專利名稱：具有有效電流測量的燈驅(qū)動電路和燈驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于利用交流電來驅(qū)動燈、特別是放電燈的電路和方法。本發(fā)明尤其涉及燈電流的測量。
背景技術(shù)：
用于利用交流電來驅(qū)動燈的電路本身公知。它們在市場上具有極其不同的特征并在現(xiàn)有技術(shù)中得到證明，例如作為用于驅(qū)動低電壓鹵化白熾燈的電子變壓器或者作為用于低壓放電燈、也就是例如日光燈或者節(jié)能燈的驅(qū)動電路。后者一般包括用于為燈產(chǎn)生高頻供電功率的轉(zhuǎn)換器。
此外，本身公知的是測量工作時的燈電流，例如以便對該燈電流進行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的技術(shù)問題是，給出用于利用交流電來驅(qū)動燈的電路和方法，該電路和該方法在測量燈電流的方面有所改進。
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動燈的交流驅(qū)動電路，以及涉及一種相應(yīng)的驅(qū)動方法和一種由這種驅(qū)動電路和通過該驅(qū)動電路供電的燈組成的照明系統(tǒng)，其中該交流驅(qū)動電路具有用于檢測燈電壓的電抗、用于確定通過該電抗的電流的過零點的、對符號敏感的零點檢測裝置、用于測量通過燈的電流的電流測量裝置和所觸發(fā)的保持裝置，其中由零點檢測裝置這樣來觸發(fā)該保持裝置，使得其在一個時間點上檢測并且隨后保持由電流測量裝置所測量的燈電流，其中在該時間點上該電流基本上相當于通過燈的有效電流的幅度。
下面的說明隱含地既涉及本發(fā)明的裝置范疇也涉及本發(fā)明的方法范疇，而不在這兩方面之間進行詳細的區(qū)分。
本發(fā)明人已注意到，在燈的交流驅(qū)動電路中，由于主要由燈線路引起的寄生電容而可能出現(xiàn)相當大的容性無功電流。這些無功電流主要在可調(diào)光的燈的情況下可能更高，并且在低的調(diào)光位置時甚至比燈內(nèi)真正的有效電流高數(shù)倍。在任何情況下它們都使電流測量值失真。在可調(diào)光的燈的情況下，如果對所測量的由燈電流和容性電流組成的總電流進行調(diào)節(jié)，在低的調(diào)光位置時甚至會導(dǎo)致燈熄滅。
由此出發(fā)應(yīng)至少近似地確定燈中的實際有效電流，以排除這種失真或工作失常。
因此在本發(fā)明中利用電抗來測量燈電壓。通過電抗的電流在此情況下相對于燈電壓相移90°。于是，對電流的過零點的符號敏感的確定允許確定以規(guī)定的方式相對于燈電壓的過零點相移90°的時間點。因為燈中的有效電流與燈電壓相位相同，并且在測量時應(yīng)排除的容性無功電流相移90°，所以可以以這種方式在一個時間點上進行燈電流的測量，其中在該時間點上相對于有效電流超前90°的容性無功電流基本上為零，因此該測量至少近似地檢測燈有效電流。具體地，這可以這樣來進行，使得利用這樣的過零點，在該過零點通過燈的有效電流達到其正的幅值。
在此情況下本發(fā)明從以下的假設(shè)出發(fā)，即燈驅(qū)動電路中的寄生電容遠遠超過寄生電感的影響，由于電容相移和電感相移的部分抵消而造成的有效電流的失真因此可以被忽略。這當然是一種近似法，但由于在實踐中實際可忽略的寄生電感而完全足夠了。在任何情況下本發(fā)明提供相對于現(xiàn)有技術(shù)的明顯改進。
作為電抗，原則上既考慮電感也考慮電容，其中在本發(fā)明的范圍內(nèi)電容是優(yōu)選的。它們通常與更低的元件成本和更有利的結(jié)構(gòu)尺寸相聯(lián)系。在與此相應(yīng)地從正向負的過零對燈電流測量來說是決定性的實施例中，情況也是如此。
