具有灯故障时继续工作的转换器的电子镇流器.pdf

本发明涉及一种电子镇流器，其中在灯故障时一个内部转换器S1、S2、C1继续工作。因此可维持控制电路的辅助能量供应。

1.  针对发光设备的电子镇流器
具有
一个用于供应发光设备的转换器(S1、S2、C1)和
一个用于控制该转换器(S1、S2、C1)的控制设备，
其特征在于，为此设计该控制设备，即在发光设备故障的情况下继续驱动该转换器(S1、S2、C1)而且在这种情况下所传输的小功率被转换为在该镇流器中产生的损耗。

2.  如权利要求1所述的镇流器，具有一个另一个第二、供应所述第一转换器(S1、S2、C1)的转换器。

3.  如权利要求2所述的镇流器，其中为此设计所述控制设备，即在发光设备故障的情况下继续驱动所述第一(S1、S2、C1)和第二转换器。

4.  如权利要求1所述的镇流器，具有一个一级转换器(S1、S2、C1)。

5.  如前述权利要求之一所述的镇流器，其中损耗是在继续工作的转换器(S1、S2、C1)的一个开关晶体管(S1、S2)中的开关损耗。

6.  如权利要求5所述的镇流器，其中所述开关损耗是在将与继续工作的转换器(S1、S2、C1)并联的一个开关晶体管(S1、S2)的梯形电容器(C1)的再充电时在该开关晶体管(S1、S2)中出现的开关损耗。

7.  如前述权利要求之一所述的镇流器，其中所述第一转换器(S1、S2、C1)是具有两个开关晶体管(S1、S2)的半桥。

8.  如前述权利要求之一、至少权利要求5所述的镇流器，其中所述转换器(S1、S2、C1)具有多个开关晶体管(S1、S2)，在该开关晶体管中交替地产生开关损耗。

9.  如前述权利要求之一、至少权利要求5所述的镇流器，其中所述一个或多个开关晶体管(S1、S2)实质上在电压最大值接通，以产生开关损耗。

10.  如前述权利要求之一、至少权利要求5所述的镇流器，其中所述开关损耗实质上周期性地以相应于发光设备故障时出现的固有振荡(L、C1、C2)的周期时间的两倍或整数多倍来产生。

11.  如前述权利要求之一所述的镇流器，其中所述控制设备是微控制器控制设备而且通过所述转换器(S1、S2、C1)的继续工作维持微控制器的辅助电源。

12.  如前述权利要求之一、至少权利要求2所述的镇流器，其中所述第二转换器是SEPIC转换器。

13.  如前述权利要求之一所述的镇流器，该镇流器被设计成用于驱动低压气体放电灯。

14.  用于驱动具有如前述权利要求之一所述的镇流器的发光设备的方法，其特征在于，所述控制设备在发光设备故障时继续驱动所述转换器并在这种情况下利用该镇流器中产生的损耗转换小的功率。

