CN1188588A - 电路 - Google Patents

Abstract

根据本发明用于放电灯(Ⅰ)的电路包括DC/AC转换器(Ⅱ),其上提供有串联电路,包括位于用来连接到DC电源的第一和第二输入端(分别是5,5’)之间的第一和第二开关元件(分别是1,1’),该串联电路还包括具有位于第一输入端(5)和第一开关元件(1)的控制电极(2)之间的第一阻性装置(R1)的启动电路(F)。DC/AC转换器上还提供有第二阻性装置(R2),它与第一阻性装置(R1)一起形成输入端(5,5’)之间的分压器。因而减少了DC/AC转换器中的电力损耗。

Description

电路

本发明涉及用来控制放电灯的电路，包括DC/AC转换器，它含有：

位于第一和第二输入端之间的用于连接到DC电源的第一和第二开关元件的串联电路，其中每一个开关元件具有一个控制电极和一个主电极，

一负载支路，它至少具有变压的初级绕组、感性装置、和用于连接灯的输出端，该负载支路的第一末端连接到该串联电路的交叉点上的第二末端连接到输入端上，

在第一开关元件的控制电极和第二开关元件的主电极之间的变压器的第一和第二次级绕组，

启动电路，具有第一开关元件的第一输入端和控制电极之间的第一阻性装置，还具有与第一开关元件的控制电极和主电极之间的第一次级绕组串联的第一容性装置。

这样的电路不同于美国专利US4,748,383。启动器电路在接通电路后引发DC/AC转换器的振荡。

变压器的每一个次级绕组与初级绕组比都具有较多的匝数，彼此相对连接具有较低击穿电压的两个齐纳二极管的串联电路包括在每一个开关元件的控制电极和主电极之间。结果控制电极和主电极之间的电压，以下称之为控制电压，具有基本上是矩形波的特性。结果开关时间，即控制电压为零的时刻和控制电压超过阈值电压即开关元件被导通时的电压的时刻之间所经过的时间很短。因此实现了开关元件经过基本相同的时间便处于导通状态。

已知电路中不利的是较多的电力被损耗在限制开关元件控制电压的齐纳二极管上。这不仅降低了开关电路的效率，而且随之而来的发热也会妨碍电路的小型化。如果次级绕组具有较少的匝数，则不必限制控制电压，因此齐纳二极管可被省去或仅仅在打开灯的阶段被用作保护。这样齐纳二极管的电力损耗就小到可以忽略。然而，控制电压梯度则变得梯度更大。这样开关元件的阈值电压之间较小的差异就会导致导通时间，即处于导通状态的持续时间，较大的不同。其结果是开关元件的电力损耗增加。

本发明的一个目的是提供一种可能减少在开始段落中描述的那种电路中的电力损耗的措施。

根据本发明，开始段落中描述的那种电路是为了这一目的，其特征在于DC/AC转换器还另外提供了第二阻性装置，它和第一阻性装置一起形成输入端之间的分压器。分压器使控制电极电压的平均值保持为参考电压并减少不同开关元件之间导通时间的不同。

如果根据本发明电路的第一开关元件具有，例如，相对于第二开关元件较低的阈值电压，第一开关元件具有较长的导通时间。(P)点，在那里负载支路在开关元件的串联电路中有其第一末端，其电压平均值将比相等阈值电压情况下高。由于控制电极电压的平均值保持在该参考电压，所以控制电压的平均值较低。结果第一开关元件的控制电压超过阈值电压的时间间隔减少直到各个开关元件具有近似相同的导通时间。因此，在根据本发明的电路中启动电路不仅引发振荡而且使DC/AC转换器更加对称地工作，因而限制了开关损耗。

要注意的是美国专利US4,684,851公开了一种电路，其中提供了促进DC/AC转换器对称工作的装置。从US4,684,851中了解的电路的装置由较大数目的元件组成。启动电路，独立于该装置运行，包括一个击穿元件。