本發(fā)明優(yōu)選地針對具有燈電流調(diào)節(jié)、特別是在可調(diào)光的燈的情況下的應(yīng)用情況。在這里可以通過更精確地確定燈電流來實現(xiàn)更準確的調(diào)節(jié)，并且在調(diào)光的情況下甚至在非常低的調(diào)光位置時也能實現(xiàn)正常驅(qū)動。
此外，一個優(yōu)選的應(yīng)用情況是放電燈，在這些放電燈中驅(qū)動電路一般具有轉(zhuǎn)換器、例如半橋逆變器，用于為燈產(chǎn)生基本上為矩形的高頻供電電壓。此外，設(shè)置有與燈串聯(lián)的燈電抗器和耦合電容器。該耦合電容器在該燈的一個端子上限定基準電位。另一個燈端子位于轉(zhuǎn)換器的高頻輸出端上。耦合電容器在此情況下可以連接到內(nèi)部基準電位(接地)上或者也可以連接到轉(zhuǎn)換器的供電電位上，并且在此情況下通常將內(nèi)部基準電位和轉(zhuǎn)換器的供電電位之間的中間值確定為燈的基準電位。
此外，優(yōu)選地設(shè)置數(shù)字控制裝置，它控制轉(zhuǎn)換器的工作并在此情況下只要存在就包括燈電流調(diào)節(jié)。在此情況下，轉(zhuǎn)換器的脈沖重復(fù)頻率可以被用于調(diào)節(jié)燈電流。驅(qū)動電路在這種情況下具有AD轉(zhuǎn)換器，以便將優(yōu)選地以模擬方式獲得的燈電流值輸送到該數(shù)字控制裝置。
電流測量裝置可以通過至少一個二極管來連接并且因此只檢測一個極性的電流值。這主要在使用AD轉(zhuǎn)換器時可能是有利的，因為該AD轉(zhuǎn)換器也許僅被設(shè)計用于處理一個極性的輸入值。
用于檢測并保持燈電流的所觸發(fā)的保持裝置優(yōu)選是跟蹤與保持(track-and-hold)電路，并可以具有受控開關(guān)和電容器。在此情況下，開關(guān)位置決定電容器是否利用與燈電流值相應(yīng)的電壓信號、特別是測量電阻上的電壓降來充電或者斷開，以保持在斷開時間點上“所存儲的”值。
用于確定過零點的零點檢測裝置可以具有與電抗、特別是電容器串聯(lián)的測量電阻和檢測該測量電阻上的電壓的比較電路或者施密特觸發(fā)器或者一般地閾值元件。


下面借助一個實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明，其中單個特征不僅對于裝置范疇來說而且對于方法范疇來說分別具有重要意義，并且此外也可以以其他組合的形式是本發(fā)明的本質(zhì)。
圖1示出傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的示意框圖。
圖2示出參考圖1的依據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一部分。
圖3示出關(guān)于圖2中的照明系統(tǒng)的測量曲線。
具體實施例方式
為了說明下面更詳細解釋的實施例，圖1首先示意性地示出一個傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在右上區(qū)域內(nèi)示出一個放電燈。開頭所提到的線路寄生電容象征性地通過與該燈并聯(lián)的電容C_kap來示出。該燈由具有兩個半橋晶體管T1和T2的橋式電路供電，其中這兩個半橋晶體管在其中間抽頭上產(chǎn)生高頻矩形電壓。該高頻矩形電壓通過燈電抗器L_lamp被提供到一個電極上，其中另一個燈電極通過耦合電容器C8連接到由兩個晶體管T1和T2組成的半橋的下面的供電分支、這里為內(nèi)部接地上。諧振電容器C7位于燈電抗器L_lamp的燈側(cè)端子和該內(nèi)部接地之間，該諧振電容器C7與燈電抗器L_lamp共同被設(shè)置用于通過燈電路內(nèi)的諧振激勵而產(chǎn)生過壓。這些關(guān)系對于專業(yè)人員來說是眾所周知的并長期以來為現(xiàn)有技術(shù)，故這里無需進一步進行解釋。
