，包括开关Sl和S4或者包 括开关S2和S3的两个电桥对角线将被交替起动和解除工作，因此，两个电桥对角线的相应 开关被交替或者说互补地通断。此外，在起动包括开关S 1和S4的电桥对角线时，开关Sl 被高频交替通断，而与此相应，在包括开关S2和S3的电桥对角线起动时，可控开关S2被高 频交替通断。就是说，全桥将以尤其可介于80-150HZ范围的较低频率进行极性变换，而各 自被起动的电桥对角线的开关Sl或S2例如以大约45kHz的频率被高频交替通断。开关Sl 或S2的该高频通断利用一个相应的控制电路的脉宽调制高频控制信号来完成，该控制电 路借助由元件L2和C2构成的滤波电路或斩波电路被滤波，从而只有流经桥臂的分路电流 iL2的线性平均值被加于气体放电灯EL上。借助脉宽调制控制信号，供给全桥的功率可被 保持恒定，这如上所述对高压气体放电灯的工作非常重要。供给气体放电灯El的电流的低频分量通过两个电桥对角线的切换或极性变换来 产生，即，通过切换Sl和S4到S2和S3来产生。在此情况下，通过包括开关S3和S4的右 桥臂，灯EL在低频被接到供应电压Uo或接地，从而基本上只有低频分量施加于灯EL的接 线柱上。根据上述的低频非连续模式，当流经电感L2的分路电流iL2又降到零时，优选当 分路电流已达到其最小值时，各自被起动的电桥对角线的可控开关Sl或S2在某个时刻被 接通。此时，“最小值”表示电流iL2的下反向点，在这里，该最小值完全也可以位于略微负 的电流值范围内。此时，“接通”是指一个控制单元在此时间范围内触发切换过程，即真正的 开关接通，就是说，其达到能导电的状态通常出现于当在最小值之后又升高的电流重新进 行一次过零(这次增大)时。监测流过电感L2的分路电流iL2是否又降到零或者电感L2 是否被去磁，可以借助电感L2上的一个次级绕组或者也借助在开关Sl和S2之间的中点电 压的监测来实现。在观察电流曲线时基于以下前提，首先，包括开关S2和S3的电桥对角线被起动， 而包括开关Sl和S4的电桥对角线未被起动。就是说，开关S2和S3被接通，而开关Sl和 S4被断开。在开关S2和S3接通时刻，电流iL2开始流经电感L2，电流按照指数函数增大， 在此，在所关注的区域内可以看到近似线性的电流iL2增大，因此，以下为简明起见，提到 电流iL2的线性增减。开关S5的断开造成电流iL2中断，在此，如上所述，与开关S3的切 换状态无关，开关S2特别是被高频交替通断。开关S2的断开造成电流iL2确实先沿相同方向继续流过被断开的开关Sl的自振荡二极管D1，但连续减小，甚至最终可能达到负值。在来自自振荡二极管Dl的阻挡层的电子耗尽前，尤其一直是这种情况。监测到达 电流iL2的下反向点并在发现下反向点之后又接通开关S2，从而电流又增大。就是说，当已 到达电流iL2的下反向点时，总进行开关S2的高频接通。原则上，可以任意选择开关S2的 断开，在这里，开关断开时刻对于气体放电灯EL的功率供应尤其重要，因此通过适当调节 断开时刻，可以调节供给灯的功率或者说将供给灯的功率保持恒定。作为切换准则，例如为 此可以考虑分路电流iL2的最大值或时间。通过各自被高频交替通断的开关Sl或S2分别 在电流iL2的下反向点即在零电流值附近又被接通的措施，各场效应晶体管Sl或S2得到 了保护，即，不会损坏，并且场效应晶体管可以被用作开关Sl或S2，其具有用于相应自振荡 二极管的较长耗尽时间。这将如下详细描述。在开关S2接通之前，在该开关上有一个电压，该电压在此约 为400伏特。如果开关S2被接通，则该电压崩溃，即其很快速地从400伏特降低到0伏特。 但是，一个场效应晶体管的特性是，电流在相应的场效应晶体管起动时已开始流动，早于相 应的电压降到0伏特。