[发明专利]用于控制高强度气体放电灯的方法和高强度气体放电灯的供电系统

说明书

本发明涉及用于控制高强度气体放电灯的方法和高强度气体放电灯的供电系统。

高强度气体放电灯由于高效能（范围为100流明/瓦至150流明/瓦）而广泛用在城市和大型照明系统中。在高强度气体放电灯的典型点火和供电系统中，具有电感镇流器（BALLAST）和用于在灯点火时刻之前在该镇流器上生成高电压的启辉器。点火之后，镇流器的电感限制流过灯的电流。为了降低电极的退化，通常使用方波电源电压来给具有限流电感（BALLAST）的高强度气体放电灯供电。

用于从交流市电电源向放电灯供电的典型系统由二极管整流器和功率因数校正系统（PFC）构成，其为具有约400V稳定电压的内部电源。该电压向全桥或半桥式的电子开关（晶体管）级联系统供电，其中由合适的控制系统控制的该级联系统是具有设定值的交流电压源，串联电感的值将流过灯的电流限制为设定值。对具有稳定频率的电路补充与灯并联且与电感串联的电容器，以获得串联谐振电路。通过在开关级联中生成频率接近该电路的自谐振频率的交流电压而在所述电路的电容器中感应出高交流电压。该电压用于启动放电灯的点火。

欧司朗公司在2009年3月出版的文档“High Intensity Discharge lamps-Technical information on reducing the wattage”讨论了用于降低并调节供给至放电灯的功率的方法。在典型的方案中，用于稳定供给至灯的功率的唯一元件是电感，而通过为预测功率选择电感来以所设置的电流稳定性和市电频率进行功率调节。这种方案对市电电源参数的变化敏感，并且实际上，其迫使构建用于城市照明系统的独立供电网络。

使用超过1kHz的频率向高强度气体放电灯供电会导致形成声波，其在供电过程的宽频率范围（从1kHz至1MHz）内导致声谐振的发生。该现象使流过等离子体的电流不稳定，从而导致放电电弧不稳定和灯闪烁，并且在极端情况下甚至导致灯头的机械损坏。消除该影响的典型方法在于向高强度灯供给两个过程的电压：主过程为会发生谐振的频率范围，以及第二过程为使放电电弧稳定的更高频率。欧洲专利说明书EP 1327382公开了向放电灯供电的方法，其中，为了降低不利的声谐振，使用对镇流器（BALLAST）供电的方波电压的频率调制（FM）和脉冲宽度调制（PMW），这导致了对供电波的附加幅度调制（AM）。

根据所讨论的方案，对供给至灯的功率的调节包括测量灯电极上的电流和电压并且改变供电电压波的参数，例如，改变电压幅度、改变频率或改变其占空因子。

为了诱发高强度气体放电灯点火，需要生成2.5kV到15kV的高压。用于生成适当电压的方法之一是向具有电感且包括电容器的电路供电，所述电容器与电感串联且与灯并联连接，该电容器和电感构成串联谐振电路，其中电流的频率接近电路的自由振荡谐振频率。在达到点火电压后，作为在与灯并联的电容器上生成高电压的结果而开始灯的点火。

国际公布WO 2008/132662公开了：在具有限流电感的系统和采用一个开关（晶体管）级联的全桥型供电系统中，使用点火系统对与灯并联的电容器在点火时刻生成高电压，或者检测灯中的放电弧衰减。

在串联谐振点火系统的情况下，在谐振电容器上获得高压的有效性取决于所述电容器的电容。实际上，针对对于灯系统而言安全的电流强度的值范围（达到20A），为了在谐振电容器上获得大约几千伏或几十千伏的电压，电容器的电容被限制为几毫微法。另一方面，该电容器的电容与谐振频率直接相关。

f=12πLC]]>

（其中：f—谐振频率，L—电感，C—电容）。

谐振频率还取决于限流电感L的值，其取决于向放电灯供电的频率和电压以及供给至灯的期望功率。通常，在在通过声学上过程供应功率为30W到400W范围的灯的情况下，电感L的值的范围为几十微亨到几毫亨。结果，在这些系统中所获得的Q因数值等于下式：