專利名稱：用于至少一個高壓放電燈的鎮(zhèn)流器及用于高壓放電燈的驅動方法與照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1的前序部分的用于至少一個高壓放電燈的鎮(zhèn)流器、一種用于至少一個高壓放電燈的驅動方法以及一種照明系統(tǒng)。
背景技術：
例如在歐洲公開文獻EP0386990A2中公開了這種鎮(zhèn)流器。該文獻描述了一種鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器能夠以調(diào)頻電壓來驅動金屬鹵化物高壓放電燈，其中該調(diào)頻電壓尤其也可被構造為基本上正弦形的、且其載波頻率位于20kHz至80kHz的范圍內(nèi)。該鎮(zhèn)流器被構造為兩級。它基本上包含升壓轉換器和后置的反相器，該反相器對該燈施加交變電流。點火裝置基本上包含一個級聯(lián)電路，該級聯(lián)電路由多個二極管和電容器構成，用于電壓倍增。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于提供一種用于驅動至少一個高壓放電燈的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器具有較簡單的結構。此外，本發(fā)明的任務在于給出一種用于高壓放電燈的簡化驅動方法。本發(fā)明的另一任務在于提供一種改進的照明系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，這些任務通過權利要求1、14以及23所述的特征來解決。本發(fā)明的特別有利的實施方案在從屬權利要求中說明。
根據(jù)本發(fā)明的用于驅動至少一個高壓放電燈的鎮(zhèn)流器具有電壓轉換器，用以產(chǎn)生基本上為正弦形的交變電流，該電壓轉換器根據(jù)本發(fā)明被構造為E類轉換器。在此，E類轉換器被理解為按照NathanO.Sokal和Alan D.Sokal于1975年6月發(fā)表于IEEE Journal of Solid-State Circuits(Vol.SC-10，NO.3)中的公開文獻“Class E-A New Classof High-Efficiency Tuned Single-Ended Switching Power Amplifiers”的轉換器。這種E類轉換器的基本設計在圖20中示出。E類轉換器的結構與操作、特別是所謂的非最佳化操作、也就是說具有非最佳化負載電阻在作者為Ned Mohan，Tore M.Undeland和William P.Robbins的書“Power electronicsconverters，applications，and design”(John Wiley& Sons，Inc.，1995年，第2版)的第271頁至273頁中進行了描述。
借助E類轉換器，能夠以簡單的方式為至少一個高壓放電燈生成盡可能正弦形的交變電流。由此不需要具有兩個或更多電子開關及其控制裝置的復雜橋式電路。以基本上為正弦形的交變電流驅動至少一高壓放電燈具有以下優(yōu)點，即該交變電流沒有諧波成分或僅有非常少的諧波成分，故當該交變電流的頻率位于聲諧振之外時在高壓放電燈的放電介質中不激發(fā)聲諧振。由于該盡可能正弦形的交變電流的諧波成分非常少，因此在消除鎮(zhèn)流器的無線電干擾時的花費也同樣低。正弦形燈電流能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的、特別是無閃爍的燈驅動。以頻率優(yōu)選地大于100kHz的高頻交變電流來驅動高壓放電燈允許使本發(fā)明的鎮(zhèn)流器小型化，以致該鎮(zhèn)流器能夠被安置于燈帽中。然而在極高工作頻率時，高壓放電燈中的氣體放電的觸發(fā)卻是有問題的，因為點火變壓器的電感位于燈阻抗的數(shù)量級，故不再是可忽略的。已知的是，在這種情況下借助脈沖點火裝置經(jīng)由高壓放電燈中的輔助電極來進行氣體放電的觸發(fā)，如例如在歐洲公開文獻EP-A0868833中所公開的。根據(jù)本發(fā)明鎮(zhèn)流器的優(yōu)選的實施形式，點火變壓器的次級繞組的電感不再構成寄生元件，而是構成被構造為E類轉換器的電壓轉換器的功能組件，更確切地說，不僅在高壓放電燈的點火階段期間而且在整個燈運行期間都構成電壓轉換器的功能組件。本發(fā)明的鎮(zhèn)流器特別好地適用于驅動低功率的高壓放電燈，例如機動車頭燈中或投影應用中的高壓放電燈，這些高壓放電燈的電功率介于25W至35W之間，并且本發(fā)明的鎮(zhèn)流器特別好地適用于尤其是驅動工作電壓(Brennspannung)較低的高壓放電燈，其中該工作電壓小于或等于100V或者甚至小于或等于50V，如在用于機動車頭燈的無汞金屬鹵化物高壓放電燈的情況下那樣。這些燈的鎮(zhèn)流器工作于機動車車載電源電壓上。根據(jù)本發(fā)明被構造為E類轉換器的電壓轉換器的可控開關的電壓負載可在以低的工作電壓驅動上述高壓放電燈期間相應地被維持為低值，即使該工作電壓在可控開關的占空比為0.5時達到約3.6倍的電壓轉換器輸入電壓值。
本發(fā)明鎮(zhèn)流器的根據(jù)本發(fā)明被構造為E類轉換器的電壓轉換器被供給直流電壓并且有利地具有下述特征?？煽亻_關的電感和開關路徑(Schaltstrecke)連接于該電壓轉換器的直流電壓輸入端之間以及其正直流電壓輸入端和地電位之間。一個二極管與該開關的開關路徑反并聯(lián)地布置。反并聯(lián)意味著，該二級管相對于由直流電壓源在E類轉換器的直流電壓輸入端上所提供的直接電流連接在阻流方向上。
一個電容被布置成與該開關的開關路徑并聯(lián)并且也與該二極管并聯(lián)。與該電容并聯(lián)的電路被構造為串聯(lián)諧振電路，要驅動的負載耦合到該串聯(lián)諧振電路上。該串聯(lián)諧振電路在最簡單的情況下包含一個線圈以及一個電容器。上述的在電壓轉換器的直流電壓輸入端處的電感優(yōu)選地這樣來確定大小，以致它作為恒流源工作并且在閉合狀態(tài)中流經(jīng)可控開關的開關路徑以及在打開狀態(tài)中流經(jīng)該電容的電流由直流電流和正弦形交變電流組成，該正弦形交變電流由該串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生?？煽亻_關優(yōu)選地以高于該串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的時鐘頻率來轉換，以便確保在轉換過程期間沒有電壓施加在該可控開關上，并且開關的開關損耗相應低。反并聯(lián)地布置的二極管防止在E類轉換器的可控開關的開關路徑上形成負電壓。
本發(fā)明的鎮(zhèn)流器優(yōu)選地也包括用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電的點火裝置。該點火裝置可以被布置在與鎮(zhèn)流器的所有其它組件相同的殼體內(nèi)，或者可以在空間上分開布置，例如布置在高壓放電燈的燈帽中。為了避免點火裝置和附加組件的自身的電壓源，點火裝置為了其電壓供應而有利地耦合到電感、優(yōu)選地耦合到E類轉換器的在燈驅動期間作為恒流源工作的電感上。為此，特別是當需要高電源電壓用于點火裝置時，該E類轉換器的電感有利地被構造為自耦變壓器。
