操作放电灯的设备和方法技术

本发明专利技术设计一种操作高压放电灯的设备，包括：一开关模式电源电路，用于从电源电压提供功率给高压放电灯，该电源电路包括至少一个电源开关元件，以及控制装置，用于控制处于接通和切断状态中的至少一个电源开关元件以便控制提供给高压放电灯的功率或电流。根据本发明专利技术，控制装置通过控制至少一个电源开关元件接通状态下的接通时间（Ｔ↓［ｏｎ］）而适合于控制灯的稳定阶段期间由灯所消耗的功率或灯的上升期间由灯所消耗的电流。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及操作高压放电灯的设备和方法。在小电源范围内稳定状态操作期间操作高强度(HID)放电灯以便延长灯的寿命。此外，在上升操作期间，上升电流，也就是直接在点火之后的电流必须满足严格的条件。该上升电流应该充分地允许快速上升，但不能太大而损害灯。在驱动灯或镇流器电流的驱动电路中，必须控制稳定状态期间的功率水平和上升阶段的电流电平。尤其是，在稳定状态，提供给灯的功率应该保持在一个有限的功率带内，而与灯电压无关(在标准的灯的规格内)并且同样必须限定上升电流以便符合给定的灯的规格。典型地，用于驱动灯的镇流器电路包括连接在电源与灯之间的开关模式电源(SMPS)。由于HID灯在高频上容易受到声共振的影响，所以在方波电流操作中的相对低频率(典型为100Hz)上不能驱动该HID灯。在三级驱动电路设计中，用于HID应用的开关模式电源包括第一级，该级包括预处理器，例如用于整流电源(230V50Hz)的双整流器以及上变频器。第二级包括下变频器(DC-CD转换器)，也称为正向或补偿转换器，用于稳定输出电流。所述镇流器电流的第三级包括用于执行方波电流操作的半或全桥换向器(和点火器)。稳定状态期间的上述功率控制和上升阶段的电流控制用反馈回路来实现。通过测量下变频器的输入电流能够确定下变频器的实际输出功率水平。提供一控制电路以便控制下变频器的输出。假设输入电压恒定，那么下变频器的输入电流与输出功率线性相关。进一步假设下变频器的损耗恒定，那么控制电路基于所测量的输入电流而能够控制下变频器的输出功率。因此，稳定状态期间的输出电流电平通过测量下变频器的输入电流而被控制并且将所测量的输入电流提供给控制电路。在临界不连续模式操作情况中的这类控制称为Ipeak控制。对于指示上升阶段的低的灯电压来说，不是输出功率而是下变频器的输出电流被控制并且被设置为所使用的特殊类型的灯所指定的固定值。特别地，输出电流被限制，也就是，最大下变频器电流被设置为上升电流。对于低的灯电压来说，恒定的功率反馈饱和并且电流被限制。以上反馈控制的缺陷在于其太慢以致于不能充分地稳定灯镇流器相互作用。对于某些类型的灯以及对于在减少的功率水平上操作的灯(调光灯)来说，操作设备能够变得不稳定并且灯可以熄灭。对于其他临界类型的灯，所述操作可以稳定到某一程度。然而，由于例如在换向之后的过冲效果，所述操作设备的性能非常地差。原因之一是必须过滤被检测的输入电流以便消除由开关处理所导致的控制回路的干扰。另一缺陷在于反馈控制能够变得不稳定。此外反馈控制需要相对复杂的电路。在另一简化的两级镇流器设计中，由半桥换向正向(HBCF)或全桥换向正向(FBCF)布局来代替下变频器和换向器桥。然而，在该布局中，测量峰值电流是很难或复杂的，尤其在HBCF布局中，有必要执行峰值电流的控制(Ipeak控制)。所以本专利技术的一个目的是提供开关模式电源给高强度放电灯，其中能够控制稳定状态期间的灯功率和上升期间的灯电流，并且其中能够避免上述缺陷。根据本专利技术，该目的在用于操作高压放电灯的设备中实现，该设备包括开关模式电源电路，用于从电源电压向高压放电灯供给功率和电流，该电源电路包括至少一个电源开关元件；控制装置，用于控制在其处于接通和断开状态下的所述至少一个电源开关元件以便控制提供给高压放电灯的功率或电流；其中控制装置通过控制至少一个电源开关元件接通状态下的接通时间(Ton)而适合于控制在功率稳定阶段由灯所消耗的功率或在电流上升阶段由灯所消耗的电流。借助于控制开关模式电源的接通时间(Ton)而没有任何反馈或测量的正向控制提供了一个稳定的并且简单的控制电路。同样控制的速度与开关模式电源的开关频率相一致并且从而大于使用标准反馈控制的情况下的控制速度。