高压放电灯点亮装置和应用高压放电灯点亮装置的照明器材.pdf

本发明提供一种高压放电灯点亮装置，其包括电力变换器电路3，所述电力变换器电路包括多个切换元件Q2到Q6和电感器L2，转换来自直流电源2的输入，和供给矩形波交流输出到高压放电灯DL；和控制电路9，所述控制电路控制电力变换器电路3的切换元件Q2到Q6。所述控制电路9执行第一点亮控制，其中控制电力变换器电路3的切换元件Q2到Q6以便为每个转换循环供给电流到峰值，并且执行第二点亮控制，其中在高压放电灯DL的稳定点亮状态期间供给所需的功率；和响应于高压放电灯DL的点亮状态，转变所述第一点亮控制和所述第二点亮控制。

1.  一种高压放电灯点亮装置，包括：
电力变换器电路，所述电力变换器电路包括多个切换元件和电感元件，转换来自直流电源的输入，并且供给矩形波交流输出到高压放电灯；和
控制电路，所述控制电路控制电力变换器电路的切换元件，
其中所述控制电路执行第一点亮控制，在所述第一点亮控制中控制电力变换器电路的切换元件以在每个转换周期中供给电流至预定峰值，并且执行第二点亮控制，在所述第二点亮控制中在高压放电灯的稳定点亮状态期间供给所需的功率；并且响应于高压放电灯的点亮状态，转换所述第一点亮控制和所述第二点亮控制。

2.  根据权利要求1所述的高压放电灯点亮装置，其中所述控制电路基于灯电压的减小或灯电流的增大，或作为灯电压和灯电流的瞬间值的乘积，探测高压放电灯的点亮。

3.  根据权利要求1或2所述的高压放电灯点亮装置，其中为所述第一点亮控制设定多个目标值，并且响应于灯电压的增大使用所需的目标值。

4.  根据权利要求1到3中的任何一项所述的高压放电灯点亮装置，其中所述控制电路紧接探测到高压放电灯的点亮之后执行所述第一点亮控制，并且在高压放电灯的点亮后过去预定时间段后，将所述第一点亮控制转换为所述第二点亮控制。

5.  根据权利要求1到3中的任何一项所述的高压放电灯点亮装置，其中所述控制电路紧接探测到高压放电灯的点亮之后执行所述第一点亮控制，并且在达到预定灯电压后或当在预定时间段内的灯电压的增长梯度等于预定梯度时，将所述第一点亮控制转换为所述第二点亮控制。

6.  根据权利要求4或5所述的高压放电灯点亮装置，其中代替紧接着探测到高压放电灯的点亮之后的所述第一点亮控制在矩形波极性反转后执行所述第一点亮控制达预定时间段，并执行所述第二点亮控制达时间段直到下一个极性反转；以及重复所述第一点亮控制与所述第二点亮控制。

7.  根据权利要求1到6中的任何一项所述的高压放电灯点亮装置，其中与在所述第二点亮控制期间的直流电源的输出电压相比，在所述第一点亮控制期间直流电源的输出电压高。

8.  根据权利要求1到6中的任何一项所述的高压放电灯点亮装置，其中紧接极性反转之后，直流电源的输出电压高达一定时间段。

9.  根据权利要求1到8中的任何一项所述的高压放电灯点亮装置，其中与在所述第二点亮控制期间的极性反转相比，在所述第一点亮控制期间迅速执行极性反转。

10.  一种包括由权利要求1到9限定的高压放电灯点亮装置的照明器材。

高压放电灯点亮装置和应用高压放电灯点亮装置的照明器材
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯点亮装置和一种应用高压放电灯点亮装置的照明器材。
背景技术
高压放电灯倾向于紧接其触发后或当其接近寿命终点时遭受不稳定放电的麻烦。众所周知，在最坏的情形中，即使点亮装置供电，放电灯可能闪烁，或变弱。
如附图中的图21所示，整流放电被认为是导致前述问题的其中一个原因。随着整流放电，交流启动的放电灯的一对电极之间电子的发射在正循环和负循环中变得不对称。这由所谓的光点(发光点)的不可靠形成(也就是热电子的不稳定放电)引起，因为在负循环中的一个电极不能从辉光放电转变到弧光放电。对于放电灯这种现象有点不可避免。在图21所示的情形中，众所周知电极1不能充分地在负循环中释放电子。