在流经场效应晶体管的电流增大和达到0伏电压之间的短暂时间段 内，电流和电压之乘积构成了被供给各场效应晶体管的功率，该功率可能损坏场效应晶体 管。因此，有利的是，在电流流通尽量少时，尤其在接近电流零值时，切换场效应晶体管。还要注意，当开关Sl是断开且开关S2也还是断开时，流经电感L2的电流iL2流 经自振荡二极管Dl。如果开关S2是接通且开关Sl是断开，则在来自自振荡二极管Dl的阻 挡层的电子可耗尽之前经过了一段规定时间。在该时间内，场效应晶体管Sl实际处于导通 状态。这意味着，场效应晶体管S2在对应于场效应晶体管Sl的自振荡二极管Dl的阻挡层 耗尽之前在相对短的时间内处于约为400伏特的全工作电压Uo，结果，同样可能出现上述 的过载，甚至场效应晶体管S2的损坏。由于上述的做法，即，总是在流经电感L2的电流iL2 已达到其最小值时接通开关S2，之前结合开关或者说场效应晶体管S 1的耗尽时间所描述 的作用几乎不引人注意，因此对于开关S1-S4，也可以采用场效应晶体管，该场效应晶体管 对于与之相连的自振荡二极管具有相对长的耗尽时间。确实已经有耗尽时间很短的开关元 件，例如所谓的IGBT(绝缘栅双极晶体管)，但在这里，该元件很昂贵。因此借助本发明，可 以放弃使用这种昂贵的元件。对上述做法来说必要的是，要知道电流iL2的瞬间值以及达到其反向点的时刻。 电流iL2的瞬间值例如可以通过测量在电阻Rl上降低的电压来确定。电流iL2的下反向 点例如可以通过像变压器那样在线圈L2上抽出的电压来确定。为此，一个(图6未表示) 绕组或一个线圈像变压器那样与线圈L2耦连，线圈L2导致流经线圈L2的电流iL2的差异， 进而允许说明电流iL2的反向点。图6所示的电路布线的正常工作将结合图7所示的曲线 图做如下说明，在此，在图7中示出了加在开关Sl和S2之间节点上的电压、灯电压uFL和 流过线圈L2的电流iL2的随时间变化的曲线。尤其是，在图7中示出了这样的情况，即，在 图6所示电路布线的第一时间段Tl内，包括开关S2和S3的电桥对角线被起动，而在随后 的时间段T2内，包括开关Sl和S4的电桥对角线被起动。就是说，在时间段Tl内，开关S3 是长期接通，开关Sl和S4是长期断开。此外，在该时间段Tl内，开关S2被高频交替通断。 尤其如图7所示，当流经线圈L2的电流iI2已达到其下反向点即其最小值时，开关S2总是 接通，从而出现电压u的脉冲状变化曲线。电流iL2的前缘斜率通过线圈L2的电感来确定。通过改变电流Π2的峰值即开关S2的断开时刻，电流iL2的电流平均值可改变，进而，供给 灯EL的功率及其色温被调节或者保持恒定。电流iL2的高频曲线将通过元件L2和C2被 滤波，从而出现施加在气体放电灯EL上的电压uEL的如图7所示的平滑变化曲线。在经过时间段T2后，开关S2和S3被长期断开，而开关S4被长期接通。与开关S2 相似，在时间段Tl内，现在将高频交替通断开关Si,从而得到图7所示的电压Uj和uEL以 及电流iL2的曲线。如上所述，借助一个控制电路在工作阶段之间在时间段Tl和T2内进 行反复切换，在此，该极性变换频率尤其可以位于80-150HZ范围，而开关S2的高频脉冲频 率(在时间段TA内)或者说开关Sl的高频脉冲频率(在时间段T2内)可以在45kHz上 下。在电桥对角线S1-S4和S2-S3之间的低频切换或者说极性变换必然导致交流噪 音，它因为其低频而相对小声和不扰人。但是，在时间段Tj和T2之间切换时刻的陡立前缘 造成高次谐波，这是扰人的。为此缘故，控制开关S1-S4的控制电路优选地如此构成，S卩，它 在工作阶段Tl和T2之间的切换之前和之后降低电流iL2的峰值。这例如可以通过专用软 件或通过特殊调整控制电路5的硬件来做到，这种特殊调整或软件减小了时间段Tj内的最 后电流峰值以及时间段T2内的第一电流峰值，以便通过此方式来平缓在工作阶段Tl和T2 之间切换时的前缘。