专利名称：用于启动高强度放电灯的方法、装置以及镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于启动HID灯(高强度放电灯)的方法，一种用于启动HID灯 的装置以及带有这种装置的镇流器。
背景技术：
HID灯从启动到进入稳态工作的过程包括三个阶段。在第一阶段中，高压被施加到 HID灯上，使得击穿HID灯中所包含的电介质。该高压通常通过谐振电路来产生。在第二阶 段中，预热电压被施加到HID灯上，使得对HID灯的电极进行预热。随后在第三阶段中，将 正常的工作电压施加到HID灯上，以使得灯进入稳态工作。在现有技术中，通常的方法是在第一阶段中将谐振电路的谐振频率附近的第一频 率的高频电压施加到谐振电路上，以产生用于击穿HID灯的高压，并且在检测到灯的击穿 之后施加第二频率的电压来对灯电极进行预热。这种方法的缺点是，在灯击穿之后，由于灯电极被直接施加第二频率的电压，使得 灯和相关电路中的导电部件受到电流跳变产生的冲击。此外，可能由于这种跳变的预热电 流导致灯的过高热应力而造成灯的电极系统的损坏，例如可能导致电极尖端、薄膜、焊接连 接部位的损坏，缩短灯的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于启动灯的方法和装置。借助该方法和装置可以缓 解现有技术中的缺陷。此外，本发明还提出了一种包括该用于启动灯的装置的镇流器。根据本发明，提供了一种用于启动高强度放电灯的装置，包括驱动装置、谐振电 路和控制装置，其中驱动装置从电源获得能量并且在控制装置的控制下将一定频率的电压 施加到谐振电路上，谐振电路将其输出电压施加到高强度放电灯上，其中控制装置被配置 为控制驱动装置的输出电压频率，使得该输出电压频率从谐振电路的谐振频率开始逐渐降 低。此外，根据本发明，还提供了一种镇流器，其包括上述用于启动高强度放电灯的装置。此外，根据本发明，还提供了一种用于启动高强度放电灯的方法，包括将具有谐 振电路的谐振频率的电压施加到谐振电路上，以产生用于击穿高强度放电灯的高压；逐渐 降低所述电压的频率，直到达到高强度放电灯的最佳预热频率，以对高强度放电灯进行预 热；预热结束之后，使得高强度放电灯进入稳态工作阶段。借助本发明，可以减弱在启动灯时出现的电流冲击，并且降低启动期间电极系统 的热应力，从而延长灯的使用寿命。
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的 详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本 发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中图1示出了根据本发明的一个实施例的用于启动HID灯的装置的框图。图2示出了根据本发明的另一实施例的用于启动HID灯的装置的框图。图3示出了根据本发明的一个实施例的用于启动HID灯的装置的电路图。图4示出了根据本发明的一个实施例的用于启动HID灯的方法的流程图。图5示出了根据本发明的另一实施例的用于启动HID灯的方法的流程图。在附图中，相同或者相应的部件使用了相同的参考标记。
具体实施例方式在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见， 在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施 例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这 些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是 非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是 例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中 仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构，而省略了与本发明关系不大的其他 细节。发明人注意到，对于电感器而言，其阻抗与施加在其上的交流电压的频率有关。当 电压的频率越高，则阻抗越大，流过电感器的电流越小，而当电压的频率降低时，流过电感 器的电流变大。利用该原理，可以实现启动HID灯时降低灯受到的电流冲击。图1示出了根据本发明的一个实施例的用于启动HID灯的装置10的框图。该装 置10包括驱动装置102、谐振电路104和控制装置106。其中驱动装置102从电源100获 得能量并且在控制装置106的控制下将一定频率的电压施加到谐振电路104上。谐振电路 104将其输出电压施加到HID灯108上。其中，控制装置106被配置为控制驱动装置102的 输出电压频率，使得该输出电压频率从谐振电路104的谐振频率f^开始逐渐降低。