可想象到，因为电极或电极中的辐射物质被消耗，或因为放电灯的放电功能由于杂质变得不稳定，电极的光点的不稳定状态被触发。
在任何情形中，如果不采取对策，放电灯会遭受到阻抗升高的麻烦，和由于点亮装置的电力不足带来的闪烁或变弱的麻烦。
此外，存在这样的现象：一旦打开放电灯，其阻抗会瞬间地、突然地升高。尤其是这种现象对于所谓的金属卤化物灯很显著，在金属卤化物灯中，金属卤化物密封在放电灯的放电管中，作为光发射物质。具体而言，当放电灯处于启动模式中和当它处于稳定的照明模式中，可以观察到这个现象。
下面将针对金属卤化物灯的运转状态描述前面的现象。在启动模式中，灯通过同时发生的密封在放电管内的光发射物质和惰性气体与汞蒸气混合物的介质击穿触发。在这种状态中，金属卤素化合物具有低的蒸汽压，并且几乎不对放电作出贡献。
随后，将电源供给到放电管持续几分钟。当放电管变热，光发射物质变得稀松，金属的蒸汽压升高，并且灯电压升高。
在上述方法中不希望的是，如果光发射物质处于不稳定的点(例如在热电极附近)并且与热电极接触，金属的蒸汽压立即并且突然地升高。在这种情形中，采用电源供给性能依赖于商业电源的磁性镇流器，灯的电压超过镇流器的输出，这样灯就变暗或渐渐熄灭。当商业电源在瞬间受干扰和当商业电源电压突然增加时，可观察到类似的现象。
另一方面，电子镇流器包括用矩形波交流电使灯变亮的所谓逆变器电路，并且将灯的功率控制为近似恒定。如果灯电压如上面所述的那样变化，灯电流减小。结果，灯阻抗瞬间增大，导致灯变暗或渐渐熄灭。参照图22，灯电压突然从位于工作点1的值升高到位于工作点2的值。
此外，还有另一个升高灯电压的原因。例如，随着时间的流逝，即使是状态良好的灯也可能会遭受电压升高的问题。这是密封在灯内的物质化学反应或杂质的释放造成的。这种现象实质上是不可避免的，并且导致了上述现象。
下面介绍镇流器的操作状态。在镇流器用于交流电源放电灯的情况下，在半个周期内每次完成极性反转，灯电流关闭一次。为了在下一个半周期内再启动灯，首先供给来自镇流器的灯电压，而过一会供给作为电极的热电子发射的灯电流。因此阻抗瞬间增加，如空心圆所示。空心圆表示在半周期内高阻抗的瞬间值。
当灯由具有延迟上升边的正弦波的商业电源激发时，灯电压变成在零交叉后突然升高的所谓再点火电压。当电源电压不足时，这就使灯变弱。
另一方面，利用波形快速升高的矩形波逆变器电路，能够有利地将输出电压控制成恒定。然而，当灯电压也被控制成近似恒定时，尽管灯电压升高，灯电流还是降低。参照图24，灯阻抗瞬间升高，这引起灯变弱。在图24中，灯在当使用理想电源(例如恒压源)时灯电压升高的工作点2运行。然而，阻抗沿着恒定电源的输出线升高到工作点2的值。
日本专利公报No.昭60-250599公开一种放电灯点亮装置，其包括具有电流限制特性的直流-直流变换器和将直流-直流变换器的输出变换成矩形波交流的矩形波逆变器。放电灯点亮装置通过高电压脉冲叠加电路将矩形波逆变器的输出供给到放电灯。放电灯点亮装置相应于探测的直流-直流变换器的输出值、输出电流和放电管电压控制电流限制特性。然而，当放电灯倾向于变弱时，在每个转换周期内点亮装置不将流向切换元件的电流控制到预定峰值。
总之，引起不稳定发光和放电灯变暗的现象对放电灯和镇流器不利的原因如下：
(1)灯不对称放电。
(2)由于瞬间特性或老化，灯阻抗升高。
(3)镇流器没有足够的输出(或电源供给性能)。
下面将回顾放电灯的电模式。
图25显示放电灯的从其启动模式直到稳定照明模式的电压-电流特性。为方便起见，示出了每半周期的电压-电流特性。
在工作点(a)，放电灯经历来自外界的高电压脉冲引起的电压击穿。在这种状态下，放电灯保持在辉光放电和弧光放电之间的过渡状态，并且具有高阻抗。