典型的一个标准高速反馈控制提供大约1kHz或更小的控制速度。根据本专利技术的控制速度等于开关模式电源的开关频率并且典型为至少100kHz。优选地，所述至少一个电源开关元件的接通时间(Ton)的值是一预定值，该预定值取决于所用放电灯的类型规格。在稳定阶段期间，每一放电灯在一相对有限的频率带内被驱动，所述频率带是灯类型的特性。而且，在该功率带中驱动灯基本上与灯电压的变化无关。对于每一类型的放电灯来说，灯在标准功率处被驱动是已知的。因此，电源开关元件/多个元件的接通时间(Ton)被预置以致于在指定的标准功率上驱动灯。在使用期限期间具有相对小的灯电压变化的灯的情况中或在很少受所述变化影响的灯的情况中，用于特殊放电灯类型的至少一个电源开关元件的接通时间(Ton)在灯操作期间优选地基本上恒定。所以，相对简单的电路设计将能满足。然而，在临界灯的情况中，在使用期限期间具有相对较大的灯电压变化的灯，或为良好的颜色特性而需要精确的功率水平的灯，和/或在镇流器被提供有调光灯的选项的情况中，优选地功率控制用相对慢的反馈控制被扩充以便确保在宽范围上的恒定瓦特数。该慢速反馈使用下变频器HBCF或FBCF布局的输入电流作为用于反馈回路的输入。该反馈回路确保在宽电压范围上的恰当的功率水平。特别地，在本专利技术的另一实施例中，所述设备包括输入电流确定装置，用于确定电源的输入电流，该输入电流确定装置提供所确定的电流输入的信号表示；反馈装置，所述信号通过该装置而反馈给控制装置，其中控制装置适合于根据所述反馈信号控制至少一个开关元件的接通时间(Ton)。此外，最好添加一相对简单高速的反馈控制，以便提高HBCF或FBCF布局应用情况中的功率控制的性能，在所述布局中输出电容器的去极化处理在换向期间可导致不想要的高峰值电流。该高速反馈使用灯电压作为用于反馈回路的输入。特别地，在本专利技术的又一优选实施例中，设备包括电压确定装置，用于确定灯电压，该电压确定装置体提供被确定的灯电压的信号表示，反馈装置，所述信号通过该反馈装置而被反馈到控制装置；其中控制装置适合于作为所述反馈信号的函数控制至少一个电源开关元件的接通时间(Ton)。附加快速反馈控制的迭代频率等于或稍小于开关模式电源的开关频率。控制装置可包括一个附加的功率控制器，其处理反馈信号并且操作用于控制功率开关元件/多个元件的Ton-时间的分开的控制器装置。所述两个控制器也可组合。在再一优选实施例中，设备包括用于设定一个减少的灯功率水平的调光等级装置，该调光等级装置提供灯的调光等级的信号表示，其中控制装置适合于作为所述信号的函数控制至少一个电源开关元件的接通时间(Ton)。控制装置可包括一个附加的功率控制器，其处理调光信号并且操作用于控制功率开关元件/多个元件的Ton-时间的分开的控制器装置。分别用于精确的功率调节的简单快速或慢速反馈控制器、Ton时间控制器和/或可能的附加调光等级控制器也可被组合为一个单一设备。可在低性能微处理器中实现所述附加控制器，因为A/D转换器的速度对于相对慢的平均功率调节来说不是关键性的。附加慢速反馈控制的迭代频率是100Hz或更小，优选为大约10Hz或更小。由于接通时间(Ton)用远小于开关模式电源的开关频率的迭代频率而能够被迭代地适配，通过Ton正向控制来控制快速功率干扰，同时通过附加反馈电路来控制慢速功率干扰。根据本专利技术的再一方面，提供一种用于操作高压放电灯的方法，该方法包括使用至少一个功率开关元件，从电源电压向高压放电灯提供功率；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作高压放电灯的设备，包括：开关模式电源，用于从电源电压提供功率给高压放电灯，该电源电路包括至少一个电源开关元件；控制装置，用于控制处于接通和切断状态的至少一个电源开关元件以便控制提供给高压放电灯的功率或电流；　 　其中该控制装置通过控制至少一个电源开关元件接通状态下的接通时间（Ｔ↓［ｏｎ］）而适合于控制灯稳定阶段期间由灯所消耗的功率或灯上升期间由灯所消耗的电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DHJ范卡斯特伦，
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[]