專利名稱：用于氣體放電燈的多脈沖點(diǎn)火電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體放電燈的點(diǎn)火電路，并且具體地涉及一種多脈沖點(diǎn)火電路。
背景技術(shù)：
啟動(dòng)氣體放電燈需要高點(diǎn)火電壓。需要該高電壓來在燈的兩個(gè)電極之間產(chǎn)生氣體擊穿。此后，在接管(take-over)期間，需要高電壓來加熱電極。當(dāng)加熱電極后，需要較低的運(yùn)行電壓來維持燈的工作。
用于產(chǎn)生氣體擊穿的電壓可以是一個(gè)高壓脈沖。然而，燈可能不會(huì)在首次脈沖下就啟動(dòng)。因此，可能需要一系列脈沖來啟動(dòng)燈。此外，現(xiàn)有技術(shù)中已知有多脈沖點(diǎn)火電路。
在US6008591中公開一種多脈沖點(diǎn)火電路。該點(diǎn)火電路包含一個(gè)變壓器，它的次繞組連接到燈上而初級繞組連接到一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)火脈沖的電路上。該初級繞組串聯(lián)一個(gè)充當(dāng)開關(guān)的晶體管。通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來打開或關(guān)閉晶體管。該點(diǎn)火電路以大約2KHz的重復(fù)頻率產(chǎn)生脈沖。該點(diǎn)火電路僅用來產(chǎn)生氣體擊穿脈沖。擊穿氣體后，一個(gè)燈鎮(zhèn)流器電路在接管期間(該期間燈的電極被加熱)接管運(yùn)行該燈和/或提供穩(wěn)定狀態(tài)的運(yùn)行電壓和電流。
不利方面在于上述點(diǎn)火電路僅適用于產(chǎn)生大約2-3KHz重復(fù)頻率的脈沖。因此，在發(fā)生氣體擊穿之前，可能需要花費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于氣體放電燈的點(diǎn)火電路和方法，所述電路和方法以高頻率產(chǎn)生高壓脈沖。
該上述目的在如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火電路和如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)火方法中實(shí)現(xiàn)。
在運(yùn)行中，根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路連接到一個(gè)電壓電源上。該電壓電源串聯(lián)一個(gè)電感和一個(gè)開關(guān)電路和電容的并聯(lián)電路。當(dāng)所述開關(guān)電路閉合時(shí)，即導(dǎo)通時(shí)，在包含所述電感元件和所述電壓電源的電路中電流增加。一旦所述開關(guān)電路打開，即切換到非導(dǎo)通狀態(tài)，就形成一個(gè)包含所述電感、電容和電壓電源的共振電路，從而在所述電感中產(chǎn)生高壓脈沖。該氣體放電燈耦合到所述電感(電感元件)上，使得高壓脈沖也能夠在燈上產(chǎn)生，從而提供一個(gè)氣體擊穿脈沖。
流經(jīng)一個(gè)電感元件，諸如線圈、繞組、或變壓器初級繞組的電流包含一定的能量。為了達(dá)到一個(gè)高重復(fù)率，當(dāng)所述開關(guān)電路打開時(shí)，即切換到非導(dǎo)通狀態(tài)，盡可能多的所述能量應(yīng)該被保存在所述電感元件中。通過保存所述能量，可能在段時(shí)間內(nèi)累積用于下一個(gè)脈沖的足夠能量。
通過在之前聚集在電路中的能量消耗在該點(diǎn)火電路中之前閉合所述開關(guān)電路，可把一些能量保存在所述電感元件中。例如，可以給所述電路提供一個(gè)電壓探測電路，用于判定所述電感元件上的電壓，所述電路被配置為當(dāng)所述電壓在所述高壓脈沖后基本為0時(shí)，閉合所述開關(guān)電路。
另外，根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路僅消耗少量能量。因此，該點(diǎn)火電路僅使用很少能量就可以產(chǎn)生高重復(fù)率的高壓點(diǎn)火脈沖。
為了在氣體放電燈中產(chǎn)生氣體擊穿，每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)在較長的期間上具有高壓是有利的。根據(jù)本發(fā)明的電路可以產(chǎn)生具有較大寬度和高重復(fù)頻率的脈沖，例如至少是10KHz。使用大量具有較大脈沖寬度的高壓脈沖，可以在每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)較長的期間上產(chǎn)生高壓。例如，根據(jù)本發(fā)明的電路可以30KHz頻率產(chǎn)生具有1微秒脈沖寬度的脈沖。因此，每秒30000個(gè)脈沖和每個(gè)脈沖1微秒時(shí)間可以在每秒鐘產(chǎn)生30毫秒的高壓。