在此情况下，得到图7虚线所示的电流iI2或者灯电压uEL的曲线。从 该虚线视图中看到，在切换时刻之前和之后，电流峰值相对原来的曲线略微降低，因而将获 得略微柔和的灯电压uEL过渡。在上述控制当中，当恰好被起动的电桥对角线的第二开关还保持接通时，在高频 切换开关断开之后，电流继续流经自振荡二极管并同时相对缓慢地减小。这导致较小的电 流峰值，相应地还导致较小的损失功率。但可能出现以下情况，即，在一个此时来自自振荡 二极管的阻挡层的电子被耗尽且因而已到达电流iL2的下反向点的时刻，该电流减小得还 不够，因而开关在接通时还会遇到高负载。为消除该负载，在一个改进方案中，开关可以根 据图2b的曲线来控制。该曲线图表示在时间段T内的电流曲线iL2和第二和第三开关2、3的状态。另外 两个开关在此时间段T内是断开的。在第一阶段χ中，两个开关被接通，电流iL2连续增大。 如上述控制中的那样，在其开始可由达到iL2的最大值或通过规定的持续时间Xj来确定的 第二阶段x2中，第二开关S2是断开的，iL2缓慢减小。但现在，从第二开关S2断开后的一 个规定时刻起，在第三阶段x3中，第三开关S3也被断开。电流现在流经第一和第四开关的 两个自振荡二极管，并且现在比在第二阶段x2中更显著地减小。由此可以保证，iL2也实 际上在自振荡二极管的阻挡层耗尽之前达到负值。如果iL2到达下反向点，则两个开关又 被接通并且控制又处于第一阶段Xl的状态。但当电流iL2原先已降至零时，省掉了第三开 关S3的断开，就是说第三阶段x3，因为在此情况下，没有在开关断开时出现高负载。相反， 以第一阶段χ继续进行且又断开第二开关S2。两个电桥对角线之间的低频切换按照与上述 实施例相似的方式进行，在这里，电流iL2的峰值也可以优选地在工作阶段Tl和T2之间的 切换之前和之后被降低。在现有技术中，如此确定高频脉冲节拍化开关的断开时刻，S卩，灯电流达到固定的 预先规定的断开阈值。此时出现了会改变紧接在开关接通后的负电流流通区的不精确性， 这使功率调节不精确。

发明内容
现在，本发明的任务是使在半桥电路或全桥电路中的气体放电灯的功率调节更精确。该任务将通过独立权利要求的特征来完成。从属权利要求特别优选地改进了本发 明的中心构想。本发明的第一方面涉及一种调节方法，尤其是借助一个包括两个开关和两个电容 的半桥电路或者一个包括两个有源半桥和因而四个开关的全桥电路来调节气体放电灯的功率。在一个半桥电路中，半桥电路通过一个包括两个脉冲开关的有源半桥和一个包括 两个电容的无源半桥构成。因为只有一个有源半桥，所以此电路基本上提到的是一个半桥 电路。气体放电灯此时布线连接在桥臂中。半桥电路或全桥电路的一个电桥对角线被起 动，在此电桥对角线中，一个开关被脉冲使能工作，并且位于该对角线上的电容或者说在一 个全桥电路中是一个接通的(低频脉冲)开关负责电流流通。作为调节用反馈参数，采用 一个代表灯电流平均值的测量实际值，其与一个作为额定值的标准值比较。半桥电路带来以下优点，与现有技术中的全桥电路相比，可以省掉两个脉冲使能 开关，并且还可省掉所需要的控制机构，其中包括用于两个开关中的高位开关的高端控制 机构。根据实际值和额定值之差，脉冲使能开关的当前接通过程和/或一个后续接通过 程的占空比可被调整。此外，脉冲使能开关的占空比只在每η次接通过程中被改变，其中η大于或等于2。脉冲使能开关的占空比例如可以根据作为控制参数的脉冲使能开关的断开时刻 被改变。占空比可以通过自适应设定一个代表灯电流的测量参数的断开级来调节，其中当 达到断开级时，脉冲使能开关将会被断开。作为功率调节的控制参数，替代脉冲使能开关的脉冲节拍或作为其补充，可以采 用供给半桥电路或全桥电路的直流总线电压电平。总线电压可以借助一个有源PFC电路产生，在此，所产生的总线电压电平通过改 变PFC电路的一个开关的脉冲节拍来执行。作为代表灯电流平均值的测量实际值，可以采用灯电流的一个扫描值，优选是在 脉冲使能开关的接通时间段的一半时测量的扫描值。代表灯电流平均值的实际值可以通过连续测量灯电流(或代表其的参数)来求