根據(jù)特別優(yōu)選的實施例，該點火裝置被構造為脈沖點火裝置，在文獻中該脈沖點火裝置通常也被稱為疊加點火裝置(Ueberlagerungszuendvorrichtung)。脈沖點火裝置具有緊湊的結構，并因此可以毫無問題地集成到高壓放電燈的燈帽內(nèi)。此外，脈沖點火裝置的點火變壓器的次級繞組可被構造為E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的組件。上述次級繞組的電感也因此被用于E類轉換器的串聯(lián)諧振電路。E類轉換器的與可控開關的開關路徑并聯(lián)的電容和串聯(lián)諧振電路的電容使點火電壓脈沖遠離E類轉換器的開關，因為對于點火電壓脈沖來說這些電容可被近似地視為短路。如果這些電容非常小，那么可以附加地采用與開關并聯(lián)或與由點火變壓器的次級繞組和燈構成的串聯(lián)電路并聯(lián)的限制電壓的元件。作為限制電壓的元件，可以例如使用齊納二極管、抑制二極管或充氣避雷器。替代地，點火裝置也可以被構造為直流電壓點火裝置或諧振點火裝置。上述直流電壓點火裝置可有利地用于E類轉換器的極高的工作頻率，并且此外還提供以下優(yōu)點，即在高壓放電燈的點火階段期間它可耦合到E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的電容上。
至少一個高壓電放燈的電連接端子可直接被布置在E類轉換器的串聯(lián)諧振電路內(nèi)，或也可借助變壓器以電感方式耦合到上述串聯(lián)諧振電路上。借助該變壓器，可以進行高壓放電燈與E類轉換器的阻抗匹配，并且也可實現(xiàn)高壓放電燈與E類轉換器之間的直流隔離。
可將任意的直流電壓源、例如在機動車頭燈高壓放電燈的情況下電池或機動車的照明發(fā)電機用于根據(jù)本發(fā)明被構造為E類轉換器的電壓轉換器的直流電壓供應。但是優(yōu)選地在被構造為E類轉換器的電壓轉換器的前面連接升壓轉換器，以便給該E類轉換器供應盡可能穩(wěn)定的輸入直流電壓，并且以便能夠通過對E類轉換器的輸入直流電壓的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)高壓放電燈的電功率消耗。若E類轉換器的直流電壓供應例如通過電網(wǎng)交流電壓的整流而獲得，則也可代替升壓轉換器而使用降壓轉換器，以穩(wěn)定E類轉換器的電源電壓。在由高壓放電燈的點火階段過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)期內(nèi)，高壓放電燈的功率消耗有利地經(jīng)由E類轉換器的電源電壓的高度來調(diào)節(jié)，以確保穩(wěn)定的放電電弧的形成。在過渡階段期間，可離子化的高壓放電燈填充物的成分蒸發(fā)。為了確保盡可能短的過渡階段和盡可能立即的光輻射，在過渡階段期間可按此方式以明顯提高的功率來驅動高壓放電燈。此外，通過改變E類轉換器的電源電壓或/和E類轉換器的開關裝置的開關頻率或/和占空比，可以實現(xiàn)E類轉換器與高壓放電燈的阻抗的匹配，其中該阻抗在不同運行階段期間發(fā)生變化。
高壓放電燈的功率調(diào)節(jié)也可經(jīng)由E類轉換器的可控開關的開關頻率或占空比來實現(xiàn)。然而為了避免高的開關損耗，應這樣選擇該開關頻率和占空比，使得在轉換過程期間沒有電壓施加在E類轉換器的可控開關上。
在高壓放電燈的點火階段期間，有利地這樣連接E類轉換器的開關，使得在布置于直流電壓輸入端處的電感上提供諧振過高(resonanzueberhoeht)電壓。該諧振過高電壓可以有利地被用于供應該點火裝置。
本發(fā)明的鎮(zhèn)流器能夠利用簡單裝置生成盡可能正弦形的燈交變電流。在高壓放電燈的穩(wěn)定運行狀態(tài)期間，以基本上為正弦形的交變電流來驅動燈，該交變電流的頻率微高于該E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率。E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的組件優(yōu)選地這樣與放電容器的幾何形狀以及高壓放電燈的電極的間距相匹配，使得E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率位于無高壓放電燈的聲諧振的、頻率范圍內(nèi)。即，諧振頻率位于這樣的頻率窗內(nèi)，該頻率窗位于聲諧振之上或被布置在兩個相鄰的聲諧振之間。由此保證，在高壓放電燈中不激發(fā)聲諧振，因為E類轉換器的轉換頻率在穩(wěn)定的燈運行期間微高于諧振頻率。因此也不一定需要燈電流的頻率調(diào)制。為了獲得無聲諧振的盡可能大的頻率范圍，至少在氣體放電區(qū)域內(nèi)放電容器被構造為圓柱形?？v橫尺寸比、也即電極間距與放電容器的圓柱形部份的內(nèi)徑之比優(yōu)選地大于0.86，并且特別優(yōu)選地大于2。因此，使縱向聲諧振向低頻移動，并且獲得無聲諧振的足夠寬的頻率范圍。


下面借助優(yōu)選實施例進一步說明本發(fā)明。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明第七實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖8針對圖7中所示的實施例示出在高壓放電燈的點火階段期間MOSFET的控制信號以及MOSFET上的漏極-源極電壓；圖9針對圖7中所示的實施例示出在穩(wěn)定的燈運行期間MOSFET的控制信號、MOSFET上的漏極-源極電壓以及燈交變電流和高壓放電燈上的壓降；圖10示出根據(jù)本發(fā)明第八實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖11示出根據(jù)本發(fā)明第九實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖12示出根據(jù)本發(fā)明第十實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；
圖13示出根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖14示出根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖15示出根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖16示出根據(jù)本發(fā)明第十四實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖17示出根據(jù)本發(fā)明第十五實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖18以示意性的部分截面的示圖示出借助于本發(fā)明鎮(zhèn)流器驅動的高壓放電燈的側視圖；圖19以示意性的部分截面的示圖示出借助于本發(fā)明鎮(zhèn)流器驅動的并且具有集成在燈帽中的點火裝置的高壓放電燈的側視圖；圖20示出(現(xiàn)有技術)E類轉換器的電路圖；圖21示出根據(jù)本發(fā)明第十六實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖22示出根據(jù)本發(fā)明第十七實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖；圖23示出根據(jù)本發(fā)明第十八實施例的鎮(zhèn)流器電路裝置的電路圖。
具體實施例方式
