专利名称：驱动低压气体放电灯的电路装置以及相应的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于驱动至少一个低压气体放电灯的电路装置，其具有输入端， 该输入端具有第一输入端子和第二输入端子用于施加供电直流电压；输出端，该输出端具 有第一输出端子对和第二输出端子对，用于连接至少一个低压气体放电灯；与第一输入端 子和第二输入端子耦合的逆变器，用于从供电直流电压提供供电交流电压；控制装置，用于 激励逆变器并且由此用于控制供电交流电压的频率，其中控制装置设计为在满足预先确定 的预热标准之后开始预热阶段，在该预热阶段中逆变器用预热频率来驱动，并且控制装置 设计为在满足预先确定的点燃标准之后将供电交流电压的频率调节到点燃频率；谐振回 路，该谐振回路具有谐振电感线圈，该谐振电感线圈的第一端子与逆变器耦合并且其第二 端子与谐振极耦合，并且该谐振回路具有谐振电容器，其耦合在谐振极与控制装置的参考 电势之间；以及变压器，用于对低压气体放电灯的电极进行预热，该变压器包括初级绕组， 与第一输出端子对耦合的第一次级绕组和与第二输出端子对耦合的第二次级绕组。此外， 本发明还涉及一种借助这种电路装置来驱动低压气体放电灯的方法。
背景技术：
本发明基于如在出版物EP 0 748 146 Al中所描述的电路装置。在这种已知的电 路装置中，逆变器为低压气体放电灯(荧光灯)提供供电交流电压。谐振电感线圈与逆变 器耦合。谐振电容器与低压气体放电灯并联地耦合。通过逆变器控制气体放电灯的所有工 作功能。在该电路装置投入使用之后(这通过将电网交流电压施加在与逆变器耦合的电网 部分来实现)，逆变器在预热阶段期间为了经济地点燃气体放电灯而借助如下频率来驱动 该频率不仅在谐振回路(谐振电感线圈和谐振电容器)的空载谐振频率之上，而且在点燃 频率之上。在该预热阶段期间，预热电流流经气体放电灯的电极。该电流应将电极加热到 发射温度。因为在预热阶段期间供电交流电压的频率大于气体放电灯的点燃频率，所以防 止了气体放电灯的过早点燃。也就是说，在谐振回路的谐振频率之上，在谐振电容器上的电 压的幅度间接地与频率成比例。为了对气体放电灯的电极预热，在上述的出版物的主题中使用了变压器，该变压 器的初级绕组通过耦合电容器连接到逆变器的输出端。另一方面，该初级绕组可以通过半 导体开关与参考电势耦合。在变压器中提供了两个次级绕组，它们分别与气体放电灯的电 极耦合。以此方式可以对电极进行预热。相应地，在根据出版物EP 0 748 146 Al的主题中，需要用于初级绕组的半导体开 关，该半导体开关必须设计来以高电压驱动。同样，需要变压器，该变压器类似于电压变压 器来驱动。此外，需要箝位二极管，通过该箝位二极管可以将预热开关上的电压限制到逆变 器的供电电压上。特别的挑战在于更为简单地且成本更为低廉地实现对电极的可靠预热， 如在出版物EP 0 748 146 Al中所保证的那样。出版物US 2006/0267519 Al同样描述了一种用于驱动低压气体放电灯的电路装 置。该文献研究了如下问题保护引导地参考电势并且接触气体放电灯的人员免受电击。该出版物采用了将气体放电灯的参考电势通过开关和电容器的并联电路与逆变器的参考 电势相连的方式。开关只有当气体放电灯按规定地点燃时才闭合。否则，开关保持断开，使 得气体放电灯的端子与逆变器的参考电势在很大程度上低频去耦。需要与开关并联耦合的 电容器来保证在气体放电灯的端子与逆变器的参考电势之间的去耦。
发明内容
