专利名称：脉冲启动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲启动电路，尤其涉及一种可提供脉冲触发电压以用于启动气 体放电灯，如高强度放电(HID)灯，的脉冲启动电路。本发明还涉及一种可用于气体放电灯 的包含该脉冲启动电路的镇流器。
背景技术：
为配合HID灯的特性，HID灯电子镇流器通常是一种低频电子镇流器，其输出频率 大多设置在100Hz-400Hz的范围内。另外，在HID灯进入稳态工作后，为避免HID灯的两个 电极的温度不同，要求用交流电来驱动。因此，HID灯通常使用电子镇流器来将AC线电压 转换成低频双向电压。一般地，HID灯电子镇流器包括用来将AC线电压转换成DC电压的 预调节器，和将DC电压转换成低频双向电压的逆变器。逆变器可以采取串联半桥或全桥的 形式连接至DC电压母线。另一方面，HID灯在“冷态” “(环境温度)的触发电压一般为3_5kV。当HID灯 在”热态“(即灯在运行中熄灭，灯的温度尚未降低或降低不多的情况)下重新启动时，所 需电压幅度往往达25kV甚至30kV。在这样的电压下，灯在IOns之内将会击穿而点亮。因 此，HID灯电子镇流器需设计专门的启动电路(或称为”触发器电路“)，为灯的启动提供足 够高的触发电压。点亮HID灯的一种启动电路是如图1所示的电路。在直流输入电压Vin通过电阻 器Rl对电容器Cl充电饱和后，单向可控硅开关元件Ql的控制极接受触发信号Sgate而使 单向可控硅开关元件Ql触发导通，进而电容器Cl开始放电。电容器Cl放电产生的放电电 流流过变压器Tl的初级绕组而在变压器Tl的次级绕组产生很高的脉冲电压Vout以点亮 HID灯。但该电路的缺点是单向可控硅开关元件Ql有时不能正常关断，进而在电阻Rl上产 生较高的能量损失，有时甚至导致电阻Rl被烧毁。例如，在单向可控硅开关元件Ql处于较 高结温时，其维持电流往往较低，可能会导致单向可控硅开关元件Ql不能正常关断；或者， 在电容器Cl的充电未饱和前其上的电压还较低时，单向可控硅开关元件Ql就被触发导通， 单向可控硅开关元件Ql也很难正常关断。
发明内容
本发明提出了一种脉冲启动电路和一种可用于气体放电灯的包含该脉冲启动电 路的镇流器，该脉冲启动电路具有可靠的关断性能。根据本发明的一个实施例，该脉冲启动电路包括输入电压正连接点和输入电压 负连接点，分别用于与一 DC电压母线的输出电压正连接点和输出电压负连接点对应相连； 包括初级绕组和次级绕组的变压器，所述次级绕组的两个端点构成所述脉冲启动电路的输 出电压连接点；与所述变压器的初级绕组串联连接的单向可控硅开关元件，所述单向可控 硅开关元件的阳极与所述变压器的初级绕组的一个端点对应相连；与串联连接的所述初级 绕组和所述单向可控硅开关元件并联连接的第一电容器；耦合在所述初级绕组和所述第一
4电容器的节点与所述输入电压正连接点间的第一阻抗元件；可在所述单向可控硅开关元件 需关断时在所述单向可控硅开关元件的阴极和控制极间形成反偏电压的模块，所述模块耦 合在所述第一电容器和所述单向可控硅开关元件的节点与所述输入电压负连接点间。根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于气体放电灯的镇流器，包括具有输 出电压正连接点和输出电压负连接点的DC电压母线、逆变器电路和如上所述的脉冲启动 电路。其中，逆变器电路耦合在所述DC电压母线的正连接点和负连接点间用于生成交替半 周期的双向电压以提供给所述气体放电灯，所述脉冲启动电路耦合在所述DC电压母线的 正连接点和负连接点间。本发明的脉冲启动电路，由于具有可在所述单向可控硅开关元件需关断时在所述 单向可控硅开关元件的阴极和控制极间形成反偏电压的模块，使得该单向可控硅开关元件 能可靠地因为该反偏电压而关断并因此将脉冲启动电路及时关断。
通过阅读以下结合附图对非限定性实施例的描述，本发明的其它目的、特征和优 点将变得更为明显和突出。图1为现有技术中的一种启动电路的电路结构示意图；图2为根据本发明一实施例提供的脉冲启动电路的电路结构示意图；图3为根据本发明另一实施例提供的脉冲启动电路的电路结构示意图；图4为根据本发明再一实施例提供的用于气体放电灯的镇流器的电路结构示意 图。其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征/装置(模块)。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行说明。