专利名称：操作高压放电灯的设备和方法
操作高压放电灯的设备和方法本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于操作高压放电灯的设备 以及相应的操作方法。
技术背景这样的设备例如在C. H. Stunn禾B E. Klein所著的"Betriebsge战te und Schaltungen ftlr elektrische Lampen" (Siemens AG 1992年第6次修订版) 一书的 第217和218页被说明。该文字部分公开了利用双极的、基本上为矩形的供电 电流借助全桥逆变器来操作高压放电灯，该高压放电灯被连接在全桥逆变器的 鹏中。高压放电灯为其按规定的运行必需被限定的能量预算(energetischen Haushalt)。如果其能量预算被干扰，贝幌到高压放电灯的运fi^寺性改变，例如 由于电极腐蚀缩短灯的寿命或者通过不确定的放电电弧形成弓跑闪烁。在用双 极供电电流操作高压放电灯时，供电电流的过零在其极性变化中表示该灯的关 键的运行阶段。特别是在具有较厚的电极的高压放电灯中，这些电极具有高导 热性，诸如在无汞卤素金属蒸气高压放电灯中，在供电电流过零期间的提高的 热传导弓胞灯电极相应较强的^4卩。在这种情况下，馈入给高压放电灯的功率导致在供电电流的极性变化前灯 电极加热不充分。相应地，灯电极具有减小的发射能力，并且在极性变化后在 整个系统(即在放电电弧和电极上的)可用电压不足以保持或尽可能快地提供 相应的电流流动。因此，在高压放电灯上能够观察放电电弧的闪烁。这特别是 适用于严重老化的灯。为减小该问题，按照EP1 176 855A2，在高压放电灯中， 在时间上接近于其供电电流的过零地耦合输入形式为电流脉冲或者功率脉冲的 附力口电流或者附加电功率。发明内容本发明的任务是提供一种根据前序部分所述的用于操作高压放电灯的设备 和相应的方法，其育,在高压放电灯中使附加电流脉冲或者功率脉冲成形。根据本发明，该任务通过权利要求1或6的特征来解决。本发明的特别有
利的实施方案在从属权利要求中被说明。根据本发明的用于利用双极供电电流和功率调节来操作高压放电灯的设备 包括调节器，该调节器具有不对称的调节特性曲线，用于使在时间上接近于供 电电流的过零来布置的电流脉冲或者功率脉冲成形。借助该不对称的调节器， 在时间上接近于供电电流的过零地，优选地紧接在供电电流的过零之后，通过以下方式产生电流脉冲或者功率脉冲，即该调节器立即反控制(gegensteuern) 供电电流强度或功率由于换向引起的下降到预定的额定值之下，以便再次提高 供电电流强度或功率。本发明的设备的调节器具有不对称的调节器特性曲线， 使得该调节器对低于供电电流强度的数值的额定值做出的反应比对超过前述的 额定值做出的反应更灵敏。换句话说，该调节器被构造成使得该调节器对于低 于前述额定值比在皿该额定值的情况下以相对更快或者更强的反控制方式做 出反应。由此借助该调节器在紧接着双极供电电流的每个过零之后产生形式为 所谓的换向脉冲的功率超高(Leistungsueberhoehung)。该换向脉冲的形状可以 通过适当确定该调节器的电子器件的尺寸来影响。通过在低于J^额定值的情 况下相对快或者强烈地反控制调节器弓胞过冲，该过冲确定供电电流过零之后 的换向脉冲的上升和高度。通过在^1上述额定值的情况下相对迟钝地反控制 调节器，在换向脉冲的下降沿处防止出现振荡。不对称的调节器有利地被耦合到用于将高压放电灯的消耗功率调节到恒定 的水平的功率调节设备。由此，该不对称的调节器能够直接干预高压放电灯的 功率调节。可替换地，为了进行调节也可以考虑高压放电灯的灯电流。优选地，功率调节借助脉宽调制来执行，并且因此该不对称的调节器imi也被耦合到用于高压放电灯的功率调节的脉宽调制控制器。按照本发明的优选实施例，该设备包括半桥逆变器或者全桥逆变器，高压 放电灯被连接在该半桥逆变器或者全桥逆变器桥臂中，以便给该高压放电灯供 ^ffl常小于1000赫兹的低频率的双极电流。该调节器i^t也要么被构造为不对称的比例积分调节器(PI调节器)要么 被构造为不对称的积分调节器(I调节器)。