本发明的任务是基于根据出版物EP 0 748 146 Al的主题提出一种如何能够特别 有利地构建开头所述类型的电路装置的解决方案。根据本发明，该任务通过具有根据权利要求1所述特征的电路装置以及通过具有 权利要求7所述特征的方法来解决。本发明的有利的实施形式是从属权利要求的主题。相应地，变压器的初级绕组与谐振电容器串联并且与控制装置的参考电势直接连 接，并且电开关与变压器的初级绕组并联地耦合。该电开关具有控制端子，该控制端子与控 制装置耦合。该控制装置设计为在满足点燃标准之后将电开关转变到其电导通的开关状态 中。于是通过如下方式实现了根据本发明的效果变压器的初级绕组在一方面与谐振 电容器串联耦合，而另一方面与控制装置的参考电势直接连接，在低压气体放电灯点燃时 也通过桥接初级绕组来实现。换言之，本发明的基本思想在于，流经与气体放电灯并联连接 的谐振电容器的电流在预热阶段期间也可以流经初级绕组(该初级绕组连接到控制装置 的参考电势上)，并且同一初级绕组在预热阶段之后在初级侧借助电开关与控制装置的参 考电势短接。相对于根据出版物EP 0 748 146 Al的主题，根据本发明的电路装置一方面具有 如下优点该电路装置无需用于变压器初级绕组的、额外的耦合电容器；谐振电容器在此 承担耦合电容器的功能。另一方面，根据本发明的电路装置也无需如在现有技术中所使用 的箝位二极管；也就是说，初级绕组在气体放电灯点燃的情况下借助电开关被短路。根据本 发明的电路装置相对于根据出版物EP 0 748 146 Al的主题的另一优点在于，可以将成本 低廉的低压开关(通常小于100伏特)用于桥接初级绕组。而在现有技术中，该开关必须 构建用于以如在初级绕组上下降的高压来工作(通常为600伏特)。相对于根据出版物US 2006/0267519 Al的主题，根据本发明的电路装置也提供了 在所使用的部件的数量方面以及因此在成本方面的优点。为了解决在该出版物中所说明的 技术任务，在初级绕组和参考电势之间必须使用电容器。在那里所使用的借助其来桥接初 级绕组和电容器的开关也必须能够承受高压，这与相对于低压开关的附加的费用相联系。在根据出版物US 2006/0267519 Al的主题中，(由于在那里所说明的技术任务) 还必须在逆变器与谐振电感线圈之间连接有耦合电容器。与此相对，在根据本发明的电路 装置中，耦合电容器可以耦合在输出端的第二端子对和控制装置的参考电势之间(即连接 到气体放电灯的“低压侧(Low-Seite) ”上)。以此方式，耦合电容器也可以对称地实施，并 且可以降低与输入端并联耦合的中间回路电容器的电流负荷以及气体放电灯相对于地的 电压。不可忽视地，应保持根据本发明的电路装置的另一优点，即在初级绕组上下降的 电压可以通过控制装置来检测。这通过如下方式来实现变压器的初级绕组(与根据出版物US 2006/0267519A1的主题不同)直接与控制装置的参考电势耦合。对在初级绕组上下 降的电压的检测可以实现能够回推出在次级绕组上并且由此在该电路装置的输入端上的 当前工作状态。也就是说，通过分析该电压可以识别出如下工作状态其中各个端子对的端 子短路或者其中在这些端子之间形成空载(即例如在旋出气体放电灯之后或者在灯丝烧 断之后)。如果例如识别出在该电路装置的输出端上的不允许的工作状态，则该控制装置可 以关断逆变器并且因此关断供电交流电压。已证明为特别有利的是电开关是双向截止或者导通的半导体开关。例如，该电开 关可以是对称截止或者导通的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。这种其中不再 存在寄生二极管的MOSFET最近可从市场上获得。借助MOSFET —方面可以实现比在传统的 继电器的情况下明显更小的开关时间，另一方面MOSFET成本更为低廉。如已经说明的那样，该电路装置具有的优点是，可以测量在变压器的初级绕组上 下降的电压，由此可识别在输出端上主导的工作状态。在一个实施形式中设计了 控制装置 与设置在绕组和谐振电容器之间的检测极耦合，并且构建用于检测在初级绕组上下降的电 压。