点亮高压灯的电路和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于点亮高压灯的电子电路。该电路的谐振电路１３用于为高压灯提供点亮电压。为了实现谐振电路中的谐振频率的准确调节，建议该电路还包括：变换器１２，用于产生交流电压，通过该电压来激励谐振电路１３；以及振荡器１４、１６、１７，用于驱动变换器１２，振荡器的输出电压的基频至少接近谐振电路１３的谐振频率的几分之一。最后，建议该电路包括从谐振电路１３到振荡器１４、１６、１７的反馈１７，从而使振荡器的输出电压的基频经过调谐，使得振荡器的输出电压的所得频率实质上正好对应于谐振频率的几分之一。本发明专利技术还涉及相应的照明设备和相应的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及点亮高压灯的电子电路和方法，具体来讲，涉及UHP(超高效)或HID(高强度放电)灯。本专利技术还涉及照明设备。高压灯是先有技术中已知的，并用于例如投影机。为了点亮，它们要求高达数千伏的短时高电压。因此，所需点亮电压明显高于灯泡及其电子系统的正常工作电压。另外，从现在的实践中知道用谐振电路来点亮HID和UHP灯。这些电路通过激励谐振电路的谐振频率来实现电子工作电压的足够高的增加。当通过频率与谐振电路的谐振频率对应的方波电压特性来激励时，采用谐振电路可得到的电压的高增长由下式表示VmaxVDC=1+2π·Q]]>在这个等式中，VDC是谐振电路的工作电压，Q是品质因数。US 6160362描述了用于点亮高压灯的电子电路，其中例如经由桥式电路为谐振电路提供电压。桥式电路由控制电路、例如微控制器来切换。有人建议，通过桥式电路可得到的电压的频率首先以远高于谐振频率开始。检测灯泡两端的电压并降低频率，直到达到点亮所需的电压。据说通过这种方式，电路至多始终工作在点亮所需的电压。但是，对于这种方法，必须确保桥式电路提供的电压的频率不会下降到谐振频率以下。否则，存在元件可能被过高电流损坏的危险。为了确保达到最小所需电压并且频率不会下降到谐振频率以下，因为元件公差而需要电路的选择参数的裕度。有利的是，振荡电路的谐振不是采用频率与谐振频率对应的方波电压特性来激励，而是采用这种方波电压特性的谐波来激励。这样，即使在使用转换较慢的电子模块时也可采用较高的谐振频率。较高的谐振频率在点亮过程中产生相当小的电流，使得可使用较小的元件。当使用谐波时，最大可达电压与工作电压之间的关系根据下式计算VmaxVDC=1+2kπ·Q]]>在这个等式中，k是所用谐波的序数。从等式中清楚地看到，如果谐波用来激励谐振电路，则振荡电路的品质必须相应地较高，以便达到相同的最大电压。例如，如果工作电压VDC为400V且所需最大电压Vmax为5kV，以及如果使用三次谐波，则所需品质因数Q等于54，而如果使用具有谐振频率本身的振荡，则Q只等于16。在用于点亮高压灯的已知电子电路中，谐波通过具有固定设置频率的振荡器来获得。振荡器的输出信号则开关变换器，适当品质的谐振电路连接到变换器的输出端。但是，谐振电路的品质还影响谐振电路的可用带宽。如果谐振频率没有准确匹配，则所达到的电压低于最大可达电压。在上述实例中，1/2Q即0.9％的相对频率误差足以使所达到的电压下降到71％的值。甚至正常元件公差也产生在此限度以上的偏差。因此，本专利技术的一个目的是实现一种用于谐振电路的电子激励的频率控制系统，通过它，激励频率自主地将自己调节到谐振电路的谐振频率的几分之一。用于这种用途的电子电路必须是健壮的，绝不要求所用元件的选择参数的裕度，而且必须防止频率明显下降到谐振电路的谐振频率以下。根据本专利技术，这个目的通过用于点亮高压灯的电子电路来实现。所述电子电路包括谐振电路，用于提供高压灯的点亮电压；以及变换器，用于产生激励谐振电路的交流电压。所产生的交流电压最好是方波形的。另外，根据本专利技术的电子电路包括驱动变换器的振荡器。振荡器的输出电压的基频必须至少接近谐振电路的谐振频率的几分之一。最后，根据本专利技术的电子电路包括从谐振电路到振荡器的反馈。根据这个反馈，振荡器的输出电压的基频被这样调谐，使得振荡器的输出电压的所得频率完全正好对应于谐振频率的几分之一。本专利技术的另一个目的通过照明设备来实现，照明设备中除了所提出的电子电路之外，还包括与电子电路的谐振电路连接的高压灯。根据本专利技术，这个目的同样通过采用由变换器提供交流电压的谐振电路来点亮高压灯的相应方法来实现。