专利名称：操作放电灯的方法和电路设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用放电灯的操作方法及电路。
该电路由以下部分组成1.一个负载回路，回路中包括一个与放电灯并联的电容器，一个电感线圈，至少另有一个电容器和一个电阻，此电阻用来检测流过负载回路的电流；2.一个逆变器，作为半桥装置，它是由两个电路元件来实现的，两元件由逆变器频率从外部控制。
电源电压在对低压放电灯进行高频条件下操作的串联设备中被整流滤波。该直流电压通常使用一个优选作为半桥设备而装备的逆变器变为高频交变电压，然后该高频交变电压通过一个串联振荡回路供给放电灯电能。
在这样的电路中应当按开关频率将实现控制所需的能量供给开关元件。
在功率范围25W以内，目前通常几乎只是引用所谓的自由振荡电路的各种解决方案，在这些解决方案中，为了控制逆变器亦即半桥设备的开关元件(特别是晶体管)，要么装备一个单独的电流互感器(饱和电流互感器或作为带一定气隙的变压器)，要么在每一个半桥开关的带信号变换网络的灯扼流圈上加绕一个次级绕组。这里，“自由振荡”意味着直接从负载电路取出控制逆变器的开关元件所需的能量。
但是这种自由振荡电路方案有缺点，控制电路中能量的损失(饱和电流互感器、带信号变换网络的放电灯扼流圈上的次级绕组)影响整个设备的效率，以及需要较多的部件(控制电路部件)。
半导体技术的进步使集成电路或者说集成控制方案成为可能，它能够把两个半桥晶体管的控制在一个集成的电路中实现。晶体管的控制功率由通过数字信号控制的驱动器提供。这种电路方案称为“外部控制”方案。
迄今已知的带集成控制的外控半桥设备的实施例使用的是振荡器，这些振荡器通常用一个固定不可调的频率接通和断开逆变器的开关元件(通常为压控三极管，比如场效应晶体管)或者IGBT晶体管(绝缘栅双极晶体管)。
然而使用这种只能预先规定一个振荡频率的解决方案，不使用改变负载电路的自然振荡频率的部件(例如与一部分并联的热敏电阻或者与整个灯并联的电容(图1中的C5)，参见EP0185169B1)几乎是不可能的。
然而在为实现预热而规定一个或几个固定振荡频率的另一可选择的解决方案中，由于下述理由，放电灯在点燃前不能实现灯丝的最优预热。
为预热灯丝，必需相应于负载电路的品质因数曲线这样选择逆变器的频率，即使其处于一个规定的范围之内。如果逆变器的频率处于该频率范围的上界之上，则负载电路中的电流达不到在一个规定的预热时间内使放电灯灯丝加热到发射温度的强度。如果逆变器的频率处于该频率范围的下界之下，则在平行于放电灯(参见图1中EL)接入的电容器(C5)上电压大于放电灯(EL)规定的最大值，因此使放电灯提前点火。
负载电路的品质因数曲线依赖于负载电路(扼流圈L2、电容器C5和C6)决定频率的通常具有容差的部件以及负载电路电阻(主要是灯丝电阻和扼流圈L2的有效电阻)引起的阻尼。
在迄今已知的实施例中同样用具有公差的部件规定振荡器的固定控制频率。
如果不把振荡器频率调整到在一个串接设备中存在的负载电路品质因数的实际值，则在负载回路中电子部件通常所具有的容差的条件下，不能保证实现为预热灯丝所需要的频率。但是逐个调整产品中每一串接设备，从制造成本来说几乎是不可实现的。因为在预热过程中灯丝电阻随着温度升高而增加，负载电路的阻尼也升高。如果预热时期振荡频率保持恒定，则负载电路中的电流随着负载电路的品质因数的减小而减小。
通过降低预热时期逆变器的频率，使负载电路中的电流在整个预热阶段几乎保持恒定，可以改进预热。但是这对使用固定频率的设备来讲是不可能的。
使用逆变器的单一固定操作频率的已知的解决方案的另一缺点来自下述考虑，由fresl=12π·L2·C5·C6C5+C6]]>规定的负载电路的极点必定有一个值，能够以与逆变器在通常的灯操作中所用同样的振荡频率，在与灯并联的接入电容器(图1中C5)上产生足够的电压。因此电容器(C5)具有异常高的容量。结果是在正常的灯的操作期间在放电灯的灯丝中流有较大电流。由此看出，必须配备具有大额定容量的电容器，由此产生另一缺点，灯丝负载过重，设备总效率下降。
由此出发，本发明的任务是给出一个上述技术的方法和电路设备，它在逆变器的开关元件受外部控制时能使灯丝足够预热。
该任务通过权利要求1中规定的方法和电路设备解决。
本发明具有许多优点。
第一个重要的实用优点是它可以以简单的电路技术实现。所有控制功能可以以一个集成电路实现。只需使用相对合理价格的电阻器，即可实现设定该集成电路操作参数的外部布线，从而所建议的方法需要的功能可以以电路技术实现。
所建议方法的第二个重要的优点在于，一种电路所实现的大多数功能从技术上讲可以在放电灯所有操作阶段中得到使用。因此只需预先规定每一阶段特定的操作参数。
根据本发明的方法的另一具有优点的实施例的特征在于，在每一操作阶段，负载电路中电流的单个周期长度要调节到一个可预先规定的额定值。因此实现了一种简单的、结实的、尽可能不具容差的调整原则，因为现在只需要简单的比较功能而不是使用具有容差的调整特性曲线。