在此，利用如下关系如果具有次级绕组的电流回路的阻抗改变，则在变压器的初级绕 组上的有效阻抗也改变。次级侧上的阻抗改变于是可以直接通过分析初级绕组上的电压来 识别。如果在初级绕组上下降的电压在不允许的值域中，则控制装置可以关断供电交流电 压。这例如可以在如下场景中实现操作人员接通电网开关来接通气体放电灯。电网部分 从供电电网的交流电压为该电路装置提供供电直流电压。尚在开始预热阶段之前(在该预 热阶段中气体放电灯的电极被预热)，控制装置激励逆变器，使得非常小的电流流经初级绕 组。控制装置现在检测在初级绕组上下降的电压是否在允许的值域中，即气体放电灯是否 按照规定地连接到输出端并且灯电极是否正常。例如，如果控制装置识别出没有气体放电 灯连接到该电路装置，则该控制装置关断逆变器。在一个实施形式中设计的是，控制装置设计为在预热阶段开始之前激励逆变器并 且在该激励期间检测在初级绕组上下降的电压，其中预热标准包含该电压在预先给定的 值域中。于是，只有当气体放电灯按照规定地连接到该电路装置上时才通过控制装置开始 预热阶段。因此，防止了例如当没有连接气体放电灯时开始预热阶段，并且防止了操作人员 与高压接触。因此，该电路装置也不需要在其他情况下的用于识别灯电极存在的在预热变 压器的次级绕组上的二极管、耦合电容器或者高压电阻。控制装置也可以在预热阶段期间检测在初级绕组上下降的电压。于是，点燃标准 包含该电压在预先给定的值域中。控制装置于是也可以在预热阶段期间识别在电路装置 的输出端上的不允许的工作状态并且必要时中断预热阶段。这例如当在预热阶段期间气体 放电灯被旋出或者灯的灯丝烧断时情况会如此。该实施形式例如可以在如下过程中实现 操作人员接通电网电压，由此在该电路装置的输入端上提供供电直流电压。该控制装置开 始预热阶段，即通过相应地激励逆变器。在预热阶段期间，该控制装置监视在初级绕组上下 降的电压。在预热阶段开始时，该电压在预先给定的允许的值域中，使得继续预热阶段。在 预热阶段期间，气体放电灯的灯丝烧断，并且在相应的端子对的端子之间形成空载。控制装 置识别出空载，即通过如下方式来识别在初级绕组上的电压在预先给定的允许的值域之 外。紧接在识别出空载之后，该控制装置将逆变器关断。附加地或可替选地，点燃标准可以包含在开始预热阶段之后过去了预先确定的
6时间间隔。于是，保证了气体放电灯的电极预热预先确定的时间间隔并且经济地点燃气体 放电灯。根据本发明的方法设计用于借助开头所述类型的电路装置来驱动至少一个低压 气体放电灯。在该方法中，在预热阶段期间流经谐振电容器的电流也引导通过变压器的初 级绕组，其中初级绕组直接与控制装置的参考电势耦合。在满足点燃标准之后电开关闭合 并且由此桥接初级绕组。参照根据本发明的电路装置所提出的优选实施形式及其优点相应地适用于根据 本发明的方法。本发明的其他特征从权利要求、附图和
中得到。以上在说明中所述的特 征和特征组合以及以下在
中所述的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合 不仅可以使用在所说明的各组合中，而且也可以使用在其他组合中或者单独地使用，而不 脱离本发明的范围。
现在借助优选的实施例以及参照附图更为详细地阐述本发明，其中唯一的附图以 示意图示出了根据本发明的一个实施形式的电路装置。