由于 驱动装置102的初始输出电压频率为谐振电路104的谐振频率fKes，因此谐振电路104可以 输出高电压以击穿HID灯。此时，由于电压频率高，因此谐振电路中的电感表现为具有高的 阻抗，从而使得流过HID灯的电流较小。随后，由于通过控制装置106使得驱动装置102的 输出电压频率逐渐降低，使得谐振电路中的电感的阻抗逐渐降低，从而流过HID灯的电流 逐渐变大，由此很大程度上避免了从HID灯击穿的第一阶段到HID灯的预热的第二阶段的 电流跳变导致的对灯的冲击，并且降低了灯的电极系统承受的热应力，从而有利地延长了 灯的寿命。在此需要说明的是，上述输出电压频率并非必须严格地恰好从谐振频率fKes开始 逐渐降低，而是可以从该谐振频率附近的值开始降低，只需该频率能够使得谐振电路产生 足够高的用于击穿灯的电压即可。例如，输出电压频率可以从高于谐振频率fKes的频率开 始逐渐降低。
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此外需要说明的是，驱动装置102的输出电压频率的降低可以根据需要以各种方 式来进行，例如可以线性地逐渐降低，也可以非线性地逐渐降低。此外也可能的是，在谐振 频率附近持续一定的时间不变用于更可靠地击穿HID灯，随后逐渐地降低，这些方案都是 本领域技术人员根据本发明提出的思想可以想到的。控制装置106可以是本领域常用的嵌入式单片机等等，这种控制装置通常可以根 据需要来编程，以控制驱动电路输出所需频率的电压，或者按照所需的方式(变化速率、线 性、非线性等)改变频率。这属于本领域技术人员所熟知的技术，在此不再进一步阐述。优选的是，谐振电路和灯系统的参数被设计为使得谐振电路的谐振频率fKes大于 HID灯的理想预热频率fpre，并且控制装置106被配置为控制驱动装置102的输出电压频率， 使得该输出电压频率从谐振电路104的谐振频率fKes开始逐渐降低，直至达到HID灯的理 想预热频率fpre，并保持该理想预热频率直到预热阶段结束。在此，理想预热频率指的 是在此频率下产生的流过灯电极的电流能够实现最佳的预热效果。图2示出了根据本发明的另一实施例的用于启动HID灯的装置10’的框图。该装 置10’基本上对应于图1中所示的装置10，不同之处在于，装置10还包括检测装置110用 于检测灯的状态。例如，检测装置Iio检测流过HID灯和谐振电路的电流，如果该电流超过 设定值，则确定HID灯被击穿，否则HID灯未被击穿。当检测装置110确定灯被击穿时，控制 装置106根据来自检测装置110的信号控制驱动装置102的输出电压频率开始降低。当检 测装置110确定灯未被击穿时，则重复先前的步骤，即再次使得驱动装置102的输出电压频 率从谐振电路104的谐振频率fKes开始逐渐降低。其中该检测装置110的检测可以在完成 整个预热过程之后进行，也可以在击穿过程结束之后并在预热过程开始之前进行，或者在 预热进行过程当中进行。需注意，这里所说的预热过程之后、开始之前或者进行过程当中， 是指控制电路和驱动电路按照预热模式工作的状态，而不意味着灯是否已实际击穿。检测装置110同样可以是本领域常用的嵌入式单片机等等，其可以根据输入的电 流来输出相应的信号。这属于本领域技术人员所熟知的技术，在此不再进一步阐述。在图2中该检测装置被示出为与控制装置分立地设置，然而本领域技术人员理解 该检测装置110也可以集成在控制装置106中，例如检测装置110和控制装置106可以是 同一个嵌入式单片机，其能够被编程实现检测和控制两种功能。由于具有该检测装置110， 控制装置能够在确认HID灯被击穿之后才开始降低(或者继续降低)驱动装置102的输出 电压频率，或者在确认HID灯被击穿之后才提供(或者继续提供)使得灯进入稳态工作的 电压，从而提高了装置10’的工作可靠性。图3示出了根据本发明的一个实施例的用于启动HID灯的装置的电路图。需要指 出的是，该电路图仅仅是示意性的，目的是为了说明本发明的思想。本领域技术人员为了实 际应用目的可以针对该电路进行进一步的改进，例如为了保护开关元件而并联上附加的电 容器等等，这并未影响本发明的实质。从图3可以看到，驱动装置102可以包括四个开关元件Tl、T2、T3、和T4。输入端 Ε1、Ε2输入的直流电压通过驱动装置102转变为施加在LC振荡电路104上的交流电压。LC 振荡电路104的输出电压施加到HID灯108上。从图3可以看到，开关元件Τ1-Τ4的控制 端都连接到控制装置106上，使得可以通过控制装置来控制这些开关元件的通断，从而实 现对驱动装置102输出给谐振电路104的电压频率的控制。具体的控制方式是，在第一时段中，控制装置106使得开关元件Tl和T4导通，而使得T2和T3关断，在随后的第二时段 中，使得开关元件T2和T3导通，而使得Tl和T4关断。接下来又重复这样的过程。通过这 样交替地控制开关元件，使得在LC振荡电路104上具有交流电压。并且通过控制第一时段 和第二时段的长度，可以控制该交流电压的频率。该控制方式以及相应的控制装置对于本 领域技术人员是熟知的，因此不再详述。