在圖1中示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鎮(zhèn)流器的電路圖。該鎮(zhèn)流器具有直流電壓輸入端，該直流電壓輸入端具有兩個直流電壓連接端子，這些連接端子連接到直流電壓源100的電壓輸出端上。正直流電壓連接端子經(jīng)由電感101及可控開關102的開關路徑與負直流電壓連接端子或與電路內(nèi)部地電位連接。二極管103與開關102的開關路徑反并聯(lián)。電容器104與開關102的開關路徑并聯(lián)，并且也與二極管103并聯(lián)。電容器105和變壓器106的次級繞組106b被布置在與該電容器104并聯(lián)的電路中。電容器105和次級繞組106b構成串聯(lián)諧振電路。在該串聯(lián)諧振電路中布置有高壓放電燈LP1的電連接端子，使得在連接燈LP1時其放電路徑與該串聯(lián)諧振電路串聯(lián)。為了觸發(fā)高壓放電燈中LP1中的氣體放電，設有點火裝置107，其包含具有初級繞組106a和次級繞組106b的點火變壓器106。在高壓放電燈的點火階段期間，在高壓放電燈的與次級繞組106b連接的電極上提供所需的點火電壓。點火裝置107可以例如被構造為脈沖點火裝置。
圖2中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第二實施例與第一實施例的不同之處在于，高壓放電燈LP2不直接連接在E類轉換器的串聯(lián)諧振電路中，而是經(jīng)由變壓器208耦合到上述串聯(lián)諧振電路上。具有初級繞組208a和次級繞組208b的變壓器208用于燈LP2與E類轉換器的阻抗匹配，并且用于燈LP2與E類轉換器的直流隔離。通過阻抗匹配，也可以借助E類轉換器來驅動高壓放電燈，其中該高壓放電燈具有大大偏離于E類轉換器的電源電壓的工作電壓。組件200、201、202、203、204和205的布置和功能對應于第一實施例的組件100、101、102、103、104和105的布置和功能。點火裝置207也可以同樣被構造為脈沖點火裝置。它具有點火變壓器206，該點火變壓器206具有初級繞組206a和次級繞組206b，其中該次級繞組206b與高壓放電燈LP2一起被連接在變壓器208的次級電路中。在點火階段期間，高壓放電燈LP2的與次級繞組206b連接的電極施加有高電壓脈沖。在計算E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率時，必須考慮變壓器208的變壓比、電容205的值以及點火變壓器206的次級繞組206b的電感。
為了阻抗匹配，變壓器208可以按不同方式插入到按照圖1的電路中，以便得到第二實施例。例如，變壓器208的初級繞組208a可在電容105和次級繞組106b之間的節(jié)點處以及在電容104和高壓放電燈LP1之間的節(jié)點處被插入，如圖2中所示。但是替代地，變壓器208的初級繞組208a也可在次級繞組106b和高壓放電燈LP1之間的節(jié)點處以及在電容104和高壓放電燈LP1之間的節(jié)點處被插入(未示出)。在后一種情況下，變壓器208可以有助于提高點火電壓。
圖3中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第三實施例與第一實施例在很大程度上相同。尤其是組件300、301、302、303、304、305、306、306a、306b和LP3的布置和功能對應于第一實施例的組件100、101、102、103、104、105、106、106a、106b和LP1的布置和功能。兩個實施例之間的唯一區(qū)別在于點火裝置307的電壓供應。點火裝置307由E類轉換器提供電壓。為此目的，點火裝置307的一個電壓輸入端連接到電感301、可控開關302和電容304之間的節(jié)點上，而另一電壓輸入端與地電位或與E類轉換器的負直流電壓輸入端連接。
圖4中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第四實施例與第三實施例的區(qū)別僅在于使用自耦變壓器401來代替電感301。該自耦變壓器僅具有一個繞組，該繞組具有兩個繞組段401a和401b。第一繞組段401a連接在E類轉換器中，并且執(zhí)行與第三實施例中的電感301相同的功能。第二繞組段401b與點火裝置407的一個電壓輸入端連接，并用于點火裝置407的電壓供應。這兩個繞組段401a、401b之間的中心抽頭連接到開關402、二極管403的陰極和電容器404之間的節(jié)點上。點火裝置的另一電壓輸入端與地電位或與直流電壓源400的負直流電壓連接端子連接。組件400、402、403、404、405、406、406a、406b和LP4的布置和功能與第三實施例的相應組件300、302、303、304、305、306、306a、306b和LP3的布置和功能相同。
在第三和第四實施例中，如果由E類轉換器產(chǎn)生的電壓不夠，則可以在點火裝置的前面連接對稱的倍壓電路或用于為點火裝置供應電壓的級聯(lián)電路。
圖5中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第五實施例在很大程度上與第四實施例相同。不同于第四實施例，示出了脈沖點火裝置的細節(jié)，并具有附加的電容器511，該電容器511與E類轉換器的直流電壓輸入端并聯(lián)。該電容器511基本上阻止由自耦變壓器501將電流反饋到直流電壓源500中。在高壓放電燈LP5的點火階段期間，自耦變壓器501的初級繞組501a和電容504構成串聯(lián)諧振電路，因為與電容504并聯(lián)的包含組件505、506b和LP5的電路由于高壓放電燈LP5的放電路徑不導通而斷開。由于在高壓放電燈LP5的點火階段期間電容504上的電壓在開關502斷開階段中可大于電源電壓，所以有時可能導致電感501a中的電流的換向。脈沖點火裝置包含點火變壓器506、點火電容器507、火花隙508、電阻509和整流二極管510。脈沖點火裝置的一個電壓輸入端經(jīng)由自耦變壓器的繞組501b與開關502、二極管503和電容器504之間的節(jié)點連接。另一電壓輸入端、即點火電容器與點火變壓器506的初級繞組506a之間的節(jié)點與地電位或與直流電壓源500的負直流電壓連接端子連接。組件500、501、501a、501b、502、503、504、505、506、506a、506b和LP5的布置和功能與第四實施例的組件400、401、401a、401b、402、403、404、405、406、406a、406b和LP4的布置和功能一致。在高壓放電燈LP5的點火階段期間，點火電容器507借助直流電壓源和自耦變壓器501經(jīng)由二極管501和電阻509被充電至火花隙508的擊穿電壓。在達到擊穿電壓時，電容器507經(jīng)由火花隙508瞬間放電，其中放電電流流經(jīng)點火變壓器506的初級繞組506a。由于高的變壓比，在次級繞組506b中感生用于高壓放電燈LP5的與次級繞組506b相連接的電極的高壓脈沖，該高壓脈沖導致觸發(fā)燈LP5中的氣體放電。在穩(wěn)定的燈運行期間，點火電容器507未被充電至足以觸發(fā)火花隙508的擊穿。
圖6中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第六實施例與第五實施例相同。尤其是組件600、601、601a、601b、602、603、604、605、606、606a、606b、607、608、609、610、611和LP6的布置和功能與第五實施例的組件500、501、501a、501b、502、503、504、505、506、506a、506b、507、508、509、510、511和LP5的布置和功能相同。與第五實施例不同，第六實施例示出了可控開關602的細節(jié)。在此，可控開關602被構造為場效應晶體管、尤其是MOSFET。與其開關路徑反并聯(lián)的二極管603在此已經(jīng)作為體二極管集成在MOSFET 602中。MOSFET 602具有寄生電容612，該電容由MOSFET的與漏極-源極路徑并聯(lián)的內(nèi)部結構產(chǎn)生并且在場效應晶體管602的開關頻率足夠高時、即在以具有足夠高的頻率的交變電流驅動高壓放電燈LP6時可代替電容器604使用，或者在確定電容器604的大小時必須被考慮。場效應晶體管602的柵極端子與控制電路613連接，該控制電路613用于控制晶體管602的開關過程。在表格1中給出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的電路裝置的各組件的大小確定。