現(xiàn)有技術(shù)的點(diǎn)火電路被配置為產(chǎn)生的脈沖振幅比氣體擊穿所需要的高。由于電路的低精確性，實(shí)際產(chǎn)生的脈沖振幅可能比較低，導(dǎo)致電壓比氣體擊穿電壓低，進(jìn)而不適合產(chǎn)生氣體擊穿。在根據(jù)本發(fā)明的電路中，所產(chǎn)生的脈沖，更準(zhǔn)確地說所述脈沖的振幅和寬度的產(chǎn)生具有高精確性。因此，最大脈沖振幅，即最大產(chǎn)生電壓可以保持相對較低，其對于在運(yùn)行期間對燈的用戶的安全方面是有利的，而最低產(chǎn)生電壓能夠維持足夠高來產(chǎn)生氣體擊穿。
在一個(gè)實(shí)施例中，電感元件是一個(gè)繞組，而在一個(gè)特定實(shí)施例中，是變壓器的初級繞組，所述變壓器的次級繞組與所述燈相連接。因此，可以直接把氣體放電燈耦合到所述繞組上，或通過所述變壓器的次級繞組間接地把該燈耦合到所述繞組上。
使用一個(gè)變壓器，當(dāng)在初級繞組中產(chǎn)生高壓脈沖時(shí)，在次級繞組中產(chǎn)生高壓脈沖。以預(yù)定比率選擇所述變壓器的初級繞組和次級繞組，可以選擇次級繞組中脈沖的振幅。另外，通過使用變壓器把燈耦合到電感元件，用于以穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行燈的鎮(zhèn)流器電路可以耦合到該燈上，而無需使用其他組件來分離所述點(diǎn)火電路和所述鎮(zhèn)流器電路。
氣體擊穿后，向燈提供高壓以維持燈的工作并在接管期間加熱燈的電極。由于脈沖的振幅和寬度可以阻止燈熄滅，所以使用本發(fā)明的點(diǎn)火電路產(chǎn)生的高頻率高壓脈沖適合在接管期間驅(qū)動(dòng)燈。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包含一個(gè)晶體管和連接到所述晶體管柵極上的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。該晶體管適合高頻率開關(guān)。該開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路可為任何用于提供信號的適當(dāng)電路，該信號包含用于所述晶體管的所述高頻率開關(guān)的高重復(fù)率的短脈沖。
參照下文所述實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將會(huì)清楚和得到闡述。


附圖示出非限定性的實(shí)施例，其中圖1示意性地示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖3A示出圖2的實(shí)施例中的漏極電壓、柵極電壓、點(diǎn)火電壓和漏極電流；和圖3B示出在圖3A中示出的電壓和電流的放大圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。
在這些附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相似的組件或具有相似功能的組件。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一個(gè)點(diǎn)火電路10，其包含一個(gè)變壓器12的初級繞組121、電容14和開關(guān)16。該點(diǎn)火電路10耦合到一個(gè)電壓電源18上。該變壓器的次級繞組耦合到一個(gè)氣體放電燈電路20上。該氣體放電燈電路20包含一個(gè)氣體放電燈并可能包含一個(gè)或多個(gè)其他組件。
在圖2示出的示意性實(shí)施例中，該開關(guān)具體為一個(gè)晶體管161和一個(gè)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路162。該晶體管161是具有體二極管的MOSFET晶體管。根據(jù)下面對點(diǎn)火電路10的運(yùn)行的描述，本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員清楚任何適用于高頻開關(guān)電流的電路或組件可以包含所述開關(guān)。下面，參照圖2，圖3A和3B闡述根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路的運(yùn)行。
在圖3A和3B中，示出四個(gè)圖表Ch1、Ch2、Ch3和Ch4。該上面的圖表Ch1示出一個(gè)漏極電壓，該圖表Ch2示出一個(gè)柵極電壓，該圖表Ch3示出一個(gè)點(diǎn)火電壓和該下面的圖表Ch4示出圖2中示出的電路的一個(gè)漏極電流。該圖表Ch1，Ch2，Ch3和Ch4被示為時(shí)間的函數(shù)。在圖3B中，使用了相對于圖3A放大的時(shí)間刻度，因此給出了圖3A中示出的電壓和電流的放大圖。
