專利名稱：驅動高壓放電燈的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分所述的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置。
I.現(xiàn)有技術例如在Michael Gulko和Sam Ben-Yaakov的文章“A MHzElectronic Ballast for Aut omotive-Type HIDLamps”(IEEE PowerElectronics Specialists Conference，PESC-9 7，第39-45頁，St.Louis，1997年)中說明了這樣的電路裝置。在該公開文獻中公開了一種電流供給的推挽變換器，該推挽變換器通過變壓器將高頻交流電壓加載到其中連接有高壓放電燈的負載電路。此外，在該負載電路中連接點火裝置的點火變壓器的次級繞組，該點火裝置產(chǎn)生用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電的點火電壓。
公開文獻WO 98/18297說明了一種推挽變換器，該推挽變換器通過變壓器將高頻交流電壓加載到負載電路和與該負載電路直流隔離的脈沖點火裝置。在該負載電路中連接高壓放電燈。該脈沖點火裝置在點火階段期間將高壓脈沖提供給高壓放電燈的輔助點火電極。
II.發(fā)明描述本發(fā)明的任務是提供一種具有小的損耗功率的這類電路裝置。
根據(jù)本發(fā)明，該任務通過權利要求1的特征來解決。本發(fā)明的尤其有利的實施方案在從屬權利要求中被說明。
根據(jù)本發(fā)明的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置具有用于給負載電路供應能量的電壓互感器，該電壓互感器裝備有用于高壓放電燈的連接端子和用于脈沖點火裝置的點火變壓器的次級繞組的連接端子，脈沖點火裝置用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電，并且該電路裝置的特征在于，在負載電路中布置有至少一個電容器，該至少一個電容器在連接脈沖點火裝置時與該點火變壓器的次級繞組串聯(lián)，其中該電容器的電容這樣來確定大小，使得該電容器對于由該脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖來說基本上是短路，并且如果燈電路流過次級繞組，則在成功地觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電之后引起至少部分補償點火變壓器的電感。
通過借助至少一個電容器來至少部分補償燈電流流過的、點火變壓器的次級繞組的電感，能夠將由于該電感而在負載電路中所引起的電壓降減少到希望的量度，由此減小電壓互感器的部件中、尤其是其半導體開關中和其電壓輸出上的變壓器中的損耗功率。至少一個電容器C1的電容由點火變壓器次級繞組L1b的現(xiàn)有電感、點火變壓器次級繞組的所希望的有效的電感Lsoll和電壓互感器的開關頻率f或燈交流電流的頻率來計算出C1＝1/(4π2f2(L1b-Lsoll))大的點火電感L1b得到由電壓互感器供給的負載電路的高品質，并隨著品質的增加，該燈電流呈現(xiàn)理想的正弦變化過程。由此，提高該電路裝置的電磁兼容性。此外，由此還只以小強度來激勵放電介質中的共鳴。
上述至少一個電容器也可以被構造為針對高壓放電燈的脈沖點火裝置的組成部分，該脈沖點火裝置在其側又可以被安放在高壓放電燈的燈座中。
由上述電容器和點火變壓器的次級繞組組成的串聯(lián)振蕩回路的諧振頻率優(yōu)選地大于500千赫茲，以便能夠在其共鳴之上驅動燈并以便實現(xiàn)空間緊湊的點火裝置。此外，在從大約300千赫茲起的工作頻率中，次級繞組的電感在燈工作期間特別令人厭煩。
點火變壓器的次級繞組的電感盡管能夠通過上述電容器來補償?shù)詰潜M可能小的，以便在燈以高頻、典型地大于500千赫茲的頻率工作期間最小化點火變壓器中的損耗。優(yōu)選地，該電感應該小于500μH。
III.優(yōu)選實施例的說明下面按照幾個優(yōu)選的實施例來詳細地說明本發(fā)明。其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的、用于驅動高壓放電燈的電路裝置。
