[发明专利]用于向高强度放电灯供电的电路

说明书

技术领域

本发明涉及向放电灯供电的电路的总主题。更具体而言，本发明涉及 一种用于向高强度放电灯供电的电路。

背景技术

在用于向高强度放电(HID)灯供电的电路的设计中，近来多注重通 过最小化零件数来降低成本。图1中描述了沿用这些思路的一种现有方 案。在电路100中，用半桥逆变器(SW₁，SW₂)代替了常规的全桥逆变 器。电路100包括一对低边电容器(low-side capacitors)(C_LOWSIDE1， C_LOWSIDE2)，它们在功能上代替了两个去除的逆变器晶体管。此外，常规 降压调节器通过以脉宽调制(PWM)序列驱动逆变器开关(SW₁，SW₂) 而有效地集成到电路100中(而不是作为单独的电路)，这允许电路100 控制供给灯的激励的极性和功率水平，其中常规降压调节器通常用于调节 输入电压(V_RAIL)的功率水平并由此调节提供给灯的功率。

虽然电路100看似在技术上取得了相当大的进步，但它已知具有多种 局限性。

电路100的第一局限性在于：由于对于给定值的输入电压V_RAIL来说， 常规半桥所提供的最大电压(即，所谓的“开路电压”或OCV)仅为常规 全桥所提供的电压的一半，因此电路100需要创新的启动方法比如谐振或 准谐振启动，以便产生足够高以确保灯成功启动的电压。这些创新的启动 方法必然要求高频操作。

电路100的第二局限性源于以下事实：低边电容器C_LOWSIDE1、 C_LOWSIDE2只能在很短时间内支持给定极性的灯电流。

由于上述第一和第二局限性，电路100不能在启动阶段和/或灯的稳 态供电期间提供对灯的低频激励(例如1赫兹)。一些现有设计显示出在 启动阶段使用低频(例如，大约1赫兹)矩形波激励能够加速灯电极的加 热、同时最小化可能的溅射和/或灯传导损失的示例性性能。人们认为， 在启动阶段，使用低频或直流(DC)激励比使用高频激励更可取。其原 因在于，在两个灯电极均变为足够热以成为有效的热离子发射器之前，灯 极性的换向(即颠倒)为故障事件。因此，在启动阶段换向越少(即低频 激励)越好。

电路100的第三局限性在于，其被限定为进行操作，以使得灯电流平 均值为零(即，无直流分量)。对于一些应用比如恒定功率下工作的不对 称(例如，竖直取向的)灯来说，理想的是提供具有非零平均(即DC) 值的灯电流。电路100不能提供此类操作。

电路100的第四局限性在于，低边电容器C_LOWSIDE1、C_LOWSIDE2需要 相对大(例如，68微法拉)的电解电容器；这样的电容器成本高，体积 大，并且容易出现可靠性问题(尤其是在通常在HID镇流器内遇到的高 温操作环境下)。大值低边电容器的另外一个不利后果是，当最初将交流 (AC)电源施加到所述电路时出现的很大的突入电流(inrush current)。 C_LOWSIDE1、C_LOWSIDE2的串联组合通常提供第二种作用，用作提供V_RAIL的前端电路(例如，全波整流电路与比如升压转换器或降压转换器等的功 率因数校正DC-DC转换器的组合)的所谓的降压电容器。当向电路施加 AC功率时，标准前端电路使降压电容器迅速充电至AC电源所供应的电 压的峰值。这种快速充电导致可能很大的突入电流(当最初施加AC功率 而AC电源电压的瞬时值处于或接近其峰值时，突入电流尤其大)。大的 突入电流通常被认为是非常不期望的，并且会造成许多问题(例如，接线 问题、部件故障、不符合规范、需要额外电路以限制突入电流等)。

因此，需要一种既保留电路100的优点、又在启动阶段和灯的稳态供 电期间提供灯的低频激励的电路。还需要一种具有以非零平均电流向灯供 电的能力的电路。另外还需要一种低边电容器能够以更经济和节省空间的 方式实现、同时增强电路的长期可靠性并基本上减小电路的峰值突入电流 的电路。具有这些属性的电路将相对于现有技术取得相当大的进步。

附图说明

图1为现有技术的用于向HID灯供电的电路的电路图。