专利名称：一种气体放电灯的灯管工作电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于点燃和运行高压气体放电灯的开关型电源，其中开关型电源具有一个点火子电路，用以产生电压脉冲以点燃灯管。
背景技术：
WO-0 169 985公开了一种已知类型的灯管工作电路(lampoperating circuit)，包括一个点火电路，该电路包括一个开关和一个通过欧姆电阻器连到缓冲电容器的脉冲电容器，其中可以产生至少100Hz频率的用于点燃灯管的脉冲。这种已知的开关型电源的缺陷是脉冲的产生不可调整，与可提供给灯管的电流无关，所以点燃的机会相对小。因此，在灯管启动期间，一定数量的钨从电极蒸发，从而灯管的光输出降质和寿命缩短。另外，需要一种复杂的包括大量元件的独立的控制单元。
发明内容
本发明试图消除上述的问题，并为此目的提供一种开关型电源，用于点燃和运行高压气体放电灯，该电源有一个灯管电路，并包含一个通过变压器耦合到灯管电路的点火子电路，其中点火子电路包括-至少一个点火电容器；-一个具有控制电极的开关元件，用于在所希望的时刻将电容器放电；其中开关元件的控制电极通过包括基本上无源元件的控制子电路连到灯管电路的换向器(commutator)。
这样一种开关型电源包括一个简单的具有较少量元件的点火电路。也实现在冷状态下较好的点火，从而改善灯管的光输出和延长寿命。
在还一优选实施方案中，开关元件是所谓的TRIAC。这样一种开关元件一般在市场上可得到并且控制简单。
在还一优选实施方案中，电容器和开关元件被通过变压器的初级线圈耦合到灯管电路，并与之形成一个谐振电路，使得通过点火子电路的电流在变压器的次级线圈上产生具有所希望电平的电压脉冲。
在还一优选实施方案中，开关型电源包括至少一个用于存储电压的缓冲电容器，并且点火子电路包括至少一个电阻器，所述电阻器的一侧被连到缓冲电容器，而另一侧被连到点火子电路中的至少一个电容器。因此直接由缓冲电容器提供电压脉冲的能量，从而需要更少的元件，并且开关型电源变得更紧凑。
在还一优选实施方案中，开关型电源包括一个所谓的半桥换向前向电路(Half Bridge Commutating Forward Circuit)，以使开关型电源变得更紧凑和需要更少的元件。
在还一任选实施方案中，开关型电源包括至少一个DIAC，例如，其转折电压为30V，用于使开关元件在预先确定的时刻导通。
在还一优选实施方案中，开关型电源包括一个SIDAC，使得在至少一个电容器被放电之后，此开关元件不再保持导通。
依据另一方面，本发明藉助于一种具有包括设置点火子电路的灯管电路的开关型电源提供一种用于点燃和运行高压气体放电灯的方法，其中点火子电路包括-至少一个点火电容器；-一个具有控制电极的开关元件，用于在所希望的时刻将电容器放电；其中开关元件的控制电极通过包括基本上无源元件的控制子电路连接到灯管电路的换向器。
利用这样一种方法，点火概率增加，所以点燃灯管需要的点火脉冲更少。因而，灯管的光输出被改善且寿命被延长。
在一种优选实施方案中，开关元件是TRIAC。这样一种开关元件一般在市场上可得到并且控制简单。
本发明进一步的优点和特点将参考附图进行阐述，其中图1示出在第一优选实施方案中依据本发明的一种开关型电源的电路图；图2示出在第二优选实施方案中依据本发明的一种开关型电源的电路图；图3A到3C示出在图2的开关型电源中各个时间点上的电压行进图。
具体实施例方式
