双级的节拍电子能量转换器的制造方法_3

文档序号:9713867阅读:来源:国知局
温下通常对于持久的运行不是问题。恰恰电解电容器的ESR本身支持了电解电容器的迅速加热,并且通过该附加的自升温使得电解电容器离开低温的范围,从而在一段运行时间以后达到符合规定的运行。这种加热曲线例如在图3的图表中示出,其中,在横坐标上标出了时间,在纵坐标上标出了以°C为单位的温度。正如可以从图3中看出的那样,电解电容器自身在-25°C的持久低环境温度下在一段特定的运行时间以后达到0°C的温度。在实际运行中,发光器温度从而镇流器的环境温度进一步提升。在图3中因此示出了主动冷却的电子镇流器的情况。无论温度如何,电解电容器由于在高ESR下的高损耗而倾向于至少加热到ESR低到不再发生进一步的加热的程度。因此形成一种平衡。电解电容器以这种方式自身引起相应的升温。
[0052]就镇流器在极低温度下的问题而言,正如先前阐述的那样,这意味着,ESR因为电子电容器的自升温而降低,从而使得中间回路电解电容器上的电压区间同样也减小,所以能够调整符合规定的所希望的最大功率。通常电子镇流器为了它符合规定的运行具有一个微控制器或者诸如此类的形式的计算单元作为控制单元,它同时还检测环境温度。于是,在提供希望的最大功率之前就可以减少输出功率,直到在减少了功率的情况下也能够运行。一旦电解电容器充分升温,就自动地调节到理想的最大输出功率。
[0053]通过以下方式实现这些问题的解决方案,S卩,在电子镇流器中采用具有相应大的电容和/或相应大的温度范围的电解电容器。此外当然还可以相应地限制电子镇流器符合规定地运行时所允许的环境温度范围,例如现在到-15°C到+50°C的范围,以替代_30°C到+50°C。在此也还可能发生闪烁,直到中间回路电解电容器被充分加热。另一种改进电路工艺的可行性可以通过将大的薄膜电容器与中间回路电解电容器并联来实现。然而,这些措施会带来显著的成本比例并且对电子镇流器的构造有影响,因此只有在极端情况下才采用这些措施。借助图4进一步阐述问题的提出,其用示意性的电路图示出了一种这类双级的节拍电子能量转换器20,正如经常用在这类电子镇流器中的那样。
[0054]图4示出了一个双级的节拍电子能量转换器20,它用于传输电功率。能量转换器20具有两个接线夹38、40作为第一接头,通过它们能够将能量转换器20连接到一个未详尽示出的电源上,如公共的能量供应网或者诸如此类。能量转换器20的第一级1具有一个电子电感22,它利用一个接头连接在接线夹38上,并且利用另一个接头连接在电子开关元件26上,在这里就是开关晶体管。开关晶体管在这里被构成M0S-FET,它的源极-接头连接在接线夹40上。它的漏极-接头除了与电感22电连接以外还连接在二极管24的阳极上。二极管24的阴极连接在一个中间回路电容器28上,它自身同样也连接在接线夹40上。电感22、M0S-FET26和二极管24构成电子能量转换器20的第一级。能量转换器20的第一级在这里以升压运行状态工作,由此将第一接头上的电压转换为中间回路电容器28上的中间回路电压,该电压高于第一接头上的电压。
[0055]此外,在中间回路电容器28上作为能量转换器20的第二级2的电子开关元件30、在这里同样也构造成M0S-FET,与它的漏极-接头连接。M0S-FET30的源极-接头连接在二极管32的阴极和另一个电感34上。二极管32的阳极接头连接在接线夹40上。利用电感34的第二接头使得它连接在电容器36以及第二接头的接线夹42上,用于连接耗电器。电容器36利用它的第二接头同样也连接在接线夹40上,在这个接线夹上还连接了第二接头的接线夹44。
[0056]能量转换器20的第二级2在这里以降压运行状态工作。在电容器36上提供的电压因此小于在这里构造成电解电容器的中间回路电压器28上的中间回路电压。