出ο连续测量的灯电流可以与一个标准值做比较，代表平均值的实际值可以是关于脉 冲使能开关的接通时间段的比较值的占空比。占空比可以结合一个双向数字计数器来求出。标准值可以取决于一个预定的遮光值和/或测量的灯电压。本发明还涉及集成电路，尤其是ASIC，其设计用于执行上述方法。
此外，本发明涉及一种用于高压气体放电灯或低压气体放电灯的操作装置，它具 有这样的集成电路。根据本发明，还提供一种用于气体放电灯的功率调节的电路，其具有一个包括两 个开关的半桥电路或者一个全桥电路，其中，气体放电灯可布线连接在桥臂中。一个控制单 元起动一个电桥对角线，其做法是，它起动该电桥对角线的开关，位于对角线上的电容负责 电流流过，由此，气体放电灯接受高频电压。一个代表灯电流平均值的测量实际值被反馈给 控制单元，该测量实际值与一个标准值做比较。控制单元可以根据实际值和额定值之差来调节脉冲使能开关的当前接通过程和/ 或一个后续接通过程的占空比。控制单元可以只在每η次接通过程中改变脉冲使能开关的占空比，其中，η大于或 等于2。控制单元可以根据作为控制参数的脉冲使能开关的断开时刻来改变脉冲使能开 关的占空比。控制单元可通过自适应设定一个代表灯电流的测量参数的断开级来调节占空比， 其中控制单元在达到该断开级时断开脉冲使能开关。除调节气体放电灯的工作以外，控制单元还可以控制一个中间电路并从该中间电 路获得反馈信号，其中，中间电路电压产生供给半桥电路或全桥电路的直流总线电压。作为脉冲使能开关的脉冲节拍的替代或补充，控制单元可采用供给半桥电路或全 桥电路的直流总线电压电平作为功率调节的控制参数。为产生总线电压，可设置一个有源PFC-电路，其中，控制单元通过改变PFC电路的 一个开关的脉冲节拍来执行所产生的总线电压电平。灯电流的一个扫描值，优选是在脉冲使能开关的接通时间段的一半时测量的扫描 值，可以作为代表灯电流平均值的测量实际值被反馈给控制单元。为了求出代表灯电流平均值的实际值，控制单元可以连续测量灯电流(或者其代 表参数)。 控制电路可以具有一个比较器，该比较器将连续测量的灯电流与一个标准值比 较，并且控制电路采用比较器输出信号的占空比作为代表该平均值的实际值。比较器输出信号可以被输送给控制电路的一个双向数字计数器。控制电路可以依据一个外部或内部预定的遮光值和/或经测量的且被供给控制 电路的灯电压来调节该标准值。


以下将结合优选实施例并参照附图来详细说明本发明。图1表示用于在半桥中布线连接的气体放电灯的本发明操作装置。图2具体表示用于操作灯的半桥电路和可在半桥电路上抽出的测量信号。图3表示该半桥的一个开关的控制信号以及中点电压Ul3和灯电流Lamp的曲线。图4表示灯电流调节装置的构造。图5表示图4的调节装置的信号的时间曲线。图6表示ΕΡ1114571Β1所公开的电路。
图7a表示第一曲线图，它示出了图6所示电路布线中的电压和电流的随时间变化 的曲线。图7b表示第二曲线图，它根据改进方案示出了图1所示电路布线中的切换状态和 随时间变化的电流曲线。图8表示用于在全桥中布线连接的气体放电灯的本发明操作装置。图9具体表示用于操作灯的全桥电路以及可在全桥电路上抽出的测量信号。
