专利名称：放电灯的激励方法及实现它的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激励放电灯的方法和装置，更具体讲本发明关系到处理激励诸如荧光灯、弧光灯及氖光灯类放电灯相关的问题，以高效可靠的方式贯穿这些设备的整个复合工作周期。
在起动和运行各种荧光灯的现代一般方法中，包括一个开路电压高于灯的额定工作电压的电源，或起动该灯的装置或辅助装置。在每种情况中，起动方式和运行方式是两种不同的工作方式，只有单灯直接起动情况例外。但是无论现代应用中控制装置的型式如何，它们全具有一个共同的特性，具有与灯串联的限流阻抗，该阻抗成为一附加的负载，借此稳定运行和控制功率。所以，从供电电源的观点来讲，术语“镇流器(ballast)”对这些设备是合适的。为了简化起见，以下所有与本公开的发明有关的常规控制装置统称作“镇流器”。
对电源和镇流器方面的各种改进，在美国已公开的专利号计有颁发给塞兰恩(Sairanen)等的NO4，553，070;颁发给弗尔塔(Virta)的NO.4，603，378;颁发给赞斯基(ZansKy)的NO.4，370，600;颁发给斯泰格瓦尔特(Steigerwald)的NO.4，042，856;颁发给斯托尔兹(Stolz)的NO.4，251，752;颁发给达维斯(Davis)的NO.4，237，403;颁发给纽考尔斯(NucKolls)的3，629，683;颁发给安德森(Anderson)的NO.4，320，325;颁发给高尔瑞森(Garrison)等的NO.4，234，822;颁发给斯泰温斯(Stevens)的NO.4，277，728;以及颁发给奥尔(Knoll)的NO.4，127，795。
当荧光灯和惯用的镇流器(诸如前述先有技术文件中的设备)一起应用时，影响荧光灯寿命的主要因素便是起动次数和每次起动后运行的时间比较，以及灯在起动期间的环境温度，由于起动次数所造成的寿命缩短，可以用这样的事实来解释，即在起动期间，在有效阴极发射之前，灯必须承受的高压的建立，使得阴极上一些发射物质被消耗掉，一旦所有的发射物质耗尽，则阴极本身就开始衰变，直到最后整个阴极耗尽，灯就不再点燃;另外一个因素是，影响灯衰变的原因是灯中反向电流的频率。在一个方向上导电周期中断，而在另一方向导电开始，如果频率低到足能使灯管中的等离子体导电率下降，并且阴极同时得到冷却，则在新方向导电建成之前，必须产生一个最小的再起动程序，则必然会在灯泡两端有较高电位，以及相继地重建阴极放射，这就再一次引起阴极上发射物质的少量损失。
另一个伴随先有技术中激励装置的问题，是点燃问题，当为有许多放电灯共同进行点燃时，点燃伴有刺激性副作用，例如频闪效应、噪声和无线电干扰。虽然已尽力减少这些刺激性影响，但是处于这些照明区的人们由于受到频闪闪烁而造成的精神上的影响，仍然有所抱怨。
因此，对激励诸如荧光、弧光和氖光灯类的放电灯的激励技术和设备存在着改进的必要。
本发明的第一个目的，在于使一台放电灯得到最大发光效率并提供为此目的的电子激励装置。这是通过激励器的电源特性来完成的，利用在维持灯中功率因数尽可能接近单位值的同时，造成所要求的消耗功率，其有功分量能使本灯具运行。
本发明的第二个目的，是提供一台简单而节省造价的激励装置，以选择技术成就熟、便宜和快速有效的部件来实现。
本发明的第三个目的，是增加被该激励装置激励的放电灯的寿命，这一点是把起动期和连续工作期间对灯的损害减到最低限度来实现的。利用同时给阴极加热和增加灯头电压的方法允许该放电灯快速起动而延长寿命。灯头的电压不受电源的电压限制，从而激励器就能够在其设计极限范围内提供点燃该灯所需的任何电压。实际上，甚至在温度低于20℃情况下，起动仍是瞬间完成，并且无闪烁现象已被证实。在低温试验和在常温下，没有灯管损坏的痕迹，例如，不曾发现阴极区发黑现象。此外，使激励器在比一般控制装置的频率高许多的频率下工作，能使放电灯的寿命延长，所选择的频率高到足以使阴极上的发射材料无足够的时间冷却到需要再起动的最低温度，在这种频率下，放电灯的阻抗呈现如纯电阻特性，甚至在电流反向后立即如此。
灯的寿命也受被强迫传导的电流的峰值因素的影响。
如果灯管中的电流超过阴极上的有效电子发射，则附加的阴极物质将损失掉。为了降低这种影响到最小值，本发明的装置造成灯的电流为正弦波，并且是双向对称而不用任何直流补偿。这就保证了阴极损耗最小并在两端均匀损耗。
