專利名稱：用于高壓氣體放電燈的點(diǎn)火器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高壓氣體放電(HID, high intensity discharge)燈的點(diǎn)火器。
技術(shù)背景高壓氣體放電(HID)電子鎮(zhèn)流器的功能是給諸如金屬鹵化物燈提供點(diǎn)火 功能，用于啟動該燈，并且接著對該燈進(jìn)行搡作。金屬鹵化物燈是氣體放電幻—， 其中例如在石英殼層中裝入金屬鹵化物。金屬卣化物燈的啟動需要一個較高的點(diǎn)火電壓。 一旦將燈點(diǎn)著，電壓就降 低到20V—級的低電壓，接著將燈在所謂的"電流模式"下保持一段較短的時 間(通常是l-2分鐘)，其中，電流模式下的電流恒定，在燈達(dá)到標(biāo)稱功率前， 電壓不斷升高，隨后鎮(zhèn)流器起穩(wěn)定功率的作用。對現(xiàn)有技術(shù)中的點(diǎn)火器電路公知的是從小于共振頻率的頻率中去除難以 控制的振蕩器頻率，這樣當(dāng)頻率達(dá)到共振頻率時，電壓達(dá)到最大值并且燈被點(diǎn) 燃。然而在操作過程中，隨著頻率的持續(xù)升高，電壓會因此而下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于HID燈的點(diǎn)火器電路，該HID燈使用 一個 自振蕩電源，用于在對該燈施加高點(diǎn)火電壓時，使得該點(diǎn)火電壓隨著時間的進(jìn) 行而增加。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于提供一個點(diǎn)火器電路，將該電路配置成直接 與具有 一個半橋拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換器耦合，用于在點(diǎn)火之后給該燈提供低頻率電流。根據(jù)本發(fā)明的第 一個方面，通過 一個用于HID燈的點(diǎn)火器電路實(shí)現(xiàn)的這些 目的，該點(diǎn)火器電路包括一個直流(DC)輸入端，用于耦合到直流電壓源，
一個輸出端，用于耦合到該HID燈，并且一個共振點(diǎn)火電路，在可控制的共振頻率下運(yùn)行，該電路耦合到用于產(chǎn)生 連續(xù)的電壓脈沖序列所述的直流輸入端，該電壓脈沖序列具有與共振頻率相等 的頻率，并且具有隨著時間的進(jìn)行而增長的振幅，并且，上述電路用于饋送所述電壓脈沖序列到該點(diǎn)火器的輸出端上，直到與其耦合的HID燈擊穿。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種用于I-IID燈點(diǎn)火的方法，該方法包括使用一個共振電路連接到燈上，以產(chǎn)生連續(xù)的電壓脈沖序列，該電壓脈沖 序列具有與共振頻率相等的頻率，并且具有隨著時間的進(jìn)行而增長的振幅；并且將所述電壓脈沖序列施加到HID燈上，直到該燈點(diǎn)火，從而將共振電路上 載，這樣它的Q因數(shù)充分下降從而阻止共振電路的共振。為了理解該發(fā)明并且說明在實(shí)踐中本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在參考附圖， 通過非限定的示例形式的方式，描述一個優(yōu)選的實(shí)施方式，其中

圖1是顯示點(diǎn)火器電路功能的方框圖，該點(diǎn)火器電路根據(jù)本發(fā)明的一個示 例形式的實(shí)施方式用于HID燈；圖2是一個從功能上顯示圖1點(diǎn)火器電路的示意形式的電路圖； 圖3是提供給圖2中顯示的點(diǎn)火器電路的一系列點(diǎn)火脈沖的波形圖；以及 圖4是共振頻率電壓的波形圖，該電壓的幅度隨著時間增長，并且在點(diǎn)火 前將該電壓施加到該HID燈。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明顯示了點(diǎn)火器電路10功能的方框圖，上述點(diǎn)火電路用于 HID燈11。從DC電源VBUS對該點(diǎn)火器電路10進(jìn)行搡作，該DC電源VBUS 不是點(diǎn)火器電路IO自身的一部分，但是可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的方 式制造。將DC電源VBUS提供給一個可控制的自振蕩器12,該可控制的自振