具体实施例方式图1表示电子镇流器，用于操作气体放电灯尤其是高压气体放电灯。(图1和图2涉及一个包括有源半桥的实施例，而图8和图9涉及一个包括以全桥 形式布线的两个半桥的实施例。因此，对图1和图2的描述的大部分也可套用到图8和图 9。此外，在那里基本上规定了一个用于另外两个开关的控制机构。)在输入侧，电子镇流器具有一个接受电网电压的整流器GR，一个起到高调器作用 的有源的功率因数校正电路(PFC电路)与整流器相接。该PFC电路具有一个电感16和与 之串联的一个二极管D9，其中，电感16在一个开关S6被接通时被磁化，在这里，一个电容 C6将被充电，而电感在开关S6断开时被去磁，从而在电容C6上调节出升高的直流电压Uo， 它具有按照开关S6脉冲频率的三角波形。在输出侧，图1所示的电子镇流器包括一个具有两个开关Sl和S2和两个电容CS3 和CS4的半桥电路。结合图2来描述其它元件。控制单元可以接收来自PFC中间电路电压的区域的反馈信号，例如-通过分压器STl获得输入电压，-借助抽头Al获得流过电感16的电流(或监测电感16上的电压)，以及-通过分压器ST2获得总线电压Uo。控制单元可以通过开关S6的脉冲使能来调节输出电压电平，并借助反馈的总线 电压优选以数字方式进行调整。控制单元可以接受来自包括灯EL的且具有半桥电路的负载回路的区域的反馈信 号-借助分压器ST3获得的灯电压，_借助并联电阻Rl获得的灯电流只在各起动的电桥对角线的脉冲使能开关 接通时)，以及-借助抽头A2获得的分路电流(感应或通过在开关Sl和S2的中点上的抽头)。图2具体表示具有反馈信号的半桥电路-借助分压器，获得代表桥臂电流的中点电压Ul3，-借助一个或多个分压器，结合电压U1和U2的灯电压八_，以及
-借助并联电阻Rl，灯电流ILamp。图2所示的电路布线包括一个电桥电路，它具有一个上对角线点1和一个下对角 线点2以及一个右对角线点3。左对角线点无法明确画出。电桥电路具有四个桥臂4、5、6和7。桥臂4和6各自包括一个呈FET形式的开关 元件。该开关元件用Sl和S2表示。
一个直流电压源的极位于电桥电路的对角线点1和2。该直流电压源可以通过总 线被供给电路布线。但是，也可以按照常规方式通过电网电压的逆变转换来产生直流电压。从对角线点3起延伸出一条分路PZ1。分路PZl串联地包括一个点亮电路Z1、一 个HID灯LAl和一个电感L2。此外，分路PZl包括二极管网，它由四个二极管Dl、D2、D3和D6构成。二极管Dl 连接电感L2和FET Sl的一个接点，确切说是未与直流电压源的一个极相连的接点。FET Sl 的另一个接点位于直流电压源的正极。二极管D2连接电感L2和FET S2的一个接点，确切 说是未在直流电压源的一个极上的接点。FET S2的另一个接点位于半桥臂6和半桥臂7的 节点。二极管D3连接FET S2的未与直流电压源的负极相连的接点与直流电压源的正极。 二极管D6连接FET Sl的未与直流电压源的正极相连的接点与直流电压源的负极。所述二 极管Dl和D2被正通极化。二极管D3、D6在阻挡方向上被极化。优选与HID灯LAl并联地 并设有一个电容C2(未示出)，作为滤波电容或斩波电容。它可以在工作中对灯电压进行滤 波处理并在电感L2去磁时保持灯电压。在半桥臂6和半桥臂7的节点以及直流电压源的负极之间，中间接设有一个低欧 姆值并联电阻R1，但它只用于测量电流，对电路中的电压没有明显影响。在图3中示出了被起动的电桥对角线A/D的信号曲线(标记与图2中相同)。在 此如图所示，开关Sl被脉冲使能并在时刻T31和T32(时间段t。n)之间被接通。如图所示， 线性增大的灯电流I^ip只能在时间段t。n内在并联电阻Rl上来测量，而在此其间，开关Sl 是接通的。在开关Sl断开的时间段内，电感L2减小流经灯的电流而下行至下反向点，在此 时间段内，无法借助并联电阻Rl来测量灯电流。高频脉冲开关(在此是开关A或Si)的接通时刻可以通过监测流经电感L2的分 路电流iL2来确定。