在圖1至5中所示出的本發(fā)明的實施例是用于驅動具有約35瓦特的電氣耗用功率的無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈的電路裝置和脈沖點火裝置，該無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈被規(guī)定用于汽車的前燈。
在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的、用于驅動上述無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈的電路裝置的第一實施例。另外也示出用于觸發(fā)無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈中的氣體放電的、在該圖中被標為“脈沖源”的脈沖點火裝置，該脈沖點火裝置被安放在燈座中。該電路裝置包括由電池或汽車的照明發(fā)電機構成的直流電壓源和電感線圈L3、可控的半導體開關S3、與該半導體開關S3并聯(lián)的二極管D3以及與二極管D3和開關S3并聯(lián)布置的電容器C3。這些元件L3、S3、D3和C3按照電流供給的E級變換器的方式相互連接。這些元件構成電路裝置的驅動部分。該電容器C3構成上述變換器的電壓輸出，在該電壓輸出上連接負載電路，該負載電路裝備有用于高壓放電燈La的連接端子和用于脈沖點火裝置的連接端子。該脈沖點火裝置包括點火變壓器T1，該點火變壓器T1的次級繞組L1b被連接在負載電路中。電容器C1與點火變壓器T1的次級繞組L1b串聯(lián)，在燈工作期間，該電容器C1在基于其電容的大小結束高壓放電燈La的點火階段之后引起燈電流流過的次級繞組L1b的電感的部分補償。該驅動部分和點火部分在此通過被屏蔽的同軸電纜相互連接。該電容器C1在此被構造為脈沖點火裝置的部件并且被安放在燈座中。電容器C1和具有次級繞組L1b的點火變壓器T1的大小在表中給出。
在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明的、用于驅動上述無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈的電路裝置的第二實施例。另外也示出用于觸發(fā)無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈中的氣體放電的、在該圖中被標為“脈沖源”的脈沖點火裝置，該脈沖點火裝置被安放在燈座中。該電路裝置包括由電池或汽車的照明發(fā)電機構成的直流電壓電源和電感線圈L4、電容器C4、分別具有與其并聯(lián)的二極管D41或D42的兩個可控的半導體開關S41、S42以及具有兩個初級繞組和次級繞組的變壓器T4。開關S41、S42被構造為場效應晶體管(MOSFET)并且這些二極管D41或D42是被集成在場效應晶體管S41或S42中的所謂的體二極管(Body-Diode)。電感線圈L4、電容器C4、具有其二極管D41、D42的半導體開關S41、S42和變壓器T4根據(jù)電流供給的推挽變換器的方式(如在上面所引用的現(xiàn)有技術中所說明的那樣)相互連接。在觸發(fā)燈La中的氣體放電之后，借助電感線圈L4在變壓器T4的這兩個同極初級繞組之間的中間抽頭上施加近似恒定的電流。該半導體開關S41、S42交替地接通，以致總是接通這兩個開關S41、S42中的一個。電路裝置的這些上述部件構成燈La的驅動部分，該驅動部分與該燈隔離地被布置在殼體中。負載電路被連接在變壓器T4的次級繞組上，該負載電路裝備有用于無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈La的連接端子和用于脈沖點火裝置的連接端子。該脈沖點火裝置包括點火變壓器T1，該點火變壓器T1的次級繞組L1b被連接在負載電路中。電容器C1與點火變壓器T1的次級繞組L1b串聯(lián)，在燈工作期間，該電容器C1在基于其電容的大小結束高壓放電燈La的點火階段之后引起燈電流流過的次級繞組L1b的電感的部分補償。該驅動部分和點火部分在此通過被屏蔽的同軸電纜相互連接。該電容器C1在此被構造為脈沖點火裝置的部件并且被安放在燈座中。