蕩器12包括一個通過點(diǎn)火器脈沖控制電路14控制的自振蕩器13。將該HID燈 11耦合到可控制的自振蕩器12上，該可控制的自振蕩器12構(gòu)成一個用于給該 燈點(diǎn)火的點(diǎn)火器電路。該燈由電源15供電，盡管該電源可以是獨(dú)立的，但通常 將其耦合到該DC電源VBUS上。為了在HID燈11點(diǎn)火之后使點(diǎn)火器電路失 效，可以將--個功率傳感器16可響應(yīng)地耦合到DC電源VBUS上，以感應(yīng)到其 中供應(yīng)的電流。在燈ll點(diǎn)火之前，功率傳感器16感應(yīng)到的電流是低電流；但 是--旦該燈11點(diǎn)火，它就從該DC電源VBUS中汲取功率。因此功率傳感器 16用于指示HID燈是否已經(jīng)點(diǎn)火了 。點(diǎn)火脈沖控制電路14可響應(yīng)地耦合在功 率傳感器16上，以便當(dāng)功率傳感器16感測到HID燈11點(diǎn)火以后停止搡作。 考慮到產(chǎn)品的完整性，盡管本質(zhì)上與點(diǎn)火器電路無關(guān)，該功率傳感器16還是提 供了一個第二功能，其中該電源15包括一個功率調(diào)節(jié)器(未示出)，該調(diào)節(jié)器 響應(yīng)功率傳感器16感測到的功率，用于穩(wěn)定燈11的標(biāo)稱功率。附圖2是詳細(xì)顯示了如圖1所示點(diǎn)火器電路10的優(yōu)選實(shí)施方式的示意性電 路圖。共振點(diǎn)火電路該振蕩器13包括一個驅(qū)動變壓器T1，該變壓器分別具有第一線圈20、第 二線圈21和第三線圈22,將這些線圈正確的極性連接，用于正反饋(振蕩)。 第一線圈20的第一末端耦合到第一金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET) Ml 的源端子，該M0SFET的柵極端子通過電阻R1與第一線圈20的第二末端耦 合。第一 MOSFET M1的漏極端子耦合到VBUS,上述VBUS通常具有400V 的直流電壓。 一對齊納二極管Dl和D2背對背地耦合在第一線圈20的兩端， 通常使上述二極管的陽極相互連接，并且將它們相應(yīng)的陰極分別連接到第 一 線 圈20的相對末端。齊納二極管Dl和D2限制提供給M0SFETM1的柵極電壓， 并且由此保證當(dāng)共振電壓增加時，該電壓不會損壞M0SFETM1的柵極。以補(bǔ)充的方式，將第二線圈21的第一末端通過電阻R2耦合到第二 MOSFETM2的柵極端子，該第二 M0SFETM2的源極端子耦合到第二線圏21 的第二末端并且構(gòu)成地線GND。第二 MOSFET M2的漏極端子耦合到第-一 一對齊納二極管D3和D4背對背地耦合在第--線圈 20的兩端，通常使上述二極管的陽極相互連接，并且將它們相應(yīng)的陰極分別連 接到第二線圏21的相對末端。齊納二極管D3和D4限制提供給MOSFET M2 的柵極電壓，并且由此保證當(dāng)共振電壓增加時，該電壓不會損壞MOSFET M2 的柵極。第二線圈21的第一末端耦合到一個開關(guān)分流器25的"開"控制輸出 端，它的第二末端耦合到GND。開關(guān)分流器25的"關(guān)"控制輸出端連接到 MOSFET M2的柵極。開關(guān)分流器25的輸入端連接到點(diǎn)火脈沖控制電路14的 輸出端，如下面將進(jìn)行更細(xì)節(jié)的描述那樣。開關(guān)分流器25起傳送點(diǎn)火脈沖的作 用，通過點(diǎn)火脈沖控制電路14將該點(diǎn)火脈沖傳送到驅(qū)動變壓器T1從而實(shí)現(xiàn)振 蕩過程；并且將停止信號傳送到MOSFETM2的柵極，以在燈ll點(diǎn)火之后阻止 振蕩。將振蕩器的驅(qū)動變壓器Tl第三線圈22的第一末端連接到第一 電容Cl ，該 電容與電阻器R3的第一末端串聯(lián)連接，該電阻器的第二末端與變壓器T2的各 繞組的共同結(jié)點(diǎn)耦合，該變壓器T2包括繞組L1和L2。