專利名稱：鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說來涉及大功率放電(HID)燈的一種鎮(zhèn)流器，包括HID燈的一種引燃協(xié)助電路。
為引燃一般的HID燈，通常是先將額定電壓為交流120伏的美國公用線路電壓升壓，然后和持續(xù)時間短的極高幅值電壓脈沖一起加到HID燈上。鎮(zhèn)流器通過磁轉(zhuǎn)換能將美國公用線路的額定電壓升壓。這種磁轉(zhuǎn)換使鎮(zhèn)流器的體積達到不希望有的龐大，而且/或者使損耗達到不能容許的程度。
線路額定電壓夠高(例如大約200伏均方根值或以上)時，就無需升壓。美國專利4,461,982公開了一種無需這種升的一般鎮(zhèn)流器。這種鎮(zhèn)流器提供持續(xù)時間短的高幅值電壓脈沖時需要有一個振蕩器和一個引燃器。然而，振蕩器給燈提供的能量是有限的。能量從振蕩器至燈的傳遞是只有在引燃器工作期間(即各脈沖持續(xù)時間期間)進行的。振蕩器所儲能量的多少和燈所能使用能量的多少受到儲能方式的限制，振蕩器和引燃器分享儲存的能量。
因此，總希望能提供一種體積較小、能量利用率有所提高，經(jīng)改進的HID鎮(zhèn)流器。這種改進的鎮(zhèn)流器在起動過程中將能量從升了壓的額定線路電壓提供給HID燈時，不應受一個或多個引燃脈沖持續(xù)時間的限制，或因與引燃器共享能量的儲存而受到提供給燈的能量大小的限制。
總的說來，按照本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明給大功率放電燈供電的鎮(zhèn)流器包括第一輸入端和第二輸入端，供接收輸入電壓；第一輸出端和第二輸出端，給燈供電；和第一電感線圈和第一電容器，彼此串聯(lián)連接在第一輸入端與第一輸出端之間。鎮(zhèn)流器還包括一個電抗元件和一個開關(guān)，串聯(lián)連接在第二輸出端與將第一電抗元件與第一電抗元件與第一電容器連接在一起的連接點之間。電抗元件與選自第一電感線圈和第一電容器組成的元件群的一個元件加在一起，其特征在于在第一頻率下的第一諧振情況。第一諧振情況下產(chǎn)生的能量提供給HID燈，供協(xié)助燈的引燃之用。
這里的好處是，雖然鎮(zhèn)流器是由交流120伏的額定線路電壓供電的，但諧振情況下的能量就足以起協(xié)助引燃的作用，無需變壓器將交流120伏的額定線路電壓升壓例起碼200伏均方根值就可以將燈起動起來。本發(fā)明提供的鎮(zhèn)流器比起一般在將額定線路電壓提高到可使燈起動起來容許的電平時需要變壓的鎮(zhèn)流器來，能量的利用率高得多，體積也較小。
本發(fā)明的第一特點是，第一電感線圈和電容器的特點在于其第二頻率下供維持燈在穩(wěn)定狀態(tài)工作期間的電流的第二諧振情況。在本發(fā)明的一個最佳實施例中，第一頻率高于第二頻率。
本發(fā)明的另一個特點是，鎮(zhèn)流器還有一個裝有產(chǎn)生引燃脈沖的第一電感線圈的引燃器。在燈起動的過程中，電抗元件連同所選取的元件一起產(chǎn)生與第一諧振情況有關(guān)的信號，而第二電感線圈連接在開關(guān)與第二輸出端之間時，起了延長第一諧振情況振蕩的作用。開關(guān)的導通狀態(tài)是以燈的工作狀態(tài)為基礎(chǔ)的，因而開關(guān)根據(jù)流經(jīng)燈的電流從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)入不導通狀態(tài)，歷時預定的時間。
本發(fā)明的鎮(zhèn)流器有一個信號和引燃脈沖施加裝置，在燈引燃之前將第一幅值的低頻信號和第二幅值的高頻引燃脈沖加到燈上。信號由一個作為鎮(zhèn)流器的一部分在接近諧振頻率下工作的電路產(chǎn)生。引燃脈沖由一個引燃器產(chǎn)生，這個引燃器可形成鎮(zhèn)流器的一部分。信號是在引燃脈沖之前加到燈上去的。引燃脈沖最好在接近信號的起碼一個峰值時加到燈上的。
