CN1578579A - 用于驱动至少一个高压放电灯的电路装置 - Google Patents

Abstract

用于驱动至少一个高压放电灯的电路装置，有以下部分：全桥装置(14)中的四个开关(Q₁至Q₄)，其中第一和第二开关(Q₁，Q₂)构成第一半桥支路，并且第三和第四开关(Q₃，Q₄)构成第二半桥支路；至少两个端子，以便在第一和第二半桥支路的中点之间连接所述高压放电灯(16)；至少两个用于为所述电路装置(10)提供直流电压信号的端子；以及用于控制所述四个开关的控制电路(20)，其中该控制电路(20)被设计用于为所述四个开关提供控制信号(z₁(t)、z₂(t)、Z₁(t)，Z₂(t))，所述控制信号的时钟(f_t)在第一和第二频率之间扫描，并且所述控制信号的脉冲宽度和/或相位用可预先给定的第三频率(f_a)来调制。

Description

用于驱动至少一个高压放电灯的电路装置

技术领域

本发明涉及一种用于驱动至少一个高压放电灯的电路装置，该电路装置具有以下几个部分：在全桥装置中的四个开关，其中第一和第二开关构成第一半桥支路，并且第三和第四开关构成第二半桥支路；至少两个端子，以便在第一和第二半桥支路的中点之间连接高压放电灯；至少两个用于为电路装置提供直流电压信号的端子；以及用于控制四个开关的控制电路。

背景技术

在WO 02/30162 A2、WO 03/024161 A1以及US 2002/0041165 A1中已经公开了这种电路装置。所有的这些文献都研究在高压放电灯中出现的一个问题，即在垂直和水平工作时出现不同的颜色特征。尤其是在垂直工作中出现颜色分离。其原因在于，在放电区域内存在金属添加剂的不完全混合。建议激励第二纵向声谐振以作为对策。在1999年6月17日的序列号为09/335020的US专利申请中公开了一种用于此目的的基本电路设计。但是，尽管其中所描述的解决方法看来适合在实验室环境中产生所期望的控制信号，然而对于不存在相应的信号发生器的环境，该电路装置不适用。下面将参考附图1和2a简短地描述按照WO 02/30162的解决方法：

在图1中所示的电路装置10首先包括一个预处理器12，其尤其被用于校正功率因数。接着是具有四个开关的全桥装置14。其被用作为换向器以及改变经滤波器电路18输入到灯16的电压信号的极性。灯电流I_L和灯电压U_L作为输入信号输入到控制电路20，其提供控制信号z(t)作为输出信号，该控制信号被输入到全桥14的开关的驱动电路22。该控制电路(20)一般包括一个驱动信号发生器以控制PWM(脉冲宽度调制)模块的功率控制元件。该控制电路不仅可以用模拟的方式而且可以借助微处理器用数字的方式来实现。下面示例性地描述最后提到的实现变形方案：在该控制电路20中布置一个微处理器24、一个信号发生器26以及一个PWM模块28。根据图2a，在现有技术中，一方面在调制输入端上将信号

$x\left(t\right)=B_0\·(1+\hat{A}\sin f_{a}t)\·\sin f_{t}t$

输入到PWM模块28，该信号在信号发生器26中作为对微处理器24提供的参数的响应而产生。在此，幅度调制的频率f_a位于20和30kHz之间的范围内，而载频f_t典型地在45和55kHz之间扫描。因此必须经信号x(t)将一个非常复杂的信号、尤其是所期望信号的全部特征输入到PWM模块28。经PWM模块28的系统输入端输入的信号y(t)是恒定的系统频率f₀(对应于周期时间T₀)的函数，该系统频率按照现有技术为500kHz，为此可例如参见WO 02/30162的图5。由此产生下列对实际工作来说重要的缺点：

必须为高的转换频率设计整个全桥电路和控制电路14、20。这一方面导致所需部件的成本很高，另一方面产生大的转换损失。另外对信号发生器26也提出高要求，其必须为PWM模块28提供全部的信号特征(可参见传统的D类原则)。