將繞組L1和L2進(jìn)行 纏繞，使L1的第一末端連接到繞組L2的第二末端23，繞組L2的第一末端連 接到HID燈ll的第一末端。第三線圏22的第二末端連接到兩個MOSFETMl 和M2的共同結(jié)點(diǎn)，即連接到Ml的源極和M2的漏極。直流電源VBUS包括 一對串聯(lián)連接的電解電容器C2和C4，其連接在VBUS 和GND之間，它們的共同結(jié)點(diǎn)24通過電容器C5連接到HID燈11的第二末端 和繞組L1的第二末端。電容器C2和C4作為儲能電容器，用于存儲直流電壓 從而給受控自振蕩器12和電源15充電。電源15作為低頻率方波電流源，控制 電源如圖2中26所示的那樣，連接到繞組L1和電容器C5的共同結(jié)點(diǎn)。以已 知的方式通過轉(zhuǎn)換器(未示出)產(chǎn)生低頻率方波電流源。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換器是一 個半橋拓?fù)?，其中電容C2和C4是所需構(gòu)成元件。電容器C2和C4的結(jié)點(diǎn)以 及繞組L2的第一末端構(gòu)成點(diǎn)火器電路10的輸出終端，跨越該點(diǎn)火器電路將HID 燈進(jìn)行耦合。在描述了共振點(diǎn)火電路12的拓?fù)渲螅F(xiàn)在下文將描述該電路的操作。
共振點(diǎn)火電路由Ml和M2, Rl， R2， Dl, D2, D3, D4, Tl, CI, R3, Ll, C4(短 路)，C5(短路)構(gòu)成，并且它的共振頻率f。由C1,L1根據(jù)下列等式來確定C4和C5在共振頻率處具有非常低的阻抗，并且實(shí)際上作為短路運(yùn)行。品 質(zhì)因數(shù)(Qfactor)由R1，R2,R3的值來確定。電阻R1和R2與兩個MOSFET Ml和M2的柵極輸入電容量 一起產(chǎn)生 一個相移，該相移在供給燈的共振電壓中產(chǎn) 生衰減。由品質(zhì)因數(shù)決定最大峰值電壓，該電壓在擊穿前，可以供給I-IID燈11,該 電壓可以是幾千伏，然后當(dāng)供給燈的電壓降到一個低電壓的時候，通常在20V 的級別，保持恒流，直到達(dá)到燈的標(biāo)稱功率。在圖3中顯示了共振頻率fo下的點(diǎn)火脈沖序列，這個點(diǎn)火脈沖序列通過由 Cl和L1構(gòu)成的共振電路，提供給M1的源極和M2的漏極之間的結(jié)點(diǎn)，這樣， 共振電路與增加的振幅共振，由于驅(qū)動變壓器Tl的線圈產(chǎn)生的正反饋，增加 的振幅的目的是為產(chǎn)生如圖4中圖形所示的每個點(diǎn)火脈沖的持續(xù)時間。在每個 點(diǎn)火脈沖的末期，當(dāng)循環(huán)重復(fù)的時候，共振燈電壓的振幅降低，直到在下一個 點(diǎn)火脈沖到來前，電壓基本上達(dá)到零。如所指出的那樣，C4在共振頻率處具有 低的阻抗并且作為短路電容。當(dāng)燈ll開始導(dǎo)通，燈起到低阻抗電阻的作用，流過燈的電流是由低頻電流 源26(對應(yīng)圖1中顯示的電源15)提供，上述電流流過作為扼流圈組成元件的 L1和L2，上述扼流圈過濾了一些高頻脈動。C5用作第一過濾器，用于去除參 雜在低頻電流上的高頻脈動。C2和C4的中點(diǎn)電壓與半VBUS相等，C2和C4 形成半橋轉(zhuǎn)換器的一部分，該轉(zhuǎn)換器起到在點(diǎn)火之后將低頻電流提供給燈H的 作用；這樣，C2和C4構(gòu)成圖1中的電源15和圖2中顯示的低頻電流源26的所需元件。在燈擊穿以前，該變壓器T2起燈點(diǎn)火器的作用；并且在擊穿以后，當(dāng)燈 開始在電流模式中導(dǎo)通時，該變壓器起一個用于去除高頻脈動的扼流圈的作用。