本發(fā)明有這樣的特點，即在燈引燃之后經(jīng)過預定的時間會電路停止工作。第二幅值最好為第一幅值的起碼10倍。令引燃器停止工作的時間是在令電路停止工作時或之前。本發(fā)明還有這樣的特點，令電路不工作會使引燃器不能工作。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種比一般鎮(zhèn)流器體積小、能量利用率更高、經(jīng)改進的HID鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種從不是引燃器給燈供電時不將供電的持續(xù)時間限制在一個或多個引燃脈沖的持續(xù)時間、經(jīng)改進的HID鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的又另一個目的是提供一種從引燃器和諧振電路給燈供電時不困能量儲存與引燃器共享而限制諧振電路所產(chǎn)生能量的多少、經(jīng)改進的HID鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明還有其它目的和優(yōu)點，這些目的和優(yōu)點可以從本說明書中看出來。因此，本發(fā)明包括彼此相互關(guān)聯(lián)的一些步驟、實施結(jié)構(gòu)特點的裝置和配合這些步驟的進行而提出的各元件的組合和各部件的配置，所有這一切都將在下面的詳細說明中舉例說明，本發(fā)明的范圍則將在權(quán)利要求書中表明。
為全面理解本發(fā)明，結(jié)合附圖參看下列說明。附圖中

圖1是本發(fā)明第一實施例的原理圖；圖2是本發(fā)明另一實施例的原理圖。
如圖1中所示，60赫交流120伏的電壓源VS接鎮(zhèn)流器10的第一輸入端IT1和第二四舍五入主端IT2，給鎮(zhèn)流器10提供輸入電壓。鎮(zhèn)流器10在第一輸出端OT1和第二輸出端OT2與HID燈負荷LL連接，給燈供電。串聯(lián)諧振LC電路由第一電感線圈(扼流圈)L1和第一電容器C1構(gòu)成，串聯(lián)耦合在第一輸入端IT1與第一輸出端OT1之間。扼流圈L1和電容器C1的諧振頻率接近或高于驅(qū)動電壓的頻率，即接近和高于電壓源VS的60赫頻率(例如75赫)。燈負荷LL穩(wěn)態(tài)工作期間，即燈負荷LL成功引燃之后，扼流圈L1和電容器C1對燈負荷LL起鎮(zhèn)流的作用。扼流圈L1和電容器C1組成的LC電路在其諧振頻率下的電容側(cè)工作(即滯后型設(shè)計)，使額定電壓超過交流100伏的燈可以可靠的由交流120伏的電壓源鎮(zhèn)流。
鎮(zhèn)流器10還有一個雙向轉(zhuǎn)換開關(guān)S1(例如SIDAC)接扼流圈L1的抽頭T。電容器C2連接在將轉(zhuǎn)換開關(guān)S1與電阻器R1連接在一起的連接點與將扼流圈L1與電容器C1連接在一起的連接點之間。一個繼電器的常閉接點SW1連接在電阻器R1與扼流圈(電感線圈)L2的一端之間。扼流圈L2的另一端接輸入端1T2與輸出端OT2的連接點。開關(guān)SW1若在檢測出流經(jīng)燈負荷LL的電流之后預定的時間截止(即斷開)則不一定要成為繼電器的一部分而可采用其它適當?shù)拈_關(guān)器件，例如(但并不局限于)晶體管、雙向轉(zhuǎn)換開關(guān)或正溫度系數(shù)電阻器(PTC)。換句話說，燈引燃之后經(jīng)過預定時間時，開關(guān)SW1根據(jù)流經(jīng)燈負荷LL的電流應從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)入不導通狀態(tài)。