就此而言，将负载电路中正、负半波调整到同一额定值是很具优越性的。通过规定负载电流正、负半波具有同一额定值，从根本上保证了在建立额定值时，容差对负载电流的正半波和负半波起同样的作用，因此在两个半桥开关元件(晶体管T1、T2)的脉冲占空因数之间的比例保持不变。该项优点之外，尚有另外的优点，即建立单一的额定值要比为正、负半波负载电流分别建立额定值在电路技术上容易实现。
因此，为了调整负载电路电流的周期长度，要采集负载电流一个半振荡或者全振荡的电流-时间-面积的实际值，并将该面积与在每一当前操作阶段的负载电流的一个半振荡或全振荡的电流-时间-面积的额定值比较。在实际值和额定值一致时，以下述方式控制逆变器，即把正在导通的开关元件(例如T2)关断，而将当时关断的开关元件(例如T1)导通。这里，实际值超过额定值足以作为调整准则，以改变逆变器的状态。通过采集实际电流-时间-平面并将其与一额定电流-时间-平面比较，在为实现调整目标所需的与负载回路电流时间曲线有关的时刻， 自动将当前导通的开关元件关断。
在这个关系上进一步规定，在关断正在导通的开关元件和导通正被关断的开关元件之间要存在一个可预先设定的延迟时间。该延迟时间使得减轻开关元件的负荷成为可能，实现的方法可以是将至少一个电容并联到两个开关元件中的至少一个上。由此，限制了半桥电路在切换时在半桥的中点(图1中引线9)出现的电压梯度dU(t)/dt。从当前正在导通的开关元件的关断时刻开始由存储在扼流圈(L2)中的能量对电容充电，在此期间，两个半桥开关元件均不导通。
在这个关系上根据本发明进一步规定，在点燃阶段结束后紧接着的起动阶段的一个第一时间区间内建立负载电流的一个不随时间变化的第三额定值以确立一个可预先设定的第三时间区间。通过在点燃阶段结束后给定第三额定值，可以在一个预前设定的时间区间内提高负载电路中的电流，以便加速放电灯起动过程和迅速达到额定发光电流值。
在这个关系上进一步规定，在起动阶段的第二时间区间建立一个随时间变化的第二额定值，这个值从不随时间变化的第三额定值连续变为不随时间变化的第二额定值。通过连续转移第三额定值到第二额定值，可以实现从相应于第三额定值的实际值到相应于第二额定值的实际值的一个连续的以及为放电灯的观察人员几乎不可察觉的过渡。
现在根据
本发明。
图1表示根据本发明的电路设备的一个实施形式；图2表示按照图1的电路设备的控制电路的功能框图；图3是表示控制逆变器的频率和在灯点燃前和点燃后负载电路的固有谐振频率之间的关系图4是从图1或者图2的电路中选出的一些电路部件的输出信号时序曲线。
图1示出的根据本发明操作放电灯EL的电路设备的实施例在输入侧有一个保险丝SI，其后接一个整流器BR。整流器的输出端跨接一个滤波电容C1。后面连接的电感L1和电容C2构成一个抑制无线电干扰装置(Funkentsrungsglied)。
电路部件IC可以像图2表示的那样构建，它是控制晶体管T1(控制电路IC的基本电极或门电极引线10上的)和晶体管T2(控制电路IC的基本电极或门电极引线8上的)的控制电路。两个晶体管T1和T2构成一个半桥设备，更确切地说是一个逆变器。电阻R3、R4、R5和R6一端接在引线2到5，另一端接在引线6上。通过电阻R3建立一个预热阶段的负载电流的额定值(SW1，图4a)，通过电阻R4建立一个正常操作阶段的负载电流的额定值(SW3，图4a)。通过电阻R5规定在关断一个晶体管之后接通另一个晶体管之前的一个时延。它的功能将根据图2来说明。
电容器C7用于电路部件IC的电源电压的滤波。在图1所示整个设备起动时该电容器通过电阻R1由电网接收电能充电。为减少在电阻R1上的损耗，该电阻选择极高的欧姆值。但是为使部件IC有足够的电源电压，需要一个比通过R1导入的电流更大的电流。因此在整个设备操作时电路部件IC与逆变器同步由负载电路的能量供电。为此，以及为减轻两个开关元件T1和T2的开关负载，在半桥的中点(IC的引线9)和两个二极管D2和D3的连接点之间接入电容器C4。
如果T1导通，则电容器C4充电到C2减去C7的电压。现在如果关断T1，则C4通过向扼流圈L2存储能量经由负载电路(L2、EL/C5、C6和R2)以及二极管D3放电。通过这个过程限制在半桥中点(IC引线9)的电压梯度dU(t)/dt和在T1中的开关损耗。在T2导通时，C4处于放电状态。如果现在T2关断，则C4由在扼流圈L2中存储的能量经由二极管D2、电容器C7和负载电路(L2、EL/C5、C6和R2)充电。这个充电电流使电容器C7充电，以和上述类似的方式限制半桥中点(IC引线9)的电压梯度(dU(t)/dt)和在T2中的开关损耗。
可以通过在图1中所示的、把二极管D3作为齐纳二极管限制电容器C7上的电压。C7的充电只能在C7的电压加上二极管D2的导通电压小于二极管D3的齐纳电压时才能实现。
另一个限制C7上电压的可能方案是在电路部件IC上接一个齐纳二极管，其阴极接引线1而阳极接引线6。
当晶体管T2导通时(由D1和C3组成自举级)，通过一个可配置在电路部件IC之内(在引线1和11之间)或之外的二极管D1可以给与电路IC的引线9连接的电容器C3充电。