本发明的第四个目的，是提供一个激励装置，它允许在灯损坏或熔断时安全地更换放电灯。这一目的是这样达到的，即利用把该激励装置设计成为灯持继运行所必需的部件，如此一来，如果灯被摘除或损坏，则运行即停止。这样在替换灯时或等待更换时，避免在灯座上保持着过高电压的危险。此外，提供了激励器运行或不运行信号电平装置。这对于提供一个替换装置以防止过热或损坏该单元是有用的，无论哪种原因都应当认为是需要的。
本发明的第五个目的，在于提供一个激励装置，它能将操作该放电灯时所建立的无用的效能降低到最低，利用工作于直流电源的激励器而达到这一目的，借此建立一个实际上无闪烁的激励器，可能存在的任何频闪效应的频率为现在通用的频率的30到100倍频率。再者，在这些频率上，即使该效应能被人感觉到，也能利用一直很便宜的荧光物质相当大地减弱，关于噪声，其频率两倍于激励器工作频率时远远处于人的听觉能力之外。还有，频率为每秒50，000到100，000周波(用激励器普遍为这种情况)，则空气和结构物质对有效传输成为很差的介质，而且形成一种有效的装置可将噪声衰耗到不能察觉的程度。
按照本发明的第一方面，对具有一对阴极和一对阳极的放电灯提供一个激励装置，它包括谐振电路装置，与所述放电灯串联连接;开关装置，连接在正、负电压源之间，适用于交替地连接所述谐振电路装置;无功电路装置，连接于所述放电灯的两端，适用于在灯的两端产生高电压;同步电路装置，用于激励所述开关装置，所述的同步电路装置连接到所述开关装置和所述放电灯;以及控制电路装置，用于控制从所述电压源吸取的电能。
按照本发明的第二方面，提供激励一个负荷消耗一预定量的功率的方法，该方法利用一个具有包括所述负荷的谐振电路装置的功率源设备;开关装置，连接在正、负电压源之间，适用于交替地连接所述谐振电路装置;同步装置，用于激励所述开关装置，所述同步装置连接到所述开关装置和所述谐振电路装置;以及控制装置，用于控制从所述电压源引来的电能，包括以下步骤检测在所述开关装置处的零电流状态，利用所述同步装置进行;
当所述零电流状态被检测到时，驱动所述开关装置以激励接在正、负电压源之间的所述谐振电路装置;
当所述谐振电路装置被接到所述正电压源上允许从所述负电压源吸收一预定量电荷时，激励所述控制装置;
当所述谐振电路装置被接到所述负电压源上允许从所述正电压源吸收一预定量电荷时，激励所述控制装置;
借助于允许所述负荷消耗一预定量功率，允许所述电荷传输到所述谐振电路装置。
参照附图能对本发明中的具体实施例有所理解。
图1为实施本发明的放电灯激励装置的接线圈;
图2为按照本发明的第二实施例进行的AC(交流)到DC(直流)转换器的接线圈;
图3a、3b和3c按照本发明第3、第4和第5实施例进行的开关电路的接线圈;
图4a和4b为按照本发明第6和第7实施例进行的各种灯的示意图;
图5a和5b为按照本发明第10和第11实施例进行的控制电路的示意图;
图6为按照本发明第12实施例进行的一台放电灯激励装置的接线圈;
图7表示本发明第13实施例形成的一个第一电磁子配件的一部分;
图7a表示一个第二电磁子配件另一实施例形成的又一部分;
图7b表示在另一实施例中用的典型线圈部件;
图7c表示制造图7和7a中子配件的一个步骤;
图8表示本发明第13实施例的电路图;
图8a到8c和8d表示发生在图8实施例中的波形，和由此而做的修改;
图8e为说明一个实施例的局部电路图。
本发明公开的主题是激励方法和装置，这种激励方法和装置不限于向灯发送功率，类同具有一个镇流器的情况，而是造成灯消耗所要求的功率。因此，描述这种运行的更恰当术语就是“激励”(driving)该灯。为了简化的目的，放电灯激励装置在本公开的发明中将称为“灯激励器”或“激励器”。用于造成灯消耗所要求的功率的这种技术就称为“激励要求”。
通常，电源具有两个基本范畴，即“电流源”或“电压源”，分别附加有诸如“限定电压”或“限定电流”的特性。在两种情况下，提供到负荷上的功率都是由负荷的阻抗所确定。如果一个电流源的功率加到一个电阻上，则由电源送出的功率W＝i2R公式所确定;在电压源的情况下，送出的功率表示为W＝V2/R。在这两种情况中送出的功率决定于负荷而不是该电源。在实际上遇到的许多电气负荷并不具有稳定的阻抗，而具有与所加的电压或电流密切相关的阻抗，放电灯就是这种型式负荷的典型。起初放电灯呈现开路状态，在加到它上的电压足够大之前不导通，一旦导体起燃，电流即流过，装置的阻抗开始下降，显示出负阻抗特性。为了使放电灯提供预期的光输出，必须消耗所要求的功率，但是，正常情况与这种类型负荷结合应用的该控制装置是属于电流源型式，并因此所消耗的实际功率就更加决定于灯而不是控制装置对电源的能力，灯所消耗的实际功率将决定于制造的容许极限、环境条件以及由于老化的结果在灯泡中参数的漂移。