在高壓放電燈LP6的點火階段期間，由直流電壓源600在E類轉換器的電壓輸入端上提供120V的直流電壓。由控制電路613以大約87kHz的開關頻率和0.5的占空比來連接場效應晶體管602。點火電容器607借助直流電壓源600和自耦變壓器601經(jīng)由二極管610和電阻609被充電至火花隙608的擊穿電壓。在達到火花隙608的擊穿電壓時，點火電容器607經(jīng)由點火變壓器606的初級繞組606a瞬間放電并且在其次級繞組606b中感生高至40000V的用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電的高壓脈沖。在觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電之后，緊接著氣體放電主要由可離子化的填充物中的氙產(chǎn)生。在從點火階段過渡到穩(wěn)定的燈運行狀態(tài)期間，其它填充物成分、金屬鹵化物蒸發(fā)并有助于放電和光輻射。在這段時間期間，由直流電壓源600提供的120V的電源電壓連續(xù)下降至70V的值，以便因此調(diào)節(jié)所期望的燈功率。電氣特性、尤其是高壓放電燈LP6的阻抗在從點火階段過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)期間顯著變化。在過渡階段期間，以提高的功率來驅動燈LP6，以便確保盡可能快地過渡到穩(wěn)定的燈運行。在燈電流開始之后，場效應晶體管602的開關頻率由大約87kHz提高至大約360kHz。在成功地觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電之后，點火電容器607上的電壓降不再達到火花隙608的擊穿電壓。在該點火階段結束后，點火變壓器606b的次級繞組606用作E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的諧振電感606b。高壓放電燈LP6是電功率消耗為30W并且工作電壓為大約30V的無汞金屬鹵化物高壓放電燈。其用作機動車頭燈。直流電壓源600包含升壓轉換器，該升壓轉換器的輸出構成直流電壓源600的直流電壓輸出，并且該升壓轉換器由機動車的車載電源電壓產(chǎn)生E類轉換器的電源電壓。
圖7中所示的第七實施例在很大程度上與圖2中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第二實施例相同。與第二實施例不同，第七實施例還示出脈沖點火裝置和可控開關的細節(jié)。在此，該可控開關被構造為場效應晶體管、尤其是MOSFET 1602。它由控制電路1613來控制。此外，直流電壓源1600的正直流電壓連接端子上的電感被構造為自耦變壓器1601，并且具有較高電容的電容器1661與直流電壓源1600的直流電壓輸出端并聯(lián)，以便防止自耦變壓器1601對直流電壓源1600的反作用，如已經(jīng)在第五實施例中借助相應組件511和圖5所說明的。自耦變壓器1601的第一繞組段1601a連接在E類轉換器中，因此直流電壓源1600的正直流電壓連接端子經(jīng)由第一繞組段1601a和場效應晶體管1602的漏極-源極路徑與直流電壓源1600的負直流電壓連接端子或與地電位連接。自耦變壓器1602的第二繞組段1602b用于脈沖點火裝置的電壓供應。二極管1603與開關路徑、即與晶體管1602的漏極-源極路徑反并聯(lián)，該二極管在此作為晶體管1602的所謂的體二極管集成到晶體管1602中。電容器1604與二極管1603并聯(lián)并與晶體管1602的漏極-源極路徑并聯(lián)，在確定該電容器1604的大小時考慮晶體管1602的寄生電容1612，如已經(jīng)在第六實施例中借助晶體管602和圖6所說明的。與電容器1604并聯(lián)的包含電容1605和變壓器1614的初級繞組1614a的電路被構造為串聯(lián)諧振電路。變壓器1614的次級繞組1614b為連接到其上的包含點火變壓器1606的次級繞組1606b和高壓放電燈LP16或該高壓放電燈的電連接端子的電路提供能量。為了提供電壓給脈沖點火裝置，自耦變壓器1601的第二繞組段1601b連接到晶體管1602的源極端子、二極管1603的陰極和電容器1604以及電容1605之間的節(jié)點上。點火電容器1607借助繞組段1601b經(jīng)由二極管1610和電阻1609充電至火花隙1608的擊穿電壓，其中該火花隙與點火電容器1607并聯(lián)。在達到火花隙1608的擊穿電壓時，點火電容器1607經(jīng)由點火變壓器1606的初級繞組1606a瞬間放電。由此在點火變壓器1606的次級繞組1606b中感生用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電的高壓脈沖。點火電容器1607和點火變壓器1606的初級繞組1606a之間的節(jié)點與地電位或與直流電壓源1600的負連接端子連接。變壓器1614用于高壓放電燈LP16與E類轉換器的阻抗匹配，并用于與E類轉換器直流隔離。當不需要直流隔離時，變壓器1614也可以被構造為自耦變壓器。在表格2中給出了所使用的組件的大小確定。
在高壓放電燈LP16的點火階段期間，由直流電壓源1600在E類轉換器的電壓輸入端上提供80V的直流電壓。場效應晶體管1602由控制電路1613以大約59kHz的開關頻率以及0.5的占空比來連接。點火電容器1607借助直流電壓源1600和自耦變壓器1601經(jīng)由二極管1610和電阻1609充電至火花隙1608的擊穿電壓。在達到火花隙1608的擊穿電壓時，點火電容器1607經(jīng)由點火變壓器1606的初級繞組1606a瞬間放電，并且在變壓器1606的次級繞組1606b中感生高達40000V的用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電的高壓脈沖。在觸發(fā)了高壓放電燈LP16中的氣體放電之后，緊接著氣體放電主要由可離子化的填充物中的氙產(chǎn)生。在從點火階段過渡到穩(wěn)定的燈運行狀態(tài)期間，其它填充物成分、金屬鹵化物蒸發(fā)并且有助于放電和光輻射。在這段時間期間，由直流電壓源1600提供的80V的電源電壓被連續(xù)降低至40V的值，以便因此調(diào)節(jié)所期望的燈功率。電氣特性、尤其是高壓放電燈LP16的阻抗在從點火階段過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)期間顯著變化。在過渡階段期間，以提高的功率來驅動燈LP16，以便確保盡可能快地過渡到穩(wěn)定的燈運行。在燈電流開始之后，場效應晶體管1602的開關頻率從大約59kHz提高到大約215kHz。在成功地觸發(fā)高壓放電燈LP16中的氣體放電之后，點火電容器1607上的電壓降不再達到火花隙1608的擊穿電壓。
如已經(jīng)在第六實施例中所說明的，高壓放電燈LP16是電功率消耗為30W并且工作電壓為大約30V的無汞金屬鹵化物高壓放電燈。其用作機動車頭燈。直流電壓源1600包含升壓轉換器，該升壓轉換器的電壓輸出構成直流電壓源1600的直流電壓輸出，并且該升壓轉換器由機動車的車載電源電壓產(chǎn)生E類轉換器的電源電壓。然而，若車載電源電壓足夠高或適當?shù)卮_定了變壓器1614的大小，則可以舍棄升壓轉換器。