具有灯故障时继续工作的 转换器的电子镇流器
技术领域
本发明涉及一种针对发光设备、尤其是针对灯、但是也譬如针对LED和LED模块的电子镇流器。
背景技术
用于驱动灯或LED和LED模块的电子镇流器本身早已是公知的和常用的。通常该电子镇流器具有一个转换器，该转换器驱动发光设备并供应电功率。除了所谓的自激转换器概念之外常常采用控制设备用于控制该转换器。在灯故障的情况下电子镇流器通常出于安全原因自动切断。
发明内容
本发明基于所述技术问题，提出一种所述类型的改进的电子镇流器。
本发明集中于发光设备的电子镇流器，该电子镇流器具有用于供应该发光设备的转换器和用于控制该转换器的控制设备，其特征在于，为此设计该控制器，即在发光设备故障的情况下继续驱动转换器并在此通过在镇流器中产生的损耗转换小功率。
此外本发明也集中于一种工作方法。
优选的布置在从属权利要求中给出并在下文进一步解释。在此以下说明同时集中于本发明的装置特征和方法特征。
本发明的基本思想在于，在发光设备故障的情况下，也就是譬如在工作期间灯丝断裂形式的灯故障的情况下，或也在未成功的或运转完全正常的点火尝试之后，不切断所有的镇流器。更确切地说，包含在镇流器中的转换器至少应在最小范围内继续工作。在此为了阻止，转换器的继续工作导致损害，如导致储存电容器上的过大的电压，在本发明范围内必须消耗由转换器转换的功率。对此应在镇流器中产生损耗。
因此本发明提出以下可能性，在镇流器中并且尤其在控制器设备中尽管灯工作结束或未开始工作(灯在下文中以不受限制的方式代表发光设备)而继续保持一定功能。尤其是可继续存储和调用关于灯故障原因的信息或其他实质的并在镇流器中存在的信息，而不必因此应用昂贵的存储器类型，该存储器类型也在无电流的状态保持其信息。这肯定适用，只要如在镇流器上附有电网电源。尤其是因此也可达到，在镇流器中，尤其是在控制器中，存储以下信息，灯没有运行而且因此停止再度的起始尝试起动试验。只有当用户关断和再次接通电网开关，才进行新的起动试验。但是这只是本发明的可想到的应用可能，如因为辅助电源供应可被维持，所以本发明通过所实施的转换器工作原则上提供多种有用的可能。
在此本发明主要涉及具有开关晶体管的时钟控制的转换器。优选地是具有两级转换器概念的镇流器，也就是那些镇流器，其中供应灯的第一转换器由第二转换器供电。在此优选地是所谓的功率因素校正电路作为第二转换器，该转换器优化来自电网的功率接收的时间过程(所谓的针对“Power Factor Correction Circuits”的PFC电路)。
可是本发明的另一个优选的布置涉及一级转换器概念，在该转换器概念中辅助电源可由继续工作的转换器自己供电。
此外在这种情况下优选地在所述灯故障时两个转换器在一定范围内继续工作。
镇流器中的本发明的损耗主要是所述一个转换器或多个转换器之一的开关晶体管中的开关损耗，并进而主要是在向灯供电的第一转换器中的开关晶体管中的开关损耗。
所述开关损耗在再次优选的实施方案中由此出现，转换器的开关晶体管再充电所谓的梯形电容。概念“梯形电容”是对于本领域技术人员已知的与开关晶体管并联的电容器的开关间距，该电容器通过再充电过程呈现软开关特性，并因此避免在正常工作中的真正的损耗。所谓的整流辅助器有时也称为缓冲器。
向灯供电的转换器可为具有两个开关晶体管的晶体管半桥。在这种情况下，而且原则上在有多个开关晶体管时，优选地，所提及地开关损耗在开关晶体管中被交替地产生。
为了产生实质的开关损耗，根据本发明优选地在电压最大值的范围内连接到所涉及的开关晶体管上，其中不一定取决于特别准确地到达该电压最大值。譬如在电压幅值的至少80％或更有利地90％的范围内接通也可满足。此处这理解为电压最大值的接通。
此外开关过程优选地不以相同的频率进行，利用该开关过程产生本发明的开关损耗，以该频率所述电路在无载运转阶段振荡(切断一个或多个开关晶体管)。优选地采用固有振荡的周期时间的整数倍，其中固有振荡当然与运行的灯的固有频率区分开来。有利地频率比例在系数2与10之间，优选地在4与8之间。
在控制设备最好是微控制器控制设备，该控制设备至少部分通过由继续运转的转换器分流的电源或辅助电源在灯故障时也保持工作。
第二转换器优选地是作为PFC电路的SEPIC转换器。重要的应用范围位于典型的低压放电灯的镇流器处，即，所谓的荧光灯。
下面根据附图进一步解释本发明，其中单个特征在发明实质上也可在其他结合中。
图1示出作为第一实施例的本发明的镇流器的示意性的电路图，
图2示出对于图1的镇流器的真实的测量曲线。
图3示出作为第二实施例的本发明的镇流器的示意性电路图。
在图1中示意性地描述了具有两个转换器的本发明的镇流器。本领域技术人员已知的并譬如在DE10110239.9中说明的SEPIC转换器产生储存电容器C30上的中间回路电压，由该储存电容器可向具有两个开关晶体管S1和S2的半桥电路馈电。