另一方面，若控制装置所应用的场合是供灯用的功率而与上述灯的各变数无关，则灯将被强行(或驱动)消耗所要求的功率，从而提供所预期的光输出。
现参照图1，它是按照本发明的第一方面示出的一个放电灯激励装置的接线圈，该激励装置主要包括一个电子电磁仪器(EMI)滤波电路10、一个交直流转换器11、一个开关电路12、一个谐振电路13、一个负荷14、一个同步电路15和一个电能控制电路16。
该EMI滤波电路10，实际上对所有的高频设备都是必需的，以防止高频干扰回转到公用的供电线或地方电源，那里同时接有灵敏设备。该激励装置根据它的特性比普通应用的转换技术在一给定功率下产生较低的能量发射。所以，这个电路的要求不如其它别的情况严格。但是，这个电路需要交直流转换电源。
在本电路中，从线路方向看到一个低通滤波器，现加以描述，如果需要更精密的滤波，也可将现有的滤波器作较大改变。
由交直流转换电路11中的二极管30和31、电容器32和33构成一个整流器和滤波器，用作供给激励装置直流电。
交直流转换电路11只在激励器必须工作在交流系统的情况下才需要。该基本的激励器需要直流，而不是产生所需的直流，所以该电路的另一个目的是与实际应用中实际条件有关，详细地讲，是与从电源引出的均方根电流和相角有关。
在只用少量激励器的一个交流系统中，这不是一项主要的考虑，所以所示的器件对应这种应用很合适。在有许多激励器接在一条线路上应用的情况中，就更期望用图2所示的交直流的转换电路，这是因为需要充电到滤波电容器的电流峰值因数被控制在一较低值，而且该功率因数的特性主要地是非无功性的缘故。在具有较大滞后的无功功率因数存在的分布系统中，这一点是特别期望的，其效能在于，在周期的开始部分期间，电路配置将从无功电能中提取功率，这些无功电能是在每周的开始部分期间被感性的无功设备强迫输到电力线路的。从实用观点来看，其综合效果是，在总负荷的功率因数方面有所改进。
开关电路12是由多个电开关元件组成的，用作受同步电路15的控制下将电路13交替地接到正、负干线17和18上。该器件可以用半导体构成，譬如用双极或MOS(金属氧物半导体)晶体管41、44或甚至用机械开关。该方条选择将影响工作频率和同步电路15的设计。图3a、3b和3c描述了这方面的某些可能性。
图3c示出，开关电路可以结合一个变换器19，这在输出电压要求比现有的有些不同时需要。示于图3c的电路是利用串级激励双极晶体管形成的纵向推挽电路。利用这种电路设计的优点之一，就是它对双绕的变换器提供一个低的端-端电容，这是因为两个线圈是同相的，这在高电压、高频率工作条件下获得高效率，而且造价低。
谐振电路13主要地是由一个电感电容串接电路(LC电路)，这是形成确定频率分量的主要部件，电感器20是系统中的主要电感，电容器21则是个别的一个，但为处于支配作用的一个，电容器21也在低负荷阻抗条件下反应为很高的电流源特性。此外，该电容器或某些等效于它的元件总是需要的，不然功率控制电路16就不能适当地运行。如果该电源特性被维持住，则就没有直流通路能通过这些频率一定的元件。
负荷14由一个放电灯22和一个无功元件23组成，在高负荷阻抗或开路条件下产生极高电压特性，感抗可以是容性或是感性，取决于在接近开路状态下需要提升或降低工作频率。该电抗也对系统的工作频率有影响，因此也是系统中的又一个频率一定的元件。该电抗为与负荷相结合，因为其型式(感性或容性)和比值都将密切决定于被激励的负荷。
例如图4a的描绘，诸如用作负荷的一个放电灯(如氖光灯)，当负荷电压甚高于开关上的有效电压时，对起动和运行(如果希望的话)该负荷都需要接一并联电抗，以使功率有效地作用到负荷。可以选用两者中的任一形式。对主谐振电容器的比值则根据应用决定。但是，它的选择将影响工作频率，因此最终工作频率将由所选的两个电抗综合确定。
为了缩小此影响，负荷将随其阻抗的工频变化。跨在主谐振电容器上的电压应至少为1.4倍于跨在该负荷端的期望电压。
如果所用的一个电阻负荷具有期望的工作电压高于有效电源电压，则需要一个并联电抗，这就导致一个并联等价阻抗，这将允许等价串联谐振电流变得高于所预期的负荷电流，标准是，负荷电压与负荷电流的乘积应当等于在开关处的有效电源电压乘以该等价串联谐振电流。