在圖3中所示出的、第三實施例的電路裝置與第二實施例的電路裝置的區(qū)別僅僅在于附加的串聯(lián)諧振電路元件C5、L5，這些附加的串聯(lián)諧振電路元件C5、L5與變壓器T4的次級繞組并聯(lián)。因此，在圖2和3中，相同的元件帶有相同的參考標記。電容器C1、C5和電感L 5一起構成串聯(lián)諧振電路，該串聯(lián)諧振電路在高壓放電燈La的點火階段期間給脈沖點火裝置提供能量。該脈沖點火裝置的電壓輸入為了這個目的與在點火階段期間與燈La串聯(lián)的電容器C1、C5并聯(lián)。在結束點火階段之后，串聯(lián)諧振電路的、與高壓放電燈La的放電路徑(Entladungsstrecke)并聯(lián)的元件C5、L5通過該燈La的現(xiàn)在導電的放電路徑來短路，并且電流供給的推挽變換器的開關頻率被提高如此多，以致該開關頻率接近串聯(lián)諧振電路的諧振頻率，該串聯(lián)諧振電路由現(xiàn)在與點火變壓器T1的次級繞組L1b串聯(lián)的電容器C1和上述次級繞組L1b構成。該電容器C1在結束點火階段之后在燈工作期間引起燈電流流過的、點火變壓器T1的次級繞組L1b的電感的部分補償，由此，推挽變換器的半導體開關S41、S42和變壓器T4中的損耗功率被減小。根據(jù)第二和第三實施例的元件的大小在表中給出。
在高壓放電燈La的點火階段期間，這些場效應晶體管S41、S42由其例如被構造為微控制器-控制的控制裝置(未示出)交替地以350千赫茲的開關頻率接通，該開關頻率與串聯(lián)諧振電路L5、C5、C1的諧振頻率相對應。由此，在變壓器T4的次級繞組上產(chǎn)生相同頻率的交流電壓，從該交流電壓中借助上述的串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生約2500伏特的由于諧振而過高的交流電壓。因此，在電容器C5、C1的串聯(lián)電路上，針對該脈沖點火裝置使用相應高的輸入電壓，該輸入電壓足以使脈沖點火裝置的點火電容器(未示出)通過整流二極管(未示出)和充電電阻(未示出)充電到該脈沖點火裝置的火花隙(未示出)的擊穿電壓。在擊穿火花隙時，該點火電容器通過點火變壓器T1的初級繞組L1a放電并且在其次級繞組L1b中產(chǎn)生用于觸發(fā)高壓放電燈La中的氣體放電的、直至30000伏特的高壓點火脈沖。在成功地觸發(fā)高壓放電燈La中的氣體放電之后，串聯(lián)諧振電路L5、C5通過燈La的現(xiàn)在導電的放電路徑來短路，并且由此，被提供給諧振電容器C5的輸入電壓對于脈沖點火裝置不再足以將點火電容器充電到火花隙的擊穿電壓。在成功地觸發(fā)高壓放電燈La中的氣體放電之后，推挽變換器的開關頻率被提高到550千赫茲的頻率。在該工作階段、即所謂的起動階段或者所謂的燈的功率起動期間，給該燈La輸送過高的功率，以便實現(xiàn)高壓放電燈La的放電介質的填充部件的快速蒸發(fā)并且由此在盡可能短的時間中實現(xiàn)該燈La的完全的光輻射。在上述功率起動的末端，燈交流電流的頻率被提高到715千赫茲的值，以便保證在35瓦特的燈的額定功率時的工作。與燈電流流過的次級繞組L1b串聯(lián)的電容器C1在這個頻率時引起次級繞組L1b的電感的部分補償并因此有利于減小半導體開關S41、S42和變壓器T4中的功率損耗。
本發(fā)明不限于上面詳細說明的實施例，而是也可與不同于這兩個上面所述類型的電壓互感器結合使用。
在圖4和5中示出了本發(fā)明的兩個其他的實施例。這兩個實施例的共同之處在于，被用于部分補償點火變壓器T1的次級繞組L1b的電感的電容器C1或C51在觸發(fā)燈La中的氣體放電之前被加載直流電壓。該直流電壓除了由脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖之外在其點火階段期間可供燈La使用。在此，在燈La的放電路徑由于點火脈沖變成低阻之后，該燈上的電容器C1或C51的能量釋放不是突然地進行，而是由于點火變壓器T1的次級繞組L1b的電感延時一定的時間間隔，該時間間隔比由點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖的持續(xù)時間長。由此，燈La的放電路徑的低阻狀態(tài)保持這個預定的時間間隔，并且該接收的可能性通過鎮(zhèn)流器Q或根據(jù)圖5的E級變換器來提高，該可能性也就是導電通道不會中斷在這兩個燈電極之間的放電等離子體中。
在圖4中所示出的實施例中，參考標記Q表示用于驅動汽車前燈的高壓放電燈的根據(jù)現(xiàn)有技術的鎮(zhèn)流器。該電容器C1、用“脈沖源”標出的脈沖點火裝置、點火變壓器T1和燈La與在圖1和2中示出的實施例相同并且因此帶有相同的參考標記。該電容器C1在觸發(fā)燈La中的氣體放電之前通過開關S、二極管D和電阻R來充電。對此，例如可以使用該鎮(zhèn)流器Q的空載電壓。該開關S被構造為IGBT或者被構造為具有高的截止電壓的MOSFET。