在圖8中示出了作為曲線A的、在高壓放電燈LP16的點火階段期間由控制電路1613向晶體管1602的柵極提供的基本上為矩形的控制電壓的時間曲線以及作為曲線B的、開關路徑、即晶體管1602的漏極-源極路徑上的電壓降的時間曲線。兩個電壓曲線的零位電平分別用數(shù)字1或2和緊接在其后的水平箭頭來標明。漏極-源極路徑上的電壓達到216V的最大值。晶體管1602只在漏極-源極路徑上的電壓降為零期間被接通或斷開。晶體管1602的柵極的控制電壓的占空比為0.5。晶體管1602的開關頻率為59kHz。
在圖9中示出在高壓放電燈LP16的點火階段結束后的穩(wěn)定運行狀態(tài)。曲線C示出由控制電路1613提供給晶體管1602的柵極的、基本上為矩形的控制電壓的時間曲線。在晶體管1602的柵極的控制電壓大于零伏特期間，晶體管1602的漏極-源極路徑導電?？刂齐妷旱恼伎毡葹?.5。晶體管1602的開關頻率為215kHz。曲線F顯示晶體管1602的漏極-源極路徑上的相應的時間電壓曲線。兩個電壓曲線的零位電平用數(shù)字1或2和后置的水平箭頭來標明。曲線D示出燈電流的時間曲線，而曲線E示出高壓放電燈LP6的放電路徑上的電壓的時間曲線。曲線D和E的零位電平用數(shù)字3和后置的水平箭頭來標明。燈電流D和燈電壓E很好地近似為正弦形。燈電流的有效值為932mA，而燈電壓的有效值、即燈LP6的工作電壓為32.7V。燈電流D和燈電壓E是同相的，并且其頻率為215kHz。
本發(fā)明鎮(zhèn)流器的其它實施例在圖10至圖17中示出。根據(jù)圖10至圖16的實施例的區(qū)別基本上僅在于點火裝置。
圖10中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第八實施例在很大程度上與本發(fā)明的第一實施例相同。尤其是組件700、710、702、703和704的布置和功能對應于第一實施例的組件100、101、102、103和104的布置和功能。二極管703被實施為齊納二極管，其中其擊穿電壓被選擇為小于開關702的最大允許電壓并大于在運行期間在開關702上出現(xiàn)的電壓。該二極管用作在燈電流涌入期間對開關702的過壓保護。包含電容705和電感706的串聯(lián)諧振電路與電容器704并聯(lián)。此外，高壓放電燈LP7的電連接端子也連接在串聯(lián)諧振電路中。點火裝置在此被構造為直流電壓點火裝置707。點火裝置707的直流電壓輸出端直接與諧振電容705并聯(lián)，或與組件701和706之一或兩者和諧振電容705的串聯(lián)電路并聯(lián)，如圖10中用虛線所示。在高壓放電燈LP7的點火階段期間，在電容705上或經(jīng)由上述串接電路疊加直流電壓，該直流電壓導致高壓放電燈LP7中的氣體放電的觸發(fā)。在成功地觸發(fā)氣體放電之后，點火裝置被去激活。
圖11中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第九實施例與本發(fā)明的第八實施例相同。尤其是第九實施例的組件800、801、802、803、804、805和806的布置和功能對應于第八實施例的相應組件700、701、702、703、704、705和706的布置和功能。第九實施例顯示了直流電壓點火裝置的細節(jié)。直流電壓點火裝置包含可控開關809、變壓器808和二極管807，其中該變壓器808具有初級繞組808a和反向纏繞的次級繞組808b。該點火裝置由直流電壓源800饋電。初級繞組808a和開關809的開關路徑連接在一電路中，該電路連接到直流電壓源800的直流電壓連接端子上。串聯(lián)布置的次級繞組808b和二極管807與E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的諧振電容805并聯(lián)。該點火裝置基本上按照反馳轉換器(Sperrwandler)的原理工作。在高壓放電燈LP8的點火階段期間，以高頻對開關809定時。在開關809的導通階段中，電流流經(jīng)初級繞組808a，該電流導致在變壓器808中建立磁場。然而，由于二極管807的極性和次級繞組808b的纏繞方向，并不發(fā)生從變壓器808到諧振電容805的能量傳輸。在開關809的截止階段中，存儲于變壓器808的磁場中的能量被輸出到諧振電容805上。次級繞組808b中所感生的電壓經(jīng)由二極管807將諧振電容805充電至用于觸發(fā)燈中的氣體放電所需的點火電壓。在點火階段結束時，點火裝置通過斷開開關809而被去激活。這樣確定次級繞組808b的大小，使得它具有非常大的電感，以致由于在運行時其大的電抗，在成功地觸發(fā)燈中的氣體放電之后，沒有額定值電流流經(jīng)它。如果不能滿足次級繞組808b的大小確定規(guī)則，則可以借助圖22中所示的齊納二極管810來防止由二極管807引起的燈電流的不對稱，其中齊納二極管810的齊納電壓高于在(點火階段結束之后的)燈運行期間位于電容器805上的電壓。由此在(點火階段結束之后的)穩(wěn)定的燈運行期間沒有額定值電流流經(jīng)次級繞組808b。在所有其它的細節(jié)方面，根據(jù)圖11和22的電路一致。
圖12中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第十實施例與本發(fā)明的第八實施例相同。尤其是第十實施例的組件900、901、902、903、904、905和906的布置和功能對應于第八實施例的相應組件700、701、702、703、704、705和706的布置和功能。第十實施例顯示了直流電壓點火裝置的細節(jié)。該直流點火裝置包含可控開關909、變壓器908和二極管907，其中該變壓器908具有初級繞組908a和同向纏繞的次級繞組908b。該點火裝置由直流電壓源900饋電。初級繞組908a和開關909的開關路徑連接在一電路中，該電路連接到直流電壓源900的直流電壓連接端子上。串聯(lián)布置的次級繞組908b和二極管907與E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的諧振電容905和諧振電感906的串聯(lián)電路并聯(lián)。該點火裝置在高壓放電燈LP9的點火階段時期基本上按照前向轉換器(Durchflusswandler)的原理工作。在以高頻定時的開關909的導通階段中，電流流經(jīng)變壓器908的初級繞組908a，該電流引起同向纏繞的次級繞組908b中的感應電壓。次級繞組908b中的感應電壓經(jīng)由二極管907和諧振電感906將充電電流驅動到諧振電容905中。諧振電感906用于在高壓放電燈LP9的點火階段期間限制諧振電容905的充電電流。諧振電容905在高壓放電燈LP9的點火階段期間被充電至所需的點火電壓。這樣確定次級繞組908b的大小，使得它具有非常大的電感，以致由于在運行時其大的電抗，在成功地觸發(fā)燈中的氣體放電之后，沒有額定值電流流經(jīng)它。如果不能滿足次級繞組908b的大小確定規(guī)則，則可以借助圖23中所示的齊納二極管910來防止由二極管907引起的燈電流的不對稱，其中齊納二極管910的齊納電壓高于在(點火階段結束之后的)燈運行期間位于電容器905和諧振電感906上的電壓。由此在(點火階段結束之后的)穩(wěn)定的燈運行期間沒有額定值電流流經(jīng)次級繞組908b。在所有其它的細節(jié)方面，根據(jù)圖12和23的電路一致。
圖13至圖16顯示具有諧振點火裝置的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的實施例。