電容器C3作為電抗元件與開關(guān)SW1串聯(lián)耦合在第二輸出端OT2與將第一電感線圈L1和第一電容器C1連接在一起的連接點之間。電抗元件電容器C3與第一電感線圈L1一起構(gòu)成LC電路，其特點在于其在第一頻率下的第一諧振情況。在第一諧振情況下，產(chǎn)生的能量提供給燈LL，供協(xié)助燈的引燃之用。
扼流圈L1、開關(guān)器件S1、電容器C2和電阻器R1組合起來起引燃器的作用。在燈LL起動的過程中，電流流經(jīng)扼流圈L1、電容器C2、電阻器R1、開關(guān)SW1和扼流圈L2。電容器C2主要根據(jù)電阻器R1和電容器C2的RC時間常數(shù)充電。在電壓源VS 60赫的頻率下，扼流圖L2的電感比起扼流圈L1的電感來可以忽略不計。電容器C2兩端的電壓一旦達到開關(guān)器件S1的轉(zhuǎn)折電壓，電容器C2就通過開關(guān)器件S1和扼流圈L1將開關(guān)器件S1與電容器C2連接起來的部分放電。扼流圈L1起自耦變壓器的作用。將電壓提升到幾千伏。電容器C2效電非常之快，從而將此極高的電壓(引燃脈沖)在極短的時間內(nèi)加到燈LL上。引燃脈沖的頻率極高(例如100千赫)。扼流圈L2對引燃脈沖來說是個高阻抗從而最大限度地減小了燈負荷LL以外加到引燃脈沖上的負荷。
隨著電容器C2的放電，開關(guān)器件S1兩端的電壓下降到開關(guān)器件S1的擊穿電壓以下。開關(guān)器件S1打開。電容器開始再次充電，直到達到開關(guān)器件S1的擊穿電壓為止。另一個引燃脈沖如上述那樣產(chǎn)生。這些引燃脈沖繼續(xù)產(chǎn)生，直到接近或達到燈負荷LL完全電弧放電(即直到燈電流穩(wěn)定下來為止)為止。在燈負荷LL穩(wěn)態(tài)工作期間，電容器C2兩端的電壓從來達不到開關(guān)器件S1的擊穿電壓。引燃器再也不產(chǎn)生引燃脈沖了。這時，引燃器停止工作。
開關(guān)SW1一旦打開，引燃脈沖就不會產(chǎn)生。就是說，開關(guān)SW1處于不導通狀態(tài)時，電容器C3再也不充電了。開關(guān)SW1根據(jù)流經(jīng)燈負荷LL的電流從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)入不導通狀態(tài)，歷時預定的時間。因此，開關(guān)SW1打開使引燃器不能工作。
開關(guān)SW1是直流激勵繼電器的一部分，這個繼電器還包括電阻器R2，R3、電容器C1、電解質(zhì)電容器C4、電容器C5和由四個二極管D1-D4構(gòu)成的二極管電橋。燈負荷LL一旦引燃起來，電流就開始流經(jīng)電容器C1和C5和燈負荷LL。流經(jīng)電容器C5的電流經(jīng)二極管電橋整流后將電容器C4充電到某一直流電壓，從而使繼電器得電，使開關(guān)SW1的常閉觸點打開，并進入不導通狀態(tài)。使電容器C4充分充電從而使開關(guān)SW1打開所需要的時間可以取(但并不局限于)幾十毫秒的范圍。電容器C4充電的快慢主要取決于電容器C1與C15的電容比和電容器C4的電容。
電阻器R3與電容器C1并聯(lián)連接，其作用是為安全起見在某一時限(例如30秒至1分鐘)內(nèi)消除電容器C1兩端可達幾百伏的電壓。電阻器R2與電容器C5串聯(lián)，其作用是防止電流涌入電容器C5中。
如果開路電壓達不到起碼200伏均方根值左右，HID燈是特別難起動的。一般的鎮(zhèn)流器是通過磁轉(zhuǎn)換交流120伏的額定線路電壓在起動過程中將加到燈上的電壓升壓的。這種磁轉(zhuǎn)換使鎮(zhèn)流器的體積變得更龐大且/或進一步提高鎮(zhèn)流器的損耗(即效率降低)。本發(fā)明是通過扼流圈L1和電容器C3組成的串聯(lián)諧振LC電路將額定公用線路電壓提升/升高到大約起碼200伏均方根值的。扼流圈L1和電容器C3的諧振頻率形成第一頻率，其大小正好比電壓源VS的驅(qū)動頻率略高，即比60赫稍高一點(例如85赫)。