本专利技术基于以下概念从谐振电路到振荡器的反馈可用来把振荡频率调谐为实际谐振频率的几分之一。虽然谐振电路的实际谐振频率因元件公差而无法精确地预先确定，向振荡器提供谐振电路中振荡的频率和相位的指示的这种反馈允许精确调节谐振电路的激励。振荡器的基频应该已经接近谐振频率的几分之一。否则，振荡器因反馈而可能自行调节为高于或低于谐振频率的预期份额的份额。在最佳电路的情况下，对于等于比预期高阶的谐振频率的几分之一的频率，谐振电路的品质是不够的，所以没有达到所需最大电压。在最佳电路的情况下，对于等于比预期低阶的谐振频率的几分之一的频率，对电路元件的损坏令人担忧，因为在该情况下出现过度的功率耗散。本专利技术的优点在于，它允许谐波精确且自主地调节到谐振频率。这可实现健壮的电子电路，因为谐振频率的几分之一可选择为适合谐振电路的预期品质以及元件的所选参数。或者，在所选的给定谐振频率的几分之一的情况下，谐振电路的品质可限制为所需最小值，避免了元件的选择参数的裕度。根据本专利技术的电路及方法的有利实施例是所附权利要求的主题。该反馈应该能够尽量没有损耗地测量例如高达5kV的高电压，以及将其减少到适合正常的小信号电子电路处理的水平。但是同时，即使在较低电压时也应该确保充分的反馈，因为谐振电路不是一开始就处于谐振状态，因此仅提供例如400V的低电压。因此，在本专利技术的一个优选实施例中，反馈通过电容性天线来实现，通过电容性天线，即使在大电压差的情况下，也能够可靠地检测谐振电路中的频率。此外，电容性天线具有低损耗，并且使电子电路对于可能在高电压出现的其它电容性影响更不敏感。如果电子电路是印刷电路，则电容性天线有利地采用适当的导体轨道配置的形式。这种导体轨道配置比构造成分立单元的电容元件更便宜且更可靠。虽然根据本专利技术的电路使谐振电路能够可靠地进入谐振模式，但无法准确地预先确定从谐振产生的最大电压。原因首先是元件公差，其次是外部影响、如空气湿度。另外，随着谐振电路的谐振线圈的温度升高，最大电压最初也增大。但是，一旦超过某个电压，这可能对谐振电路的元件造成损坏。因此，在根据本专利技术的电子电路的一个优选实施例中，谐振线圈的磁性材料经过选择，使它正好在达到预期电压时达到饱和。所需电压一般是点亮高压灯所需的电压。这样，可确保不会超过例如5kV的电压的最大值。另外，磁性材料的饱和度的优点在于，对于不断上升的温度，它最初减小，但对电压则相反，导致这两种效应的补偿。因此，通过调节磁性材料对预期电压的饱和度，其它电压控制变得不必要。根据本专利技术的电子电路的振荡器可通过模拟比较器来实现，但也可通过数字PLL(锁相环)来实现。如果采用PLL，则应该为反馈捕捉逆变器的输出和谐振电路的输出，以便在此基础上实现对刚好90°的相位差的调节。通过参照以下所述实施例进行说明，本专利技术的这些方面及其它方面将会显而易见。图中附图说明图1表示根据本专利技术、具有模拟比较器的电路的第一实施例的框图2表示根据本专利技术的电路的振荡器的一个实施例；图3表示在图2的振荡器出现的电压；以及图4表示根据本专利技术、具有PLL控制器的电路的第二实施例的框图。图1中的框图示意说明根据本专利技术、用来点亮高压灯的电子电路的第一实施例。所述电子电路包括直流电压源11，它连接到可通过开关元件驱动的逆变器12。用于为高压灯提供点亮电压的谐振电路13连接到逆变器12的输出端。采用电路板上的铜表面的开端形式的天线17用作实际谐振频率的检测器，并经由匹配电路16连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于点亮高压灯的电子电路，包括：谐振电路（１３），用于为高压灯提供点亮电压；变换器（１２），用于产生交流电压，通过所述交流电压激励所述谐振电路（１３）；振荡器（１４，１６，１７），用于驱动所述变换器（１２），所述振荡器（１４，１６，１７）的输出电压的基频至少接近所述谐振电路（１３）的谐振频率的几分之一，以及从所述谐振电路（１３）到所述振荡器（１４，１６，１７）的反馈（１７），从而使所述振荡器（１４，１６，１７）的所述输出电压的基频经过调谐，使得所述振荡器（１４，１６，１７）的所述输出电压的所得频率实质上正好对应于所述振荡器（１４，１６，１７）的所述输出电压的基频接近的所述谐振频率的几分之一。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P吕尔肯斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]