圖13中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第十一實施例在很大程度上與本發(fā)明的第一實施例相同。尤其是第十一實施例的組件1000、1001、1002、1003和1004的布置和功能對應于第一實施例的組件100、101、102、103和104的布置和功能。包含電容1005、1007和電感1006的串聯(lián)諧振電路與電容器1004并聯(lián)。此外，高壓放電燈LP10的電連接端子也連接在該串聯(lián)諧振電路中。在此，點火裝置被構造為諧振點火裝置。電容1007與高壓放電燈LP10的放電路徑并聯(lián)。在高壓放電燈LP10的點火階段時期，以接近于E類轉換器的串聯(lián)諧振電路1005、1006、1007的諧振頻率的頻率對開關1002定時，使得通過諧振過高在電容器1007上提供高壓放電燈LP10所需的點火電壓。在成功地觸發(fā)高壓放電燈LP10中的氣體放電之后，以高于由組件1005和1006構成的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的頻率對開關1002定時，因為在成功地觸發(fā)氣體放電之后電容1007通過高壓放電燈LP10的放電路徑被短接。
圖14中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第十二實施例與第十一實施例幾乎相同。尤其是第十二實施例的組件1100、1101、1102、1103、1104、1105和1106的布置和功能對應于第十一實施例的相應組件1000、1001、1002、1003、1004、1005和1006的布置和功能。與第十一實施例不同，代替附加的電容1007，E類轉換器的串聯(lián)諧振電路具有附加的電感1107，其中該電感1107與高壓放電燈LP11的放電路徑并聯(lián)。在高壓放電燈LP11的點火階段時期，以接近于E類轉換器的串聯(lián)諧振電路1105、1106、1107的諧振頻率的頻率對開關1102定時，使得通過諧振過高在電感1107上提供高壓放電燈LP11所需的點火電壓。在成功地觸發(fā)高壓放電燈LP11中的氣體放電之后，以高于由組件1105和1106構成的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的頻率對開關1102定時。
圖15中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第十三實施例與第十一實施例幾乎相同。尤其是第十三實施例的組件1200、1201、1202、1203、1204、1205、1206和1207的布置和功能對應于第十一實施例的相應組件1000、1001、1002、1003、1004、1005、1006和1007的布置和功能。二極管1203可被構造為齊納二極管，以便確保對開關1202的過壓保護。與第十一實施例不同，諧振電路組件1206和1207在高壓放電燈LP12的點火階段期間由外部交流電壓源1208而不是由E類轉換器的直流電壓源來激勵。
圖16中所示的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第十四實施例與第十二實施例幾乎相同。尤其是第十四實施例的組件1300、1301、1302、1303、1304、1305、1306和1307的布置和功能對應于第十二實施例的相應組件1100、1101、1102、1103、1104、1105、1106和1107的布置和功能。與第十二實施例不同，諧振電路組件1306、1307在高壓放電燈LP13的點火階段期間由外部交流電壓源1308而不是由E類轉換器的直流電壓源來激勵。
在圖17中示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第十五實施例的鎮(zhèn)流器的電路圖。該鎮(zhèn)流器具有直流電壓輸入端，該直流電壓輸入端具有兩個直流電壓連接端子，這兩個直流電壓連接端子連接到直流電壓源1400的電壓輸出端上。正直流電壓連接端子經(jīng)由變壓器1401的初級繞組1401b和可控開關1402的開關路徑與負直流電壓連接端子或與電路內(nèi)部地電位連接。二極管1403與開關1402的開關路徑反并聯(lián)。電容器1404與開關1402的開關路徑并聯(lián)，并且也與二極管1403并聯(lián)。電容器1405和電感1406被布置在與電容器1404并聯(lián)的電路中。電容器1405和電感1406構成串聯(lián)諧振電路。高壓放電燈LP14的電連接端子被布置在該串聯(lián)諧振電路中，使得在燈LP14被連接時其放電路徑被串聯(lián)連接在串聯(lián)諧振電路中。借助次級繞組1401a產(chǎn)生輔助電壓，該輔助電壓例如可用于開關1402的控制電路的電壓供應或上述點火裝置之一的電壓供應。
在圖18中顯示了利用本發(fā)明鎮(zhèn)流器來驅動的高壓放電燈的優(yōu)選實施例。該燈是功率消耗為25W-35W的無汞高壓放電燈，其被設置用于在機動車頭燈中使用。該燈的放電容器11具有管狀的圓柱形中間段10，該中間段10由藍寶石組成。該段10的開放端分別通過由多晶氧化鋁構成的陶瓷閉鎖部件11或12而閉合。圓柱形段10的內(nèi)徑為1.5毫米。在放電容器1的長軸上布置有兩個電極2、3，使得其放電側的末端伸入到圓柱形中間段10的內(nèi)腔中并且具有4.2毫米的間隔。被封閉在放電容器1中的可離子化的填充物包括具有500000帕斯卡的冷充氣壓力的氙以及總共4毫克的鈉、鏑、鈥、銩和鉈的碘化物。電極2或3分別經(jīng)由引線4或5與燈帽15的電連接端子16或17連接。放電容器1被透光的外電罩14圍繞。
高壓放電燈的聲諧振頻率可根據(jù)電極間隔、圓柱形段10的內(nèi)徑并根據(jù)放電介質中的聲速來計算，其中放電介質中的聲速約為560m/s?？v向聲諧振的基頻為70kHz。方位角聲諧振的基頻為230kHz，而徑向聲諧振的基頻為476kHz。這意味著，上述聲諧振的基頻在放電空間內(nèi)分別通過頻率為上述諧振的頻率的一半的交變電流來激發(fā)。由于2.8的大縱橫尺寸比和小內(nèi)徑，聲諧振彼此相隔很遠。無諧振的頻率范圍分別位于上述聲諧振之間，在該頻率范圍內(nèi)在不對燈交變電流進行調(diào)頻的情況下能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的燈運行。因此在本發(fā)明鎮(zhèn)流器的第六和第七實施例中所公開的MOSFET開關的開關頻率和360kHz或215kHz的交變電流頻率位于無諧振的頻率范圍內(nèi)。
圖19示出圖18中所示的具有布置在燈帽15中的電路裝置18的高壓放電燈。該電路裝置18包括包含點火裝置在內(nèi)的、高壓放電燈的完整的鎮(zhèn)流器或只包含高壓放電燈的點火裝置。
在圖20中示出按照現(xiàn)有技術的E類轉換器的結構。該E類轉換器的結構和功能在作者為Ned Mohan，Tore M.Undeland和WilliamP.Robbins的書“Power electronicsconverters，applications，anddesign”(John Wiley & Sons，Inc.，1995年，第二版)的第271頁至第273頁中進行了描述。
該E類轉換器具有直流電壓輸入端，該直流電壓輸入端具兩個連接到直流電壓源1500的電壓輸出端上的直流電壓連接端子。正直流電壓連接端子經(jīng)由電感1501和可控開關1502的開關路徑與負直流電壓連接端子或與電路內(nèi)部地電壓連接。二極管1503與開關1502的開關路徑反并聯(lián)。電容器1504與開關1502的開關路徑并聯(lián)，并且也與二極管1503并聯(lián)。電容器1505和電感1506被布置在與電容器1504并聯(lián)的電路中。這樣確定電容器1505和電感1506的大小，使得該并聯(lián)電路為串聯(lián)諧振電路。負載RL被串聯(lián)連接在該串聯(lián)諧振電路中。
也可以舍棄在表格1和2中所提及的保護二極管P6KE440。