当提供合适的镇流器输出时，灯转变到图示的位于灯为准稳定的工作点(b)的模式。在这种状态下，放电灯已经经历电流击穿，但保持高的灯电压，并且阻抗没有完全降低。
接下来，当镇流器的输出能施加近似额定电流时，灯就完全将其状态转变到图示处于工作点(c)的低阻抗和低电压而灯电流大的状态。
随后，灯电压如镇流器输出曲线所示逐渐地增大。在额定的工作点(d)灯随着阻抗的增大变得稳定。
当灯是新的时，每次它点亮都会稳定在工作点(d)。随着时间的流逝，灯逐渐地增大其电压，如图所示的从工作点(d’)→工作点(d”)→工作点(d”’)。
在图26中，灯电压在工作点(d’)到工作点(d”)处于正常范围，然而在工作点(d”’)就不正常。
灯阻抗是可变的，如虚线所示。
此外，灯被假定在工作点(c)和(d”’)之间以恒定电流工作。
为了克服上述问题，有必要在工作点(a)→(b)→(c)→(d)→(d’)→(d”)→(d”’)分别施加最优镇流器输出。
本发明为了克服相关领域的问题，并且意图提供一种高压放电灯点亮装置，其能够从其开始直到使用寿命结束防止放电灯不稳定点亮和变弱。
发明内容
参照图1，一种高压放电灯点亮装置包括：电力变换器电路3，所述电力变换器电路包括多个切换元件Q2到Q6和电感器L2，转换来自直流电源2的输入，和供给矩形波交流输出到高压放电灯DL；和控制电路9，所述控制电路控制电力变换器电路3的切换元件Q2到Q6。所述控制电路9执行第一点亮控制，在第一点亮控制中控制电力变换器电路3的切换元件Q2到Q6以便供给电流至每个转换周期的峰值；并且执行第二点亮控制，在第二点亮控制中在高压放电灯DL的稳定点亮状态期间供给所需的功率；和响应于高压放电灯DL的点亮状态转变所述第一点亮控制和所述第二点亮控制。
附图说明
图1是本发明第一实施例中的放电灯点亮装置的电路图；
图2是本发明第一实施例中的从无载荷模式到稳定点亮模式过程的图；
图3示出恒定电流控制期间每个电路的波形；
图4是示出本发明第一实施例中从介质击穿到稳定点亮模式灯电压的变化，和控制转换点的图。
图5是示出关于灯电压的灯功率，和灯电流的目标控制值的特性图。
图6说明第一实施例中每个极性反转的灯电压和灯电流的特性。
图7是第二实施例中放电灯点亮装置的电路图。
图8示出恒定电流控制期间，各个电路的波形。
图9是示出本发明第二实施例中从介质击穿到稳定点亮模式灯电压的变化，和控制转换点的图。
图10是根据第三实施例的放电灯点亮装置的电路图。
图11示出本发明第三实施例的从无负载模式到稳定点亮模式的过程。
图12示出恒定电流控制期间各个电路的波形。
图13是示出本发明第三实施例中从介质击穿到稳定点亮模式灯电压的变化，和控制转换点的图。
图14示出第四实施例中恒定电路控制期间各个电路的波形。
图15是示出本发明第五实施例中从介质击穿到稳定点亮模式灯电压的变化，和控制转换点的图。
图16是示出本发明第六实施例中从介质击穿到稳定点亮模式灯电压的变化，和控制转换点的图。
图17示出第六实施例中恒流控制模式期间各个电路的波形。
图18是示出本发明第七实施例中从介质击穿到稳定点亮模式灯电压的变化，和控制转换点的图。
图19是示出关于灯电压的灯功率和灯电流的目标控制值的特性图。
图20示出本发明第九实施例中的照明器材的外观。
图21示出相关技术的高压放电灯的整流放电电流的波形。
图22示出相关技术的瞬间线路阻抗特性1。
图23示出相关技术的瞬间线路阻抗特性2。
图24示出相关技术的瞬间线路阻抗特性3。
图25示出相关技术放电灯的启动时、稳定点亮模式期间和使用寿命终点时线路阻抗特性。
图26是说明相关技术的镇流器的输出特性的图。
图27是另一说明相关技术的镇流器输出特性的图。
图28示出相关技术的额定的灯运行电流和最小初始运行电流之间的关系。
图29是说明相关技术的镇流器的输出特性的图。
具体实施方式