圖1此外示出在由兩個晶體管T1和T2組成的半橋的中間抽頭和內(nèi)部接地之間的未用附圖標記標出的線圈，它與兩個同樣未用附圖標記標出的與電極并聯(lián)的線圈耦合。在這種情況下涉及燈絲變壓器，該燈絲變壓器用于在啟動前和在低調(diào)光位置的情況下在連續(xù)工作時加熱燈電極，并且該該燈絲變壓器同樣是公知的，因此在此無需進一步進行解釋。
燈電路由開關(guān)電源供給供電電位，該開關(guān)電源在上面連接到由兩個晶體管T1和T2組成的半橋上。在這種情況下涉及本身同樣早已公知的升壓轉(zhuǎn)換器，該升壓轉(zhuǎn)換器在其未用附圖標記標出的輸出端側(cè)的存儲電容器上產(chǎn)生近似恒定的直流電壓。為此它通過最左邊所示出的同樣為現(xiàn)有技術(shù)并無需進一步解釋的高頻濾波器、和整流器由一般的交流電網(wǎng)供電。升壓轉(zhuǎn)換器在這里用作功率因數(shù)校正電路。
在圖1的下面的區(qū)域內(nèi)在右側(cè)示出一個微控制器μC，它一方面如兩個箭頭象征性地所表示的那樣控制開關(guān)電源、也就是升壓轉(zhuǎn)化器并且與此同時具體地預(yù)先規(guī)定那里的開關(guān)晶體管的脈沖，而另一方面由該開關(guān)電源供給施加在輸出側(cè)電容器上的中間電路電壓。另一方面，微控制器μC控制半橋的兩個開關(guān)晶體管T1和T2，并在燈電路內(nèi)除了燈電壓和放電電阻之外特別是還測量燈電流。微控制器μC此外也負責預(yù)熱控制、點火控制和燈監(jiān)控。但在本發(fā)明的范圍內(nèi)主要感興趣的是燈電流調(diào)節(jié)范疇內(nèi)的半橋控制。微控制器μC從左側(cè)所示的控制輸入端接收調(diào)光信號，該調(diào)光信號決定功率放大級，也就是具體地決定所調(diào)節(jié)的燈電流。該控制輸入端本身同樣為現(xiàn)有技術(shù)并且在這里不詳細進行解釋。原則上涉及單極交流耦合輸入。
圖2示出本發(fā)明的一個實施例，更確切地說是圖1中標有“燈電路”的部分包括燈本身在內(nèi)的一段。但與圖1的區(qū)別在于，圖2中涉及依據(jù)本發(fā)明的電路。
出于簡化原因，具有開關(guān)晶體管T1和T2的半橋在左側(cè)作為0和470V之間的梯形供電電位V1示出。該梯形供電電位處于燈電抗器L_lamp的左側(cè)端子和圖2的下面的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部接地之間。燈在圖2中被示出大約位于中間并位于上部，并作為具有例如250pF的并聯(lián)寄生電容C_kap的例如25kΩ的歐姆有效負載R_lamp被象征性地示出。
已經(jīng)借助圖1進行了說明的諧振電容器C7被示出并在這里具有例如3.3nF的電容。也存在例如20nF的耦合電容器C8。除了半橋晶體管T1和T2外，也刪去了圖1中的預(yù)熱變壓器。
在圖2中，在一定程度上諧振電容器C7的一部分作為單獨的這里為470pF的電容器C2被去耦。該電容器C2與這里為100Ω的測量電阻R10串聯(lián)，與諧振電容器并聯(lián)并與由燈R_lamp和耦合電容器C8組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
(在典型頻率為幾十kHz的情況下)電阻R10的阻抗比電容器C2的阻抗小得多，因此燈電壓和C8上的電壓的總和基本上位于電容器C2上。因為C8上的電壓實際上在時間上恒定地相當于半橋的一半供電電壓，所以電容器C2上的電壓的變化可以與燈電壓的變化相關(guān)聯(lián)。這里在本發(fā)明的意義上作為電抗使用的電容器C2上的這種電壓變化以通過測量電阻R10的超前90°的電流的形式表現(xiàn)出來。由于這些電流而在R10上下降的電壓通過OP比較電路(運算放大器電路)來檢測。因此，比較電路輸出端上的過零和因此符號變化相當于具有90°的超前相移的燈電壓的過零。電容器C2(或者相應(yīng)的電感)因此必須這樣來連接，使得燈電壓被映射到其中。