在圖21中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第十六實施例的鎮(zhèn)流器的電路圖。該鎮(zhèn)流器具有直流電壓輸入端，該直流電壓輸入端具兩個連接到直流電壓源的電壓輸出端上的直流電壓連接端子+、-。該直流電壓源在與E類轉換器的電壓輸入端并聯(lián)的電容器C4上為E類轉換器產(chǎn)生42V的輸入電壓。正直流電壓連接端子經(jīng)由自耦變壓器L2的第一繞組段和可控場效應晶體管T的開關路徑與負直流電壓連接端子或與電路內(nèi)部地電壓連接。與晶體管T的開關路徑反并聯(lián)的MOSFET晶體管T的體二極管接管圖20中所示的E類轉換器的二極管1503的功能。電容器C2與晶體管T的開關路徑并聯(lián)，并且也與其體二極管并聯(lián)。電容器C5和變壓器Tr1的初級繞組n1被布置在與電容器C2并聯(lián)的電路中。變壓器Tr1用于燈La與E類轉換器的阻抗匹配。變壓器Tr1的次級繞組n2與電容器C1、點火變壓器L1的次級繞組、高壓放電燈La的放電路徑和電阻R3串聯(lián)。抑制二極管D5、例如瞬變二極管(Transildiode)與由點火變壓器L1的次級繞組和燈La的放電路徑構成的串聯(lián)電路并聯(lián)，該抑制二極管用于限制電壓。
由二極管D2、電阻R2、火花隙FS、點火電容器C3和點火變壓器L1組成的脈沖點火裝置連接到自耦變壓器L2的第二繞組段L2b上。點火電容器C3與由火花隙FS和點火變壓器L1的初級繞組L1b組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。點火電容器C3上的電壓降由晶體管T的控制電路借助于分壓器電阻R4、R5來進行監(jiān)控。此外，晶體管T的控制電路還借助于電阻R3來監(jiān)控燈電流。晶體管T的控制電路由邏輯電路部分和晶體管T的驅動器電路組成。在表格3中給出了第十六實施例的組件的大小確定。燈La是具有由石英玻璃構成的放電容器的無汞金屬鹵化物高壓放電燈，其具有大約35W的電功率消耗和大約45V的工作電壓。該無汞金屬鹵化物高壓放電燈借助E類轉換器以交流電壓來驅動，該交流電壓的頻率位于燈的聲諧振之上。
由直流電壓源給該E類轉換器供應42V的輸入電壓。在高壓放電燈La的點火階段期間，晶體管T借助于控制電路以230kHz的開關頻率來驅動。也就是說，晶體管T的控制電路基于微高于230kHz的值緩慢地降低晶體管T的開關頻率，直至在點火電容器C3上已建立火花隙FS所需的擊穿電壓，這借助晶體管T的控制電路的分壓器R4、R5來檢測。在火花隙FS擊穿時，點火電容器C3經(jīng)由點火變壓器L1的初級繞組L1b放電。在點火變壓器L1的次級繞組中產(chǎn)生用于觸發(fā)高壓放電燈La中的氣體放電的高壓脈沖。在成功地觸發(fā)燈La中的氣體放電之后，電流流經(jīng)高壓放電燈La的放電路徑。該放電電流借助晶體管T的控制電路的電阻R3來檢測并且隨后將晶體管T的開關頻率瞬間提高到925kHz的值。實現(xiàn)燈La的所謂的功率起動，在該功率起動期間以大約3倍的額定功率來驅動燈La，以便實現(xiàn)金屬鹵化物的快速蒸發(fā)。在功率起動期間，晶體管T的開關頻率被提高到955kHz的穩(wěn)定終值，以便以在35W的燈額定功率附近的功率來驅動燈La。
在燈運行期間，借助晶體管T的控制電路來監(jiān)控電阻R3上的電壓降，該電壓降與燈電流成比例。如果電壓降低于預定值，那么控制電路將這解釋為燈La的熄滅并且晶體管T的開關頻率又被自動地調(diào)節(jié)為大約230kHz的值，以便使燈La的點火階段重新開始。
替代地，燈La的熄滅也可以借助于分壓器電阻R4、R5通過點火電容器C3上的電壓升高來識別。燈La的成功觸發(fā)同樣可替代地借助于分壓器電阻R4、R5通過以下方式來檢測，即點火電容器C3上的電壓降在較長的時間間隔、例如100ms或10個周期內(nèi)保持明顯低于火花隙FS的擊穿電壓。
本發(fā)明并不局限于上面較詳細說明的實施例。例如為了使燈更好地匹配E類轉換器，可以將上述實施例的電阻器1504或相應電阻器104、204、304、404、504、604、1604、704、804、904、1004、1104、1204、1304、1404和C2構造為具有可變電容的電容器。在此，該電容可以在最小和最大值之間連續(xù)地被改變，或者在一些離散值、例如兩個值之間轉換。因此盡管例如由燈中的氣體放電的觸發(fā)或燈的放電容器中金屬鹵化物的蒸發(fā)引起燈電阻的改變，仍能保證高效率，其中只需微小地改變開關頻率。尤其是在按照圖13和14的具有諧振點火的實施例中，通過在點火期間將電容器1004或1104的電容調(diào)節(jié)為第一值而在點火之后轉換為第二值來匹配諧振電路是有利的。這可以例如通過以下方式來實現(xiàn)，即將電容器1004或1104構造為兩個電容器的并聯(lián)電路，兩個電容器中的一個借助于開關裝置來激活或去激活。
如已經(jīng)說明的那樣，點火裝置107可以包含脈沖源，該脈沖源提供用于觸發(fā)高壓放電燈中的氣體放電的一個電壓脈沖或電壓脈沖序列。代替脈沖源，該點火裝置107也可以包含任意的交流電壓源，該交流電壓源提供較長時間存在的交流電壓。該交流電壓的頻率被調(diào)節(jié)為這樣高，使得電容器104、105或204、205或304、305或404、405在該頻率情況下具有非常小的電抗并且可以被視為短路。尤其是在不能保證非常小的電抗時，抑制二極管可以與上述兩個電容器之一或與兩個電容器并聯(lián)，以便限制電壓。
代替上述點火裝置，也可以將壓電變壓器用于產(chǎn)生高壓放電燈的點火電壓。圖24示出與圖10的實施例類似的、具有直流電壓點火的E類轉換器的實施例。該E類轉換器在此由組件L200、S100、D100、C200、L100和C100構成，這些組件具有與圖10中的相應組件701、702、703、704、705和706相同的功能。根據(jù)圖24的實施例，壓電變壓器PT與開關S100并聯(lián)，該壓電變壓器借助由二極管D700和D800組成的倍壓器產(chǎn)生用于對電容器C100充電的高壓。齊納二極管D900防止在運行期間由L100和C100組成的諧振電路的單側短路，并且具有與圖23中的齊納二極管910相同的功能。因此，唯一的半開關S100繼續(xù)足以觸發(fā)和驅動高壓放電燈La。例如可以由此節(jié)省根據(jù)圖23用于產(chǎn)生點火電壓所需的開關909。由于壓電變壓器PT的輸入電容，該輸入電容可以部分地或完全地接管電容器C200的功能。高壓產(chǎn)生的斷開通過改變S100的開關頻率來實現(xiàn)。開關頻率的微小改變就足夠了，因為壓電變壓器由于其高品質而具有非常窄帶的諧振。
本發(fā)明鎮(zhèn)流器優(yōu)選地用于驅動機動車頭燈的高壓放電燈、尤其是如圖18和19中所構造的以及例如在德國專利申請DE 102 42 740中所述的、具有由陶瓷構成的透光放電容器的金屬鹵化物高壓放電燈、或例如在專利申請DE 103 12 290中所公開的、具有由石英玻璃構成的透光放電容器的金屬鹵化物高壓放電燈。
表格1根據(jù)本發(fā)明第六實施例的組件的大小確定

表格2根據(jù)本發(fā)明第七實施例的組件的大小確定

表格3根據(jù)本發(fā)明第十六實施例的組件的大小確定

權利要求
1.一種用于驅動至少一個高壓放電燈的鎮(zhèn)流器，其中該鎮(zhèn)流器包括電壓轉換器，該電壓轉換器用于產(chǎn)生基本上為正弦形的交變電流，其特征在于，該電壓轉換器被構造為E類轉換器。
2.如權利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，該電壓轉換器具有下列特征-直流電壓連接端子，用于所述電壓轉換器的電壓供應；-電感(101)和可控開關裝置(102)，其中正直流電壓輸入端(+)經(jīng)由該電感(101)和該開關裝置(102)的開關路徑與負直流電壓輸入端(-)或與地電位連接；-二極管(103)，該二極管與所述開關裝置(102)的開關路徑反并聯(lián)地布置；-電容(104)，該電容與所述二極管(103)并聯(lián)并且與所述開關裝置(102)的開關路徑并聯(lián)；-與所述電容(104)并聯(lián)的電路(105，106b)，該電路被構造為串聯(lián)諧振電路；-至少一個高壓放電燈(LP1)的電連接端子，該電連接端子耦合到所述串聯(lián)諧振電路(105，106b)上。