在电路IC的引线9和6间的负载电路接入放电灯EL；该负载电路由串联的扼流圈L2、与电容C5并联的放电灯EL，电容器C6和一个接在控制电路IC的引线6和7之间的分流电阻器R2组成。电阻R2采集负载电路上流过的电流；采集的电流值送到控制电路IC的引线7，控制电路IC继续处理这一电流值，下面还要说明。
在灯EL点燃前，亦即在预热阶段和点燃阶段，负载电路有一个频率为fres1的极点，频率fres1由公式fres1=12π·L2·C5·C6C5+C6]]>给出。
由于放电灯的点燃产生一个阶跃的具有频率为frea2的第二极点，频率fres2近似由公式fres1=12π·L2·C6]]>表示，因为现在与灯并联的电容(图1中C5)几乎被灯短路。
第一极点的频率fres1(图4中预热阶段TV和点燃阶段TZ)大于第二极点的频率fres1(图4中的起动阶段TA和正常操作阶段TN)，因为C6大于由C5和C6串联的电路。以此在预热阶段TV和点燃阶段TZ的负载电流的周期小于在起动阶段和正常运行阶段的负载电流的周期。
图2表示在图1中所示的控制电路IC的一个实施例的功能框图。图2中所表示的单一的或者所有的功能框都可以作为集成电路实现。
控制电路IC的结构下面说明控制电路IC的一个实施例的结构。
控制电路IC具有输入端(引线7)的输入级ES。输入级ES与电流调节电路SR通过它的第一输入SRE1连接。电流调节电路SR进一步又通过它的第二输入SRE2与电流额定值产生电路SWE连接和通过第三输入SRE3以及输出SRA1与一个输出级AS连接。
电流额定值产生电路SWE通过第一输入SWEE1与计数器Z和通过第二输入SWEE2与D/A转换器DAW连接。进一步，在同时作为控制电路IC的引线2和3的电流额定值产生电路SWE的另外两个输入SWEE3和SWEE4上接有电阻器R3和R4。通过R3实现一个不随时间变化的额定值SW1(图4a)，通过R4实现一个不随时间变化的额定值SW5(图4a)。
脉冲发生器TG通过输入TGE1与点燃识别电路ZE连接。它进一步又通过第一输出TGA1与计数器Z连接，和通过第二输出TGA2与点燃识别电路ZE连接。同时作为控制电路IC的引线5的一个输入TGE2与电阻R6连接。
点燃识别电路ZE通过输入ZEE1与脉冲发生器TG连接，通过第二输入ZEE2与输出级AS和通过第三输入ZEE3及第三输出ZEA3与计数器Z连接。点燃识别电路ZE通过第一输出ZEA1与脉冲发生器TG和通过第二输出ZEA2与输出级AS连接。
计数器Z通过第一输入ZE1与低压保护电路USS、通过第二输入ZE2与脉冲发生器TG以及通过第三输入与ZE3和第一输出ZA1与点燃识别电路ZE连接。计数器Z通过第二输出ZA2与电流额定值产生电路SWE以及通过第三输出ZA3与D/A转换电路DAW连接。
输出级AS通过第一输入ASE1与低压保护电路USS、通过第二输入ASE2与电流调节电路SR以及通过第三输入ASE3与点燃识别电路ZE连接。输出级AS通过第一输出ASA1与时延网络TZG以及与点燃识别电路ZE连接，通过第二输出ASA2与电流调节电路SR连接。
时延网络TZG通过输入TZGE1与输出级AS、通过第一输出TZGA1与第一晶体管T1(图1)的一个第一驱动器TT1和通过一个第二输出TZGA2与第二晶体管T2(图1)的一个第二驱动器TT2连接。同时作为控制电路IC的引线4的一个输入，TZGE2与R5连接。
第一晶体管T1(图1)的第一驱动器TT1和第二晶体管T2(图1)的第二驱动器TT2通过输入TT1E1和TT2E1与时延网络TZG连接。第一驱动器TT1通过IC-引线1亦即VS相对于在IC引线6亦即GND的电位差供给为控制晶体管T1所需要的电能。第二驱动器TT2通过由电容器C3和二极管D1组成的自举级经由IC-引线11亦即BOOT相对于IC引线9亦即OUT上的电位差供给为控制晶体管T2需要的电能。
第一驱动器TT1通过它的输出TT1A1(同时作为控制电路IC的IC-引线10)控制第一晶体管T1(图1)而第二驱动器TT2通过它的输出TT2A1(同时作为控制电路IC的IC-引线8)控制第二晶体管T2(图1)。
参考电压电路REF为控制电路内各个电路元件提供参考信号，它具有高精度和对实际周围环境理想的独立性。为此目的，它与IC-引线6亦即GND和与电容器C7连接(图1)的IC-引线1亦即VS相连。
低压保护电路USS分析在IC-引线1(图1)亦即VS上的电源电压的高低。如果该电压低于一个预先规定的值，则输出级AS通过一个相应的信号封锁其输入ASE1，并设定为一个特定的初始状态。同时，当上述电压低于预先规定的值时，计数器Z由低压保护电路USS通过计数器输入ZE1复位到它的规定的初始计数器读数。
控制电路IC的工作方式下面说明控制电路IC的本实施例的工作方式。
在给整个设备施加电网电压时，当在IC-引线1(图1)亦即VS上有足够高的电压，使得由低压保护电路USS通过输出级AS产生控制作用时，将电流调节电路SR的一个积分器置为一个规定的开始值，同时半桥晶体管T1导通，它把负载电路接入整流滤波的电网电压中。