比較電路的輸出端控制一個晶體管開關(guān)U3，該晶體管開關(guān)U3在其閉合狀態(tài)下將例如47nF的電容器C10與例如2.5Ω的測量電阻R22并聯(lián)并在其打開狀態(tài)下將該電容器C10與該測量電阻R22斷開。測量電阻R22與耦合電容器C8串聯(lián)并因此處于燈電流的路徑中。然而，由于以彼此相反的極性與該測量電阻R22并聯(lián)的二極管D10和與其串聯(lián)的二極管D11，只有具有確定極性的燈電流才流過測量電阻R22。
R22上的表示燈電流的電壓在開關(guān)U3的閉合狀態(tài)下被施加到電容器C10上并因此將該電容器C10充電到相應(yīng)的值。如果開關(guān)U3打開，那么C10上的該電壓值得到保持。該電壓值通過AD轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化并被提供到與圖1中的微控制器μC相應(yīng)的數(shù)字控制裝置上。開關(guān)U3和電容器C10因此構(gòu)成一個跟蹤與保持電路，該跟蹤與保持電路在開關(guān)U3的閉合狀態(tài)下跟隨R22上的電壓、即燈電流并在打開時保持該燈電流。
在該實施例中，對通過電容器C2的電流的測量產(chǎn)生90°的超前相移。如果現(xiàn)在將比較電路和開關(guān)U3如圖2中所示這樣連接，使得開關(guān)U3在從負向正過零點時由于比較電路輸出端上的“1”而閉合并且在從正向負過零點時由于比較電路輸出端上的“0”而重新打開，那么在最后提到的過零點時C10上的電容器電壓因此保持被存儲，在相對于通過C2的電流的上升過零點相移180°的情況下并因此在通過C2的電流的最大值之后的90°時該電容器電壓與燈電流相應(yīng)。由于通過C2的電流相對于通過R_lamp的燈有效電流(與通過C_kap的容性無功電流相反)的超前相移，這些恰恰是沒有無功電流分量的正的電流最大值。即通過C_kap的無功電流在這些時間上同樣具有零點，因為它超前有效電流90°。
不依賴于頻率和寄生電容，在寄生電容明顯超過寄生電感時，這種陳述就適用。
圖3示出關(guān)于圖2中的實施例的所有測量曲線。其中通道1(CH1)基本上示出一個矩形信號、即下面的半橋晶體管T2的控制信號以及因此半橋的工作脈沖。通道2(CH2)示出C10上的電壓以及因此AD轉(zhuǎn)換器的輸入。通道3(CH3)示出比較電路的輸出、也就是開關(guān)U3的控制信號。最后，通道4(CH4)示出近似正弦形分布的燈電流。
根據(jù)比較電路輸出的突然中斷、也就是信號CH3的下降沿來識別從正向負的過零。在該時間點上打開開關(guān)U3，因此曲線CH2此后呈現(xiàn)恒定的平頂線，直至信號CH3重新具有上升沿并且開關(guān)U3重新閉合。曲線CH2直接在平頂線的前面和后面示出幾個較小的干擾，這些干擾由半橋造成并且對于本發(fā)明來說不具有重要意義。如果不考慮這些干擾，那么在開關(guān)U3閉合的區(qū)域內(nèi)、也就是在信號CH3的高平頂線的區(qū)域內(nèi)分別顯示出燈電流、也就是信號CH4的圖像。該信號CH4基本上正弦形地分布，但以其最大值相對于信號CH3的下降沿并因此以燈電壓的最大值稍微相位超前。這種超前的相移說明容性無功電流的影響。這種影響在圖3的曲線圖中相當小，因為在這里出于清楚顯示的原因選擇了相當大的調(diào)光級。在較小的調(diào)光級的情況下該相移增大。但因為信號CH2的平頂線分別在無功電流分量恰好為零的時間點上“凍結(jié)”，所以這些影響不包括在燈電流調(diào)節(jié)中。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動燈(R_lamp)的交流驅(qū)動電路，具有用于檢測燈電壓的電抗(C2)，用于確定通過所述電抗(C2)的電流的過零點的、對符號敏感的零點檢測裝置(R10、OP-Komp.)，用于測量通過所述燈(R_lamp)的電流的電流測量裝置(R22、D10、D11)，和所觸發(fā)的保持裝置(U3、C10)，由所述零點檢測裝置(R10、OP-Komp.)這樣來觸發(fā)該保持裝置，使得其在一個時間點上檢測并且隨后保持由所述電流測量裝置(R22、D10、D11)所測量的燈電流，其中在所述時間點上該電流基本上相當于通過所述燈(R_lamp)的有效電流的幅度。