該目的是為了產(chǎn)生一個高電壓波形，該波形具有的增加振幅能夠應(yīng)用到如圖4圖形顯示的燈上。當(dāng)燈電壓達(dá)到 一定電壓(根據(jù)燈的溫度，可以是lkV-4kV )， 該燈點(diǎn)火。當(dāng)這種情況發(fā)生的時候，燈阻抗降到一個低的值，并且負(fù)載該共振 電路，這樣它的品質(zhì)因數(shù)顯著下降并且它停止共振。該自振蕩電路阻止振蕩器 線圈T1振蕩。點(diǎn)火脈沖控制電路如上所述，由于點(diǎn)火之后，低的燈阻抗負(fù)載共振電路，引起品質(zhì)因數(shù)顯著下 降，因此當(dāng)HID燈11點(diǎn)火的時候，振蕩器13停止振蕩。然而，不單單依賴于 此，可考慮更好的是一旦將燈點(diǎn)火，就使點(diǎn)火電路停止，這可以通過點(diǎn)火器脈 沖控制電路14獲得。點(diǎn)火器脈沖控制電路14包括一個比較器27，該比較器27 具有一個正向輸入，其中將參考電壓信號PREF供給該輸入，并且比較器具有 一個反向輸入，反向輸入與功率傳感器16相耦合，這樣以便接收與跨越HID 燈11的功率成比例的電壓信號PIN。圖3中以圖形顯示的具有由Ton和TOTF 決定的占空因數(shù)的點(diǎn)火脈沖，將點(diǎn)火脈沖供給一個具有兩輸入與門28的一個輸 入端，而將在比較器輸出的邏輯信號提供給與門28的第二個輸入端。在燈開始 導(dǎo)通之前，PIN是低值，并且比較器的輸出是邏輯HIGH值；因此與門28將點(diǎn) 火脈沖傳送到開-關(guān)分流器25。當(dāng)燈點(diǎn)火，PIN值比PREF值大，比較器27的 輸出為低，因此與門28停止將點(diǎn)火脈沖供給開-關(guān)分流器25。振蕩器13是自控制的，以在共振頻率下運(yùn)行，該共振頻率由Cl和U確 定，盡管Cl的值和L1的值存在差異，在大量生產(chǎn)中，由于元件公差將產(chǎn)生不 同的共振頻率，振蕩器13總是可以在共振頻率下運(yùn)行。此外，振蕩器13的共振頻率也是將HID燈11連接到共振點(diǎn)火電路12的 導(dǎo)線的附加電容的函數(shù)，為其長度的函數(shù)。因此，振蕩器13在共振頻率下共振, 而與將HID燈連接到共振點(diǎn)火電路12的導(dǎo)線長度無關(guān)。
權(quán)利要求
1、一種用于HID燈(11)的點(diǎn)火器電路(10)，該點(diǎn)火器電路包括一個直流輸入端(VBUS)，用于耦合到直流電壓源，一個輸出端(23，24)，用于耦合到該HID燈，一個共振點(diǎn)火電路(12)，在可控制的共振頻率下運(yùn)行，該電路耦合到所述用于產(chǎn)生連續(xù)的電壓脈沖序列的直流輸入端，該電壓脈沖序列具有與共振頻率相等的頻率，并且具有隨著時間的進(jìn)行而增長的振幅，并且，上述電路用于饋送所述電壓脈沖序列到該點(diǎn)火器的輸出端，直到與其耦合的HID燈擊穿。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的點(diǎn)火器電路，其中該輸入端包括一對儲能電容器 (C2,C4),其適于存儲高電壓DC。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的點(diǎn)火器電路，其中上述一對儲能電容器能夠直接連接 到半波橋整流器的各輸出端。
4、 根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求的點(diǎn)火器電路，其中DC電壓源通過--對串 聯(lián)連接的電容(C2,C4)來導(dǎo)出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的點(diǎn)火器電路，其中所述電容器為具有半橋拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換 器的組成元件。
6、 根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求的點(diǎn)火器電路，其中共振點(diǎn)火電路(12)包 括一個振蕩器(13)，該振蕩器由耦合其上的點(diǎn)火脈沖控制電路(14)來控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的點(diǎn)火器電路，其中將點(diǎn)火脈沖控制電路(14)耦合到 傳感器(16)上，其響應(yīng)HID燈的功率函數(shù)，用于在HID燈點(diǎn)火時使高電壓振 蕩器電路停止。