由此，在负载电路中开始有电流流过放电灯扼流圈L2、电容器C5、灯的两个灯丝、电容器C6以及电阻器R2，该电流根据负载电路的谐振结构以正弦形状起振。
现在在电流调节电路SR的积分器的输出产生一个余弦变化的电压，它接近从一个规定不变的初始值出发由额定值产生电路SWE在负载电路中负载电流第一半波的时间过程中建立起来的额定值。
以此，积分器的输出可以从一个高的起始值下降(负载电流的下积分)或者从一个低的起始值升高(上积分)。下面仅就上积分举例说明。
如果积分器的输出电压达到额定值，则电流调节电路SR的一个比较器在输出SRA1上提供一个脉冲形状的信号(图4f)，其进一步导向输出级AS。它产生下面的结果，使导通的半桥晶体管T1关断和在该时刻关断的晶体管T2在一段由时延网络TZG实现的时延tT(图4，行e1和e2)之后接通。在这段时延tT期间，积分器同时向它的初始值复位。在经过时延tT之后，随着晶体管T2的接通，积分器立即由谐振电流积分，直到它的输出电压和额定值再次一致，晶体管T2关断并再次经历一段时延，之后晶体管T1接通并因此使负载电流继续进行下一次振荡以及所有后继的振荡的周期。
这种自振荡运行的优点是不必在控制电路中为激励串联振荡而使用振荡器。
在负载电路(图1)中电流IL的实际值的采集以及因此其频率的采集在灯的所有运行阶段通过分流电阻R2实现，这里，在该电阻上的电压降Ushunt引向输入级ES。
输入级ES放大该电压降，并这样处理它，即负载电流的每一半波可以由接在输入级ES后面的电流调节电路SR单个处理。
电流调节电路SR由一个在图2中未示出的积分器和一个在图2中未示出的比较器组成。
积分器对输入级ES的输出信号进行积分，此信号由输入端SRE1接收，积分值从一个固定的，预定的初值Uint(t＝0)开始，按照Uint=1Rint·Cint·∫t=0t=tendeUshwu(t)·dt]]>(当T1或者T2接通时，t＝0；当T1或者T2切断时，t＝tende)的规律增加。在上面的公式中，Rint和Cint表示为用电路技术实现SR中积分功能所必需的一个电阻和一个电容。
比较器比较积分器的输出电压Uint和由电流额定值产生电路SWE建立的、通过输入端SRE2流入电流调节电路的负载电流的额定值(图4中SW1、SW2(t)、SW3、SW4(t)、SW5)。
电流额定值产生电路SWE在预热阶段(图4)产生负载电流的一个第一不随时间变化的额定值SW1(图4a)，其相应于在预热阶段中所希望的预热电流实际值。
在点燃阶段TZ(图4)电流额定值产生电路SWE产生负载电流一个随时间变化的额定值SW2(t)，其从负载电流的第一不随时间变化的额定值SW1过渡到一个预先规定的值(例如图4中的SW2max)。
在起动阶段TA的第一部分TA1，电流额定值产生电路SWE产生负载电流的一个第二不随时间变化额定值SW3，其相应于在起动阶段TA的第一部分TA1的负载电流的一个希望的实际值。
在起动阶段TA的后续的第二部分TA2，电流额定值产生电路SWE产生负载电流的一个第二随时间变化额定值SW4(t)，其从负载电流的额定值SW3过渡到在正常运行阶段TN的负载电流的一个额定值SW5。
在正常运行阶段TN，电流额定值产生电路SWE产生负载电流的一个第三不随时间变化的额定值SW5，其相应于在正常运行阶段TN负载电流的一个希望的实际值。
电流额定值产生电路SWE既由计数器Z的输出信号(通过输入SWEE1)也由D/A转换器DAW的输出信号(通过输入SWEE2)控制。
如上所述，电流额定值产生电路SWE在每一运行阶段为负载电路中的电流IL的每个半波产生电流-时间-面积相应的额定值。通过它的输入SWEE1，电流额定值产生电路SWE从计数器Z(图4h)的输出ZA2得到整个设备是处于预热阶段TV、点燃阶段TZ(灯EL未发光)还是处于起动阶段TA或者正常运行阶段TN(灯EL发光)的信息。
对于两个阶段组(1灯不发光；2灯发光)通过各自的一个外部电阻(R3、R4)产生一个预先规定的不随时间变化的额定值(参考图4aSW1或者SW5)。如果此时D/A转换器DAW通过输入SWEE2给电流额定值产生电路SWE提供一个模拟信号，则根据在输入SWEE1上的输入信号的状态，不随时间变化的额定值SW1(预热/点燃阶段由R3决定的)或者另一不随时间变化的额定值SW5(起动/正常运行阶段由电阻R4决定的)相应于在电流额定值产生电路SWE的输入SWEE2上的模拟信号的时间过程和大小而变化。由此建立一个随时间变化的第一额定值SW2(t)、一个不随时间变化的第三额定值SW3和一个随时间变化的第二额定值SW4(t)。
当上积分的实际电流-时间面积超过一个额定电流-时间面积并因此当电流调节电路-积分器的输出电压Uint超过当时的额定值(SW1、SW2(t)、SW3、SW4(t)、SW5)时，电流调节电路SR的比较器通过SR-输出SRA1一直给输出级AS提供控制脉冲(图4f)。
另外，在时延网络TZG的每一tT(图4e1、4e2)期间电流调节电路SR的积分器通过其与输出级AS的输出ASA2联结的第三输入SRE3置为初始状态，以便为负载电流IL的下一半波开始下一个上积分过程。