正如从WO 02/30162的第7页第31至32行可以看出，提供给PWM模块28的电压信号x(t)是期望用于控制电灯16的波形的低压形式。换句话说，信号x(t)中存在全部的信息。

总之得出的结论是，尽管相对于最初的、上述按照序列号为09/335020的US专利申请的解决方法取得了一定的进步，但是该解决方法还不足以实现作为具有可接受的价格的大批量生产的产品而使用。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是这样改进文章开头所提到的电路装置，使得可以用低成本来实现所期望的结果、即尽可能充分地混合放电灯中的金属添加剂。

该任务通过具有权利要求1的特征的电路装置来解决。

本发明基于以下的认识，即如果一方面只为例如PWM模块形式的比较器、即在调制输入端上提供幅度调制信号作为信号x(t)，同时在系统输入端上输入扫描载频信号作为信号y(t)，那么可以获得特别有利的实现。如果用适当的方法来调制相位以代替调制脉冲宽度，那么用相应的方法可以解决所述任务。此外，可以通过脉冲宽度调制的深度或相移的深度来调节在通向灯泡的交流电压输出端上的调制深度。因此，在优选的实施方案中，采样转换过程约为50kHz的数量级，因此展现出节电并且成本低的实现。

在一个特别优选的实施方案中，由数字矩形信号经LC元件上的滤波产生模拟的幅度调制信号x(t)。该信号的频率优选地低于50kHz，尤其位于20和35kHz之间。

根据应由此驱动的灯的设计，尤其考虑到其扫描频率范围，信号y(t)的时钟频率优选地低于150kHz，优选地位于40和60kHz之间或在80和120kHz之间。扫描频率优选地位于50Hz和500Hz之间，尤其位于80Hz和200Hz之间。

优选地，在脉冲宽度调制的情况下这样设计控制电路，使得全桥装置的对角支路中的开关分别用相同的信号来控制。在相位调制的情况下，控制电路包括一个相移模块，其时钟输入端连接到在第一和第二频率之间扫描的时钟源上，并且其调制输入端连接到频率为第三频率(f_a)的信号源上。

可以不对称地或对称地调制脉冲宽度。优选地，该控制电路包括一个PWM模块，其时钟输入端连接到在第一和第二频率之间扫描的信号源上，并且其调制输入端连接到频率为第三频率的信号源上。

优选地，该PWM模块的调制输入端此外还连接到偏置信号源上，由此可以控制全桥输出端上的基本功率。因此给出了同时调节灯功率的介入可能性。

其他有利的实施方案可以从从属权利要求中获得。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的实施方案。其中：

图1是本发明电路装置的一个实施方案的方框图描述；

图2a示出了在现有技术中已知的对按照图1的PWM模块的控制；

图2b示出了按照本发明对按照图1的PWM模块的控制；

图3用方框图的形式示出了本发明电路装置的另一个实施方案；

图4示出了产生对称的PWM模块输出信号的示意图；

图5示出了产生不对称的PWM模块输出信号的示意图；

图6示出了在对称的实现时产生对偶交替的PWM模块输出信号的示意图；

图7示出了在不对称的实现时产生对偶交替的PWM模块输出信号的示意图；

图8示出了在PWM模块输出信号中产生相移的示意图；

图9示出了在脉冲宽度调制时比较对偶交替的互补信号的示意图；以及

图10示出了在相位调制时比较对偶交替的互补信号的示意图。

具体实施方式

图2b示出了按照本发明对图1的PWM模块28的控制。需再次指出，如图2a和2b所示，也可以由具有一个比较器的电路来实现相同的功能以代替PWM模块，该PWM模块在其时钟输入端上用矩形信号来控制，由该矩形信号产生锯齿信号。在简化的描述中，PWM模块可以理解为比较器，其在时钟输入端上得到一个锯齿信号，并且在其调制输入端上得到转换为脉冲宽度信号的调制信号。因此，下面一般将位于时钟输入端上的信号、即PWM模块时钟输入端上的矩形信号或比较器时钟输入端上的锯齿信号称为y(t)。现在在时钟输入端上施加锯齿信号，其频率等于扫描时钟频率f_t。在PWM模块的调制输入端上存在一个包含幅度调制信息的信号作为信号x(t)，即信号