如之前的实施例所描述的那样，控制装置可以被配 置为使得驱动装置102的输出电压频率从谐振电路104的谐振频率fKes开始逐渐降低，使 得谐振电路中的电感的阻抗逐渐降低，从而流过HID灯108的电流逐渐变大，由此很大程度 上避免了从HID灯击穿的第一阶段到HID灯的预热的第二阶段的电流跳变导致的对灯的冲 击，有利地延长了灯的寿命。此外从图3还可以看到的是，控制装置例如可以通过端子Il和12获得关于灯的 信息，例如可以检测流过HID灯的电流大小，从而可以在判断灯被击穿之后开始降低(或者 继续降低)驱动装置102的输出电压频率，或者在判断灯被击穿之后才提供(或者继续提 供)使得灯进入稳态工作的电压，从而提高了整个装置的工作可靠性。需要说明的是，图3 对应于检测装置集成在控制装置中的情况。本领域技术人员容易想到也可以将检测装置和 控制装置分立地设置，这并未影响本发明的实质。如上面已经提及的那样，上述输出电压频率并非必须严格地恰好从谐振频率fKes 开始逐渐降低，此外驱动装置102的输出电压频率的降低可以根据需要以各种方式来进 行，例如可以线性地逐渐降低，也可以非线性地逐渐降低。此外该输出电压频率也可能在谐 振频率附近持续一定的时间不变用于更可靠地击穿HID灯，随后逐渐地降低，这些方案都 是本领域技术人员根据本发明提出的思想可以想到的。同样优选的是谐振电路和灯系统的参数被设计为使得谐振电路的谐振频率fKes大 于HID灯的理想预热频率fpre，并且控制装置106被配置为控制驱动装置102的输出电压频 率，使得该输出电压频率从谐振电路104的谐振频率fKes开始逐渐降低，直至达到HID灯的 理想预热频率fpre，并保持该理想预热频率直到预热阶段结束。在所示的电路中，为了判断预热阶段是否结束，例如可以将一定频率的电压施加 到谐振电路104上以输出HID灯在稳态运行中所需的电压(通常小于预热阶段所需的电 压)，并检测流过灯108的电流，当该电流达到限定的值时，说明灯已经可以进入稳态运行， 从而认为预热阶段应该结束。判断预热阶段是否结束的内容属于本领域技术人员所熟知的 技术，在此不再赘述。根据本发明的另一实施例，还提出了一种镇流器，其包括根据上述实施例所记载 的用于启动HID灯的装置。图4示出了根据本发明的一个实施例的用于启动HID灯的方法的流程图。该方法 包括以下步骤S401 将具有谐振电路的谐振频率的电压施加到谐振电路上，以产生用于击穿 HID灯的高压；S403 逐渐降低所述电压的频率，直到达到HID灯的最佳预热频率，以对HID灯进 行预热；S405 预热结束之后，HID灯进入稳态工作。在此需要说明的是，上述具有谐振电路的谐振频率的电压并非必须严格地具有恰好等于谐振频率的频率，而是可以具有该谐振频率附近的值，只需该频率能够使得谐振电 路产生足够高的用于击穿灯的电压即可。例如，该电压可以具有高于谐振电路的谐振频率 的频率。此外需要说明的是，电压频率的降低可以根据需要以各种方式来进行，例如可以 线性地逐渐降低，也可以非线性地逐渐降低。此外也可能的是，在谐振频率附近持续一定的 时间不变用于更可靠地击穿HID灯，随后逐渐地降低，这些方案都是本领域技术人员根据 本发明提出的思想可以想到的。通过这种方法，很大程度上减弱了从HID灯击穿的第一阶段到HID灯的预热的第 二阶段的电流跳变导致的对灯的冲击，并且降低了灯的电极系统承受的热应力，从而有利 地延长了灯的寿命。图5示出了根据本发明的另一实施例的用于启动HID灯的方法的流程图。可以看 到的是，步骤S501、S503和S505对应于图4中的步骤S401、S403和S405，对其在此不再赘 述。不同之处在于，在施加谐振频率的电压之后，还包括检测灯是否被击穿的步骤S502。当 确定灯已被击穿时，继续执行步骤S503。当确定灯未被击穿时，则重新执行步骤S501。通 过这种方式，提高了该方法的工作可靠性。需要说明的是，该检测步骤也可以在预热结束之后进行，即在步骤S503之后而在 步骤S505之前进行，如果确定灯未被击穿，则重新执行步骤S501。其也可以达到提高工作 可靠性的目的。此外，类似于前文所述，步骤S502和步骤S503在时间上可以有各种程度的 交迭。同样优选的是，将谐振电路和灯系统的参数设计为使得谐振电路的谐振频率f^ 大于HID灯的理想预热频率fpM，并且使得谐振电路的输出电压频率从谐振电路的谐振频 率fKes开始逐渐降低，直至达到HID灯的理想预热频率fpre，并保持该理想预热频率直到预 热阶段结束。最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在
包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实 施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可 以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的 范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。