这里将会在上面提到的放电灯的工作点的概念的基础上说明本发明。通常，放电灯会经历上面所述的三个问题导致的不稳定点亮和变弱的麻烦。本发明的发明人发现，这些问题可以通过主动地控制镇流器的输出特性来解决。
例如，参见图26所示的输出特性曲线，响应于灯阻抗的轻微改变，稳定的工作点(b)降低到低电流点(b’)，或者没有交叉点。结果，灯将会变弱。在图26中，镇流器的输出特性作为电压-电流特性示出，该电压-电流特性曲线连接开路电压VO2和短路电流Is。
考虑到灯的不可预知的性能，优选灯在工作点(b)的状态应该基于镇流器的输出特性被稳定。具体而言，优选的是，例如，应该将工作点(b)移到工作点(b”)，如图27所示，使得在更稳定的工作区域存在交叉点。
发明人已经测试过，在工作点(b)所需的最小电流可以等于或大于600mA(参见图28)。在图28中，空心圆表示灯的变化，横坐标表示额定运行电流，纵坐标表示触发灯所需的最小电流(mA)。
如果在工作点(b)和工作点(c)之间的模式中将功率控制为恒定，已经从辉光放电转变为弧光放电的灯再次变得不稳定。在这种状态下，必须让灯具有低的阻抗。
当确定灯从工作点(c)和工作点(d”)之间的不稳定状态离开时，可以执行如图29中的特性曲线B所示的恒定电流或功率控制。具体而言，在工作点(c)和工作点(d)之间的模式中将电流控制为恒定，而在工作点(d)和工作点(d”)之间功率被控制成恒定。
最后，在工作点(d”)和工作点(d”’)或最后的使用寿命阶段之间，灯阻抗增大。在这种状态下，优选不施加不必要的电力给灯，那可能毁坏放电灯或镇流器或使放电灯或镇流器过热。因而，切断具有高于图29中特性曲线C所示的恒定电压的电压的输出或不施加高于预定值的功率是有效的，使得灯自然地变弱。
后面将介绍完成前述运行的具体实施例。
第一实施例
图1是本发明第一实施例中的放电灯点亮装置的电路图。在图1中，附图标记1表示交流电源，附图标记2表示直流电源电路，以及附图标记3表示电力变换器电路。直流电源电路2包括：整流器DB，其用于对交流电源1进行全波整流；增压斩波电路，其由电感器L1、切换元件Q1、二极管D1和电容器C1构成；和用于增压斩波电路的控制电路5。来自交流电源1的交流输入被转变成直流输出，直流输出供给电力变换器电路3。此外，控制电路5执行用于点亮装置电路的功率因数改善控制，使得点亮装置电路变得更加有抵抗性，并且使得输入电流和输入电压不会遭受相位滞后的麻烦。例如，用于切换元件Q1的控制电路5通过商业上可用的由on-semi有限责任公司制造的MC33262来实现。
电力变换器电路3包括降压型(step-down)斩波电路6、逆变器电路7、点火电路8和控制电路9。降压型斩波电路6包括切换元件Q2、二极管D2、电感器L2和电容器C2。降压型斩波电路6降低输入电压，并输出直流电压。降压型斩波电路6的运行是公知的，这里将不作介绍。降压型斩波电路6控制切换元件Q2的运行，并且作为控制供给到放电灯DL的电力的镇流器使用。
逆变器电路7是全桥电路，由切换元件Q3到Q6构成。在逆变器电路7中，响应于来自控制电路9的控制信号以几十到几百赫兹的频率使一对切换元件Q3和Q6以及一对切换元件Q4和Q5交替地开启和关闭，使得提供矩形波交流电力到放电灯DL。
点火电路8包括脉冲变压器PT、电容器C3、切换元件Q7(例如，电压响应元件，如SIDAC)和电阻R1。后面将简要描述点火电路8的运行。接收通过逆变器电路7产生的矩形波电压，电容器C3根据其时间常数和电阻R1的时间常数逐步地充电。当在无负载期间电容器C3的电压Vc3变得与转折电压Vbo(break-over voltage)相等，切换元件Q7被启动。累积在电容器C3中的电荷通过切换元件Q7和脉冲变压器PT的初级线圈N1放电。在脉冲变压器PT的初级线圈N1中产生的脉冲电压升高，使得在脉冲变压器PT的次级线圈N2中产生高脉冲电压(几千伏的脉冲电压)。在这种状态下，放电灯DL响应于高脉冲电压开始放电，并且改变其状态为点亮模式。
