用于驱动光源的电路装置 【技术领域】
本发明涉及到用于驱动光源的电路装置。本发明特别是涉及到用于由电源网络为光源供应功率的电路装置，该电路装置适宜于修正电网侧的功率因数。下面使用以英语表达方式“Power FactorCorrection”为依据的缩写PFC来表达功率因数修正。
馈电的电网电压有一个电网频率。下面将表达方式“高频”用于比电网频率高很多的频率。
背景技术
从文章WO 02/47441(Hu)中已知一种上述电路装置。在这篇文章中公开了两种PFC技术：充电泵(在文章WO 02/47441(Hu)中称为“单反馈”)和所谓的填谷式电路(Valley-Fill-Schaltung)(在文章WO 02/47441(Hu)中称为“双泵”)。在此，从电网电压来看，充电泵被连接在填谷式电路的前面。此外充电泵和填谷式电路是由同样的高频电压源馈电的。
充电泵例如是从文章US4,949,013(Zuchtriegel)中已知的。充电泵的重要特征是将整流器输出端与泵二极管连接。从负载电路获取的高频电压被施加在所产生的连接点上。在这里应该着重说明的是，只将一个整流器输出端与一个泵二极管连接，因此在WO 02/47441(Hu)中电路装置的这个部分称为“单反馈”。
填谷式电路例如是从文章WO 90/09087(Skalak)中知道地。在此涉及到由两个存储电容器和三个二极管构成的连接在两个整流器输出端之间的无源PFC电路。填谷式电路的作用方法的基础在于，通过二极管这样连接存储电容器，使得它们作为串联电路由电网电压充电，然而作为并联电路被负载放电。
填谷式电路通过将其二极管中的一个分成为两个二极管也可在有限的程度上作为充电泵起作用。为此，需将高频交流电压施加在由于分开产生的两个二极管的连接点上。在文章US6,316,883(Cho)中叙述了这种改进的填谷式电路。在那里叙述的放电灯驱动装置还附加地具有单独的充电泵。这个充电泵从电网电压侧看连接在填谷式电路后面，因此需要另外的存储电容器。
在WO 02/47441(Hu)中将充电泵连接在填谷式电路的前面。因此不需要另外的存储电容器。供给充电泵的高频交流电压是由输送给改进的填谷式电路的高频交流电压中引导出来的。
从文章WO 02/47441(Hu)中获悉，利用在那里叙述的电路装置可以达到好的功率因数数值。然而如标准IEC 61000-3-2补充规定了电网电流谐波的临界值。在此，在从电网电压获取直到25W功率的光源和获取大于25W功率的光源之间进行区分。超过25W时要求明显较高，也就是说电网电流谐波的振幅必须非常小。
文章WO 02/47441(Hu)的主题是具有集成的驱动装置的紧凑荧光灯。从电网获取直到25W功率的这种灯在市场上是常见的。因为有关标准直到25W时对电网电流谐波的要求很低，所以在WO 02/47441(Hu)中公开的直到25W的电路装置可以实现为与标准一致的荧光灯的驱动。
对驱动光源的电路装置的要求是多种多样的。以下的要求是在设计这种电路装置时应该考虑的：
●电网侧的功率因数低
●从电网获取的电流的畸变因数(Total Harmonic Distortion
总谐波畸变：THD)低
●符合标准的电网电流谐波
●效率高
●通过光源的电流的振幅因数低
●无线电干扰小
●成本低
●几何尺寸小
为了利用从电网获取的直到25W的功率驱动荧光灯，在WO02/47441(Hu)中公开的电路装置中描述了好的妥协方案以满足上述要求。然而超过25W时关于电网电流谐波的有关标的遵守显示出问题。特别是针对荧光灯，电灯电流的振幅因数由于标准(例如IEC 60929)被限制在1.7的最大值。在从电网获取的功率超过25W时遵守这个临界值显示出附加的问题。