同步电路15也包括一个起动电路24，该起动电路可以是任意脉冲发生器，在电路运行时它即关断。所示的起动电路24只是为了解释之用，本发明不受该实施例之限。
该同步电路实现几个重要功能。第一，它负责在尽可能接近零电流时操作该开关电路12;第二，它必须激励根据形式所确定的开关电路，以便耦合尽可能发生在紧靠零电流状态。同步电路15描绘出变换器25的功能，在这一情况下，变换器的设计必须考虑到开关元件17和18的延时，使其开合发生在与零电流相吻合之时，此外，同步元件还必须对开关提供所必需的激励功率，激励MOS导通的要求完全不同于用极性晶体管串级激励，该电路的设计取决于所选的开关元件。
电能控制电路16控制放电灯每半周期间从电源送出的电能，这个功能是靠测量流到一个无功部件所希望的一定电荷来完成的，当达到所期望的电荷水平时，便起动功率再循环，以阻止从电源流通电流，由此而防止任何进一步的能量下降。假定没有直流通路存在于各频率一定的部件和主要频率一定的电容器(因为跨在其上的电压是负荷电压的1.4倍)，则能量控制机构对工作频率的影响实际上可以忽略。
图1所示的实施例中，可以看到，如果该电容器很大，则工作频率将由串接的无功负荷电路13和14所支配。在另一方面，如果取消各电容器，则紧接在两个二极管之间负荷上的电压实际上与从开关电路12发射的交流电压同相位。这一合成结果是，跨在串联谐振电路13和14上的有效电压为很低值，尽管频率相同。改变电路16中电容器数值的效果在于使激励该串联谐振串的电压改变，如此地控制功率而不显著影响工作频率。
控制电路的另一些实施例示于图5a、5b和6。其中最复杂的是图6中的标号26，该电路描绘出一个可积分的激励器和激励器，用于作MOS开关的激励器，该电路由可变电阻器48整定一个基准值，并与电源电压相关，以致假如电源电压加倍，则发出的电流就减小到1/2，借此提供一个可编程的恒定功率、电源和转换器。该可变电阻48的连接点也能用作远方程控，或用作闭环反馈运行。控制电路26是可以应用的，因为该功率控制接线图可以忽略工作频率的影响。此外，忽略该控制电路内的功率，通过负荷的电压和电流就能维持正弦形。
绘于图6的接线图代表着一个更为复杂但更有效于放电灯激励器的电路，它也包括有示于图3c的纵向推挽开关电路27。电路28主要包括有一个双谐振电路，该谐振电路是由用作双荧光灯激励器的t型变换器组成;还用了一个起动电路29，它与示于图1的起动电路24相同。
再参照图1，电阻器34和齐纳二极管35在齐纳二极管35的阴极处形成一个电压基准。部件37形成一个触发器，称作脉冲触发器(PUT)。
触发器37的阳极38接到电容器39，它通过电阻器40充电，形成一个时间常数，致使当触发器26阳极上的电压高到导通值时，它就造成该脉冲触发器(PUT)起燃，因此提供一脉冲能使晶体管41导通。一旦该晶体管导通，电流就流过由电感器20、电容器21、电容器23、变换器25和电容器42及43所组成的串联谐振槽路。放电灯22尚未点燃，因此在电容器23的两端呈现开路状态，灯22的阴极串接在电容器23两端，如此形成该串接电路。
如果灯被摘除或阴极之一被打开，则不能完成该回路，变换器25将无电流流过，从而防止晶体管41从截止转到导通状态。这一机构也用来防止该电路在没有灯或灯有故障情况下，或在起动时灯被摘除期间，运行也将停止。所以，灯22的各阴极元件也是持续运行的必要部件。
晶体管41的截止到导通构成了加到串联谐振电路的一个阶梯函数。所造成的过渡状态将造成当该串联电路中的电流为零时在电感器20和电容器21之间的电压达到正向峰值。在此点处，变流器25不再能激励晶体管41。此外，在变流器25中的磁化电流将与即将到来的在串联谐振电路中的反号电流一起造成晶体管44导通，同时，晶体管41的发射极为反偏置，因此而截止。现在，晶体管33被激励变换器25变为截止，该变换器25被设计成能提供足以维持饱和激励电流，在这种情况下由于提供了一个正比于晶体管44发射极电流的基极电流。当一个阶梯函数再一次加到该串联电路时，即造成在电感器20和电容器21之间的合成过渡状态摆向相反方向。晶体管44的集电极每接通到负母线一次，它即维持电容器39通过二极管45而放电，因此在系统运行时没有附加的起动脉冲进入。