依据本发明的开关型电源的第一优选实施方案(图1)包括一个所谓的半桥换向前向电路(HBCF)作为灯管电路1，用于控制一个气体放电灯2，例如功率为35-70W的金属卤素灯。HBCF电路1包括电容器3和4，它们具有缓冲电容器和分压器的功能，此电路的点5携带极限电压(rail voltage)或开路电压(OCV)的一半(如200V)和FET6与7。以换向的方式按预先确定的频率使FET6与7导通或不导通，使得电路的点8携带开路电压，如400V或0V。线圈10用于提供稳定的电流给灯2和变压器14的次级线圈12的串联电路。次级线圈12与电容器16和18共同作用滤去由线圈10提供的负载电流的变动成分。
通过变压器14将点火子电路20耦合到HBCT电路1，所述点火子电路20包括一个点火或脉冲电容器22，其通过欧姆电阻器24连到缓冲电容器3上的极限电压。点火电容器22可以有一个非常低的阻抗，所以它能够经受住在点火电路中需要的高dV/dt。点火电容器22组成电谐振电路的一部分，用于产生用于点燃灯2的具有大约3.5-5kv电压值的电压脉冲，其中变压器14的初级线圈26与二极管28一起并且与开关元件开关30(如TRIAC)一样包含在此电路中。开关30有一个控制电极，并且由包含DIAC 32的控制子电路利用电容器34、36和齐纳二极管38进行控制，以致不需要其他的控制逻辑。所以控制子电路包括基本上无源的元件。这样，开关30的控制电极通过控制子电路连到灯管电路的换向器。
为了点燃灯2，点火或脉冲电容器22通过欧姆电阻器24充电，其中开关30是处于打开的非导通状态。如果开关30被来自DIAC 32的小电流闭合，则谐振电路被闭合，从而点火电容器通过线圈26、二极管28和开关30放电。通过线圈26的电流经变压器14在线圈12上产生高电压脉冲，所述的脉冲也施加到灯2上。重复这个过程，直到此灯被点燃为止。
点火脉冲发生的时刻是十分重要的，因为点火概率恰恰正好在换向之后最大，这是FET 6与7从导通状态改变为非导通状态的时刻，反过来也一样。为此目的，由DIAC 32利用大约30V的转折电压来控制开关30。DIAC的使用具有低成本价格的优点。由电容器34和36组成的电容分压器不会产生电阻分压器情况中的附加损失，如果在点40上的电压摆幅(swing)等于OCV，则此电容分压器具有触发DIAC的值。例如，在灯管启动期间不对称的缓冲电容器电压分布的情况下，为了避免DIAC的误触发，通过增加一个转折电压为大约200V的齐纳二极管38改进了这个电路。
第二优选实施方案(图2)是第一优选实施方案的改进型，其中误触发得到更好地防止。在图1的实施方案中，开关30可以在点火电容器22放电以后仍然保持继续导通，这是由于例如由开关30的误触发引起的经电阻器24运行的电流所致。然后，对于一个新的点火脉冲，点火电容22未被充电。通过增加例如SIDAC的半导体元件50来避免这种情况，其中此半导体元件50具有120V的转折电压和比开关30保持在导通状态中所需的最小电流大若干倍的最小电流。通过采用半导体元件50，可用于开关(半导体材料)30中的电荷载流子的重新组合时间被延长，例如，直到点火电容器22再一次被充电到120V为止。
还设置几个电阻器54、56和58。例如47Ω的欧姆电阻器54用于限制在开关30的控制栅(gate)上的电流，如10kΩ的电阻器56用来降低对开关30的控制栅的故障的灵敏度，和例如1MΩ的电阻器58用于降低在电容分压器上电压可能的过冲，以防止开关30的误触发。
第二优选实施方案(图2)中一个实际的实施方案的许多样品已被利用产品质量的元件进行了4000小时的测试，在其中没有查出问题。在实际的实现过程中，所描述的第二优选实施方案适合于点燃和运行35W与70W的金属卤素灯。这些灯被申请者作为型号CDM在市场上出售。缓冲电容器3，4具有例如68μF的值，点火电容器22具有例如33nF的值，和电阻器24例如为47kΩ。在运行状态下，缓冲电容器上的电压具有480V量级的值。