例如，可以监测流过电感L2的分路电流iL2是否又降低到零或者电感 L2是否被去磁。这可以借助电感L2上的一个次级绕组来实现，或者也可借助开关Sl和S2 之间的中点电压的监测来实现。在现有技术中，当灯电流到达规定的阈值Ipeak时，高频脉冲开关(在此是开关A 或Si)的断开时刻被确定。此时如上所述，在反向点T31有最大负电流级的可能的波动ΔΙ 并且未予以重视，这可能使这种功率调节不精确。根据本发明，现在自适应设定脉冲使能开关(在图2中是开关Si)的断开时刻，结 果，接通时间段t。n可变。这例如如此做到，用于灯电流的断开阈值被自适应调设和/或脉 冲使能开关的接通时间段可做适应调整。此时，自适应调整根据反馈信号来完成，该反馈信号代表灯电流平均值(对脉冲 使能开关的一个或多个接通时间段求平均)。通过依据灯电流平均值的调节，灯功率调节要 精确许多。灯电流的平均值可被如此测定，S卩，在时刻t。n/2，也就是说，在脉冲使能开关的接 通时间t。n的一半时，测量并评价一个扫描值。如果该扫描值大于额定平均值，则可以缩短 接通时间段或减小断开电流阈值，确切说，是在该脉冲使能开关的当前或下次接通过程中。以下将说明一个实施例，在此实施例中，连续测量灯电流并将其反馈给控制单元。如图4所示，在控制单元中，灯电流Lamp通过比较器Kl与一个标准值Iavg—s。n进行 比较。就是说，标准值Iavg—s。n规定了灯电流的额定平均值并且例如可以取决于一个内部或外部的遮光规定值和/或灯电压大小。该标准值Iavg—s。n是额定功率的尺度。为获得稳定的灯功率，在灯电压U^lip波动时，必须反过来跟踪控制灯电流平均值 的额定规定值，从而将所出现的灯电流和灯电压之乘积保持恒定。当灯电压恒定时，中间电 流调节当然就等于灯功率调节。在此实施例中，调整的目的是，比较器Kl输出的占空比在脉冲使能开关的接通时 间段t。n内等于50%。在此实施例中，为此将比较器的输出信号输送给数字式上/下计数 器COUNTER，它被控制单元的时标器节拍化(脉冲节拍信号CNT_CLK)。如图5所示，在灯电 流I^ip低于标准值Iavg—s。n期间，计数器在一个方向上计数，并且只要灯电流I^lip超过标准 值Iavg—s。u，就在相反方向上计数。如果灯电流I^ip平均值的实际值恰好等于标准值预定值 Iavg—s。n，则供给计数器COUNTER的基准信号的占空比为50%，因此在接通时段结束时，计数 器状态恰好对应其初始状态。其间，任何偏差会导致计数器状态偏离其初始状态的偏差ERROR。该偏差信号 ERROR被输送给一个优选数字式的调节器RE⑶LAT0R，它同样通过信号reg_Clk由控制单元 的时标器被节拍化。调节器REGULATOR实施一个调节策略(例如PT-调节器)，并且根据输 入信号ERROR和调节策略来控制影响气体放电灯功率的调整参数。调整参数例如可以是以 下参数中的一个或多个-总线电压，-自适应断开阈值IpeakJP/或-自适应接通时间段t。n调整参数可以在当前的接通过程中、在任何一个后续接通过程中或者在每η次接 通过程中被改变，其中，η为大于或等于2的整数。在图4和图5的例子中，或是接通时间t。n被改变，或是调节器RE⑶LATOR改变控 制单元的另一个比较器K2的标准值，灯电流Lamp加在该比较器的非倒输入上。另一比较器K2的输出信号控制着起动的电桥对角线的各自的脉冲使能开关的断 幵 gate_offο在图8和图9的实施例中，电子镇流器在输出侧包括一个有四个开关S1-S4 (或者 说A-D)的全桥电路。电感Li、L2、灯EL和电容Cl、C2按照图6布线连接。
权利要求