图2为根据本发明一实施例提供的脉冲启动电路10的电路结构示意图。该脉冲 启动电路10包括输入电压正连接点A、输入电压负连接点B、变压器11、单向可控硅开关元 件12、第一电容器13、第一阻抗元件14以及可在单向可控硅开关元件12需关断时在单向 可控硅开关元件12的阴极和控制极间形成反偏电压的模块15 (以下简称该模块15为“反 偏电压模块15” “)。输入电压正连接点A和输入电压负连接点B分别用于与一 DC电压母线30的输出 电压正连接点和输出电压负连接点对应相连，从而脉冲启动电路10从该DC电压母线30处 获得直流输入电压Vin。变压器11包括初级绕组Wl和次级绕组W2，次级绕组W2的两个端 点构成脉冲启动电路10的输出电压Vout的连接点。单向可控硅开关元件12与变压器11 的初级绕组Wl串联连接，且该单向可控硅开关元件12的阳极与初级绕组Wl的一个端点对 应相连。第一电容器13与串联连接的初级绕组Wl和单向可控硅开关元件12并联连接。第 一阻抗元件14耦合在初级绕组Wl和第一电容器13的节点与输入电压正连接点A间。可 选择地，第一阻抗元件14包括一电阻器。当然，第一阻抗元件14还可包括其他元件，但整 体上其主要表现为阻抗特性。反偏电压模块15耦合在第一电容器13和单向可控硅开关元 件12的节点与输入电压负连接点B间。
在图2所示的实施例中反偏电压模块15包括第二阻抗元件151和第三阻抗元件
152。第二阻抗元件151耦合在第一电容器13和单向可控硅开关元件12的节点与输入电 压负连接点B之间。第三阻抗元件152耦合在单向可控硅开关元件12的控制极与输入电 压负连接点B之间。可选择地，第二阻抗元件151包括一电阻器，第三阻抗元件152也包括 一电阻器。与第一阻抗元件14类似地，第二阻抗元件151和第三阻抗元件152也还可分别 包括其他元件，但整体上其主要表现为阻抗特性。第三阻抗元件152可为外加在单向可控 硅开关元件12的控制极与输入电压负连接点B之间的阻抗元件。在输入电压负连接点B 直接接地的情形下，第三阻抗元件152也可为单向可控硅开关元件12的控制极的驱动电路 (未图示)所具有的阻抗元件。可选择地，第二阻抗元件151和第三阻抗元件152的阻值相 当。可选择地，反偏电压模块15还包括与第二阻抗元件151并联连接的第二电容器
153。第二电容器153主要起着降低第二阻抗元件151上的干扰噪声进而防止可控硅开关 元件12误导通的作用。由于第二阻抗元件151与单向可控硅开关元件12的阴极相连，如 果第二阻抗元件151上的干扰噪声足够大其也能使单向可控硅开关元件12导通进而使脉 冲启动电路10产生脉冲输出电压。因此，通过降低第二阻抗元件151上的干扰噪声，第二 电容器153能防止可控硅开关元件12的误导通。可选择地，反偏电压模块15还包括与第三阻抗元件152并联连接的第三电容器
154。第三电容器154的作用与第二电容器153相似，在此不再赘述。可选择地，单向可控硅开关元件12的击穿电压为直流输入电压Vin的约2倍大 小。例如，如果直流输入电压Vin为400V，则击穿电压可选择在800 1000V左右。可选择地，第二阻抗元件151的阻值比第一阻抗元件14的阻值小很多。例如，第 二阻抗元件151的阻值比第一阻抗元件14的阻值的15%还小。优选地，第二阻抗元件151 的阻值为第一阻抗元件14的阻值的到10%之间。由于第二阻抗元件151的阻值比第 一阻抗元件14的阻值小很多，因此在第二阻抗元件151的压降将约为DC电压母线提供的 直流输入电压Vin的很小比例，如10%不到。这样，可避免在单向可控硅开关元件12的阴 极形成很高的反偏电压而超过单向可控硅开关元件12能承受的极限。以下将描述脉冲启动电路10的工作原理。当DC电压母线30提供直流输入电压 Vin给脉冲启动电路10时，在开始阶段直流输入电压Vin通过第一阻抗元件14和第二阻 抗元件151对第一电容器13充电，单向可控硅开关元件12并不导通直到在单向可控硅开 关元件12的控制极施加一触发信号Sgate。当第一电容器13充电饱和后，在单向可控硅 开关元件12的控制极施加触发信号Sgate使其触发导通。在单向可控硅开关元件12导通 后，第一阻抗元件14、变压器11的初级绕组W1、单向可控硅开关元件12以及第二阻抗元件 151与DC电压母线30形成回路，同时第一电容器13通过变压器11的初级绕组Wl开始放 电而使变压器11的初级绕组Wl有很高的放电电流。单向可控硅开关元件12的导通使变 压器11的初级绕组Wl有电流(以放电电流为主)流过，变压器11为升压变压器，因而在 变压器11的次级绕组W2的两端产生很高的脉冲输出电压Vout。