前面曾讲过，在头两周波所建立的同步激励将造成串联谐振电路总是工作在它的自然谐振频率，因此将工作于最大可能的无功功率下，在这种情况下运行，没有损失机构或损失部件的存在，这将导致在电感器20和电容器21之间的瞬态电压在每次相继半周上越来越高。这种无功的应用使得电路所加的电压远大于供到负荷(此时为放电灯22)上的电压，因此，在没有功率被消耗时即获得极高电压的电源特性。一旦在电感器20和电容器21之间的电压，当在电容器21与23和电容器42与43组合之间隔开时，便保留在电容器23两端的电势足以造成灯22导通，灯即发生起燃，灯的点燃还得到了点燃前供到电容器23的阴极电流的帮助，因此，所需的起燃电压较低。这就是该电路如何完成的快速起动过程。如果期望紧急起动方式，则前述跨在灯两端的电容器23的大小应当考虑到1.不允许有提高阴极发射的阴极电流，或2.对紧急起动灯的情况，在不能进行辅助加热的场合，电容器23应直接跨接在灯的两端，以致在灯泡摘除时串联电流的遮断将需借助于为用这种类型灯一般必须的连接器来实现。
由上述可见，在基本工作方式，电源是怎样实现荧光灯的点燃程序的。
一旦灯22开始传导电流，它当时的电阻性阻抗即与电容器23相并联，有效地改变了该等效串联谐振的频率，由于激励器晶体管41和44被变换器25同步激励，故相继的激励都保持在最大无功的情况下工作。当灯22中的电流由于负阻抗特性而增大时，电容器23就逐渐被旁路，因此降低了工作频率，直到灯内达到完全导通，支配频率的确定元件成为电感器20和电容器21，而且该谐振频率受灯22与电容器23的并联组合(现在电阻性占主导)的影响已不大。
如果没有二极管46和47，则灯连续地降低其阻抗，将导致电路的无功功率上升，由此而来的电流和建在该槽路中的能量将失控地逐步上升。
利用二极管46和47限制能量的这种方法，可以用从直流电源中吸取能量的机理来解释。
回顾一下运行的初始阶段，当晶体管41第一次导通时，电流通路通过电容器42、43，随后通过晶体管41。如果电容器42和43都是同一值，则电流之半通过电源到二极管31，通过电容器42和该串联电路，从晶体管41流出，并返回直流电源的负侧;另一部分串联电路和晶体管的电流则通过放电电容器43的通路而流来，但是部分电流将借助于正母线通过晶体管41并流到电容器43;该总电流的上述后一部分是循环流动的，而流自和流到电源的前一部分则构成从该电源引出的合成功率，该功率等于电流部分与电源电压之积。同样，在下一个波的半周期，该过程通过晶体管44和电容器43重演，造成功率吸取。因为在该谐振周期中的电流在每半周期相继增加，从电源中就吸取了更多的电能，电流的增长与该槽路中增长的电流成正比。一旦通过电容器42和43的电流增长到足够大时，就使二极管46或47导通，合成电能的吸取在这个周期的这部分处即停止。因此，每当一个二极管导通时，电能就循环流动。这个再循环能量的机构在一旦槽路电流达到所期望的电流水平时，就成为一个使槽路中的能量及随后加到负荷上的功率受到控制的机构。这个再循环机构就阻止了电压或电流失控的增加，以免损坏该单元。
综上所述，显然可见，该自同步过程永远维持谐振，因此，在该串联电路中无功元件的总阻抗被消除。所以，从灯的观点来说，暂不论所用部件的非线性，没有给灯施加电流或电压起限制作用的串联阻抗。由于没有有效的串联阻抗，所以镇流就不再是传统的意义，而灯被强迫消耗每半周期中从电源吸取的全部电能。因此，本发明的激励装置提供一个接近理想电源的特性，即在高阻抗时有很高的电压，在短路时有很高的电流。
本发明的进一步实施例将参照附图中的图7到图8e加以阐述如下。
图7说明一个多功能电磁子配件，以总标号50来指示，在本发明的另一实施例中即利用它来实现下述的电磁要求，该实施例示于图6，包括公用的滤波电感器、高功率因数电感器和动态箝位电路。
通常为完成这些功能需要3个铁心组(2个电感器和1个变换器)和5个绕组，对于这种情况，由于高造价和大的包装尺寸而使装置难以经济地开发，也难以适应高度竞争的市场需要。还有，小的多功能配件的进一步优点是高效率，而且减少了控制电子电磁仪器(EMI)的困难;较小的结构还可减少静电耦合量，以及提供较小的杂散磁场源。
在电磁部件中的效应决定于铁心损耗和导体损失。铁心损耗为该材料的单位损耗乘以所用铁心材料的体积的函数。当所有其它因素相同时，所用铁心材料的体积越小，铁心总损耗就越低，导体损失也是如此，其典型例子就是漏损变换器，当用分立的等效电路代替时，就导致低效率运行。