一种借助具有两个开关的半桥电路或具有四个开关的全桥电路来调节气体放电灯的方法，其中，该气体放电灯(EL)在桥臂中布线连接，并且一个电桥对角线被起动，在该电桥对角线中，一个开关(S1，S2)被脉冲使能，其中作为用于调节的反馈参数，采用一个代表灯电流(ILamp)的平均值的测量实际值，该测量实际值与一个标准值(IAVG_SOLL)进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当间接或直接测量的桥臂电流衰减至零且优选 已达到其下反向点时，脉冲使能开关(S1，S2)在一个时刻被接通。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据实际值和额定值之差，该脉冲使能开关 的实际接通过程和/或后续接通过程的占空比被调节。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，该脉冲使能开关的占空比只在每η次接通过程中 被改变，其中η大于或等于2。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，该脉冲使能开关的占空比根据作为 控制参数的脉冲使能开关的断开时刻被改变。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，该占空比通过自适应设定用于代表 灯电流的测量参数的断路电平来调整，其中当达到断路电平时，该脉冲使能开关被断开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，代替脉冲使能开关的脉冲节拍或作 为其补充，使用被供给半桥电路或全桥电路的直流总线电压作为功率调节的控制参量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，总线电压借助有源的PFC电路产生，所产生的总 线电压电平通过改变该PFC电路的一个开关的脉冲节拍来完成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，作为一个代表灯电流平均值的测量 实际值，采用灯电流的一个扫描值，优选是在脉冲使能开关的接通时间段的一半时测定的 扫描值。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，代表灯电流平均值的该实际值通 过连续测量灯电流来求出。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，连续测量的灯电流与一个标准值比较，代表平 均值的实际值是关于该脉冲使能开关的接通时间的比较值的占空比。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，该占空比借助一个双向数字计数器来求出。
13.根据权利要求9或10所述的方法，其中，该标准值取决于一个预定的遮光值和/或 测量的灯电压。
14.一种集成电路，尤其是ASIC，其设计用于执行方法。
15.一种用于高压气体放电灯或低压气体放电灯的操作装置，该操作装置具有根据权 利要求14所述的集成电路。
16.一种用于气体放电灯的功率调节的电路，该电路具有一个包括两个开关的半桥电 路或一个包括四个有源开关的全桥电路，其中该气体放电灯布线连接在桥臂中，一个控制 单元如此起动一个电桥对角线，即，它将该电桥对角线的一个开关脉冲使能，其中一个代表 灯电流平均值的测量实际值被反馈给该控制单元，该测量实际值与一个标准值做比较。
17.根据权利要求16所述的电路，其中，该控制单元根据实际值和额定值之差调整该 脉冲使能开关的当前接通过程和/或后续接通过程的占空比。