在圖5中所示出的實施例是E級變換器與脈沖點火裝置的組合。元件L52、S51、D51、C52(類似于第一實施例中那樣)作為E級變換器相互接通。由二極管D52、電阻R52、火花隙FS、點火電容器C53和點火變壓器T1組成的脈沖點火裝置在該燈La的點火階段期間通過自耦變壓器L52的第二繞組段L52b提供能量。該電容器C51在燈La的點火階段之前通過自耦變壓器L52的第二繞組段L52b、二極管D53、電阻R53和齊納二極管D54來加載直流電壓。該直流電壓與由該點火變壓器產(chǎn)生的一個或多個點火脈沖一起引起燈中的放電氣體的觸發(fā)。此外，被存儲在電容器C51中的能量在燈La的點火階段期間傳輸給該燈La。為了這個目的，該電容器有利地被充電到大于300伏特的直流電壓。為了保證該電容器C51已在擊穿火花隙FS之前被充電到所希望的直流電壓，RC元件R52、C53的時間常數(shù)大于RC元件R53、C51的時間常數(shù)。在成功地觸發(fā)氣體放電之后，燈工作期間的電容器C51的充電斷開通過燈工作期間的繞組段L52b上的減小的電壓降來保證，該電壓降接著完全降落在齊納二極管D54上，以致沒有值得注意的直流電流流過元件D53、R53和D54。
表根據(jù)優(yōu)選實施例的電路裝置的元件大小C4 1.0nF、FKP1(WIMA)C5 35pFC1 570pFL4 60μH、RM5上的20匝、N49(EPCOS)L5 4.6mH、EFD15、N49、300匝(EPCOS)T4 EFD25、N59、沒有空氣間隙，次級40匝各有8匝的兩個初級繞組T1 初級1匝，次級37匝L1b 150μHS41(&D41)IRF740，功率MOSFET(國際整流器公司)S24(&D42)IRF 740功率MOSFET(國際整流器公司)La 無汞鹵素金屬蒸汽高壓放電燈，額定35瓦特、45伏特。
權利要求
1.用于驅動高壓放電燈的電路裝置，其中該電路裝置具有用于給負載電路提供能量的電壓互感器，該電壓互感器裝備有用于高壓放電燈(La)的連接端子和用于脈沖點火裝置的點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)的連接端子，該脈沖點火裝置用于觸發(fā)高壓放電燈(La)中的氣體放電，其特征在于，在該負載電路中布置有至少一個電容器(C1)，該電容器在連接脈沖點火裝置時與該點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)串聯(lián)，其中該電容器(C1)的電容這樣來確定大小，使得該電容器(C1)對于由脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖來說基本上是短路，并且在成功觸發(fā)該高壓放電燈(La)中的氣體放電之后，如果燈電流流過該次級繞組(L1b)，則引起至少部分補償該點火變壓器(T1)的電感。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路裝置，其特征在于，由所述電容器(C1)和所述次級繞組(L1b)構成的串聯(lián)振蕩回路的諧振頻率大于500千赫茲。
3.根據(jù)權利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述次級繞組(L1b)的電感小于500μH。
4.根據(jù)權利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述電壓互感器的開關頻率在穩(wěn)定的燈工作期間大于500千赫茲。
5.根據(jù)權利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述用于補償所述次級繞組的電容器在觸發(fā)燈中的氣體放電之前被充電到直流電壓，該直流電壓與所述點火變壓器(T1)的一個或多個點火脈沖一起引起觸發(fā)所述燈中的氣體放電。
6.用于驅動高壓放電燈的電路裝置，其中該電路裝置具有用于給負載電路提供能量的電壓互感器，該電壓互感器裝備有用于高壓放電燈(La)的連接端子和用于脈沖點火裝置的點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)的連接端子，該脈沖點火裝置用于觸發(fā)該高壓放電燈(La)中的氣體放電，其特征在于，在該負載電路中布置有至少一個電容器(C1)，該至少一個電容器(C1)在連接脈沖點火裝置時與該點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)串聯(lián)，其中該電容器(C51)的電容這樣來確定大小，使得該電容器(C51)對于由該脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖來說基本上是短路，并且該電容器(C51)在觸發(fā)該燈中的氣體放電之前被充電到直流電壓，該直流電壓與該點火變壓器(T1)的一個或多個點火脈沖一起引起觸發(fā)燈中的氣體放電。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的電路裝置，其特征在于，所述電容器(C1；C51)在觸發(fā)所述燈(La)中的氣體放電之前被充電到大于300伏特的直流電壓。