$x\left(t\right)=B_0\·(1+\hat{A}\sin f_{a}t).$

在输出端上提供信号z(t)，其周期时间为T_t并且其后边缘以频率f_a移动。调制深度可以利用参数 来调节。

图3示出了本发明电路装置的另一个实施例，其中可参见图1中的元部件的元件和部件用相同的参考符号来表示并且将不再作解释。在微处理器24中利用一个频率来启动矩形信号的产生，利用该频率可以进行幅度调制或相位调制。为此在矩形发生器30中产生一个矩形信号，该矩形信号会流经LC滤波器32，以由此得到正弦信号。在衰减元件34中，按照在装置36中预定的调制指数来调制该正弦信号。偏置信号OS可以通过单元38来定义并且被用于调节灯功率。该偏置信号OS和幅度调制信号AM被输入到加法器40，其由此而产生连接到PWM模块28的调制输入端上的信号x(t)。扫描时钟信号y(t)在方框42中产生并连接到PWM模块28的时钟输入端上。该PWM模块28根据实施方案在其输出端上产生信号z(t)或一对对偶交替的信号z₁(t)和z₂(t)。如果该PWM模块由相移模块来代替，那么该模块产生根据其相位角而调制的信号对。这方面还将根据图4至10作进一步讨论。信号z₁(t)和z₂(t)是对偶交替的PWM信号。这两个信号通过它们偏移了180°的相位来区分，并且被用于控制全桥14的开关Q₃和Q₄的驱动电路22a以及开关Q₁和Q₂的驱动电路22b，该全桥14连接在直流电压源(400VDC)和地(Gnd)之间。驱动电路22a、22b除了提供信号z₁(t)和z₂(t)之外还提供 z₁(t)和 z₂(t)，其中 z₁(t)与z₁(t)互补并且 z₂(t)与z₂(t)互补。

图4和5示出了产生对称的(图4)和不对称的(图5)PWM模块输出信号的原理图。各条曲线a)分别表示基振荡器信号，这里为频率f_t的矩形信号，例如用100Hz的扫描频率f_s在45和55kHz之间扫描该频率。各条曲线x(t)分别表示幅度调制后的发生器26的输出信号。x(t)例如是幅度为 并且频率为24.5kHz的正弦信号。

在图4中，产生由基振荡器信号(参见曲线a))得出的对称的比较器斜坡信号以作为信号y(t)。在图5中，由基振荡器信号产生不对称的比较器斜坡信号。

通过在比较器28(参见图2b)上、例如在PWM模块中施加信号y(t)和x(t)来产生各个信号z(t)，其通过驱动电路22施加到全桥14的开关上。正如可以明显地看出，可以通过信号x(t)的放大因子、按照图2b也就是通过

来调节脉冲宽度调制的深度，同时通过频率f_a(参见图2b)来定义脉冲宽度变化的频率。

图6和7示出了再次用对称的PWM模块输出信号(图6)以及用不对称的PWM模块输出信号(图7)来产生对偶的控制信号对z₁(t)和z₂(t)。在此，利用专家常用的工具从在图4和5中所使用的相同的基振荡器信号中得出两倍基振荡器频率的比较器斜坡信号y(t)。调制输入端上的各个幅度调制信号x(t)与图4和5中的幅度调制信号相同。作为结果，产生对偶的PWM模块28(图1中没有示出)输出信号对z₁(t)和z₂(t)，以便控制全桥的开关Q₁至Q₄。正如对专家来说明显的是，互相成对角的开关、即Q₁和Q₄或Q₂和Q₃在时间τ内同时导通。