第一电容器13上的电压 迅速下降至零并变为负电压。第一电容器13上的负电压是由于变压器11上的能量促使放 电电流对第一电容器13上反充电形成的。当第一电容器13的放电电流降为零时，第一电 容器13上的反向电压达到最大。单向可控硅开关元件12的关断时间约在20 μ s到100 μ s间，而第一电容器13的反向电压一般能持续超过200 μ S。一般地，单向可控硅开关元件12 在该放电电流降为零时在该反向电压的作用下将被关断。但在如前所述的某些特殊情形下，如果单向可控硅开关元件12在该反向电压的 作用下不能被正常关断，单向可控硅开关元件12上仍有电流(主要为直流输入电压Vin产 生的电流)流过，则该电流也会同时通过第一阻抗元件14、变压器11的初级绕组Wl以及 第二阻抗元件151。流过第二阻抗元件151的电流将在第二阻抗元件151上产生一个电压 降。又由于第二阻抗元件151、第三阻抗元件152、单向可控硅开关元件12的控制极和阴极 形成一回路，因此第二阻抗元件151上产生的该电压降在单向可控硅开关元件12的控制极 和阴极形成一个反偏电压。该反偏电压将使单向可控硅开关元件12的维持电流提高到一 个新的级别，因此即使单向可控硅开关元件12仍具有较高的阳极电流，其也可在该反偏电 压的作用下被关断。图3为根据本发明另一实施例提供的脉冲启动电路10的电路结构示意图。在图 3所示的实施例中反偏电压模块15包括第二阻抗元件151、第二电容器153、第一开关元件 155和第一控制元件156。第二阻抗元件151与第二电容器153并联连接且耦合在第一电 容器13和单向可控硅开关元件12的节点与输入电压负连接点B之间。第一开关元件155 耦合在单向可控硅开关元件12的控制极与输入电压负连接点B之间。第一控制元件156 被设置成在单向可控硅开关元件12需关断时控制第一开关元件155导通。图3所示的脉冲启动电路10的其他元件与图2所示的脉冲启动电路10的相同， 请参阅前文。在单向可控硅开关元件12需关断时，由于第一开关元件155的导通使得单向可控 硅开关元件12的控制极接地。如前实施例所述，第二阻抗元件151上形成有电压降，因此 该电压降在单向可控硅开关元件12的控制极和阴极形成一个反偏电压。单向可控硅开关 元件12在该反偏电压的作用下被关断。图4为根据本发明再一实施例提供的用于气体放电灯40的镇流器100的电路结 构示意图。该镇流器100包括具有输出电压正连接点和输出电压负连接点的DC电压母线 30、逆变器电路20和如前所述的本发明提供的脉冲启动电路10。逆变器电路20耦合在DC 电压母线30的正连接点和负连接点间用于生成交替半周期的双向电压以提供给气体放电 灯40。脉冲启动电路10耦合在DC电压母线30的正连接点和负连接点间以为气体放电灯 40的启动提供足够高的触发电压。DC电压母线30根据本领域技术人员公知的实施例和方法进行操作。一般地，DC 电压母线30的直流电压由AC线电压经全桥整流、电磁干扰滤波、功率因素校正后得到。具 体实施电路请参考现有技术，在此不再赘述。在如图4所示的实施例中，脉冲启动电路10采用如图2所示的实施例的结构。逆 变器电路20为全桥逆变器电路，包括第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23、第四 晶体管24和晶体管控制单元25。第一晶体管21的源极和第二晶体管22的漏极相连后连 接至脉冲启动电路10的第一输出端C，经变压器11的次级绕组W2和脉冲启动电路10的 第二输出端D后连接至气体放电灯40。第三晶体管23的源极和第四晶体管24的漏极相 连后连接至气体放电灯40。该等晶体管和晶体管控制单元25相互之间以及与DC电压母 线30间的连接方式、晶体管控制单元25对该等晶体管的控制，为本领域的技术人员所熟知的，不再赘述。在其他实施例中，逆变器电路20也可选为半桥逆变器电路。以上对本发明的具体实施方式
进行了描述。需要说明的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变型或修改。
权利要求