起動過程中加到燈負荷LL上的電壓包括引燃器提供的加到扼流圈L1和電容器C3組成的串聯(lián)諧振LC電路提供的大約60赫起碼約為200伏均方根值的電壓的幾千伏(例如3000至3500伏)高頻電壓脈沖。扼流圈L1和電容器C3組成的諧振電路，其所產(chǎn)生的能量提供給燈負荷LL從而促進了燈負荷LL的引燃過程。在引燃的過程中，扼流圈L2對電容器C3兩端加到燈負荷LL上從而持續(xù)歷時在幾毫秒范圍內(nèi)的電壓所產(chǎn)生的振蕩作用起削弱作用。更具體地說，在引燃的過程中，扼流圈L2對從充電電容器C3傳送給燈負荷LL的電流起限幅作用，同時延長了該電流的持續(xù)時間，從而延長了C3中的能量傳遞給燈負荷LL的時間。如果沒有扼流圈L2，電容器C3能在幾百微秒的時間內(nèi)放電，從而能充分升壓到得以引燃燈負荷LL的程度。扼流圈L2有助于保持電流在燈負荷LL中的流通。電阻器R4的作用是在預定的時間內(nèi)(例如30秒至1分鐘)消除電容器C3的電壓。扼流圈L1和電容器C3構(gòu)成的諧振電路一旦開關(guān)SW1打開就停止工作。扼流圈L2應設(shè)計得不致在電容器C3往燈負荷LL放電的過程中飽和。扼流圈L2的電感比扼流圈L1較小。燈引燃之前，流過扼流圈L2的電流可達數(shù)百毫安。
電容器C1兩端的電壓一旦鎮(zhèn)流器10得電(即引燃器開始產(chǎn)生引燃脈沖之前)是加到燈負荷LL上的。換句話說，電容器C3兩端的電壓是在引燃脈沖之前加到燈負荷LL上的。引燃器是在扼流圈L1和電容器C3組成的諧振電路停止工作時或之前停止工作的。
對70瓦CDM金屬鹵化物燈進行鎮(zhèn)流時，一般的元件值如下電阻器R1和R2分別為8.2千歐和100歐左右；電阻器R3和R4約為2.2兆歐；電容器C1，C2，C3，C4和C5分別約為8.1垓法，交流300伏，0.15垓法；直流630伏；6.3垓法，交流300伏；220垓法，直流25伏和0.33垓法，直流1千伏；扼流圈L1和L2分別為大約900毫安下530毫亨和600毫安下35毫亨；繼電器則約為10安，交流250伏，直流12伏。
圖2示出了本發(fā)明的另一個實施例，圖中相同的編號/符號表示結(jié)構(gòu)和工作過程類似的元件。鎮(zhèn)流器10’的串聯(lián)諧振LC電路由扼流圈L1和作為第一電容器的電容器C5組成，連接在第一輸入端IT1與第一輸出端OT1之間，其作用是在穩(wěn)態(tài)工作期間給燈負荷LL鎮(zhèn)流。扼流圈L1和電容器C5的諧振頻率接近且高于驅(qū)動電壓的頻率，即接近且高于電壓源VS60赫的頻率(例如75赫)。電容器C5和作為電抗元件的扼流圈(電感線圈)L3構(gòu)成諧振電路，其在第一諧振情況下的第一頻率正好低于電壓源VS的驅(qū)動頻率(即正好低于60赫)。開關(guān)S1是常閉的。開關(guān)S1的導通狀態(tài)由一般的繼電器RLY控制。繼電器RLY根據(jù)流經(jīng)燈負荷LL的電流促使S1打開預定的時間。
在引燃的過程中，由扼流圈L1、開關(guān)器件S1、電容器C2和電阻器R1組成的引燃電路產(chǎn)生引燃脈沖加到扼流圈L3兩端產(chǎn)生的起碼為60赫200伏左右的電壓。這些升壓后的引燃脈沖加到燈負荷LL上。扼流圈L2連電阻器R1與將輸入端IT2連接到輸出端OT2的連接點之間，在電壓源VS 60赫的頻率下與扼流圈L1相比，可以忽略不計。扼流圈L2對引燃脈沖來說是個高阻抗，因而最大限度地減小了燈負荷LL以外對引燃脈沖所加的負荷。
在鎮(zhèn)流器10和10’中，引燃脈沖都在接近60赫振蕩器輸出的峰值時出現(xiàn)。因此，當燈負荷LL因引燃脈沖而瞬間擊穿時，鎮(zhèn)流器10的電容器C3所儲存的能量或鎮(zhèn)流器10’的扼流圈L3所儲存的能量都傳遞給燈，起協(xié)助維持放電的作用。