脉冲发生器TG由一个时间元件和一个反馈网络组成，前者规定一个周期，周期结束时，在运行脉冲发生器的输出TGA2上产生一个时间有限的输出脉冲(图4c)，后者保证在产生输出脉冲后重新开始一个周期。由此产生的自由运行的多谐振荡器以固有频率fTG=ItTG]]>振荡。周期tTG可由外部电阻R6(图1)预先规定。
脉冲发生器TG具有一个控制输入TGE1，以便使其能够用作时间测量元件如果有控制信号加在该控制输入TGE1上，则只要该控制信号存在，时间元件转移到处于开始任一振荡周期的自由振荡的状态。
于是使用脉冲发生器可以不依赖它的时间元件的瞬时状态而预先规定一个从固有频率fTG偏离的振荡频率的周期的开始。
当脉冲发生器TG的时间元件通过它的反馈网络在一个周期tTG过去之后复位到相应于一个周期tTG的开始的状态时，脉冲发生器TG在输出TGA2始终提供控制脉冲(图4d)。
在脉冲发生器TG的输出TGA1提供将脉冲发生器的时间元件恢复到它的起始状态的控制信号并将其输送到计数器Z。如果脉冲发生器TG在点燃阶段作为时间测量元件工作，则在输出TGA2上一开始并不产生任何信号，通过输出TGA1具有与逆变器相应的频率的控制信号进一步引向计数器Z。在TV、TA和TN等空载运行阶段时，脉冲发生器TG在两个输出TGA1和TGA2上产生同步的等频信号。
当脉冲发生器的控制输入TGE1上两个相继的控制脉冲之间的持续时间大于由脉冲发生器的固有振荡频率fTG的时间元件确定的周期tTG的长度时，在脉冲发生器的输出TGA2上正好在点燃阶段(待说明的ZE激活)产生一个脉冲(图4d)。
计数器Z通过它的输入ZE1由低压保护电路USS向一个规定的初始计数器读数复位。从这个初始计数器读数出发计数器Z通过它的输入ZE2计数由脉冲发生器TG引来的控制脉冲。在达到预热阶段所希望的时间TV之后(图4)产生的一个预先规定的计数状态时，计数器Z通过它的输出ZA1激活点燃识别电路，以此开始点燃阶段。
通过计数器输入ZE3向计数器Z报告点燃阶段的结束。
计数器Z通过在输出端ZA1上供使用的信号的状态通报点燃阶段。计数器Z通过在输出端ZA2上供使用的信号的状态通报整个设备是处于预热/点燃阶段TV/TZ(灯不发光)还是处于起动/正常运行阶段TA/TN(灯发光)。
计数器Z在其输出ZA3上将确定的单系列可预先规定的、顺序计数值(例如计数器读数为298到450)提供使用，其在D/A转换器DAW中转换为相应于当前计数器读数的模拟信号。这一随时间变化的模拟信号能够随时间连续改变负载电路中一个电流半波的电流-时间-平面的额定值SW2(t)和SW4(t)，它们分别是在点燃阶段TZ和在起动阶段TA的TA2部分(图4)为电流调节电路SR预先规定的。
D/A转换器DAW转换由计数器Z传送给它的计数器读数为模拟信号。如果在计数器Z的输出ZA3上无任何计数器读数可用时，则DAW不提供任何信号给电流额定值产生电路SWE。
输出级AS使用一个二进制信号这样控制后接的时延网络，即在其一个输入端ASE2(与电流调节电路SR连接)或者ASE3(与点燃识别电路ZE连接)每次出现控制信号后，该二进制输出信号ASA1改变它的状态(反转触发器功能)。通过输入ASE1，输出级可以由低压保护电路USS带到一个规定的状态。
时延网络TZG由输出级用一个指示半桥(图1中T1、T2)状态的二进制信号供给。如果该二进制信号的状态在输出级的输出ASA1上亦即在时延网络TZG的输入TZGE1上改变，则时延网络TZG不加延迟关断正被激活的驱动器(例如TT1)并在由一个外部电阻R5预先规定的时延tT之后激活下一未激活的驱动器(例如TT2)(图4e、4e1、4e2)。
两个功率驱动器TT1、TT2放大时延网络TZG的控制信号并通过IC-引线8亦即LVC(低电压门)和IC-引线10亦即HVG(高电压门)直接控制半桥晶体管T1、T2(图1)。
点燃识别电路ZE用作信号路径的接续设备如果计数器Z通过在其输出ZA1上的信号指示点燃识别电路ZE点燃阶段TZ开始(图4g)，则它把脉冲发生器输出TGA2加在输出级AS的输入ASE3和把输出级AS的输出ASA1加在脉冲发生器输入TGE1上。
ZE还释放从AS到TG的信号路径，从而把TG的时间元件通过AS的控制脉冲设定在相应于时间元件的一个周期的开始的状态(ZEE2和ZEA1之间的连接路径)，以及把从TG的输出TGA2的控制脉冲引向输出级AS的输入ASE3(ZEE1和ZSA2之间的连接路径)。
因此能够实现输出级AS在点燃阶段使脉冲发生器的输出TGA1与逆变器的频率同步，从而只要由电流调节电路SR规定的逆变器频率finv(图3)大于脉冲发生器TG的空载频率fTG，则在脉冲发生器输出TGA2上一直不出现控制脉冲。
在点燃阶段TZ，脉冲发生器TG能够在时间元件记忆的周期tTG结束之后改变输出级AS的状态并因此通过计数器的输入ZE3通报计数器Z，以此电流额定值产生电路SWE把额定值置为相应于起动阶段TA的值SW3。
当在点燃阶段SR的两个控制脉冲之间的持续时间大于TG的周期时正是这种情况。
由在图2中表示的控制设备IC实现的功能也可以由一个另外的结构化的控制设备，特别也可以由一个微处理器实现。