參照圖3A和3B，該圖表Ch2示出由圖2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路162產(chǎn)生的柵極電壓。該柵極電壓通常具有高電壓電平，其把晶體管161切換到導(dǎo)通狀態(tài)。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路162以32.6KHz高頻率產(chǎn)生短、低壓脈沖，其在短期間以所述高頻率把晶體管161切換到非導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)柵極電壓Ch2是高電平時(shí)，該晶體管161切換到導(dǎo)通狀態(tài)，并且從而在該晶體管161上(源極-漏極)沒有電壓降。當(dāng)柵極電壓Ch2是高電平時(shí)，漏極電壓Ch1實(shí)際示出一個(gè)低電平。
基本上，當(dāng)漏極電壓Ch1是低電平時(shí)，該電容14上沒有電壓，從而有效地把電路簡化為初級繞組121和電壓電源18的電路。在所述電路中，可以根據(jù)初級繞組121的感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)電流。這在圖表Ch4中示出，其中該漏極電流Ch4隨著時(shí)間增大。
由于初級繞組121的感應(yīng)，經(jīng)過該初級繞組121的電流包含一些能量。
當(dāng)該開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路162產(chǎn)生一個(gè)低壓脈沖時(shí)，并從而關(guān)閉該晶體管161及使漏極電流Ch4降低到基本為0，由于電容被添加到有效電路中，所以形成了一個(gè)共振電路。經(jīng)過初級繞組121的電流快速地流向電容14，從而如在漏極電壓Ch1中所示出的那樣，在初級繞組121中形成一個(gè)高壓脈沖。峰值電壓和脈沖寬度依賴于即初級繞組121的電感和電容14的電容的組合，并因此可以通過選擇所述電感和所述電容的特定值來進(jìn)行選擇。
初級繞組121中的高壓脈沖在耦合到氣體放電燈上的次級繞組122中產(chǎn)生高壓脈沖。次級繞組122中所述高壓脈沖因而可以擊穿氣體放電燈中的氣體。由于次級繞組122中的高重復(fù)率和所產(chǎn)生的峰值電壓，根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路還適用于在氣體放電燈的氣體擊穿后的接管期間驅(qū)動(dòng)氣體放電燈。
如上所述，經(jīng)過初級繞組121的電流必須經(jīng)過一定的時(shí)間段來逐漸增加，從而保存了一些能量。為了達(dá)到高重復(fù)率的點(diǎn)火脈沖，在點(diǎn)火脈沖已經(jīng)產(chǎn)生后，該晶體管161可以快速地再次切換到導(dǎo)通狀態(tài)，從而盡可能地在點(diǎn)火電路10中保存相當(dāng)多的所述能量。
當(dāng)柵極電壓Ch2再次把晶體管161切換到導(dǎo)通狀態(tài)，漏極電流Ch4流經(jīng)晶體管161的體二極管，同時(shí)電容14放電。因此，所有保存的能量返回到電路中并再次產(chǎn)生流經(jīng)初級繞組121的電流，直到柵極電壓Ch2中產(chǎn)生一個(gè)低壓脈沖。
圖4示出一個(gè)實(shí)施例，其中燈電路20連接到繞組120上。該繞組120串聯(lián)到電容14和開關(guān)16的并聯(lián)電路上。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路22控制開關(guān)16，該開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路并聯(lián)到燈電路20和繞組120上。電壓電源18提供電壓。除了開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路22外，圖4的實(shí)施例所起功能與圖2的實(shí)施例相同。
該開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路22配備電壓探測電路。該電壓探測電路確定繞組120上的電壓。如上面對于圖2、3A和3B所述的那樣，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路22打開所述開關(guān)16，并且在所述繞組120中產(chǎn)生高壓脈沖。該電壓探測電路確定繞組120上的電平。當(dāng)所述電壓降低并再次達(dá)到0時(shí)該，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路22再次閉合開關(guān)16。因此，通過當(dāng)電壓基本為0時(shí)閉合開關(guān)16，電路中消耗最少量的能量。