在根据本发明的电路中，第二阻性装置优选地具有介于第一阻性装置阻值的4/5到6/5之间的阻值。这样开关元件的导通状态持续时间的偏差至多达到近似振荡持续半周期的10％。

根据本发明电路的DC/AC转换器可能是，例如，全桥电路，其中负载支路包括第一附加开关元件，该开关元件的主电极形成负载支路的第二末端，第一附加开关元件和第二附加开关元件一起在输入端之间形成附加串联电路。

或者，电路的DC/AC转换器可能是，例如，在输入端之间具有两个开关元件组成的单支路的不完全半桥电路，同时去耦合容性装置包括在负载支路中。

在另一个实施方案中，DC/AC转换器是完全半桥电路，其中负载支路具有去耦合容性装置，包括第一去耦合容性阻抗，其一侧形成负载支路的第二末端，并与第二耦合容性阻抗一起形成输入端之间的附加串联电路。

去耦合容性装置可以用在负载支路的全桥电路中以确保通过负载支路的净电荷通量等于零。这对于金属蒸汽放电灯如低气压水银放电灯是重要的，以避免灯中的金属移动。

为了保护开关元件通常将其与继流二极管并联。继流二极管可与开关元件制成一体。

电路接通后去耦合容性装置被充电。结果P点的平均电压从零升至额定运行所得的值。这导致从接通到DC/AC转换器额定运行的一段时间通过负载支路的电流不仅具有随电路的振荡频率变化的分量还具有方向保持不变而大小逐渐减至零的分量。这可导致通过负载支路的电流方向在第一振荡周期内保持不变。随着第一开关元件进入非导通状态，电流将流过第二开关元件的继流二极管。当通过负载支路的电流反向时出现继流二极管的恢复时段。这时继流二极管在其反向暂时导通。这导致在第二开关元件的继流二极管处于恢复时段第一开关元件变为导通的一瞬间出现通过开关元件的峰值电流。过高的峰值电流值会损坏开关元件。为了将峰值电流值限制在可接受的水平，有必要选择去耦合容性装置的容值使之较低。然而，这致使该电路不适合在较低频率下运行，例如，频率低于100kHz。这种情况会出现在去耦合容性装置在振荡开始之前已经被充电的情形。

根据本发明电路的优选实施方案的特征在于DC/AC电压是通过用来当电路导通之后使得该开关元件暂时处于导通状态之后在第二开关元件的控制电极和主电极之间施加电压脉冲的装置附加提供的。

在电路导通之后而振荡开始之前，通过第一开关元件的电流会部分地通过第二开关元件流出，这样去耦合容性装置被较慢地充电。这样有足够的时间开始振荡，即使在低振荡频率的情形。

本实施方案的实际实施方案的特征在于施加电压脉冲的装置包括第二和第三容性装置及第三和第四阻性装置，第二容性装置与第二开关元件的控制电极和主电极之间的变压器的第二次级绕组串联起来，同时第三和第四阻性装置形成第二开关元件的控制电极和该主电极之间的串联电路，该阻性装置的公共交叉点被通过第三容性装置连接于第一输入端。

变压器初级绕组与负载支路的其它元件之间的耦合有各种可能。变压器的初级绕组，可以，例如，形成第一子电路，它被负载支路的其它元件组成的第二子电路旁路。或者，初级绕组可以，例如，只与输出端并联。然而，根据本发明的电路的优选实施方案的特征在于变压器的初级绕组与输出端串联。在该实施方案中，转换器的运行基本上不依赖于灯的工作温度。