現(xiàn)在不難理解，分別由鎮(zhèn)流器10的扼流圈L1和電容器L3以及鎮(zhèn)流器10’的扼流圈L3和電容器C5組成的諧振電路在提高交流120伏線路電壓方面的效率比一般鎮(zhèn)流器中的變壓器高得多。鎮(zhèn)流器10和10’由于無需裝變壓器給交流120伏的額定線路電壓升壓因而體積也比一般的鎮(zhèn)流器要小。
權(quán)利要求
1.一種給大功率放電燈供電的鎮(zhèn)流器，包括第一輸入端和第二輸入端，供接收輸入電壓；第一輸出端和第二輸出端，供電給放電燈；第一電感線圈和第一電容器，串聯(lián)耦合在第一輸入端與第一輸出端之間；和一個電抗元件和一個開關(guān)，串聯(lián)耦合在第二輸出端與將第一電感線圈與第一電容器連接在一起的連接點之間，與一個選自第一電感線圈和第一電容器組成的元件群的元件組合時的特點在于其在第一頻率下的第一諧振情況；其特征在于，第一諧振情況產(chǎn)生的能量提供給放電燈，供促進放電燈的引燃過程。
2.如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，第一電感線圈和第一電容器的特點在于其在第二頻率下的第二諧振情況，其作用是保持燈在穩(wěn)態(tài)工作期間的電流。
3.如權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，第一頻率高于第二頻率。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，它還包括一個裝有第一電感線圈供產(chǎn)生引燃脈沖的引燃器。
5.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，它還包括第二電感線圈連接在開關(guān)與第三輸出端之間。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，在燈起動的過程中，電抗元件與所選元件一起產(chǎn)生與第一諧振情況有關(guān)的信號，由第二電感線圈延續(xù)第一諧振情況的振蕩過程。
7.如以上任一權(quán)利要求所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，開關(guān)的導通狀態(tài)取決于燈的工作狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，開關(guān)根據(jù)流經(jīng)燈的電流從導通狀態(tài)進入不導通狀態(tài)，歷時預定時間。
9.如以上任一權(quán)利要求所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述電抗元件為電容器。
10.如以上任一權(quán)利要求所述的鎮(zhèn)流器，其特征在于，電抗元件是個電感線圈。
全文摘要
一種給大功率放電燈供電的鎮(zhèn)流器,具有一個引燃器和一個諧振電路。引燃器產(chǎn)生的引燃脈沖在燈起動的過程中加到在接近諧振頻率工作的諧振電路所產(chǎn)生的經(jīng)升壓的低頻電壓。諧振電路在燈引燃之后預定的時間停止工作。信號在引燃脈沖之前加到放電燈上。諧振電路停止工作使引燃器不能工作。
文檔編號H05B41/04GK1247015SQ98802389
公開日2000年3月8日 申請日期1998年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月9日
發(fā)明者C·B·馬特塔斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司