图3表示整个设备工作区间的频率范围的原理图。横座标给出逆变器工作的频率范围，纵坐标给出负载电路中的电流IL或者在放电灯EL上的电压UT。
图3表示两个品质因数曲线1.负载电路在灯点燃前具有极点fres1和从属的频率范围fTVmin≤fInv≤fTVmax的品质因数曲线G1，该频率范围由对灯的灯丝的预热的需求而给出。
2.具有极点fres2的在灯点燃时的负载电路的品质因数曲线G2。
对在预热阶段TV的逆变器频率fINV的上限fTVmax由下面规定，即在规定的预热持续时间TV预热电流不能低于为所使用的灯丝的一个最小值，否则灯丝不能达到发射能力。
对在预热阶段TV的逆变器频率fINV的下限fTVmin由下面规定，即在灯丝预热阶段跨接在电容器C5上的灯EL(图1)的电压UL不得超过一个由灯确定的最高值，否则会导致预热前点燃。(提早点燃)。
在根据本发明的操作放电灯EL的方法中，逆变器及负载电流的频率fINV＝fTV应调节得几乎与其频率范围的下限fTVmin一致。以此在一个短的时间内达到灯丝的最优预热。除了根据本发明的方法这一极有意义的优点外，还有其它的优点，即可以以下面的方式对随灯丝加热负载电路品质因数减小(和因此在恒定频率时减小的电流)作出反应，即通过控制减小逆变器频率fINV而使预热阶段灯上的电压和流过灯丝的电流几乎恒定。
在预热阶段TV结束时，逆变器频率fINV＝fTZ(t)减小到接近负载电路的极点fres1的程度并因此在灯(EL/C5)上产生足够点燃灯的电压U。
正如已经说明的，在灯EL点燃的瞬间负载电路的极点跳跃到值frs2，因为现在与灯并联的电容(图1中C5)通过灯几乎短接。
负载电路在点燃时和点燃后与点燃前比较具有明显低的固有振荡频率。
根据本发明的方法进行点燃识别时，这一频率跳跃将会被识别到，并且把通过实际值-电流-面积达到额定值-电流-面积所经过的持续时间与脉冲发生器的周期tTG进行比较。
根据本发明这样选择脉冲发生器的频率fTG(图3)，使其小于极点频率fres1而大于极点频率fres2。
根据本发明，在预热时脉冲发生器TG的频率fTG只要灯未点燃就小于逆变器频率fINV。
根据本发明，在灯EL点燃后，电流调节电路SR中实际-电流-时间-面积上积分到相应于其额定的数值所需要的时间区间大于脉冲发生器TG的周期tTG。这意味着，点燃后脉冲发生器TG的频率fTG大于逆变器频率fINV。
在起动阶段TA和正常运行阶段TN，这样调节逆变器频率fINV，使得负载电流IL根据灯点燃时负载电路的当前给定的品质因数曲线G2进行调节。fTA是起动阶段的逆变器频率fINV，fTN是正常运行阶段的逆变器频率fINV。在连续地从起动阶段向正常运行阶段过渡时，逆变器频率fINV升高相应于额定值SW4(t)从fINV＝fTA到fINV＝fTN减少的数值。
图4表示a)负载电流额定值的时间曲线，b)脉冲发生器TG输出电压的时间曲线，c)脉冲发生器TG在输出TGA1上的电压，d)脉冲发生器TG在输出TGA2上的电压，e)输出级AS的输出ASA1上的电压，e1)驱动器TT1的输出TT1A1上的电压，e2)驱动器TT2的输出TT2A1上的电压，f)电流调节电路SR的输出SRA1上的电压，g)计数器Z的输出ZA1上的电压，h)计数器Z的输出ZA2上的电压。
所述电压曲线用以表示预热阶段TV，具有点燃时间点t2的点燃阶段TZ，起动阶段TA和正常运行阶段TN。
图4a表示额定值SW1、SW2(t)、SW3、SW4(t)和SW5的发展。值SW2(t)升高，直到识别到点燃(时间点tZE)。在时间区间TA1建立SW3。在其结束时(当计数器达到一个规定的读数时)在时间区间TA2根据由DAW建立的模拟信号建立额定值SW4(t)。最后在其结束时(当计数器达到另一个规定的读数)在时间区间TN建立额定值SW5。
图4b表示脉冲发生器TG的时间元件的输出电压曲线。在时间区间TV、TA(TA1和TA2)和TN，脉冲发生器以周期tTG工作在自由振荡状态。从点燃阶段TZ开始，时间元件在第一次以及以后每次碰到电流调节器SR的输出SRA1的信号时都被置为初始状态并因此与逆变器的频率fINV同步。如果在周期tTG内未在输出SRA1上出现以灯的点燃为条件的信号，则据此识别到在时间点tTG灯点燃，点燃阶段结束。
图4c表示了脉冲发生器TG的输出TGA1上的信号。当脉冲发生器的时间元件置位到它的初始状态时(图4b)，总会出现一个控制脉冲。在点燃阶段TZ，TGA1上的控制脉冲的频率相应于逆变器频率fINV(同步操作)，而在点燃阶段之外，相应于自由振荡的脉冲发生器的频率fTG。
图4d表示脉冲发生器TG的输出TGA2上的信号。仅当脉冲发生器的时间元件由反馈网络在其周期tTG的结束时置为初始状态时(图4b)，才出现一个控制脉冲。只要时间元件由输入TGE1上的信号在周期tTG结束之前复位，在点燃阶段就不产生控制脉冲。
图4e表示输出级AS的输出信号ASA1。如图4e1和4e2所示根据输出信号的值，对两个半桥电路元件T1、T2进行控制。紧接着每次状态转换，其中一个导通的电路元件被关断，开始一个时延，其后先前未接通的电路元件被接通。