权利要求
1.一种用于启动高强度放电灯的装置(10)，包括驱动装置(102)、谐振电路(104)和 控制装置(106)，其中驱动装置(10 从电源(100)获得能量并且在控制装置(106)的控制 下将一定频率的电压施加到谐振电路(104)上，谐振电路(104)将其输出电压施加到高强 度放电灯(108)上，其中控制装置(106)被配置为控制驱动装置(10 的输出电压频率，使 得该输出电压频率从谐振电路(104)的谐振频率(fKJ开始逐渐降低。
2.根据权利要求1所述的用于启动高强度放电灯的装置(10)，还包括检测装置(110) 用于在施加谐振频率的电压之后检测高强度放电灯的状态，当检测装置(110)确定高强度 放电灯被击穿时，控制装置(106)根据来自检测装置(110)的信号控制驱动装置(102)的 输出电压频率开始降低或者继续降低，当检测装置(110)确定灯未被击穿时，则控制装置 (106)再次使得驱动装置(102)的输出电压频率从谐振电路(104)的谐振频率(fKes)开始 逐渐降低。
3.根据权利要求1所述的用于启动高强度放电灯的装置(10)，还包括检测装置(110) 用于在预热过程结束之后检测高强度放电灯的状态，当检测装置(110)确定高强度放电灯 被击穿时，控制装置(106)根据来自检测装置(110)的信号控制驱动装置(10 的输出电 压频率使得灯进入稳态工作，当检测装置(110)确定灯未被击穿时，则再次使得驱动装置 (102)的输出电压频率从谐振电路(104)的谐振频率(fRes)开始逐渐降低
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于启动高强度放电灯的装置(10)，其中谐振 电路和高强度放电灯的参数被设计为使得谐振电路的谐振频率(fKes)大于高强度放电灯的 理想预热频率(fpJ，并且控制装置(106)被配置为控制驱动装置(10 的输出电压频率， 使得该输出电压频率从谐振电路(104)的谐振频率(fKJ开始逐渐降低，直至达到高强度 放电灯的理想预热频率(fpJ，并保持该理想预热频率直到预热阶段结束。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于启动高强度放电灯的装置(10)，其中控 制装置(106)控制驱动装置(10 的输出电压频率线性地降低。
6.一种镇流器，其包括根据权利要求1至5中的任一项所述的用于启动高强度放电灯 的装置(10)。
7.一种用于启动高强度放电灯的方法，包括将具有谐振电路的谐振频率的电压施加到谐振电路上，以产生用于击穿高强度放电灯 的高压；逐渐降低所述电压的频率，直到达到高强度放电灯的最佳预热频率，以对高强度放电 灯进行预热；预热结束之后，使得高强度放电灯进入稳态工作阶段。
8.根据权利要求7所述的用于启动高强度放电灯的方法，其中在施加谐振频率的电压 之后，还检测高强度放电灯是否被击穿，当确定灯已被击穿时，继续进行灯的预热，当确定 灯未被击穿时，则重新施加谐振频率的电压。
9.根据权利要求7所述的用于启动高强度放电灯的方法，其中在预热结束之后检测高 强度放电灯是否被击穿，当确定灯已被击穿时，使得高强度放电灯进入稳态工作阶段，当确 定灯未被击穿时，则重新施加谐振频率的电压。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的用于启动高强度放电灯的方法，其中逐渐降 低所述电压的频率的步骤包括将谐振电路和高强度放电灯的参数设计为使得谐振电路的谐振频率(fKes)大于高强度放电灯的理想预热频率(fpJ，并且使得该输出电压频率从谐振 电路的谐振频率(fKJ开始逐渐降低，直至达到高强度放电灯的理想预热频率(fpJ，并保 持该理想预热频率直到预热阶段结束。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的用于启动高强度放电灯的方法，其中逐渐降 低所述电压的频率的步骤包括线性地降低所述电压的频率。
全文摘要
本发明公开了一种用于启动高强度放电灯的装置(10)，包括驱动装置(102)、谐振电路(104)和控制装置(106)，其中驱动装置(102)从电源(100)获得能量并且在控制装置(106)的控制下将一定频率的电压施加到谐振电路(104)上，谐振电路(104)将其输出电压施加到高强度放电灯(108)上，其中控制装置(106)被配置为控制驱动装置(102)的输出电压频率，使得该输出电压频率从谐振电路(104)的谐振频率(fRes)开始逐渐降低。此外，本发明还公开了一种包括用于启动高强度放电灯的装置的镇流器以及一种用于启动高强度放电灯的方法。
文档编号H05B41/24GK102076156SQ200910226109
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者何海翔, 江万春, 马丁·布吕克尔, 马蒂亚斯·莫克尔 申请人:奥斯兰姆有限公司