18.根据权利要求17所述的电路，其中，该控制单元只在每η次接通过程中改变该脉冲 使能开关的占空比，其中η是大于或等于2的整数。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的电路，其中，该控制单元根据作为控制参数 的脉冲使能开关的断开时刻来改变该脉冲使能开关的占空比。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的电路，其中，该控制单元通过自适应设定一 个代表灯电流的测量参数的断路电平来调节该占空比，其中该控制单元在达到该断路电平 时断开该脉冲使能开关。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的电路，其中，除了调节气体放电灯的工作外， 该控制单元还控制一个中间电路并从该中间电路获得反馈信号，中间电路电压产生供给半 桥电路或全桥电路的直流总线电压。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的电路，其中，作为脉冲使能开关的脉冲节拍 的替代或补充，该控制单元采用供给半桥电路或全桥电路的直流总线电压作为功率调节的 控制参数。
23.根据权利要求22所述的电路，其中，为了产生总线电压，设置一个有源的PFC电路， 该控制单元通过改变该PFC电路的一个开关的脉冲节拍来执行所产生的总线电压电平。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的电路，其中，作为代表灯电流平均值的测量 实际值，给该控制单元反馈一个灯电流的扫描值，优选是在该脉冲使能开关的接通时间段 的一半时测量的扫描值。
25.根据权利要求16至23中任一项所述的电路，其中，该控制单元为了求出代表灯电 流平均值的实际值而连续测量该灯电流。
26.根据权利要求25所述的电路，其中，该控制电路具有一个比较器，该比较器将连续 测量的灯电流与一个标准值进行比较，并且控制电路使用该比较器输出信号的占空比作为 代表该平均值的实际值。
27.根据权利要求26所述的电路，其中，该比较器的输出信号被输送给该控制电路的 一个双向数字计数器。
28.根据权利要求16至27中任一项所述的电路，其中，该控制电路依据一个外部或内 部预定的遮光值和/或经测量且被供给控制电路的灯电压来调节该标准值。
29.根据权利要求16至28中任一项所述的电路，其中，该电路被设计为数字电路。
30.根据权利要求16至29中任一项所述的电路，其中，该电路被设计为集成电路，优选 为 ASIC。
31.一种用于气体放电灯的操作装置，该操作装置具有根据权利要求16至30中任一项 所述的电路。
32.一种发光装置，该发光装置具有气体放电灯和根据权利要求31所述的操作装置。
33.一种照明系统，该照明系统具有多个发光装置，其中的至少一个发光装置根据权利 要求32所述，其中，这些发光装置优选通过一个或多个总线相互连接和/或与一个中心控 制单元相连。
全文摘要
本发明涉及气体放电灯功率的调节电路，该调节电路包括半桥电路或全桥电路，该半桥或全桥电路具有两个开关和两个电容，其中气体放电灯被布线接在桥臂中，一个控制单元如此控制一个电桥对角线，即，它脉冲使能该电桥对角线的一个开关，给该控制单元反馈一个代表灯电流平均值的且与标准值比较的测量实际值。
文档编号H05B41/288GK101978789SQ200980109345
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月16日 优先权日2008年3月18日
发明者京特·马伦特, 内博斯亚·耶拉恰, 爱德华多·佩雷拉, 马丁·胡贝尔 申请人:赤多尼科两合股份有限公司;赤多尼科有限公司