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7的點(diǎn)火器電路，其中振蕩器(13)包括 一個驅(qū)動變壓器(Tl)，具有第一線圈(20)，第二線圏(21)和第三線圏(22),連接起來用于產(chǎn)生正反饋，第一線圈(20 )的第一末端耦合到第一 MOSFET( Ml )的源端子，該MOSFET 的柵極端子通過電阻(Rl)與第一線圈(20)的第二末端相耦合， 第一MOSFET (Ml)的漏極端子耦合到直流輸入端(VBUS), 將第二線圏(21)的第一末端通過電阻(R2)耦合到第二MOSFET ( M2 )的柵極端子，該第二MOSFET(M2)的源極端子耦合到第二線圈(21)的第二末端并且構(gòu)成地線(GND)，第二 MOSFET(M2)的漏極端子耦合到第一 M()SFET ( Ml )的源極端子， 第二線圈(21)的第一末端耦合到一個開關(guān)分流器(25)的"開"控制輸出端上，該分流器適于將由點(diǎn)火脈沖控制電路(14)傳送的點(diǎn)火脈沖傳送到驅(qū)動變壓器(Tl)的第二線圈(21),從而實(shí)現(xiàn)振蕩；并且將停止信號傳送到MOSFET (M2)的柵極，以在燈(11)點(diǎn)火之后阻止振蕩， 第二線圈(21)的第二末端耦合到GND,開關(guān)分流器(25)的"關(guān)"控制輸出端連接到MOSFET (M2)的輸出端， 幵關(guān)分流器(25)的輸入端連接到點(diǎn)火脈沖控制電路(14)的輸出端， 振蕩器驅(qū)動變壓器(Tl)的第三線圈(22)的第一末端連接到一個第一電容(Cl)上,該電容與電阻(R3)的第一末端串聯(lián)連接，電阻(R3 )的第二末端與變壓器(T2)的變壓器的各繞組的共同結(jié)點(diǎn)相耦合，該變壓器(T2)包括第--繞組(Ll)和第二繞組(L2)，第一繞組(Ll)和第二繞組(L2)纏繞成-.第一繞組(Ll)的第一末端連接到第二繞組(L2)的第二末端(23),第二繞組(L2)的第一末端連接到HID燈(11)的第一末端，以及 第三線圈(22)的第二末端連接到M1的源極和M2的漏極。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的點(diǎn)火器電路，其中振蕩器(13)進(jìn)一步包括 一對齊納二極管(Dl， D2)背對背地耦合在第一線圏(20)的兩端，通常使它們的陽極相互連接，并且將各個陰極分別連接到第一線圈(20)的相對末 端，一對齊納二極管(D3, D4)背對背地耦合在第一線圈(20)的兩端，通常 使它們的陽極相互，并且將各個陰極分別連接到第二線圈(21)的相對末端。
10、 一種用于HID燈(11)點(diǎn)火的方法，該方法包括使用一個共振電路(l2)連接該燈，以產(chǎn)生連續(xù)的電壓脈沖序列，該電壓 脈沖序列具有與共振頻率相等的頻率，并且具有隨著時間的進(jìn)行而增長的振幅； 以及將所述電壓序列施加到HID燈上，直到燈點(diǎn)火，從而負(fù)載該共振電路，這 樣'fe的品質(zhì)因數(shù)充分下降以阻止共振電路的共振。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO的方法，進(jìn)一步包括在燈點(diǎn)火之后使共振電路停止的操作。
12、 一種用于HID燈(11)的點(diǎn)火器電路(10),在此參考附圖充分描述。
13、 一種用于HID燈(11)點(diǎn)火的方法，在此參考照附圖充分描述。
全文摘要
一種用于HID燈(11)的點(diǎn)火器電路(10)，其具有一個直流輸入端(VBUS)，用于耦合到直流電壓源，一個輸出端(23，24)，用于耦合到該HID燈。一個共振點(diǎn)火電路(12)，在可控制的共振頻率下運(yùn)行，該電路耦合到所述用于產(chǎn)生連續(xù)的電壓脈沖序列的直流輸入端，該電壓脈沖序列具有與共振頻率相等的頻率，并且具有隨著時間的進(jìn)行而增長的振幅。上述共振點(diǎn)火電路(12)用于饋送所述電壓脈沖序列到該點(diǎn)火器的輸出端，直到與其耦合的HID燈擊穿。
文檔編號H05B41/38GK101133687SQ200580048859
公開日2008年2月27日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者J·帕特喬尼克 申請人:照明技術(shù)電子工業(yè)有限公司