在按照图4至7的四个实施方案中，在PWM模块28的输出端上都不出现频率高于f_t、在这里也就是不高于55kHz的矩形信号。

图8示出了原则上在使用相移模块(没有示出)来代替PWM模块的情况下具有相移的PWM模块输出信号的产生。在此，曲线a)表示的基振荡器信号构成信号z₁(t)以及曲线c)表示的延迟信号，该延迟信号的延迟值Δ_i与PWM调制信号x(t)成反比。因此，幅度大的PWM调制信号导致延迟小，而幅度小的PWM调制信号导致延迟大。在图8的曲线b)处所示的垂直箭头对应于图8c中所示的z₁(t)和z₂(t)之间的延迟Δ₁、Δ₂等等。

在图8d中示出了作为控制单个开关结果的有效的PWM窗，其包含关于扫描时钟频率和幅度调制信号的全部信息。根据图8，按如下方式控制全桥的开关：用z₁(t)控制Q₁，用 z₁(t)控制Q₂，用z₂(t)控制Q₃，以及用 z₂(t)控制Q₄。

为了说明脉冲宽度调制的情况，图9再次示出了频率为f_t的时钟信号y(t)以及信号z₁(t)、 z₁(t)、z₂(t)和 z₂(t)的时间变化曲线。时间τ随频率f_a变化，在该时间τ内各个开关闭合。

为了说明相位调制的情况，图10再次示出了频率为f_t的时钟信号y(t)以及信号z₁(t)、 z₁(t)、z₂(t)和 z₂(t)的时间变化曲线。信号变化曲线d1)和d2)示出了开关Q₁Q₄或Q₂Q₃上信号的有效叠加。z₁(t)紧跟在z₂(t)之后的延迟Δ随频率f_a变化。

总的来说，优选在使用对称的信号y(t)的情况下产生PWM模块28输出信号的方法，因为该输出信号在全桥14的输出端上产生较少的谐波。

Claims (10)

1.用于驱动至少一个高压放电灯(16)的电路装置，具有

-全桥装置(14)中的四个开关(Q₁至Q₄)，其中第一和第二开关(Q₁，Q₂)构成第一半桥支路，并且第三和第四开关(Q₃，Q₄)构成第二半桥支路；

-至少两个端子，以便在所述第一和第二半桥支路的中点之间连接所述高压放电灯(16)；

-至少两个用于为所述电路装置(10)提供直流电压信号的端子；以及

-用于控制所述四个开关(Q₁至Q₄)的控制电路(20)，

其特征在于，所述控制电路(20)被设计用于为所述四个开关(Q₁至Q₄)提供控制信号(z₁(t)、z₂(t)、 z₁(t)和 z₂(t))，所述控制信号的时钟(f_t)在第一和第二频率之间扫描，并且所述控制信号的脉冲宽度和/或相位用可预先给定的第三频率(f_a)来调制。

2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述时钟频率低于150kHz，优选地位于40和60kHz之间或80和120kHz之间。

3.如权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，所述第三频率(f_a)低于50kHz，优选地位于20和35kHz之间。

4.如上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，所述扫描频率(f_s)位于50Hz和500Hz之间，优选地位于80和200Hz之间。

5.如上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，所述控制电路(20)被设计用于利用对偶交替的互补信号(z₁(t)、z₂(t)、 z₁(t)和 z₂(t))来控制所述全桥装置(14)的所述开关(Q₁，Q₃；Q₂，Q₄)。

6.如权利要求1至5之一所述的电路装置，其特征在于，非对称地调制所述脉冲宽度。

7.如权利要求1至5之一所述的电路装置，其特征在于，对称地调制所述脉冲宽度。

8.如上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，所述控制电路(20)包含一个PWM模块(28)，其时钟输入端连接到在所述第一和第二频率之间扫描的时钟源上，以及其调制输入端连接到频率为所述第三频率(f_a)的信号源上。

9.如权利要求9所述的电路装置，其特征在于，所述PWM模块的调制输入端此外还连接到偏置信号(OS)源(38)上。

10.如权利要求1至5之一所述的电路装置，其特征在于，所述控制电路包含一个相移模块，其时钟输入端连接到在所述第一和第二频率之间扫描的时钟源上，以及其调制输入端连接到频率为所述第三频率(f_a)的信号源上。

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