具体实施方式
下面根据{，的实施例详细说明本发明。图l(a)示出高压放电灯的供电电流在没有借助不对称的调节器进行调节的
情况下的时间变化曲线的示意图，图l(b)示出高压放电灯的消耗功率在没有借助不对称的调节器进行调节 的情况下的时间变化曲线的示意图，图2示出高压放电灯的瞬时消耗功率的时间变化曲线的示意图，该高压放 电灯具有由不对称的调节器成形的、紧接在供电电流的每个过零之后的换向脉 冲，图3示出按照本发明的第一实施例的不对称的调节器的电路草图， 图4示出调节偏差的时间变化曲线的示意图，图5示出按照图3的调节器对于按照图4的调节偏差的响应的示意图， 图6示出按照本发明的第二实施例的不对称的调节器的电路草图， 图7示出调节偏差的时间变化曲线的示意图，图8示出按照图6的调节器对于按照图7的调节偏差的响应的示意图， 图9示出按照本发明的优选实施例的用于操作高压放电灯的电路装置的电 路草图。在图9中，示意性示出根据本发明的设备的伏选实施例的、用于操作高压 放电灯的电路，。该电路装置包括电压互 900，在该电压互感器900的直 流电压输出上连接存储电容器901 。该存储电容器901用作被连接在其上的降压 型变换器(Tiefsetzsteller) 910的直流电压源，该降压型变换器910包括晶体管 902、电感903、 二极管904和用于晶体管902的脉宽调制控制器905以及电容 器906。在电容器906上提供降压型变换器910的输出直流电压。电容器906 用作被连接在其上的全桥逆变器920的电压源，该全桥逆变器920基本上由晶 体管921、 922、 923和924构成。在全桥逆变器920的桥臂中连接高压放电灯 930和用于高压放电灯930的点火器940以及带有点火定时器942的点 控电 路941。电阻951、 952、 953用于确定高压放电灯930的瞬时消耗功率。电阻 951、 952、 953的测量信号被输送给功率调节单元960，该功率调节单元960在 其输出上产生用于晶体管902的脉宽调制控制器905的控制信号。功率调节单 元960包括具有不对称的调节特性曲线的调节器961 。调节器961的两个不同的 实施例在图3和6中示意性示出。但是，调节器961也可以作为软件被实现在 以程序控制的方式工作的微控制器中，用于高压方夂电灯的功率调节。借助功率 调节单元960、调节器961和脉宽调制控制器905，髙压放电灯930的功率调节M改变降ilM变换器910的晶体管902的接通持续时间和关断^^卖时间来实 现。晶体管902的开关频率和相应地还有由脉宽调制控制器905产生的脉宽调 制信号具有20kHz以上的频率。根据优选实施例，高压放电灯930是额定功率为35瓦特的卤素金属蒸气高 压放电灯，该卤素金属蒸气高压放电灯被设置为用于汽车前灯的光源。因此， 图9中所描绘的电路装置由汽车的车载电源电压供给。全桥逆变器920的晶体管对921 、 924和922、 923以500赫兹的频率交替 接通，使得禾,相同频率的、基本上矩形的双极供电电流来供给高压放电灯930。 在图la中示意性示出基本上矩形的双极供电电流的半波的时间变化曲线。图lb 示出高压放电灯930的消耗功率的时间变化曲线，该时间变化曲线与图la中示 出的电流变化曲线相对应。这样的电流变化曲线或功率变化曲线是现有技术。 借助根据本发明被构造为操作设备的组成部分的不对称调节器，在时间间隔m 中产生电流脉冲，该电流脉冲被叠加在基本上矩形的双极供电电流上，并且直 接在供电电流的每^hl零之后出现。