本發(fā)明并不局限于所示出和描述的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員清楚，在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，如何對上述實(shí)施例作出改變。
在上面的說明書和附加的權(quán)利要求書中，“包括”應(yīng)當(dāng)被理解為不排除其他元件或步驟，以及“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。另外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體放電燈的點(diǎn)火電路(10)，其中該電路(10)包括電感元件(121)，其串聯(lián)開關(guān)電路(16)和電容(14)的并聯(lián)電路，所述氣體放電燈被耦合到所述電感元件(121)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火電路(10)，其中所述開關(guān)電路(16)被配置為當(dāng)電流流經(jīng)所述開關(guān)電路(16)和所述電感單元(121)時(shí)打開，從而在所述電感元件(121)中產(chǎn)生高壓脈沖，并且其中所述開關(guān)電路(16)被配置為在所述高壓脈沖在所述電感元件(121)中產(chǎn)生后閉合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)火電路(10)，其中所述開關(guān)電路(16)被提供用于判定所述電感元件上電壓的電壓探測電路，所述開關(guān)電路(16)被配置為在所述高壓脈沖后當(dāng)所述電壓基本為0時(shí)閉合。
4.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的點(diǎn)火電路(10)，其中所述電感元件(121)為變壓器(12)的初級繞組(121)，所述變壓器(12)的次級繞組(122)連接到所述燈上。
5.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的點(diǎn)火電路(10)，其中所述開關(guān)電路(16)包括晶體管(161)和連接到所述晶體管(161)柵極上的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路(162)。
6.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的點(diǎn)火電路(10)，其中所述點(diǎn)火電路(10)被配置為以至少為10KHz的重復(fù)頻率產(chǎn)生高壓脈沖。
7.一種用于氣體放電燈的點(diǎn)火方法，所述方法包括產(chǎn)生通過電感元件(121)的電流，所述電感元件(121)耦合到所述燈上；打開開關(guān)電路(16)，其串聯(lián)所述電感元件(121)并且并聯(lián)電容(14)，從而在所述電感元件(121)中產(chǎn)生高壓脈沖；和在所述電感元件(121)中產(chǎn)生所述高壓脈沖后閉合所述開關(guān)電路(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的點(diǎn)火方法，其中所述高壓脈沖以至少10KHz的重復(fù)頻率產(chǎn)生。
全文摘要
一種用于點(diǎn)燃?xì)怏w放電燈的點(diǎn)火電路，通過產(chǎn)生流經(jīng)變壓器的初級繞組的電流來產(chǎn)生高壓氣體擊穿脈沖。預(yù)定期間后并進(jìn)而當(dāng)預(yù)定電流流經(jīng)初級繞組時(shí)，電容切換到與初級繞組串聯(lián)，從而在所述變壓器的次級繞組中產(chǎn)生所述高壓氣體擊穿脈沖。產(chǎn)生該高壓脈沖后，為了在初級繞組中保存能量，電容短路。所保存的能量被用來在短時(shí)間內(nèi)再次產(chǎn)生下次高壓脈沖。由于所產(chǎn)生的脈沖具有高重復(fù)頻率和高壓，根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火電路還適用于在該燈的氣體擊穿后的接管期間驅(qū)動(dòng)氣體放電燈，用以加熱該燈的電極。
文檔編號H05B41/28GK1989789SQ200580024509
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者F·斯勒杰斯, C·D·C·胡伊杰, T·奧斯特巴恩, J·A·A·圖南 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司