具体实施例方式在该图中所示的电路装置1包括输入端2，该输入端具有第一输入端子和第二输 入端子3、4。在输入端2上可以提供供电直流电压Ue，也就是说借助电网部分从供电电网 的交流电压提供供电直流电压。与输入端2并联地连接有中间回路电容器5，在该中间回路 电容器上存在供电直流电压Ugo与输入端2和中间回路电容器5并联有包括第一电开关7和第二电开关8的逆变 器6。该逆变器6用于提供供电交流电压Uv，该供电交流电压通常具有明显大于电网电压 频率的频率。为了激励逆变器6而设置有控制装置9，该控制装置可以调节供电交流电压Uv的 频率，即通过相应地激励逆变器6来实现。控制装置9在第一参考电势10上，该第一参考电势也与第二输入端子4相连并且 因此也是逆变器6的参考电势。供电交流电压Uv在设置于第一开关7和第二开关8之间的极11与第一参考电势 10之间提供。电路装置1包括谐振回路12，其具有谐振电感线圈13以及谐振电容器14。谐振 电感线圈13—方面与极11 (即与逆变器6)相连而另一方面与谐振极15相连。谐振电容 器14耦合在谐振极15和第一参考电势10之间。电路装置1包括输出端16，其具有第一输出端子对和第二输出端子对17、18。第 一输出端子对17包括第一端子和第二端子17a、17b，其中第二输出端子对18同样具有两个 端子18a、18b。在输出端16上连接有低压气体放电灯19，其通过电路装置1来驱动。第二输出端子对18的第一端子18a—方面通过第一耦合电容器20与第一参考电 势10相连，即借助第一耦合电容器20与第一参考电势10直流去耦。另一方面，第二输出端子对18的第一端子18a通过第二耦合电容器21与第一输入端子3相连。第二输出端子 对18的第一端子18a是第二参考电势22(即所谓的气体放电灯19的“低压侧”)。两个耦 合电容器20、21负责使得没有直流电流能够流经气体放电灯19。这种直流电流会导致由气 体放电灯19发射的光的明显的不均勻性(阳离子电泳，Kataphorese)。此外，通过将耦合 电容器20、21对称地布置实现了中间回路电容器5的电流负载最小的优点。为了保证气体放电灯19的经济的点燃，灯19的电极必须首先预热。为此目的，电 路装置1包括变压器23，该变压器具有初级绕组24、第一次级绕组25和第二次级绕组26。 初级绕组24与谐振电容器14串联连接并且另一方面直接与第一参考电势10相连。第一 次级绕组25 —方面与第一端子17a相连而另一方面与第一输出端子对17的第二端子17b 相连。第二次级绕组26 —方面与第一端子18a相连而另一方面与第二输出端子对18的第 二端子18b相连。与变压器23的第一初级绕组24并联连接有电开关27，其控制端子与控制装置9 耦合。因此，该开关27可以通过控制装置9在电导通的开关状态与截止的开关状态之间切 换，其中在电导通的开关状态中初级绕组24被桥接。电开关27例如可以是M0SFET，尤其是 不具有寄生二极管并且因此对称地实施的M0SFET。控制装置9与设置在谐振电容器14和初级绕组24之间的极28耦合，即通过高欧 姆值的电阻29耦合。欧姆电阻29的电阻值例如可以为1ΜΩ。通过与极28相连，控制装 置9可以检测在初级绕组24上下降的电压。控制装置9可以分析该电压并且通过该分析 回推在输出端16上主导的工作状态。如果输出端19上的阻抗改变(无论是在第一和/或 第二输出端子对17或者18上的阻抗改变)，则在初级绕组24上下降的电压也改变。通过 分析该改变于是控制装置9可以识别出例如灯19的灯丝烧断或者在端子17a、17b或18a、 18b之间是否存在短路。如果在初级绕组24上的电压在灯19的电极的预热阶段期间在不 允许的值域中，则控制装置9可以关断逆变器6并且因此关断供电交流电压Uvo以下将进一步阐述该电路装置1的工作方式首先，提供供电直流电压Ue，即例如通过由操作人员闭合电网开关来提供。如果在 输入端2上有供电直流电压Ug,则控制装置9也处于工作中；控制装置可以通过激励逆变器 6来为气体放电灯19产生供电交流电压Uv。在开始预热阶段之前，控制装置9激励逆变器 6使得非常小的电流流经初级绕组24。这可以通过控制装置9调节供电交流电压Uv的明显 高于预热频率和点燃频率的频率来实现。