在按照图1的镇流器中通过桥式整流器B整流电源交流电压Uv，通常为常规市电电压。因此在图1中整流过的正电势位于顶部水平走行的导线支路上，而整流过的负电势位于与之平行的下面的导线支路，该整流过的负电势通常描述参考电势。整流过的交流电压构成了SEPIC转换器的输入，该转换器具有电抗器L20和L21、电容器C20、整流二极管D20和开关晶体管S20并由未示出的控制电路控制。
电容器C30用作储存电容器并必须由SEPIC转换器从整流过的交流电压充电至尽可能恒定的直流电压。在此来自电网的电流消耗应尽可能无干扰地跟踪电网电压的正弦过程。
通过开关晶体管S20的交替的开关工作，线圈L20在接通状态从整流过的电网电压充电至一定电流并在开关晶体管S20的关断状态在电容器C20中放电。同样地线圈L21在开关晶体管S20的接通时间中充电并在关断时间中在储存电容器C20中放电。在此应注意二极管D20的极性。如果开关晶体管S20的关断时间足够长，则因此整流二极管D20中的电流降到零，从而得出所谓的不连续的工作。在此电容器C20平均保持基本上充电至瞬时整流的电源电压的值。由此再次得出，储存电容器C30在关断时间中仅利用通过线圈L21产生的感应电压充电。通过相应的占空因数，即接通时间与关断时间之间的比例，并考虑负载R31因此实质上调节电容器C30上的任意的直流电压，该直流电压尤其是小于电网电压的幅值。然后SEPIC转换器作为降压转换器工作。电容器C20一定程度地供应两个电抗器L20与L21之间的耦合，以致与如升压式转换器一样的纯升压转换器相反，通过线圈L20产生的电压不增加到瞬时电网电压。
梯形电容器C1与开关晶体管S1和S2中下面的一个并联，但是该梯形电容器也同时释放上面的开关晶体管S2，也就是针对两个开关晶体管作为梯形电容起作用。常用的灯电抗器称为L1而常用的谐振电容器称为C2，如在低压放电灯连接时已知的一样。低压放电灯本身未示出。对此有代表性的是电阻R1平行于C2连接。如果放电灯作为负载装设，则这样必须与此串联所谓的耦合电容器。
开关晶体管S1和S2通过同样未示出的微控制器控制设备进行时钟控制，该微控制器控制设备同样控制SEPIC转换器的时钟。
在灯故障的情况下，如在工作中电极断裂时或在未成功的点火尝试之后，微控制器控制设备根据本发明继续驱动SEPIC转换器，并进而达到尽可能小的功率水平。当针对SEPIC转换器的功能不可放弃的功率没有耗散时，该功率使得储存电容器一直继续以中间回路电压充电。因而根据本发明半桥振荡器同样继续工作，可是以偏移正常工作的工作模式运行。这在图2中已描述出。频道CH1和频道CH2分别示出上半桥晶体管S2或下半桥晶体管S1的控制信号。频道CH3示出半桥的中间抽头上的电压。
开关晶体管利用所给出的控制信号供电并相应地分别在半桥的中间抽头的图2中画在上面的电压曲线的极值范围内交替地闭合一定时间。开关晶体管中的一个闭合的期间，梯形电容器C1再充电，其中在此来自梯形电容器的能量主要在开关晶体管的固有电阻中耗散，也就是譬如在其漏源极电阻中在接通状态，耗散。存储在电容器中的负荷在此通过开关晶体管的足够长的接通，也就是约利用十倍标准的RC常数，实际完全撤销，以致存储在电容器中的能量实际完全耗散。整个耗散的功率在此按下式计算
Pv＝f·C1·U²
其中
Pv：损耗功率
f：在该工作模式中的半桥的开关频率
C1：梯形电容器的电容量
U：在梯形电容器C1上的电压高度
在该例中从图2得出，半桥工作的周期时间对应于保留的负载回路的六倍固有频率，以致在每第六个极值点处出现一个开关过程。
因此本发明提供一种没有附加组件的镇流器的可能的“紧急工作形式”，该镇流器具有继续工作的PFC电路(SEPIC转换器)并用于在工作的半桥的所述的工作模式中的功率耗散。因此从SEPIC转换器分出的辅助电压和电源电压，约针对微控制器控制设备，继续运行并保留存储器内容。尤其是可因此阻止，微控制器控制设备“忘记”，已发生灯故障并因而一直再次加速和产生点火尝试。可是当用户关断电网开关并再次接通时，这样此处所述的工作状态也被中断并开始新的点火尝试。
本发明原则上譬如也应用于一级转换器方案，其中如辅助电压可从半桥拓扑中分流出。此处接着半桥本身可在所述的“不工作状态”中继续工作，其中微控制器控制设备或来自半桥的另外的控制本身保持被供电。
图3示出相应的第二实施例。其中相应的电路部分应用第一实施例的相应的参考符号。左边所示的输入电压Ue可譬如由来自图1的桥式整流器B利用可能的附加滤波器来提供。此处肯定没有装设作为PFC电路的转换器。因而此处在梯形电容器C1中建立来自再充电电流的辅助电源。这利用二极管D1和D2、开关S3和辅助电容器C3进行。对此开关S3通过两点调节器来控制并因此调节辅助电容器C3上的电压。待供电的电路30与辅助电容器C3连接并在其工作时指来自C3的必需的能量。
C2并联有输出电压Uo，负载譬如放电灯或LED可连接于该输出电压上。
在所切断的灯处，即L1中没有电流流过，半桥S1、S2可在已经针对第一实施例描述的方式控制时钟并因此维持辅助电压电源。在该工作模式中由L1和C2构成的谐振回路不被激励。