图4f表示电流调节电路SR的输出SRA1上的信号。当采集的实际-电流-时间面积大于规定的额定-电流-时间面积时，总是出现控制脉冲。控制脉冲引起输出级AS亦即信号ASA1(图4e)的状态变换。脉冲发生器TG紧接着点燃时间点tZ之后的一个周期tTG之内在输出SRA1上不出现任何控制脉冲。
图4g表示计数器Z的输出信号ZA1，其通过一个信号例如“1”指明点燃阶段TZ。
图4h表示计数器Z的输出信号ZA2，其通过一个信号例如“1”指明灯EL发光(起动阶段TA和正常运行阶段TN)。
权利要求
1.通过一个包括放电灯(EL)、与放电灯并联的电容器(C5)、一个扼流圈(L2)、至少一个另外的电容器(C6)和一个采集在负载电路中流过的负载电流(IL)的电阻(R2)组成的负载电路，和通过一个可以作为半桥设备用两个由逆变器频率(fINV)外部控制的电路元件(T1、T2)所实现的逆变器操作放电灯(EL)的方法，其特征在于，执行下述处理步骤-在预热阶段(TV)-采集负载电流(IL)的实际值；-建立负载电流(IL)第一不随时间变化的额定值(SW1)，其与在预热阶段负载电流的一个希望的实际值相对应；-激活一个以频率(fTG)空载运行的脉冲发生器(TG)，该频率小于未点燃灯时的负载电路的极点频率(fres1)而大于灯点燃时的负载电路的极点频率(fres2)；-在经过一个预先规定的时间区间(TV)后结束预热阶段；-在点燃阶段(TZ)-采集负载电路中的负载电流的(IL)的实际值；-建立负载电流的一个随时间变化的额定值(SW2(t))，它从负载电流(IL)不随时间变化的额定值(SW1)过渡到一个可预先规定的值(SW2max)；-把脉冲发生器(TG)与逆变器的频率(fINV)同步；-一旦负载电流(IL)的额定值达到一个值，在该值下一个半桥电路元件的接通持续时间大于空载脉冲发生器(TG)的周期(tTG＝l/fTG)时，结束点燃阶段；-在正常运行阶段-采集负载电流(IL)的实际值；-建立负载电流第二不随时间变化的额定值(SW5)，该额定值(SW5)与在正常运行阶段的负载电流的实际值相对应。
2.通过一个包括放电灯(EL)、与放电灯并联的电容器(C5)、一个扼流圈(L2)、至少一个另外的电容器(C6)和一个采集在负载电路中流过的负载电流(IL)的电阻(R2)组成的负载电路，和通过一个可以作为半桥设备用两个由逆变器频率(fINV)外部控制的电路元件(T1、T2)所实现的逆变器操作放电灯(EL)的方法，其特征在于，在灯运行的每一阶段，负载电流的每半个周期都调节为一个预先规定的额定值。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，负载电流(IL)的正负半波调节为同一值。
4.根据权利要求2或者3的方法，其特征在于，为控制负载电流的周期，采集负载电流一个半振荡或者全振荡的电流-时间-面积的实际值，并把该面积与在每一当前运行阶段的一个半振荡或者全振荡的电流-时间-面积的额定值比较，在负载电流的实际值与额定值一致时通过关断当时接通的电路元件(T2)和接通当时断开的电路元件(T1)来控制逆变器。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在关断当时接通的电路元件(T2)和接通当时断开的电路元件(T1)之间实现一个可预先规定的时延(图4e中的tT)。
6.根据上述权利要求中任何一个权利要求的方法，其特征在于，在起动阶段(TA)的第一时间区间(TA1)，紧接着点燃阶段的结束建立负载电流的一个不随时间变化的第三额定值(SW3，图4a)。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在起动阶段(TA)的第二时间区间(TA2)建立第二随时间变化的额定值(SW4(t))，其从不随时间变化的第三额定值(SW3)出发连续地过渡到第二不随时间变化的额定值(SW5)。
8.根据权利要求1和2的方法。
9.根据权利要求8和权利要求3到7中的任何一个所要求的方法。
10.执行根据上述权利要求中的任何一个权利要求的方法的电路设备。
11.根据权利要求10的电路设备，其特征在于，该电路设备具有一个放电灯(EL)、一个包括放电灯(EL)，一个与该放电灯并联的电容器(C5)、一个扼流圈(L2)、至少一个另外的电容器(C6)、和一个采集负载电流的元件(R2)的负载电路以及作为带外部控制电路元件(T1、T2)的半桥设备的逆变器和一个脉冲发生器(TG)。
12.根据权利要求11的电路设备，其特征在于，具有一个控制电路(IC)用于控制由外部控制的电路元件(T1、T2)，同时，该其中控制电路(IC)的操作参数可由电阻(R3、R4、R5、R6)预先规定。
13.根据权利要求12的电路设备，其特征在于，控制电路(IC)具有脉冲发生器(TG)、一个点燃识别电路(ZE)和一个计数器(Z)。
14.根据权利要求12或者13的电路设备，其特征在于，控制电路(IC)具有一个电流额定值产生电路(SWE)。