控制电路9探测放电灯DL的灯电压Vla、灯电流Ila、切换元件Q2的峰值电流Ip和流到电感器L2的电流的零交叉信号(ZCS)。控制电路9基于探测的结果开启或关闭切换元件Q2，并且控制降压型斩波电路6的切换元件Q2和逆变器电路7的切换元件Q3到Q6的运行，使得提供所需的电流或功率到放电灯DL。
放电灯DL是高亮度高电压放电灯(HID灯)，例如金属卤化物灯和高压汞灯。
使用控制电路9，点亮装置经历如图2所示的大致三个模式，同时控制电路9控制放电灯的未点亮模式，并且使放电灯处于稳定的点亮模式。
无负载模式：放电灯保持未点亮。由点火电路8产生的脉冲电压被增压到脉冲变压器PT的初级和次级线圈N1和N2，被叠加在矩形波电压上，并且施加在放电灯的电极之间。在这种状态下，放电灯经历介质击穿，并且进入启动模式。
启动模式：在介质击穿后，放电灯通过辉光放电开始弧光放电。几伏特的灯电压在几分钟内逐步地升高到稳定电压。
稳定点亮模式：在放电灯被点亮后几分钟内放电管的温度升高。放电灯变得稳定，并且灯电压变得近似恒定。
图3示出放电灯的启动模式或稳定点亮模式期间不同电路的运行波形。降压型斩波电路6响应于来自控制电路9的PWM信号开启和关闭切换元件Q2。响应于切换元件Q2的斩波，降压型斩波电路6产生如图3所示的斩波I_L2，并且提供给负载电路已经由电容器C2平滑过的矩形电流Ila。斩波I_L2流向电感器L2，并且在切换元件Q2启动时逐渐增大，但在切换元件Q2未启动时逐渐减小。
在逆变器电路7中，一对切换元件Q3和Q6以及一对切换元件Q4和Q5响应于来自控制电路9的控制信号交替地开启，使得提供矩形波电流Ila(如图3中示出)到放电灯DL，并且提供电压Vla(图3中所示)到放电灯的相对端。从无负载模式直到稳定点亮模式以类似的方式进行极性反转。作为选择，在无负载模式期间和稳定点亮模式期间极性反转可以以不同的方式执行。
下面参照图4详细介绍放电灯从介质击穿到稳定点亮模式的控制过程，图4中横坐标表示时间轴。
<恒定电流控制>
利用探测的灯电压Vla和灯电流Ila的值计算出的灯功率Wla，作为点亮判别点A被探测。在这种状态下，放电灯被判定为点亮。从这个时间点，电流的峰值被控制为恒定，以便使具有幅值Tip的电流(该电流作为如图5所示的电流曲线的目标值)在切换元件Q2的每个切换周期中流动。
更具体而言，当响应于来自控制电路9的命令开启切换元件Q2时，电流开始流到电感器L2。当由电流传感电阻R2探测的切换元件Q2的电流值Ip变成与目标值Tip(如图5所示)相等时，关闭切换元件Q2。当通过电感器L2的次级线圈探测到零交叉信号ZCS为零时，控制电路9输出信号以启动切换元件Q2。随后，重复前面所述的过程。
图6示出每次进行极性反转，放电灯的电压Vla和电流Ila之间的关系。结合参见图3和图6，可知，当在开启模式中密封在放电灯内的物质不稳定时，电压VX高，并且紧接着极性反转后电流Ila慢慢流动。
尽管紧接着极性反转后电流慢慢流动，恒定电流控制使电流流动至峰值，这能防止放电灯变弱。
<恒定功率控制>
当灯电压升高变成与预定电压Vla1(如图4所示)相等时，恒定电流控制被转变成作为第二控制的恒定功率控制。在这种功率控制模式中，基于图5所示的Vla-Twla曲线控制切换元件Q2的斩波，每次在放电灯被启动的同时探测灯电压Vla。
在第一实施例中，即使当密封在放电灯中的物质在放电灯启动时是不稳定的时，并且尤其是即使当紧接着极性反转后灯阻抗增加时，并且电流慢慢流到放电灯中时，可可靠地供给必需的电流。因而，响应于每次极性反转，能够可靠地点亮放电灯。而且，本实施例能够实现增压斩波电路的输出电压被减小以便让部件具有低的耐受电压的高压放电点亮装置。
(第二实施例)