该电流脉冲与在相同的时间间隔出现的功 率脉冲Kl、 K2同相，所述功率脉冲Kl、 K2与电流脉冲对应。因此，在图2 中仅示出高压放电灯930的瞬时电消耗功率的时间变化曲线，该时间变化曲线 借助本发明的设备产生。与功率脉冲K1、 K2对应的电流脉冲具有交变的负极 性和正极性，并且其最大电流强度大于矩形供电电流的振幅Imax。电流脉冲或 (在图2中示出的)功率脉冲也称为换向脉冲K1、 K2。在供电电流的过零之前 和之后的时间间隔I和rV中，调节器处于稳定状态。高压放电灯930在时间间 隔I和IV期间接近于其35瓦特的额定功率运行。换向脉冲Kl、 K2的脉冲功 率及阶段I和IV期间的消耗功率在灯电流的,周期上平均地得到35瓦特的 值。在时间间隔m期间的换向脉冲Kl 、 K2借助不对称的调节器961产生和成 形，该不对称的调节器961被构造为用于调节高压放电灯930的消耗功率的功 率调节单元960的组成部分。调节器961以两个不同的调节器特性曲线工作， 其中第一调节器特性曲线仅在负的调节偏差Xw、即在低于35瓦特的消耗功率 的额定值时起作用，而第二调节器特性曲线仅在正的调节偏差Xw、即在超过 35瓦特的消耗功率的额定值时起作用。调节器961借助第二调节器特性曲线的 反控制与其借助第一调节器特性曲线的反控制相比更慢或者更迟钝地被构造。
因此，调节器961以比对低于超过35瓦特的功率额定值做出的反应更弱的反控 制对超出战功^l页定值做出反应。因此，不对称地构造该调节器961。在时间 间隔na、 Eb (图l和2)期间，调节器961的第一调节器特性曲线起作用，而 在时间间隔m期间，第二调节器特性曲线起作用。如果供电电流在全桥920的未导通状态下在时间间隔na开始时下降，使得 高压放电灯930的瞬时消耗功率降到35瓦特的额定值以下，贝腊助不对称的调 节器961进行立即的反控制。调节器961作为比例积分调节器(PI调节器)或 者作为积分调节器(I调节器)以其第~#性曲线工作。因为高压放电灯930的 时钟控制的电流源910、 920在时间间隔Ila期间由于未导通的全桥920而 于零的负载(也就是其电阻€^于无穷)上工作，所以电容器906上的电压升 高，因为被存储在电感903中的能量在时间间隔na期间在电容器906中放电。 该过高的电压在时间间隔nb期间作为驱动电压可供使用，以便弓l起供电电流的 电流强度在其负半波开始时陡升而供电电流的换向时间缩短以及消耗功率(图2)陡升。与调节器961在时间间隔nb期间起作用的第一调节器特性曲线和调 节器961在时间间隔ni期间起作用的第二调节器特性曲线相结合，在时间间隔m期间得到消耗功率的强过冲，并且因此形成功率脉冲Kl、 K2。如果高压放 电灯930是旧的灯，该灯在换向期间、即在供电电流过零期间构造相对长的无 电流阶段，贝ij上述效果放大。调节器961试图以按照其第一调节器特性曲线的 快速反控制继续提高灯的消耗功率。这导致电容器906上的驱动电压的进一步 提高，并且导致更强的过冲以及更高的换向脉冲K1、 K2。在图3中示意性描绘按照第一实施例的不对称的调节器961的电路装置。 该调节器包括运算放大器OP、两个电阻R1、 R2、 二极管D1和电容器C1。调 节量x i!31电阻Rl被输送给运算放大器OP的反相输入。纟^算放大器OP的 非反相输入输送额定值w。运算放大器OP的输出y通过电容器C1和与电容器 Cl串联的并联电路被反馈到运算放大器OP的反相输入，该并联电路由二极管 D1和电阻R2组成。该调节器被构造为不对称的比例积分调节器(PI调节器)。 在图5中示意性示出该调节器对于按照图4的作为例子预定的调节偏差Xw的 响应。调节偏差Xw被计算为调节量x减去额定值w的差。在负的调节偏差Xw的情况下，该调节^^产生调节量y的与调节偏差Xw 的振幅成比例的部分P (图5)和调节量y的第一积分部分Il。这种情况对应于