[0057]图5示出了根据第一级在升压运行状态下的升压调节器的正常运行。在横坐标上示出了时间,而在纵坐标上示出了穿过电感22的电流。正如可以从图5中看出的那样,M0S-FET26被接通一段预定的时间段,从而让穿过电感22的电流从一开始的0基本上线性地提升到最大值。在电流最大值的范围内,M0S-FET26被关断,并且电流经由二极管24朝电解电容器28转向,该电解电容器在这里构成中间回路电容器。穿过电感22和二极管24的电流大致线性地下降,直到电感22中的能量消除。在这个时间点,穿过电感22的电流是0并且重新接通M0S-FET26,由此进行一个新的循环。
[0058]图6示出了级2的降压调节器的运行,其中,在横坐标上同样示出了时间并且在纵坐标上示出了穿过M0S-FET30的电流。可以看出,M0S-FET30在坐标原点上是接通的,紧接着实现从中间回路电容器28经由M0S-FET30和电感34向电容器36的电流。电流大致线性地上升,直至最大值。在达到最大值时,M0S-FET30被关断,并且穿过M0S-FET30的电流降到0。经由二极管32可以在关断M0S-FET30之后保持穿过电感34的电流通量,直到存储在电感中的能量消除。
[0059]在根据图4所示的电路中,以下效应造成不利的影响:
[0060]-第一级通过充电电流制造出中间回路电容器28上的正向电压提升。
[0061]-第二级通过放电电流为中间回路电容器28制造负电压,这个负电压在与第一级引起的正向电压提升相反的方向上起作用。
[0062]-能量转换器20的这两个级通常是不同步的,所以这两个前述效应大幅度提升中间回路电容器28上的中间回路电压的电压振幅。
[0063]-构造成电解电容器的中间回路电压具有ESR,它对于高频率虽然明显低于在100Hz时的情况,然而为此所述能量转换器20的峰值电流明显高于平均电流。
[0064]-借助图7和8示出了一个实例,其中,高频峰值电流大出4倍。
[0065]图8示出了用于电子能量转换器的原理等效电路图,正如它借助图4就级1而言已经描述的那样。与图4不同,在中间回路电容器28上没有连接第二级2,而是取而代之连接了以电阻46形式存在的耗电器。在图4中显示了其他的参数,也就是接线夹38、40上的200V的输入电压、中间回路电容器28上的400V的中间回路电压和耗电器46的100W的功率。从给出的值中得到100W/200V = 0.5A的平均电流。相应地,此外得到1A的峰值电流。这在图7所示的图表中示出,它在横坐标上显示时间并且在纵坐标上示出穿过电感22的电流,在这里是Iboost。从图7中可以看出,在这里用Im_表示的平均电流是在图7中所示的峰值电流的一半。
[0066]总而言之,从而可以确定的是,布置在两个高频转换器-级之间、也就是级1和级2之间的中间回路电容器28导致,在交流电压运行时中间回路电容器28上的基于100赫兹纹波的纹波电压与基于高频纹波的电压重合。ESR在高频电流下虽然更低,但是为此高频峰值电流也跟高。
[0067]因此在能量转换器20启动时,要注意以下几点:
[0068]-在中间回路电容器28上不能出现过高的电压。它们不仅可能危害电解电容器,而且首先还可能危害参与的电子构件,尤其是能量转换器20的半导体构件,例如M0S-FET、二极管和/或诸如此类。
[0069]-相反地,中间回路电容器28上的电压过低可能导致整个设备被关断。这是基于保险电路而发生的,以便避免发光器运行时发生闪光和/或为了保护连接的发光元件。
[0070]-优选地不要重复地接通和关断,因为闪光或光的闪烁使人感觉很受干扰。
[0071]这种情况是为什么这类镇流器不允许用于极低的温度、例如小于-20°C的原因。因此在现有技术中,大部分情况下只是检测直至多少ESR为止还允许启动设备,或者作为替选,使用足够好并且昂贵的电解电容器作为中间回路电容器。对能量转换器20的任何改变或者使新的电解电容器成为合格的中间回路电容器都需要耗费很多时间并且昂贵。
[0072]图9用示意图示出了显示正常运行状态下的中间回路电容器上的中间回路电压的图表,其中,横坐标示出时间轴,纵坐标示出中间回路电压。图9示出了具有以施加在能量转换器20的第一接头上的交流电压的韵律进行波动的中间回路电压的正常运行。可以看出的是,因为能量转换器20的两个级的运行而产生的纹波电
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