图3A示出在点火电容器22上的电压Uc 22的时间进程图，其中t是时间，一个周期是大约5ms。电压从0V增加到最大值为480V的量级。正好在换向之后电容器就放电，以使其上的电压降低到大约0V。图3B示出在电路1的点40上的电压U40，其中其上的电压交替地为大约0V和大约480V。此电压控制在电路1的点42上的电压U42，其中每当点40上的电压改变时，一个电压被施加到点42上。电容器34和36具有例如10nF和1.2nF量级的值，所以在点42上的电压具有大约40V的峰值的如图3C中所示的时间进程图。在此值上，具有转折电压为大约30V的DIAC 32变换成导通状态，因此开关30打开谐振电路，点火电容器22放电，并且在灯2上产生电压脉冲。
本发明要求的保护并不限于以上描述过的优选实施方案，其中可以设想许多的修改；这种保护由所附的权利要求书来规定。
权利要求
1.一种用于点燃和运行高压气体放电灯的开关型电源，其具有一个灯管电路并包括一个点火子电路，所述点火子电路通过一个变压器耦合到所述灯管电路，其中所述点火子电路包括-至少一个点火电容器；-一个具有控制电极的开关元件，用于在所希望的时刻使电容器放电；其中所述开关元件的控制电极被通过包括基本上无源元件的控制子电路连接到所述灯管电路的换向器。
2.如权利要求1所述的用于点燃和运行高压气体放电灯的开关型电源，其中所述开关元件是所谓的TRIAC。
3.如权利要求1或2所述的用于点燃和运行高压气体放电灯的开关型电源，其中所述点火电容器和所述开关元件通过所述变压器的初级线圈耦合到所述灯管电路并与之形成一个谐振电路。
4.如权利要求1-3之中任一项权利要求所述的用于点燃和运行高压气体放电灯的开关型电源，其中所述开关型电源包括至少一个用于存储电压的缓冲电容器，其中所述点火子电路包括至少一个电阻器，所述电阻器在一侧上连接到所述缓冲电容器，并在另一侧上连接到所述点火子电路的点火电容器。
5.如权利要求1-4之中任一项权利要求所述的用于点燃和运行高压气体放电灯的开关型电源，其中所述开关型电源包括一种所谓的半桥换向前向电路。
6.如权利要求1-5之中任一项权利要求所述的开关型电源，其中所述控制子电路包括至少一个例如具有30V的转折电压的DIAC。
7.如权利要求6所述的开关型电源，其中所述控制子电路包括至少两个电容器，这些电容器作为电容分压器连接到DIAC。
8.如权利要求6或7所述的开关型电源，其中所述控制子电路也包括一个齐纳二极管，用于在希望的电压上触发DIAC。
9.如权利要求1-8之中任一项权利要求所述的开关型电源，其中所述点火子电路也包括一个SIDAC，以致在所述点火电容器被放电之后，所述开关元件不再保持导通。
10.如权利要求1-9之中任一项权利要求所述的开关型电源，其中所述控制子电路包括至少一个用于分布电压的电阻器。
全文摘要
本发明涉及一种用于点燃和运行高压气体放电灯(2)的开关型电源，其包括一个通过变压器(14)耦合到此电路的点火子电路(20)，其中点火子电路包括至少一个点火电容器(22)；一个具有控制电极的开关元件(30)，用于在所希望的时刻使电容器放电；其中开关元件的控制电极通过包含基本上无源元件的控制子电路(32，34，36，38)连接到灯管电路的换向器(6，7，10，16，18)。
文档编号H05B41/18GK1533683SQ02814490
公开日2004年9月29日 申请日期2002年6月5日 优先权日2001年7月19日
发明者O·J·多伊尔罗, D·H·J·范卡斯特伦, M·克里泽尔, J 范卡斯特伦, O J 多伊尔罗, 镌蠖 申请人:皇家菲利浦电子有限公司