调节器％1的上面提及的第一调节特性曲线。在正的调节偏差Xw盼瞎况下，该调节器产生调节量y的第二积分部分I2。这种情况对应于调节器961的上面 提及的第二调节特性曲线。根据调节偏差Xw的符号，二极管D1在导通方向或 者阻断方向运行，并且与此相应地，输出y与运算放大器OP的反相输入t间的 反馈支路中的RC元件的另一时间常数起作用，以及因此另一调节特性曲线也 起作用。在图6中示意性描绘按照第二实施例的不对称的调节器961的电路装置。 该调节器包括运算放大器OP、两个电阻R1、 R2、 二极管D1和电容器C1。调 节量x通过电阻Rl与电阻R2和二极管D1的串联电路的并联电路被输送纟^i 算放大器OP的反相输入。给运算放大器OP的非反相输入输送额定值w。运算 放大器OP的输出y ffl31电容器Cl被反馈到运算放大器的反相输入。该调节器 被构造为不对称的积分调节器(I调节器)。在图8中示意性示出该调节器对于 按照图7的作为例子预定的调节偏差Xw的响应。调节偏差Xw被计算为调节 量x减去额定值w的差。在负的调节偏差Xw的情况下,该调节器产生调节量y的第一积分部分ir 。 这种情况对应于调节器961的上面提及的第一调节特性曲线。在正的调节偏差 Xw盼瞎况下，该调节器产生调节量y的第二积分部分I2'。这种情况对应于调 节器961的上面提及的第二调节特性曲线。根据调节偏差Xw的符号，二极管 Dl在导通方向或者阻断方向运行，并且与此相应地，要么电阻R1、 R2的并联 电路要么仅电阻R1被考虑用于计算输出y与运算放大器OP的反相输A^间的 反馈支路中的RC元件的时间常数，并且因此也得到该调节器的两个不同的调 节特性曲线，这些调节特性曲线根据调节偏差Xw的符号起作用。本发明不限于详细说明的实施例。例如，在不f柳模拟器件的情况下,不对 称的调节器也可以借助带有被实现的软件的微控制器或者微处理器来实现。
权利要求
1.用于利用双极供电电流和调节过的消耗功率来操作高压放电灯(930)的设备，其特征在于，该设备包括具有不对称的调节特性曲线的调节器(961)，用于使在时间上接近于供电电流的过零来布置的电流脉冲或者功率脉冲(K1，K2)成形。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，调节器(961)被构造为不 对称的PI调节器。
3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，调节器(961)被构造为不 对称的I调节器。
4. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，不对称的调节器(961)被 耦合到用于高压放电灯(930)的功率调节的脉宽调制控制器(905)。
5. 根据，权利要求中的一项或者多项所述的设备，其特征在于，所述设 备包括全桥逆变器或者半桥逆变器(920)，高压放电灯(930)被连接在该全桥 逆变器或者半桥逆变器(920)的桥臂中。
6. 用于利用双极供电电流和调节过的消耗功率操作高压放电灯(930)的 方法，其特征在于，消耗功率的调节借助不对称的调节特性曲线来执行，并且 Mil调节在时间上接近于供电电流的过零地使电流脉冲或者功率脉冲(Kl ， K2) 成形。
全文摘要
本发明涉及一种用于利用双极供电电流和调节过的消耗功率来操作高压放电灯(930)的设备，其中，该设备包括具有不对称的调节特性曲线的调节器(961)，用于使在时间上接近于供电电流的过零来布置的电流脉冲或者功率脉冲(K1，K2)成形。
文档编号H05B41/292GK101213883SQ200680024426
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年7月6日
发明者M·博尼格克 申请人:电灯专利信托有限公司