图7是根据本发明第二实施例的点亮装置的电路图。在本实施例中，半桥逆变器电路用作电力变换器电路3。半桥逆变器电路包括下列部件：电解电容器C1和C2的串联电路，和切换元件Q2和Q3的串联电路，两个串联电路并联到直流电源电路2的输出端上；通过电流传感电阻R2连接在电容器C1和C2的接点以及切换元件Q2和Q3的接点之间的电感器L2和电容器C4的串联电路；并且放电灯DL通过脉冲变压器PT的次级线圈N2与电容器C4并联。半桥逆变器行使降压型斩波电路6和逆变器7两者的功能。电感器L2和电容器C4的串联电路构成用于降压型斩波电路的低通滤波器电路。当时间段T1和时间段T2以几十至几百赫兹的频率的低频交替变换时，在电容器C4的相对端产生低频矩形波电压。在时间段T1中，响应于来自控制电路9的控制信号，以几十千赫兹到几百千赫兹的高频率开启和关闭切换元件Q2。在时间段T2中，响应于来自控制电路9的控制信号，以几十千赫兹到几百千赫兹的高频率开启和关闭切换元件Q3。
控制电路9利用灯电压探测电路11来探测灯电压Vla，并且以斩波电流探测电路12探测流过切换元件Q2和Q3的电流的瞬间值Ip。此外，控制电路9通过零交叉信号探测电路13探测流过电感器L2的零交叉信号(ZCS)。控制电路9响应于探测的结果控制切换元件Q2和Q3。点火电路8构造成与第一实施例中采用的电路类似。然而，在本实施例，点火电路8通过切换元件Q8连接到直流电源电路的输出端，其中切换元件Q8的运行响应于来自控制电路9的控制信号进行控制。
在本实施例中，点亮装置从放电灯的不稳定模式直到稳定点亮模式如图2所示经历无负载模式、启动模式和稳定点亮模式。
图9示出从介质击穿到稳定点亮的放电灯的上述三个模式。横坐标表示时间轴。
<恒定电流控制>
在放电灯的介质击穿后，控制电路9探测到灯电压Vla降低。当探测到灯电压Vla等于或低于预定阈值的点A时，判定点亮了放电灯。点A用来判断是否点亮放电灯。在这种状态下，将电流的峰值控制成恒定的，使得具有目标量Tip的电流在每个转换循环中可靠地施加到切换元件Q2(或Q3)。参见图5。这个操作在图8中示出。
在时间段T1，响应于来自控制电路9的命令开启切换元件Q2，并且电流开始流过电感器L2。当来自电流传感电阻器R2的斩波电流Ip变得等于由斩波电流传感电路12探测到的目标电流值Tip时，关闭切换元件Q2。然后，当通过电感器L2的次级线圈探测到零交叉信号ZCS为零，控制电路9发出信号来启动切换元件Q2。这之后重复前述的操作。
在时间段T2期间，响应于来自控制电路9的命令开启切换元件Q3，使得电流在相反方向流过电感器L2。当探测到来自电流传感电阻器R2的斩波电流Ip等于目标电流值Tip时，关闭切换元件Q2。随后，当通过电感器L2的次级线圈探测到零交叉信号ZCS为零时，发送信号以便开启切换元件Q2。重复前述操作。
以低频交替地进行在时间段T1和T2内的高频切换操作。如图8所示，矩形波灯电压Vla被施加到放电灯的相对端，使得矩形波灯电流Ila流动。
<恒定功率控制>
当放电灯点亮后预定时间段t1过去时，控制由恒定电流控制转换到恒定功率控制，恒定功率控制是第二控制。为了以所需功率在额定点亮电压内稳定放电灯，根据探测到的Vla以预定开启(ON)时间段开启切换元件Q2和Q3。
在第二实施例中，在启动模式中密封在放电灯中的气体的状态是不稳定的，并且电流不是平稳地流到放电灯，因为紧接着极性反转后灯的阻抗升高。然而，本发明能够提供高压放电灯点亮装置，在该放电灯点亮装置中在这种状态下能够使必需的电流流动，每次进行极性反转放电灯都能够可靠地点亮，增压斩波电路2a的输出电压设定为低值，并且所述部件的耐受电压能够降低。
(第三实施例)