2.按權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，具有燈電流調(diào)節(jié)電路，該燈電流調(diào)節(jié)電路被供給由所觸發(fā)的保持裝置(U3、C10)所測量并保持的燈電流。
3.按權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動電路，用于放電燈，該驅(qū)動電路具有用于為所述燈(R_lamp)產(chǎn)生高頻供電功率的轉(zhuǎn)換器、與所述燈(R_lamp)串聯(lián)的電抗器(L_lamp)、與所述燈(R_lamp)并聯(lián)的諧振電容器(C2、C7)和與所述燈(R_lamp)串聯(lián)的耦合電容器(C8)。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動電路，具有數(shù)字控制裝置和連接到所觸發(fā)的保持裝置(U3、C10)上的AD轉(zhuǎn)換器(A/D)，該AD轉(zhuǎn)換器用于為所述控制裝置提供表示所述燈電流的數(shù)字信號。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動電路，其中，所述電流測量裝置(R22、D10、D11)通過二極管(D10、D11)來連接并因此只檢測一個極性的電流值。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動電路，其中，所觸發(fā)的保持裝置為跟蹤與保持電路(U3、C10)并具有受控開關(guān)(U3)和電容器(C10)。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動電路，其中，所述電抗為電容器(C2)。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動電路，其中，所述零點檢測裝置(R10、OP-Komp.)具有與所述電抗(C2)串聯(lián)的測量電阻(R10)和閾值元件(OP-Komp.)。
9.一種用于驅(qū)動燈(R_lamp)的方法，其中，利用電抗(C2)來檢測燈電壓，以對符號敏感的方式確定通過所述電抗(C2)的電流的過零點，測量通過所述燈(R_lamp)的電流，并且在一個時間點上檢測并且隨后保持所測量的燈電流，該時間點通過所確定的過零點來確定并且在該時間點上所述燈電流基本上相當于通過所述燈(R_lamp)的有效電流的幅度。
10.一種照明系統(tǒng)，具有按權(quán)利要求1-8之一所述的驅(qū)動電路和由該驅(qū)動電路供電的燈(R_lamp)、特別是放電燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動燈(R_lamp)的電路和方法。在此情況下，借助用于檢測燈電壓的電抗(C2)、用于確定通過電抗(C2)的電流的過零點的零點檢測裝置(R10、OP－Komp.)、電流測量裝置(R22、D10、D11)以及最后借助由零點檢測裝置(R10、OP－Komp.)所觸發(fā)的跟蹤與保持電路(U3、C10)以這種方式來測量燈電流，使得寄生電容(C_kap)的影響保持被排除。
文檔編號H05B41/28GK1770948SQ20051012834
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者A·米策 申請人:電燈專利信托有限公司