本发明的这些和其它方面将参照附图更详尽地解释，其中图1和图2分别显示了第一和第二实施方案。

图1显示了运行放电灯I的电路。电路包括DC/AC转换器II，一同提供的还有连接到DC电压源III上的第一和第二输入端5，5’之间的第一和第二开关元件1，1’的串联电路A。每一开关元件1，1’具有控制电极2，2’，主电极3，3’和另一对主电极4，4’。DC/AC转换器还附加提供有负载支路B，它依次具有变压器初级绕组6，去耦合容性装置Co，感性装置L，和用来连接灯I的输出端8，8’。在另一个实施方案中，感性装置与变压器初级绕组制成一体。图1中电路的负载支路还具有与输出端8，8’并联的电容器9和与变压器初级绕组6并联的自感系数可变的线圈10。负载支路B具有连接到位于串联电路A的交叉点P处的第一末端U1和连接到输入端5’的由输出端8’形成的第二末端U2。在第一开关元件1的控制电极2和主电极3之间具有变压器的第一次级绕组7。变压器的第二次级绕组7’位于第二开关元件1’的控制电极2’和主电极3’之间。电容器11连接了第一开关元件1的控制电极2和主电极3。电容器11与两个彼此反向连接的齐纳二极管12，13组成的串联电路并联。同样地，电容器11’和齐纳二极管12’，13’包括在第二开关元件1’的控制电极2’和主电极3’之间。

第一开关元件1的第一输入电极5和控制端2之间的第一阻性装置R1形成启动电路F的一部分。启动电路F还包括第一容性装置C1，它与第一开关元件1的控制电极2和主电极3之间的第一次级绕组7串联。

电路的特征是DC/AC转换器被提供有第二阻性装置R2，它和第一阻性装置R1一起形成输入端5，5’之间的分压器。

在图1所示的电路中，DC/AC转换器II的输入端5，5’通过用来连接AC电压源的输入端14，14’连接到DC电压源III上。DC电压源III包括用来对AC电压源提供的电压进行整流的二极管桥路15a-15d和滤波电容器16。DC电压源III可能包括附加装置，例如用来抑制高频交流干扰和用来改进电路功率因数的装置。

图1还图示了无电极灯I，它具有放电管17和用来在放电管中生成交变磁场的线圈18。线圈18连接到负载支路的输出端8，8’。放电管17在内表面具有透明导电层19，这一层通过电容器20连接到输出端8’中的一个。

图1所示的电路如下运行。当DC电压源III连接到AC电压源上时，电容器16通过二极管桥路15a-15d充电到接近AC电压源的AC电压的最大值。输入端5，5’之间的电压表示第一和第二阻性装置R1，R2组成的串联电路两端的电压。第一容性装置C1和电容器11通过由这一串联电路形成的分压器R1，R2充电。这导致电压高于第一开关元件1的控制电极2和主电极3之间的阈值电压。结果开关元件1进入导通状态，于是电流开始通过开关元件1和变压器初级绕组6流动。去耦合电容装置Co被充电。由于通过变压器初级绕组6的电流，变压器第一次级绕组7的电压升高致使开关元件1不导通。同时，第二次级绕组7’的电压升高致使开关元件1’导通，于是通过负载支路中的变压器初级绕组的电流减少。这一电流强度的变化在次级绕组7，7’中产生电压，它使开关元件1和1’再次分别进入导通和不导通状态，于是DC/AC转换器开始它的新的振荡周期。半桥电压的平均值保持在近似等于由DC/AC转换器额定运行时分压器R1，R2设定的参考电平。结果开关元件1，1’近似具有同样的导通期间，于是开关损耗较低。

在实际实施中，第一容性装置C1由一个容值100nF的电容器构成。10nF电容器形成去耦合电容装置Co。电容器11，11’各具有2.2nF的容值。电容器9，16，20分别具有0.5nF，10μF和4.6nF的容值。实施中感性装置L由自感系数33μH的线圈形成。自感系数可变的线圈10具有极大值310nH，在灯I的放电管17中形成高频磁场的线圈18具有自感系数9.7μH。实施中第一阻性装置R1和第二阻性装置R2各自由4.7MΩ的电阻器形成。IRFU420型MOSFET构成开关元件1，1’。继流二极管1a，1a’一同显示为图中的虚线。二极管15a-15d是U05J4B48型。齐纳二极管12，13，12’，13’具有击穿电压15V。变压器具有环形铁芯，线圈6，7，7’各自具有5匝。