在WO 02/47441(Hu)中公开的电路装置的规格如下，即即使在从电网获取的功率超过25W时遵守了关于电网电流谐波的标准，也导致电路装置元件的负载载明显较大。这导致成本提高，几何尺寸变大和效率降低。
如果此外还应该按照IEC 60929遵守电灯电流振幅因数的临界值，那么元件承受的负载载还会更大。
【发明内容】
本发明的任务是，这样改进建立在按照WO 02/47441(Hu)的电路装置的拓扑结构基础上的、用于驱动光源的电路装置，使得在从电网获取的功率超过25W时电网电流谐波具有符合标准的数值。为了驱动荧光灯，本发明附加的任务是，使符合标准的电灯电流振幅因数成为可能。
此任务通过用于驱动光源的电路装置来解决，这个装置除了在WO02/47441(Hu)中公开的特征之外具有不显示泵作用的第二谐振电容器。
具有泵作用的第一谐振电容器和没有泵作用的第二谐振电容器提供了一种自由度，利用该自由度可以更好地优化电路装置的性能。通过按照本发明的第二谐振电容器可以一方面遵守有关规范和同时使元件负载最小。此外通过本发明可以这样选择两个谐振电容器的电容值，使得该电容值在商业上通用的范围(Raster)内。因此可以为谐振电容器采用成本低的元件。
填谷式电路是不会引起元件明显超负载的PFC-电路。超负载涉及元件、如扼流圈和电子开关，并且由与无功功率传输有关而产生的电流超高或电压超高引起。当然单独用填谷式电路不能得到符合标准的电网电流谐波。而且也不产生符合标准的电灯电流振幅因数。
利用充电泵可以得到符合标准的电网电流谐波和符合标准的电灯电流振幅因数。然而随着充电泵将会出现元件的超负载。一般来说充电泵是连接在整流器的正输出端上的。
当元件的起负载只是很小时，填谷式电路与充电泵的组合降低了电网电流谐波和电灯电流振幅因数。当从电网获取的功率超过25W时，由于在这个功率范围内适用的标准必须继续降低电网电流谐波。
因此有益地这样改进本发明，使得双倍地实施充电泵。也就是说将充电泵不仅与正的而且与整流器的负输出端连接。由此即使在从电网获取的功率超过25W时当元件超负载很小时也达到符合标准的电网电流谐波和符合标准的电灯电流振幅因数。
本发明特别有利的扩展方案的特征在于，将逆变器实施为半桥逆变器。将该逆变器连接在正和负的汇流排之间并由此利用直流电压供电。该逆变器在逆变器输出端上提供用于驱动光源的高频交流电压。通过将逆变器实施为半桥逆变器，电路装置可以达到特别高的效率。
本发明的另一个特别有利的扩展方案的特征在于，光源的一个端子通过耦合电容器与正的或负的汇流排连接。由此实现进一步降低电网电流谐波和电灯电流振幅因数。
【附图说明】
在下面借助于实施例参考附图进一步叙述本发明。
附图1表示用于具有电极螺旋线的荧光灯的本发明的一个实施例。
附图2表示用于具有电极螺旋线的荧光灯的本发明的另一个实施例。
附图3表示用于具有电极螺旋线的荧光灯的本发明的另一个实施例。
附图4表示只有一个谐振电容器的电路装置。
下面分别将晶体管用跟随在数字后面的字母T、二极管用字母D、电容器用字母C、扼流圈用字母L、电阻用字母R和端子用字母J表示。而且在下面不同实施例中同样的和起同样作用的元件一律使用同样的参考符号。
【具体实施方式】
在附图1中示出了用于具有电极螺旋线的荧光灯的本发明的一个实施例。端子J1和J2构成电网电压输入端。可以将电网电压接在J1和J2上。J1和J2与整流器的输入端连接。还可以将用于消除无线电干扰的装置连接在整流器的前面。
一般来说整流器是由已知的整流二极管D7、D8、D9和D10的桥电路构成的，该桥电路在其整流器的正输出端POS和在其整流器的负输出端NEG上提供整流后的电网电压。由充电泵所决定，必须可以高频接通整流二极管。也可以使用慢的整流二极管。当然然后必须分别将快速二极管连接在桥电路和各个整流器输出端之间。