按照本构造方法，最充分地利用所有的原材料，不仅保留其原性能而且还有所提高。
图7a说明另外一种电磁子配件52，是示于图8的实施例所需用的，这一结构是一个公共方式和不同方式的电感器，具有符合其基本目的的功率和噪声过滤，电磁功率元件的整体可由4个E型对分铁心构成，用E铁心较好，因为它最普通而且有效形状上造价最低。半铁心54沿两条切线53、54被切分，如图7c所示，各腿端部55仅是小切片，并作为达到所要求的分路长度之用;铁心的背部56变成“I”形棒，用作图7a中的子配件，而且余各片用作图7中的部件。
图7b说明一个典型的绕组部件58，该绕组卷绕成自支撑结构，用热塑性塑料包线制成，不需要线圈架或其它辅助器材。在分路铁心被插入之后，剩余空间需要一个线圈，该线圈的结构大体为螺旋形。这一点更有好处，因为这样构成的线圈极易被冷却(热点温度较低和导体电阻升值较低)，具有低的端间电容和低的层间电压，从而在制造过程中采用较经济的自动爬绕方法。
一个分路是由切割“E”铁心的中心腿60形成，以及另一个是由粘接外侧各腿片61形成，以致所造成的分路，其单个绕组中铁心的有效铁心面积大一倍。尽管这与常规方法不同，但由于电路的拓朴结构，所以是合乎要求的，借助于在初级和次级线圈两者中的串联电容即可以在两个绕组之间存储无功能量。这就使该间隙面积必须比每个线圈所包围面积大一倍。其优点为铁心损耗和导体损耗沿整个部件均匀分布。
高功率因数电感器由“E”铁心组的另一窗口来实现。铁心中的能量储存在这种实施中也是均匀分布的，因为通过两个线圈的电流相同，“E”铁心的中间腿也为带线圈的腿部截面积的两倍，这就需要将该高功率因数电感器与该漏损变换器去耦合，而同时保持整个铁心的磁力线分布相对均匀。
图7中部件的装配方法为，在各分路元件被切割后，将各铁心进行绝缘(涂层或绑带)，将各线圈放在指定的腿上就位，将对分的“E”铁心配装起来，以及将线圈之间的分路粘牢。同样，对图7a中的配件52需要将铁心插入，并将线圈分别放在各自腿上就位，然后将从切割分路过程中剩下的“I”形棒56就位粘牢。
图8所示电路的实施例与前述部分有三个主要不同点。
首先，功率控制电路已重新设计，不仅控制加到谐振转换器的功率，而且也控制从整流和点燃滤波器引出的电流，以致由该线路流出的电流与线电压成正比。其结果使该激励器出现的有效值十分象一个具有功率因数大于90%(典型值)的电阻性负荷。重新设计的功率控制电路也与谐振转换器(由部件83、84和85形成)和储能电容器(将负荷中的功率脉动减到最小而构成的)之间的功率成正比。结果，灯的闪烁比使用别种高功率因数电子镇流器出现的闪烁少，而且肯定比使用常规控制装置出现的闪烁少。
图8实施例的第二个主要不同点是，改进了激励功率晶体管101、102用的同步开关转换器83，以致进一步改进了该转换器83中的效率。提高效率的需要，在高功率因数器件中是很重要的，这是因为为了获得高功率因数所附加的功率导致附加的功率损耗，如不这样处理则将严重地削弱该设备的有效度。此改进在于由部件105、106、94、111和107、108、94以及110产生的动态箝位形式，并加到每个晶体管，这即允许在每半周期部分(在这一期间导电损耗低)以完全饱和的方式工作，同时在以后半周期部分各晶体管脱出饱和而以受控方式工作，并且以所期望的关断状态的临界激励比的条件进行激励，从而形成较低的开关损耗和工作于较高的频率。合成的波形示于图8a，开关转换器83具有二极管110和111，它们与从负荷匹配变换器引来的电压源相串联，以提供一个正比于输出电压的栅偏压，如此加强了更普遍的抗饱和箝位的方法。
图8实施例的第三个不同点，是重行分布了各容性元件，使其充分有利于多功能电磁元件，以致使能量储存和综合损耗都均匀地分布到整个子配件的热体上。
图8还示出一个单位功率因数测量电路82，它包括有电容器95、二极管96、97和一个公共方式/差分方式电感器部分94(属于部件50)。
在工作中，电容器98上的电压必须永远高于二极管97上的电压，这一条件将在电流流入之后达到，因为导通的功率已减低，而且通过电容器112的谐振电路中的电流是从线路流入的均方根电流情况的2倍。如果谐振电流所要求的线电流大于1倍，譬如大2倍，则在电容器112上的额定工作电压将为线电压峰值的1.5倍，这是不期望的状态，因为这对各开关晶体管增加了负担，并且在各谐振元件中提高了损耗，由此而严重地削弱了最终产品的有效度(注意损耗是按所需流过电流的平方来增大的)。因此推荐，该激励装置的谐振部分应设计成晶体管电流为期望从线路引入的均方根电流的2到2.25倍。