在激励期间，控制装置9检查在初级绕组24上下 降的电压是否在预先确定的值域中。如果该情况被确认，则意味着气体放电灯19按照规 定地连接到输出端16上。如果初级绕组24上的电压在不允许的值域中，则控制装置9将 逆变器6关断并且在输出端16上不存在电压。如果满足预先确定的预热标准，则控制装置9开始预热阶段。在该预热阶段中，气 体放电灯19的电极被加热，即加热到实现气体放电灯19的经济起动的温度。预热标准在 此包含一方面在输入端2上提供工作直流电压Ue而另一方面在初级绕组28上的电压(在 激励逆变器6期间(小电流通过初级绕组25))在预先给定的阈值中。如果满足预热标准，则控制装置9开始预热阶段，其方式是供电交流电压Uv的频 率被调节到预热频率。在预热阶段期间，供电交流电压Uv于是被调节为使得气体放电灯29 尚未被点燃。在预热阶段期间，由变压器23产生的电流流经输出端子对17、18并且因此流
8经气体放电灯19的电极。所述电流加热灯19的电极。在预热阶段期间，控制装置9也检查在初级绕组25上的电压是否在预先确定的值 域中。在满足预先确定的点燃标准之后，控制装置9结束预热阶段并且降低供电交流电压 Uv的频率使得点燃气体放电灯19。在气体放电灯19点燃时，即在满足点燃标准之后，控制 装置9闭合电开关27，使得该开关桥接初级绕组24。在此点燃标准包含在预热阶段期间所检测的在初级绕组24上的电压在预先给 定的值域中，并且在开始预热阶段之后过去了预先确定的时间间隔，即预热阶段持续预先 确定的时间。以此方式实现了气体放电灯19的电极被预热到所希望的温度并且灯19可以 被经济地点燃。总之，于是实现了一种电路装置1，其与现有技术相比可以成本更低廉地制造。即 该电路装置1在没有成本高昂的部件譬如在没有如使用在出版物EP 0 748 146 Al的主题 中的高压开关、二极管和用于初级绕组24的附加耦合电容器的情况下也能实现。也就是 说，谐振电容器14也承担了初级绕组24的耦合电容器的功能。此外，通过所示的方式和方法可以在预热变压器的初级侧确定放电灯的电极是否 存在或者灯是否按照规定地被连接。由此可能附加地省去了在预热变压器的次级绕组上在 其他情况中所使用的高压电阻以及耦合电容器或者二极管。
权利要求
一种用于驱动至少一个低压气体放电灯(19)的电路装置(1)，具有-输入端(2)，该输入端具有第一输入端子和第二输入端子(3，4)，用于施加供电直流电压(UG)；-输出端(16)，该输出端具有第一输出端子对和第二输出端子对(17，18)，用于连接所述至少一个低压气体放电灯(19)；-与第一输入端子和第二输入端子(3，4)耦合的逆变器(6)，用于从供电直流电压(UG)提供供电交流电压(UV)；-控制装置(9)，用于激励逆变器(6)并且由此用于控制供电交流电压(UV)的频率，其中控制装置(9)设计为在满足预先确定的预热标准之后开始预热阶段，在该预热阶段中逆变器(6)用预热频率来驱动，并且控制装置设计为在满足预先确定的点燃标准之后将供电交流电压(UV)的频率调节到点燃频率；-谐振回路(12)，其具有谐振电感线圈(13)，该谐振电感线圈的第一端子与逆变器(6)耦合并且其第二端子与谐振极(15)耦合，并且该谐振回路具有谐振电容器(14)，该谐振电容器耦合在谐振极(15)与控制装置(9)的参考电势(10)之间；以及-变压器(23)，用于对低压气体放电灯(19)的电极进行预热，该变压器包括初级绕组(24)，与第一输出端子对(17)耦合的第一次级绕组(25)和与第二输出端子对(18)耦合的第二次级绕组(26)，其特征在于，变压器(23)的初级绕组(24)与谐振电容器(14)串联连接并且与控制装置(9)的参考电势(10)直接相连，并且电开关(27)与变压器(23)的初级绕组(24)并联地耦合，该电开关具有控制端子，该控制端子与控制装置(9)耦合，其中控制装置(9)还设计为在满足点燃标准之后将该电开关(27)转变到其电导通的开关状态中。