8.用于高壓放電燈的脈沖點火裝置，其具有用于產(chǎn)生點火脈沖的點火變壓器(T1)，其特征在于，該點火裝置具有至少一個電容器(C1)，該至少一個電容器(C1)與該點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)串聯(lián)并且其電容這樣來確定大小，使得該至少一個電容器(C1)對于由脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖來說基本上是短路，并且在成功觸發(fā)該高壓放電燈(La)中的氣體放電之后，如果燈電流流過該次級繞組(L1b)，則引起至少部分補償點火變壓器(T1)的電感。
9.根據(jù)權利要求8所述的脈沖點火裝置，其特征在于，由該電容器(C1)和次級繞組(L1b)構成的串聯(lián)振蕩回路的諧振頻率大于500千赫茲。
10.根據(jù)權利要求8所述的脈沖點火裝置，其特征在于，所述次級繞組(L1b)的電感小于500μH。
11.根據(jù)權利要求8所述的脈沖點火裝置，其特征在于，流過所述次級繞組(L1b)的燈電流的頻率大于500千赫茲。
12.根據(jù)權利要求8所述的脈沖點火裝置，其特征在于，用于補償所述次級繞組的電容器在觸發(fā)燈中的氣體放電之前被充電到直流電壓，該直流電壓與所述點火變壓器(T1)的一個或多個點火脈沖一起引起觸發(fā)該燈中的氣體放電。
13.用于高壓放電燈的脈沖點火裝置，其具有用于產(chǎn)生點火脈沖的點火變壓器(T1)，其特征在于，該點火裝置具有至少一個電容器(C51)，該至少一個電容器(C51)與點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)串聯(lián)并且其電容這樣來確定大小，使得該至少一個電容器(C51)對于由脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖來說基本上是短路，并且該電容器(C51)在觸發(fā)燈中的氣體放電之前被充電到直流電壓，該直流電壓與該點火變壓器(T1)的一個或多個點火脈沖一起引起觸發(fā)燈(La)中的氣體放電。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的脈沖點火裝置，其特征在于，所述電容器(C1；C51)在觸發(fā)所述燈(La)中的氣體放電之前被充電到大于300伏特的直流電壓。
15.高壓放電燈，其具有被布置在燈座中的、根據(jù)權利要求8至14中的一個或多個所述的脈沖點火裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅動高壓放電燈的電路裝置，其中該電路裝置具有用于給負載電路提供能量的電壓互感器，該電壓互感器裝備有用于高壓放電燈(La)的連接端子和用于脈沖點火裝置的點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)的連接端子，該脈沖點火裝置用于觸發(fā)該高壓放電燈(La)中的氣體放電，并且該電路裝置的特征在于，在負載電路中布置有至少一個電容器(C1)，該至少一個電容器(C1)在連接脈沖點火裝置時與點火變壓器(T1)的次級繞組(L1b)串聯(lián)，其中該電容器(C1)的電容這樣來確定大小，使得該電容器(C1)對于由脈沖點火裝置產(chǎn)生的點火脈沖來說基本上是短路，并且在成功觸發(fā)高壓放電燈(La)中的氣體放電之后，如果燈電流流過該次級繞組(L1b)，則引起至少部分補償點火變壓器(T1)的電感。
文檔編號H05B41/288GK1857037SQ200480027583
公開日2006年11月1日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權日2003年7月23日
發(fā)明者B·西斯格 申請人:電燈專利信托有限公司