电容器95是一个功率测量电容器，它的数值按前述实施例的方式来确定。测量电路82中的部件94的微分电感对于满足运行需要不是十分临界的。它的数值可以从等于主谐振电路中等效串联电感的电感到2至3倍于该值的范围波动。但是，最实际和合适的是采用相同的数值，这是考虑到可以应用相同的线圈和部件94的一次负载匹配，以及对该微分电感采用相同大小的分路。
在正常静态工作期间，从该谐振电路流出和流入的功率被分配在部件94和电容器95之间。在晶体管101导通期间的周期部分中，在二极管96正极上的电压朝正向上升，一旦该电压变得大于电容器93负侧上的电压，通过部件94的电流即开始从二极管96的正极向电容器93的负侧方向增长，这时电容器93放电，二极管96成为正偏置，并且通过部件94的电流继续增加，该电流有其通过有效功率的回路，并因此将部件94中储存的部分能量通过电力线路流出，在接下去的半周期中，当晶体管102导通时，二极管97负极上的电压迅速下降，这是因为电流被部件94和谐振槽路吸收，被部件94吸收的部分并不传输到谐振系统而是被从已由另外方式传输的能量中减去，并由此部分地补偿了在前半周期当只有部件94和95起作用时该槽路所接受的附加能量。在第二个半周期的终点，当二极管97变为正偏置时，储存在部件94中的能量被吸收到电容器98。只要在电容器93上的电压大于电容器98的一半电压，则上述过程便继续进行。由此所造成的电流波形如图8b所示。
若在部件94上串接一个二极管，只允许单向电流通过，则输入电流的波形即如图8c所示，这一结果是因为该二极管将阻止部件93在电容器93上剩余 1/2 电压(或由50%频宽比所确定的平均值)，并因此而使电路将电流刚好引到线电压为0处。但是，附加上该二极管则将引起附加损耗，这将使原始的实施例更有希望被选中。
再者，如果将二极管96取消，则合成波形如图8d所示，从实用角度看，这样的波形也更是合乎要求的。但是，取消二极管96的结果，使系统的稳定性在某种程度上依赖于自然负荷，随之而增大或减小电阻性。所以这一修改的适用性取决于应用条件，在工程上保留其选择权。
图8所示实施例中送给负荷(放电灯115、116)的功率是线电压的函数，负荷可以是任一消耗电力的元件，而不必仅限于灯负荷。但是，有时期望变化该负荷而不依附于电力线路的条件。为了实现这样的控制，对电容器95的数值可以用图6中方框26所描绘的控制电路进行调制。另一个控制方案是替换图8的测量电路82，如图8e所示。这个方法要求电流源被基波周期(cyclebasis)控制在一个周期内，如此来保持较高功率因数特性，同时还有控制该功率到零的进一步优点。这种实施方法可以有效地应用任意方式的开关技术来控制电流。
图8实施例的另一个特征是消除了起动脉冲电路，这已经由电阻103、104所提供的起燃线性置偏来代替起燃的传统振荡，这将迅速地步升到全同步化的转换，这里运行将脱离线性振荡的原则，并能适用于间断性和非线性无功网络，如前所述，检测变压器109与该负荷相串联，因此负荷若被彻除则将停止运行。
图8还包括有一个AC变成DC的整流电路81，它与图1所示稍有不同，首先它包括有一个波动抑制器86，该抑制器连接由二极管87、88、89、和90组成的桥路上，然后连接滤波电容器91、公共和微分式电感器92，以及第二滤波电容器93。
或许还值得注意观察一下子配件50的谐振部分，如方框84所示，初级线圈接到电容器112，而次级线圈接到电容器113和114，形成无功储存的消耗负荷，处于94的两侧。用这种方法将主谐振电容分裂，以造成能量储存，从而电磁构件中的消耗是对称的。
权利要求
1.一个电源装置，用于激励一个负荷消耗一预定量的功率，其特征为谐振电路装置，与前述负荷相结合；开关装置，接在一台正、负电压源之间，适用于当在所述开关装置处检测到零电流状态时，将所述谐振电路装置交替地与其连接；同步装置，用于检测在所述开关装置上的零电流状态，以及激励所述开关装置，所述同步装置连接到所述开关装置和所述谐振装置；以及控制电路装置，用于控制从所述正、负电压源吸收而传送到所述谐振电路装置的电荷量，借此可使所述负荷消耗一预定量的功率。
2.如权利要求1所定义的一个电源装置，其中所述的谐振电路装置包括与所述负荷并联并与电感电容串联电路串联的一个无功元件。