2.根据权利要求1所述的电路装置(1)，其特征在于，电开关(27)是双向截止或导通 的半导体开关，尤其是双向截止或者导通的M0SFET。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，其特征在于，控制装置(9)与设置在初级 绕组(24)和谐振电容器(14)之间的检测极(28)耦合并且构建用于检测在初级绕组(24) 上下降的电压。
4.根据权利要求3所述的电路装置(1)，其特征在于，控制装置(9)设计为在开始预热 阶段之前激励逆变器(6)并且在该激励期间检测在初级绕组(24)上下降的电压，其中预热 标准包含该电压在预先给定的值域中。
5.根据权利要求3或4所述的电路装置(1)，其特征在于，控制装置(9)设计为在预热 阶段期间检测在初级绕组(24)上下降的电压，其中点燃标准包含该电压在预先给定的值 域中。
6.根据上述权利要求之一所述的电路装置(1)，其特征在于，点燃标准包含在开始预 热阶段之后过去了预先确定的时间间隔。
7.一种用于借助电路装置(1)驱动至少一个低压气体放电灯(19)的方法，该电路装置 具有_输入端(2)，该输入端具有第一输入端子和第二输入端子(3，4)，用于施加供电直流 电压(UG)；_输出端(16)，该输出端具有第一输出端子对和第二输出端子对(17，18)，用于连接所 述至少一个低压气体放电灯(19)；-与第一输入端子和第二输入端子(3，4)耦合的逆变器(6)，用于从供电直流电压(仏) 提供供电交流电压(Uv)；-控制装置(9)，其激励逆变器(6)并且在满足预先确定的预热标准之后开始预热阶 段，在该预热阶段中逆变器(6)用预热频率来驱动，并且控制装置在满足预先确定的点燃 标准之后将供电交流电压(Uv)的频率调节到点燃频率；-谐振回路(12)，其具有谐振电感线圈(13)，该谐振电感线圈的第一端子与逆变器(6) 耦合并且其第二端子与谐振极(15)耦合，以及该谐振回路具有谐振电容器(14)，该谐振电 容器耦合在谐振极(15)与控制装置(9)的参考电势(10)之间；以及_变压器(23)，用于对低压气体放电灯(19)的电极进行预热，该变压器包括初级绕组 (24)，与第一输出端子对(17)耦合的第一次级绕组(25)和与第二输出端子对(18)耦合的 第二次级绕组(26)，该方法的特征在于包括如下步骤-在预热阶段期间引导电流，该电流流经谐振电容器(14)，也流经变压器(23)的初级 绕组(24)，其中初级绕组(24)与谐振电容器(14)串联耦合并且与控制装置(9)的参考电 势(10)直接连接，以及-在满足点燃标准之后将电开关(27)转变到其电导通的开关状态中并且由此桥接初 级绕组(24)。
全文摘要
本发明涉及一种用于驱动气体放电灯的电路装置和相应的方法，该电路装置具有用于提供供电交流电压的逆变器；控制装置，其用于激励逆变器，该控制装置在满足预先确定的预热标准之后开始预热阶段，并且在满足预先确定的点燃标准之后将供电交流电压的频率调节到点燃频率；谐振回路，其具有谐振电感线圈，谐振电感线圈的第一端子与逆变器耦合并且其第二端子与谐振极耦合，并且该谐振回路具有谐振电容器，其耦合在谐振极与控制装置的参考电势之间；以及变压器，该变压器的初级绕组与谐振电容器串联连接并且与控制装置的参考电势直接相连，以及借助电开关在满足点燃标准之后桥接该初级绕组。
文档编号H05B41/295GK101888735SQ201010176270
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者贝恩德·鲁道夫 申请人:奥斯兰姆有限公司