一种脉冲启动电路(10)，包括输入电压正连接点(A)和输入电压负连接点(B)，分别用于与一DC电压母线(30)的输出电压正连接点和输出电压负连接点对应相连；包括初级绕组(W1)和次级绕组(W2)的变压器(11)，所述次级绕组(W1)的两个端点(C，D)构成所述脉冲启动电路(10)的输出电压连接点；与所述变压器(11)的初级绕组(W1)串联连接的单向可控硅开关元件(12)，所述单向可控硅开关元件(12)的阳极与所述变压器的初级绕组(W1)的一个端点对应相连；与串联连接的所述初级绕组(W1)和所述单向可控硅开关元件(12)并联连接的第一电容器(13)；耦合在所述初级绕组(W1)和所述第一电容器(13)的节点与所述输入电压正连接点(A)间的第一阻抗元件(14)；其特征在于，所述脉冲启动电路(10)还包括可在所述单向可控硅开关元件(12)需关断时在所述单向可控硅开关元件(12)的阴极和控制极间形成反偏电压的模块(15)，所述模块(15)耦合在所述第一电容器(13)和所述单向可控硅开关元件(12)的节点与所述输入电压负连接点(B)间。
2.根据权利要求1所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述模块(15)包括 第二阻抗元件(151)，所述第二阻抗元件(151)耦合在所述第一电容器(13)和所述单向可控硅开关元件(12)的节点与所述输入电压负连接点⑶间；第三阻抗元件(152)，所述第三阻抗元件(152)耦合在所述单向可控硅开关元件(12) 的控制极与所述输入电压负连接点(B)间。
3.根据权利要求1所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述模块(15)包括 第二阻抗元件(151)，所述第二阻抗元件(151)耦合在所述第一电容器(13)和所述单向可控硅开关元件(12)的节点与所述输入电压负连接点⑶间；第一开关元件(155)，所述第一开关元件(155)耦合在所述单向可控硅开关元件(12) 的控制极与所述输入电压负连接点(B)间；第一控制元件(156)，所述第一控制元件(156)被设置成在所述单向可控硅开关元件 (12)需关断时控制所述第一开关元件(155)导通。
4.根据权利要求2或3所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述第二阻抗元件 (151)的阻值比所述第一阻抗元件(14)的阻值的15%还小。
5.根据权利要求2或3所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述模块(15)还包括 与所述第二阻抗元件(151)并联连接的第二电容器(153)。
6.根据权利要求2所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述模块(15)还包括与所 述第三阻抗元件(152)并联连接的第三电容器(154)。
7.根据权利要求1所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述第一阻抗元件(14)包 括一电阻器。
8.根据权利要求2或3所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述第二阻抗元件 (151)包括一电阻器。
9.根据权利要求2所述的脉冲启动电路(10)，其特征在于，所述第三阻抗元件(152) 包括一电阻器。
10. 一种用于气体放电灯(40)的镇流器(100)，包括 具有输出电压正连接点和输出电压负连接点的DC电压母线(30)； 逆变器电路(20)，耦合在所述DC电压母线(30)的正连接点和负连接点间用于生成交 替半周期的双向电压以提供给所述气体放电灯(40)；如权利要求1-9之一所述的脉冲启动电路(10)，所述脉冲启动电路(10)耦合在所述 DC电压母线(30)的正连接点和负连接点间。
全文摘要
本发明提出了一种脉冲启动电路，包括输入电压正连接点和输入电压负连接点，分别用于与一DC电压母线的输出电压正连接点和输出电压负连接点对应相连；包括初级绕组和次级绕组的变压器；与所述变压器的初级绕组串联连接的单向可控硅开关元件；与串联连接的所述初级绕组和所述单向可控硅开关元件并联连接的第一电容器；耦合在所述初级绕组和所述第一电容器的节点与所述输入电压正连接点间的第一阻抗元件；可在所述单向可控硅开关元件需关断时在所述单向可控硅开关元件的阴极和控制极间形成反偏电压的模块，所述模块耦合在所述第一电容器和所述单向可控硅开关元件的节点与所述输入电压负连接点间。
文档编号H05B41/16GK101925241SQ20101017934
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年6月9日
发明者丁九良 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司