15.根据权利要求14的电路设备，其特征在于，控制电路(IC)具有一个电流调节电路(SR)。
16.根据权利要求12到15中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，控制电路(IC)具有一个时延网络(TZG)和为驱动外部控制的电路元件(T1、T2)的一个第一驱动器和一个第二驱动器(TT1、TT2)。
17.根据权利要求12到16中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，控制电路(IC)是作为集成电路实现的。
18.根据权利要求13到17中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，脉冲发生器(TG)具有一个规定它的自然振荡频率(fTG)的周期(tTG)的时间元件，并以下述方式安排，它在时间元件复位到一个周期的开始状态时提供一个脉冲供计数器Z使用。
19.根据权利要求13到18中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，脉冲发生器(TG)与计数器(Z)连接，计数器计数脉冲发生器(TG)输出信号和在达到预先规定的计数值时产生一个可用来建立负载电流的额定值(SW1、SW2(t)、SW3、SW4(t)、SW5)的信号。
20.根据权利要求19的电路设备，其特征在于，信号在不同工作阶段是不同的。
21.根据权利要求18到20中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，脉冲发生器(TG)具有一个控制输入(TGE1)，用它可以不依赖于时间元件的瞬时状态而预先规定一个偏离自然振荡频率(fTG)的振荡频率的每一周期的开始。
22.根据权利要求13到21中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，点燃识别电路(ZE)由计数器(Z)在其达到表示点燃阶段开始的一个可预先规定的计数器读数时被激活。
23.根据权利要求18到22中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，点燃识别电路(ZE)以下述方式释放从一个输出级(AS)到脉冲发生器(TG)的信号路径(ASA1-TGE1；TGA2-ASE3)，即脉冲发生器(TG)的时间元件通过输出级(AS)的控制脉冲置于相应于该时间元件的一个周期的开始的状态并且把一个控制脉冲发送到输出级(AS)的脉冲发生器(TG)的一个输出(TGA2)。
24.根据权利要求18到23中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，正当在脉冲发生器(TG)的控制输入(TGE1)上的两个相继的控制脉冲之间的持续时间大于由时间元件规定的脉冲发生器(TG)的自然振荡频率(fTG)的周期(tTG)时，在点燃阶段(TZ)在脉冲发生器(TG)的一个输出(TGA2)上产生一个脉冲。
25.根据权利要求24的电路设备，其特征在于，在点燃阶段(TZ)在脉冲发生器(TG)的输出(TGA2)上第一次出现一个控制脉冲时，点燃识别电路(ZE)停止工作，点燃阶段终止。
26.根据权利要求18到24中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，点燃阶段(TZ)最晚在计数器(Z)达到一个可预先规定的状态时终止。
27.根据权利要求11到26中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，在灯发光的运行阶段和在灯点燃前的运行阶段的负载电流(IL)的电流-时间-面积的额定值可通过各自的电阻(R3；R4)调节。
28.根据权利要求16到27中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，时延网络(TZG)的时延(tT；图4e、4e1、4e2)可由一个电阻(R5)设定。
29.根据权利要求11到28中任何一个权利要求的电路设备，其特征在于，脉冲发生器(TG)的振荡频率(fTG)可通过一个电阻(R6)设定。
30.用于根据权利要求10的电路设备的控制电路(IC)的使用。
全文摘要
发生器相应于在预热阶段负载电流的一个希望的实际值，激活一个脉冲发生器，其以一个小于在灯未点燃时的负载电路的极点频率和大于灯点燃时负载电路的极点频率的频率空载运行。预热阶段在经过一个第一可预先规定的时间区间结束。在点燃阶段采集负载电路中负载电流的实际值，建立负载电流一个随时间变化的额定值，一旦负载电流达到一个值，在该值一个半桥电路元件的接通持续时间大于空载运行的脉冲发生器的周期，点燃阶段就终止。
文档编号H05B41/24GK1155825SQ96121520
公开日1997年7月30日 申请日期1996年12月13日 优先权日1995年12月13日
发明者K·菲舍尔 申请人:电灯专利信托有限公司