3.如权利要求2所定义的一个电源装置，其中所述的开关装置包括一个第;一半导体开关，连接在所述电感电容串接电路和所述正电压源之间;以及一个第二半导体开关，续接在所述电感电容串接电路和所述负电压源之间。
4.如权利要求3所定义的一个电源装置，其中所述的同步电路包括一个变换器，它具有串接到所述负荷的初级输入线圈;一个连接到所述控制装置的初级输出线圈;一个接到所述开关装置和所述电感电容电路之间一点上的第一个二次输入线圈;一个连接到所述第一半导体开关的第一个二次输出线圈;一个连接到所述第二半导体开关的第二个二次输入线圈;以及一个连接到所述负电压源上的第二个二次输出线圈。
5.如权利要求4所定义的一个电源装置，其中所述的控制装置包括第一个二极管，它具有一个接到所述变换器的所述初级输出线圈的正电极和接到所述正电压源的一个负电极;还包括一个与它并联相接的第一电容器;第二个二极管，它具有连接到所述负电压源的一个正电极和连接到所述变换器的所述初级输出线圈的负电极，以及一个与其并联相接的第二电容器。
6.如权利要求2所定义的一个电源装置，其中所述的负荷包括一个放电灯，该灯具有一对阳极和一对阴极。
7.如权利要求6所定义的一个电源装置，其中所述的无功元件包括一个电容器，它与所述放电灯阴极串联相接。
8.如权利要求1所定义的一个电源装置，还包括一个交流/直流转换器，经过电子电磁仪器(EMI)滤波器连接到所述交流电源和所述开关装置。
9.如权利要求3所定义的一个电源装置，其中所述的第一和第二半导体开关由双极晶体管组成。
10.如权利要求3所定义的一个电源装置，其中所述的第一和第二半导体开关是由场效应晶体管组成。
11.如权利要求2所定义的一个电源装置，其中所述的开关装置包括有一纵向推挽开关电路。
12.如权利要求11所定义的一个电源装置，其中所述的纵向推挽开关电路包括一个变换器，连接在所述正、负电压源之间，并且通过接在所述正、负电压源之间和所述谐振电路装置的串极激励的双极晶体管而连接到所述谐振电路装置上。
13.如权利要求12所定义的一个电源装置，其中所述的控制装置包括一个可积分的激励器和激励器，连接在所述正、负电压源之间。
14.如权利要求13所定义的一个电源装置，其中所述的谐振电路装置包括一个T变换器，它与所述负荷合并，并且通过一个起动电路连接在所述开关装置和所述控制装置之间。
15.如权利要求1所要求的一个电源装置，其中所述的控制电路装置包括控制装置，用于控制从所述电压源引出与所述电压源的电压成比例的功率，借此使所述装置实质上的作用和电阻负荷一样。
16.如权利要求1所要求的一个电源装置，其中所述的开关装置包括引入线开关装置，用于将所述谐振电路装置接到所述电压源以及起点箝位装置，用于使所述半导体开关装置工作状况为从所述电压源来的连续电压的每半周的一部分期间为全饱和式工作，而在所述半周接下去的部分期间处于非饱和方式工作。
17.一种激励一个负载消耗一个预定量功率的方法，利用一个电源装置，它具有与所述负载相结合的谐振电路;开关装置，连接在一个正、负电压源之间，使得所述谐振电路装置交替地与其连接;同步装置，用于激励所述开关装置，所述同步装置接到所述开关装置和所述谐振电路装置;以及控制装置，用于控制从所述电压源引出的电能量;包括以下步骤利用所述同步装置检测所述开关装置的零电流状态;当检测到所述零电流状态时，驱动所述开关装置，以激励在所述正、负电压源之间的所述谐振电路装置;当所述谐振电路装置接到所述正电压源上，而准许从所述负电压源吸取一预定量电荷时，则激励所述控制装置;当所述谐振电路装置接到所述负电压源上，而准许从所述正电压源吸取一预定量电荷时，则激励所述控制装置;以及允许所述电荷传输到所述谐振电路装置，借此允许所述负荷消耗一预定量的功率。
18.如权利要求17所定义的一种方法，其中所述零电流是在所述开关装置和所述谐振电路装置之间的一点处进行检测。
19.如权利要求18所定义的一种方法，其中所述的开关装置是在所述的点处发生电流反向时进行激励的。
全文摘要
本发明涉及激励放电灯的一种方法和装置，使放电灯适于发挥最大的照明效率，并提供与其相关的电子激励装置。利用激励器的电源特性来实现，在维持灯中功率因数尽可能接近单位值的同时造成所要求的功率，其有功分量能使本灯具运行。
文档编号H05B41/24GK1035407SQ8810661
公开日1989年9月6日 申请日期1988年9月9日 优先权日1987年9月9日
发明者塔麦丝·塔里 申请人:普拉塞尔莱特克皮