第一个二极管D1是泵二极管，其阳极与整流器的正输出端POS连接并且其阴极与正的汇流排DCP连接。
可选的第二个二极管D2同样是泵二极管，其阴极与整流器的负输出端NEG连接并且其阳极与负的汇流排DCN连接。如果没有设置后面叙述的第二泵电容器C4，则可以取消第二个二极管D2。第二泵电容器C4带来在电网电流谐波和电灯电流振幅因数方面的进一步改善，而元件却没有比较大的负载。
在正的DCP和负的汇流排DCN之间连接了第三个二极管D3、第四个二极管D4、第五个二极管D5和第六个二极管D6的串联电路，其中这些二极管的阴极分别对准正的汇流排DCP并且这些二极管的连接点构成以下节点：第三个二极管D3和第四个二极管D4之间的第一节点N1，第四个二极管D4和第五个二极管D5之间的第二节点N2和第五个二极管D5和第六个二极管D6之间的第三节点N3。
将第一存储电容器C1连接在正的汇流排DCP和第一节点N1之间。将第二存储电容器C2连接在负的汇流排DCN和第三节点N3之间。二极管D3、D4、D5和D6以及存储电容器C1和C2构成填谷式电路。这涉及到如联系上述文章US 6,316,88 3(Cho)所提到的改进的填谷式电路。二极管D4和D5构成上述被分开的一对二极管。在二极管D4和D5之间的节点N2上施加从负载电路耦合输出的高频电压。因此在填谷式电路中也有限地达到了充电泵的作用。还可以将一个电阻与二极管串联连接。由此进一步降低电网电流谐波。
将两个电子开关T1和T2的串联电路连接在正的和负的汇流排DCP和DCN之间。T1和T2构成半桥逆变器，该半桥逆变器在T1和T2的连接点上具有逆变器输出端OUT。该半桥逆变器通过正的和负的汇流排DCP和DCN得到能量。通过交替地接通和断开T1和T2将相对于负的汇流排DCN的高频交流电压施加在逆变器输出端OUT上。逆变器的这个输出电压的逆变器振荡频率比电网频率高很多。在这种情况下负的汇流排DCN作为参考电势用于定义逆变器的输出电压。不限制一般性，正的汇流排DCP也可用作为参考电势。
在本实施例中将T1和T2实施为MOSFET。然而也可以使用其他的电子开关。在T1和T2的栅极端子上施加交替地接通和断开T1和T2的控制电压。该控制电压由在附图1中没有示出的控制电路提供。该控制电路或者可以包括自由振荡的振荡器或者由负载电路控制，从而构成现有技术中已知的自振荡半桥交流整流器。
在逆变器输出端OUT上连接一个阻抗网络，其主要任务是使逆变器输出端OUT的电源阻抗与光源的负载阻抗相匹配。在本实施例中阻抗网络包括电灯扼流圈L1和第一和第二谐振电容器C51和C52。电灯扼流圈L1有第一和第二端子，其中第一端子与逆变器输出端OUT连接。
按照本发明，电灯扼流圈L1的第二端子分别与第一和第二谐振电容器C51、C52的第一端子连接，其中第一谐振电容器C51的第二端子与第二节点N2连接和第二谐振电容器C52的第二端子与正的汇流排DCP连接。同等作用地，第二谐振电容器C52的第二端子还可以与负的汇流排DCN连接来代替与正的汇流排DCN连接。
众所周知地，电灯扼流圈L1和谐振电容器C51、C52的串联谐振对于启动和驱动荧光灯来说是有意义的。电容51和C52的值之和对于串联谐振是决定性的。当和为常数时在按照本发明的电路装置中可以改变电容C51和C52的单个数值。C52的数值对充电泵没有直接影响时，而利用C51的数值可以调整充电泵的作用大小。