图10是根据本发明第三实施例的点亮装置的电路图。在本实施例中，全桥逆变器电路7被用作电源变换电路，并且还通过巧妙地控制切换元件Q3至Q6来行使增压斩波电路6和点火电路8的功能。具体而言，在无负载模式中以高频开启和关闭切换元件Q3和Q4，这使谐振增压电路8能够产生高电压并使放电灯DL介质击穿。谐振增压电路8由变压器PT和介于变压器PT的中间分接头(tap)和地之间的电容器C3构成。从放电灯的启动模式直到稳定点亮模式，以低频开启和关闭切换元件Q3和Q4，这使谐振增压电路8能够停止产生高电压。在切换元件Q4启动的时间段T1期间，切换元件Q5和Q6被交替地开启和关闭。具体而言，在以低频开启和关闭切换元件Q6的同时，以高频开启和关闭切换元件Q5。将低频矩形波电压施加到放电灯DL。在这种状态下，电感器L2和电容器C2行使用于增压斩波电路的低通滤波器的功能。
控制电路9基于在放电灯的相对端的电压Vla1和Vla2探测灯电压Vla，和探测自电流传感电阻器R2流到切换元件Q5和Q6的斩波电流的瞬间值Ip。此外，控制电路9探测流到电感器L2的电流中的零交叉信号ZCS。再者，控制电路9控制切换元件Q3到Q6以便基于所探测的结果给放电灯提供所要的电流或电压。
参照图11，从高压放电灯的未点亮状态到稳定点亮模式，控制电路9让点亮装置经历三种模式。
无负载模式：放电灯保持未点亮。通过以大约变压器PT的初级线圈和电容器C3的LC谐振频率开启和关闭切换元件Q3和Q4产生的谐振脉冲电压，基于变压器PT的线匝比增压，并且施加到放电灯的电极之间。放电灯经过介质击穿，并进入到启动模式。
[启动模式]
在介质击穿后，放电灯经历从辉光放电转变到弧光放电。在弧光放电开始后放电灯变得稳定并且放电管内部温度变得均匀，在几分钟内逐步地升高几伏特的灯电压达到稳定的电压。
稳定点亮模式：在放电灯点亮后，在几分钟内放电管内部的温度升高。放电灯变得稳定，并且灯电压变得大约恒定。
图12示出启动模式或稳定点亮模式中各个电路的波形。控制电路9如这里后面所述地控制逆变器电路7中的切换元件Q3到Q6。时间段T1和T2以几十到几百赫兹的低频交替变更。在时间段T1期间，在切换元件Q4保持启动的同时，以几十千赫兹到几百千赫兹的频率开启和关闭切换元件Q5。在时间段T2期间，在切换元件Q3保持启动的同时，以几十千赫兹到几百千赫兹的频率开启和关闭切换元件Q6。如图12所示响应于切换元件Q5和Q5的斩波或断路，产生斩波I_L2。通过电容器C2平整后的电流Ila被施加到负载电路。斩波I_L2是流到电感器L2的电流，并且在切换元件Q2启动的同时逐步地增大，而在切换元件Q2未启动的同时逐步地减小。
下面将参照图13详细描述放电灯的从介质击穿到稳定地点亮模式的各模式。在图13中，横坐标表示时间轴线。
<恒定电流控制>
在放电灯介质击穿后，探测到灯电流Ila的增大。当探测到增大的灯电流等于或大于阈值Ila1的点亮判断点A时，判定放电灯被点亮。从这个时间点，增大的灯电流的峰值被控制成恒定的，使得在切换元件Q5或Q6的每一斩波或断路时间段期间具有目标量TIp的电流可靠地流动。参见图5中电流曲线中的目标量Tip。
在时间段T1期间切换元件Q4保持启动，同时如下控制切换元件Q5。响应于来自控制电路9的命令开启切换元件Q5，并且电流开始流到电感器L2。当由电流传感电阻器R2探测到的斩波电流Ip变得与目标电流值TIp(如图5所示)相等时，关闭切换元件Q5。基于在切换元件Q5和Q6的交叉点的电位探测零交叉信号ZCS，使得控制电路9发出信号以开启切换元件Q5。重复前面所述操作。
在时间段T2期间，切换元件Q3保持启动，同时切换元件Q6如下进行控制。响应于来自控制电路9的命令开启切换元件Q6，并且电流开始流到电感器L2。当探测到来自电流传感电阻器R2的斩波电流Ip等于目标电流值Tip(如图5所示)，关闭切换元件Q6。基于在切换元件Q5和Q6的交叉点的电位探测零交叉信号ZCS，使得控制电路9发出信号以开启切换元件Q6。重复前面所述过程。
时间段T1和T2以低频交替地变更。矩形灯电压Vla施加到放电灯的相对端，使得矩形波灯电流Ila流到放电灯。参照图12.