根据本发明的DC/AC转换器的第二实施方案示于图2。其中对应于图1中的元件标号比图1中大50。在本实施方案中第二容性装置C2与变压器的第二次级绕组57’串联，位于第二开关元件51’的控制电极52’和主电极53’之间。第三和第四阻性装置R3，R4在第二开关元件51’的控制电极52’和主电极53’之间形成串联电路。第三和第四阻性装置的公共交叉点Q通过第三容性装置C3连接到第一输入端55。

第二和第三容性装置C2，C3和第三和第四阻性装置R3，R4一同构成用来在电路导通以使该开关元件暂时处于导通状态后给第二开关元件51’的控制电极52’提供电压脉冲的装置G。

DC/AC转换器用于运行带有放电管67的低气压水银放电灯，为了这一目的灯的电极71，71’连接到DC/AC转换器的输出端58，58’上。

图2所示的电路如下运行。当DC/AC转换器II所连接的DC电压源III接通后，Q点电压升高，它表示从第一输入端55的电压升至第二输入端55’的电压的渐变瞬态梯度。电容器61’和第二容性装置C2被这一电压通过第三阻性装置R3充电。结果第二开关元件51’和第一开关元件51几乎同时进入导通状态，于是通过第一开关元件51的电流可部分地通过第二开关元件51’排出。由于第三容性装置C3被充电，电极52’和53’之间的控制电压再次跌落至零，当电路额定运行时装置G不再影响第二开关元件的运行。

在实际实施中，第一容性装置C1由容值47nF的电容器形成。100nF的电容器形成去耦合电容装置Co。电容器61和61’各自具有容值2.2nF。实施中感性装置L有自感系数1.5nH的线圈形成。实施中第一阻性装置R1和第二阻性装置R2各自由4.7MΩ的电阻器形成。第三阻性装置R3和第四阻性装置R4分别由4.7MΩ和10MΩ的电阻器形成。第二容性装置C2和第三容性装置C3都由47nF的电容器形成。IRFU420型MOSFET形成开关元件51，51’。继流二极管51a，51a’在图中用虚线一起表示。变压器具有环形铁芯，线圈56，57，57’各自具有六匝。

Claims (4)

1.一种用来运行放电灯的电路，包括DC/AC转换器，它含有：

位于第一和第二输入端之间的用于连接到DC电压源的第一和第二开关元件的串联电路，其中每一个开关元件具有一个控制电极和一个主电极，

负载支路，它至少包括变压器的初级绕组，感性装置，和用于连接灯的输出端，该负载支路的第一末端连接到该串联电路的结点上，第二末端连接到输入端上，

在第一开关元件的控制电极和第二开关元件的主电极之间的变压器的第一和第二次级绕组，

启动电路，具有在第一开关元件的第一输入端和控制电极之间的第一阻性装置，还具有与第一开关元件的控制电极和主电极之间的第一次级绕组串联的第一容性装置，特征在于和DC/AC转换器还提供有第二阻性装置，它和第一阻性装置一起形成输入端之间的分压器。

2.根据权利要求1的电路，其特征在于DC/AC电压是通过用来当电路导通使得该开关元件暂时处于导通状态之后在第二开关元件的控制电极和主电极之间施加电压脉冲的装置附加提供的。

3.根据权利要求2的电路，其特征在于施加电压脉冲的装置包括第二和第三容性装置及第三和第四阻性装置，第二容性装置与第二开关元件的控制电极和主电极之间的变压器的第二次级绕组串联起来，同时第三和第四阻性装置形成第二开关元件的控制电极和该主电极之间的串联电路，该阻性装置的公共交叉点被通过第三容性装置连接于第一输入端。

4.根据权利要求1至3中任何一个的电路，其特征在于变压器的初级绕组与输出端串联。

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