第一谐振电容器C51的两个端子与输出端子(J3，J4)连接，光源(Lp)可以连接在该输出端子(J3，J4)上。在附图1中示意性地示出了代表光源的荧光灯。但是该电路装置原则上也可以用于驱动其他的光源、例如高压放电灯、发光二极管或白炽灯。为了驱动发光二极管或白炽灯，必要时应设置一个变压器，该变压器使逆变器的输出电压与光源所需的电压水平相匹配。在附图1中所示的荧光灯有两个电极螺旋线。该电极螺旋线的一个端子分别与输出端子J3和J4连接。该电极螺旋线的另一个端子分别通过其他的连接端子J5和J6与加热电容器(Heizkondensator)C7连接。因此C51和C7是通过电极螺旋线连接的。因此在电灯Lp点燃之前预热电流流过电极螺旋线，这提高了电灯Lp的寿命。在确定C51的数值时必须考虑C7的数值。
对于本发明原则上的功能而言，加热电容器C7不是必须的。也可以将其取消。于是得到所谓的电灯冷启动。螺旋线的预热也可以通过现有技术中其他的已知装置、例如变压器实现。
施加在节点2上的高频交流电压也施加在与整流器的正输出端POS连接的泵电容器C3上。通过节点N2经过泵电容器C3与整流器的正输出端POS的连接实现第一个充电泵。
有益的是将泵电容器C4连接在节点N2和整流器的负输出端NEG之间。由此在整流器的负输出端NEG上实现第二个充电泵。优选地，这两个泵电容器具有相同的值。通过有利的第二个充电泵可以使电网电流谐波的振幅和电灯电流振幅因数的值降低，而不需要在此期间在泵电容器C3和C4中存储大的无功功率数值。因此电灯扼流圈L1和电子开关T1和T2的负载保持很小。
在附图2中示出了本发明的另一个实施例。已经证明是有利的是，电灯Lp通过耦合电容器C6与正的或负的汇流排DCP或DCN连接。由此可以使电网电流谐波的振幅和电灯电流振幅因数降低。相对于附图1这样改进附图2中的实施例，使得C6连接在C51的第二端子与正的汇流排DCP之间。由此也使C6连接在电灯端子J3和正的汇流排DCP之间。
附图1和附图2之间的其他区别在于电灯Lp的耦合。在附图2的实施例中电灯扼流圈L1的第二端子通过DC-电容器C9与连接端子J4连接。因此C9与电灯Lp是串联的，从而使直流电流不可能通过电灯Lp。这可以对电灯寿命有好处。于是也可以使用借助通过螺旋线的测试电流来检测螺旋线断裂的电路。
在附图3中示出了用于具有电极螺旋线的荧光灯的本发明的另一个实施例。
与附图2中的实施例的区别首先在于，如在附图1中一样DC电容器又被取消并由桥代替。第二个重要区别在于，第一谐振电容器C51的第二端子不再与电灯端子和耦合电容器C6连接。因此不再向第二节点N2馈入J3的高频交流电压而是通过C51馈入J4的高频交流电压。在本发明的该实施方案中有利的是，正的汇流排DCP具有高频交流电压的比较小的分量。这导致进一步降低元件负载。此外，正的汇流排DCP上的高频交流电压的降低的分量可以对电路装置的无线电干扰产生有利的影响。
在附图4中示出了现有技术的改进方案。附图4中的电路装置不包括按照本发明的第二谐振电容器C52。但是它与现有技术相比包括有利的借助于C4和D2的第二个充电泵。此外，一个所谓的缓冲器与电子开关T1并联，该缓冲器在附图4中由电阻R1和电容器C8的串联电路构成的。已知这种缓冲器在现有技术中用于电子开关的开关卸载并且可以与本发明结合在一起。
在所有的附图中只表示了一个灯Lp。然而也可以驱动在串联或并联电路中的多个灯。特别是在串联电路中本发明产生有利的效果。这可以通过以下方式来解释，即在灯的串联电路中与只有一个灯相比得到的电灯电压高，这在不采取按照本发明的措施的情况下导致高的元件负载。
在实施例中输送给节点N2的高频交流电压是从端子J3或J4上的电势中获取的。这相当于谐振电容器C51的端子上的电势。然而节点N2还可以与具有高频交流电压的其他电势连接。例如逆变器输出端OUT适合于此。在实施例中所选择的方案具有电网电流谐波的最小振幅和最小的电灯电流振幅因数。