<恒定功率控制>
探测灯电压的增加梯度。当所探测到的增加梯度等于预定的增大梯度(V2/t2)时，恒定电流控制在控制改变点B转变为恒定功率控制，或第二控制。为了在额定点亮电压内以所需电功率点亮放电灯，在为灯电压Vla的每个探测值确定的运行时间段期间，如图5所示的Vla-TWla曲线所示，切换元件Q5和Q6经历斩波控制。
在第三实施例中，当放电灯处于启动模式时，密封在放电灯内的气体的状态是不稳定的，并且电流不稳定地流到放电灯，因为紧接着极性反转后灯阻抗增大。然而，本发明能够提供高压放电灯点亮装置，在放电灯点亮装置中，前述的状态下必需的电流能够流动，每次进行极性反转放电灯都能够可靠地点亮，增压斩波电流2a的输出电压设定为低电压，并且所述电路的耐受电压能够降低。
第四实施例
图14涉及第四实施例。与第一到第三实施例中的恒定电流控制相比，在本实施例中，在放电灯的启动和不稳定状态期间的恒定电流控制如图14所示地执行。紧接着每次极性反转后具有时间段TA，和在时间段TA的终点和下一次极性反转之间的时间段TB。而仅在时间段TA期间进行恒定电流控制。本实施例具有与第一到第三实施例一样的优点。
恒定电流控制仅仅紧接放电灯的放电状态最不稳定的极性反转后进行。即使在放电灯的启动期间密封在放电灯内的气体是不稳定的，并且即使由于灯的阻抗的增加而电流慢慢流到放电灯，还是能够提供必需的电流。这样让放电灯每次进行极性反转时能够可靠地点亮，斩波电路的输出电压降低，并且电路具有更低的耐受电压。
第五实施例
图15涉及本发明的第五实施例。与第一到第三实施例中的恒定电流控制相比，在本实施例中，可为恒定电流控制设定多个目标电流值，以便减小响应于放电灯的状态改变(例如电压减小)的目标电流。在如图15所示的示例中，当灯的电压升高，目标电流值变成更低的位于点B1、B2或B3的值。因此，可每次极性反转时可靠地点亮放电灯，并且能够减小放电灯上的负载。
第六实施例
图16和图17涉及第六实施例。与第一到第五实施例中的恒定电流控制相比，当在恒定电流控制期间直流电源电压Vbus升高超过点亮时间段期间的电压值时。灯阻抗紧接着极性反转后增大。即使电流是慢慢流到放电灯，也可进一步提高电路的恒定电流供给能力。此外，在图17所示的恒定电流控制中仅仅在极性反转后在为提高直流电源电压Vbus的控制期间，第六实施例与前述的实施例是一样有效和有利的。此外，为了如图16或图17所示短暂地提高直流电源电压Vbus，控制电路9需要仅发送控制信号给直流电源供给电路2的控制电路5。
第七实施例
图18涉及第七实施例。在稳定点亮模式中最优的极性反转速度依赖于瓦特数或放电灯的类型，并且优选为300微秒或更小。具体而言，在放电灯处于不稳定点亮状态的恒定电流控制期间，迅速地执行极性反转(在大约100微秒内)。另一方面，如果在稳定点亮模式中迅速地执行极性反转，放电灯的芯柱有时候倾向于颤动，并且产生噪音。为了克服这个问题，当在启动模式期间的恒定电流控制转变为稳定点亮模式中的恒定功率控制的同时，改变极性反转的速度。这使放电灯在启动时间段能够可靠地点亮并且在稳定点亮模式中能够保持点亮而不会产生噪音。
第八实施例
图19涉及第八实施例。在放电灯的使用寿命末期灯电压升高。因为如图19中的Vla-Wla曲线所示供给到放电灯的电流的量减小，放电灯倾向于变弱。为了保证以大约额定灯电压的最大电压点亮的放电灯的稳定点亮模式，阈值Vla2设定在如图19所示的高压范围Vla。在高于阈值的额定电压范围内点亮的放电灯被确定为进行恒定电流控制。这使得放电灯能够保持点亮很长一段时间，并且防止具有最大额定点亮电压的放电灯变弱。
第九实施例
图20示出用于卡车的照明器材，该照明器材包括根据本发明的高压放电灯点亮装置。具体而言，图25(a)和25(b)示出示例，其中HID灯被用作聚光灯。图20(c)示出照明装置，其中HID灯用作顶棚里向下照射的小聚光灯或嵌顶灯。在图20中，附图标记15表示电子镇流器，电子镇流器容纳点亮装置的电路，附图标记16表示设置有高压放电灯的灯体，以及附图标记17表示导线。多个前述的照明器材可以结合使用，以便组成照明系统。根据第一到第八实施例的高压放电灯确保照明器材能可靠地点亮，并且防止放电灯变弱。
工业应用
根据本发明，可从放电灯的启动状态到使用寿命末期可靠地为各个转换循环供给所必需的电流。防止放电灯由于不足的电流供给带来的变弱。此外，可通过减小直流电源的输出电压来减小电路的电压。