3.如權利要求1或2所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，該鎮(zhèn)流器具有點火裝置(107)，用于觸發(fā)所述高壓放電燈(LP1)中的氣體放電。
4.如權利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述點火裝置(107)為了其電壓供應而耦合到所述E類轉換器的電感(301)上。
5.如權利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述點火裝置被構造為脈沖點火裝置(107)。
6.如權利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述點火裝置被構造為直流電壓點火裝置(707)。
7.如權利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述點火裝置被構造為諧振點火裝置。
8.如權利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述點火裝置包含壓電變壓器(PT)。
9.如權利要求8所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述壓電變壓器(PT)的輸入端或初級側與所述E類轉換器的開關(S100)并聯(lián)。
10.如權利要求4所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述電感被構造為自耦變壓器(401)。
11.如權利要求5所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述脈沖點火裝置(307)的點火變壓器(306)的次級繞組(306b)被構造為所述E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的組件。
12.如權利要求6所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述直流電壓點火裝置(707)耦合到所述E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的電容(705)上。
13.如權利要求1或2所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，變壓器(208)被設置用于所述至少一個高壓放電燈(LP2)的阻抗匹配。
14.一種用于以基本上為正弦形的交變電流來驅動至少一個高壓放電燈的方法，其特征在于，該交變電流借助于E類轉換器來產(chǎn)生。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述基本上為正弦形的交變電流的頻率位于無所述高壓放電燈的聲諧振的頻率范圍內(nèi)。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，以在25W至35W范圍內(nèi)的電功率來驅動所述高壓放電燈。
17.如權利要求14或15所述的方法，其特征在于，在成功地觸發(fā)氣體放電之后在穩(wěn)定的燈運行期間以小于或等于100V的工作電壓來驅動所述至少一個高壓放電燈。
18.如權利要求14所述的方法，其特征在于，為了觸發(fā)所述至少一個高壓放電燈中的氣體放電，借助耦合到所述E類轉換器的電感上的脈沖點火裝置來產(chǎn)生所述至少一個高壓放電燈的高壓點火脈沖。
19.如權利要求14的方法，其特征在于，在所述至少一個高壓放電燈的點火階段期間這樣轉換所述E類轉換器的開關裝置，使得在布置在所述E類轉換器的直流電壓輸入端處的電感上提供諧振過高電壓。
20.如權利要求14的方法，其特征在于，所述至少一個高壓放電燈的功率消耗通過改變所述E類轉換器的電源電壓來調(diào)節(jié)。
21.如權利要求14的方法，其特征在于，所述至少一個高壓放電燈的功率消耗通過改變所述E類轉換器的開關裝置的開關頻率來調(diào)節(jié)。
22.如權利要求14的方法，其特征在于，所述E類轉換器的開關的開關頻率在所述高壓放電燈的放電路徑擊穿之前比在穩(wěn)定的燈運行期間低。
23.一種具有高壓放電燈和用于驅動該高壓放電燈的鎮(zhèn)流器的照明系統(tǒng)，其中所述高壓放電燈具有放電容器，該放電容器具有布置在其中的電極(2，3)和可離子化以便產(chǎn)生氣體放電的填充物，其特征在于，所述鎮(zhèn)流器具有電壓轉換器，該電壓轉換器被構造為E類轉換器。
24.如權利要求23所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述E類轉換器的串聯(lián)諧振電路的電感(106b)和電容(105)這樣與所述電極(2，3)的間隔和所述放電容器(1)的幾何形狀相匹配，使得所述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率位于無所述高壓放電燈的聲諧振的頻率范圍內(nèi)。
25.如權利要求24所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述放電容器(1)至少在氣體放電的區(qū)域內(nèi)具有圓柱形幾何形狀。
26.如權利要求23或24所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述鎮(zhèn)流器具有點火裝置，用于觸發(fā)所述高壓放電燈中的氣體放電。
27.如權利要求26所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述點火裝置被構造為脈沖點火裝置，其中該點火裝置的點火變壓器的次級繞組被布置在所述E類轉換器中。
28.如權利要求26或27所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述點火裝置被布置在所述高壓放電燈的燈帽內(nèi)。
29.如權利要求23所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述鎮(zhèn)流器被布置在所述高壓放電燈的燈帽內(nèi)。
30.如權利要求23所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓放電燈的額定功率具有在25W至35W范圍內(nèi)的值。
31.如權利要求23所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓放電燈的工作電壓小于或等于100V。
32.如權利要求23至31中一項或多項所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述照明系統(tǒng)為機動車頭燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高壓放電燈、尤其是機動車頭燈或投影燈的鎮(zhèn)流器，根據(jù)本發(fā)明，該鎮(zhèn)流器被構造為E類轉換器。
文檔編號H05B41/288GK1857038SQ200480027586
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·西斯格爾 申請人:電燈專利信托有限公司