專利名稱：電路設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種向由燈構成的負載供電的電路設備，它包括產生直流電壓的裝置，它具有-用于連接到電壓電源的輸入端，-連接到輸入端、用于對由供電電壓源提供的交流電壓整流的整流裝置，-用于連接到負載的輸出端，-連接在整流裝置和輸出端之間的DC-DC(直流-直流)轉換器，它備有第一電感裝置、第一單向元件和一個開關元件，和-連接到輸出端的第一電容裝置。
這樣一種電路設備可從歐洲專利0323676中獲悉。在那里所說明的轉換設備中，輸出端被接到一個DC-AC(直流-交流)轉換器以便從直流電壓產生一個交變極性的電流，這個電流可以用于供應給一個燈。在燈工作時讓DC-DC轉換器的開關元件輪流地以高頻導通和不導通。其結果是在第一電容裝置的兩端會出現一個直流電壓，DC-AC轉換器就由它供電。這個已知的電路設備非常適合于向燈供電，特別是對像低壓水銀燈這樣的放電燈是更為合適的。但是，這種已知電路設備的一個缺點是，當這個電路設備在接通的時刻供電電壓有較高值的情況下第一電容裝置由一個比較強的電流進行充電。這個比較強的電流在今后文中也稱為涌入電流，它可能對第一電容裝置和流過這個電流的其它元件的壽命產生有害的影響。如果電壓電源含有一個保安斷路器，則比較強的涌入電流還會引起保安斷路器切斷供電電源。
本發明的一個目的就是提供一種電路設備，利用它可以把電路設備在緊接著接通電源之后使第一電容裝置充電的電流的幅值受到限制。
按照本發明，在開頭一段所說明的電路設備就是為此目的的，其特征在于輸出端跨接到一個分支電路，該電路是一個阻抗和第一電容裝置的串聯連接，這個阻抗還由一個單向元件所傍路。當按照本發明的電路設備接通時，對第一電容裝置充電的電漢流經該阻抗。由于這個涌入電流的流向和另一個單向元件的方向相反，第一個單向元件中不流過電流。這就有可能限制上述電流到一個所希望的值，因為該阻抗值可適當地選擇。因此就可以使涌入電流比較小。這個相對較小的涌入電流對第一電容裝置的壽命和通過這個涌入電流的電路設備中的其它元件的壽命有良好的效果。這個較小的涌入電流也可防止形成電壓電源一部分的任何安全斷路器去切斷電源電壓。如果電源從第一電容裝置傳送到負載，則提供這一電源的電流主要是流經另一個單向元件的，所以在阻抗中消耗的功率比較小。在穩定運行時，一個周期性的、其頻率為交流電壓頻率兩倍的充電電流流經第一電容裝置和阻抗，所以在阻抗中有一個有限的功率損耗發生。但是，已經發現，當交流電壓是正弦波且DC-DC轉換器的開關元件被控制成使得從電壓電源所取的也是一個和交流電壓相位一致的正弦波電流時，這種功率損耗是比較小的。
應該指出，在例如日本專利申請59-191476和63-107457中也已知有這樣的電路設備，它也含有整流裝置和用于連接負載的輸出端，它和一個阻抗和電容裝置相串聯的第一設備相連接，而這個阻抗被一個單向元件傍路。但是在這些電路設備中，在整流裝置和輸出端之間未連接有DC-DC轉換器，而按照本發明的一個電路設備卻是有的。當上面這些電路設備由正弦波電源電壓供電時會從電源電壓上取得一個有波峰狀的周期性電流。而按照本發明的電路設備由正弦波交流電壓供電時，卻有可能通過調整DC-DC轉換器的開關元件的占空比而使從電壓電源所取的電流在形狀上也大體為正弦波、且和供電電壓大體上同相位。在燈的穩態運行時期的電流的波峰形狀，和在使用按照本發明的電路設備時的燈的穩態運行相對比，會導致在阻抗中較高的功率損耗。在日本專利申請59-191476和63-107457所說明的電路設備在與本發明的電路設備相比時，電源的電能利用效率較低。
在按照本發明的電路設備中，阻抗包括一個歐姆型電阻或一個電感元件，它可以得到良好的結果。
按照本發明的電路設備的一個有利的實施例的特征在于，其中DC-DC轉換器是個升壓轉換器。如果在燈的穩態運行期間出現在輸出端之間的直流電壓高于由電源電壓提供的交流電壓的最大幅值，則升壓轉換器在全波整流的交流電壓的整個瞬時振幅的范圍內都是起作用的，這個交流電壓就是DC-DC轉換器的輸入電壓，這樣可使DC-DC轉換器可以有比較簡單的結構。也可以通過調整開關元件的占空比而以比較簡單的方式實現使從電壓電源取得的電流大致為正弦波且和交流電壓大體上同相位。因此這個有利的實施例具有高功率因數，而在穩態運行時阻抗中的功率消耗比較低。
按照本發明的電路設備的另一個有利的實施例的特征在于，該電路設備另外還包括一個連接到輸出端的DC-AC變換器，用以產生具有交變極性的電流。由于負載是燈，所以常希望向負載提供交變極性的電流。這可以防止例如電泳或在放電燈的情況下燈電極上不相等的負載。特別是當這個交變極性電流的頻率比較高時，若在電路分支中還包括另外的電感裝置和在電路設備還包括對分支電路傍路的另外的電容裝置時，這是有好處的。這種另外的電感裝置和另外的電容裝置一起形成濾波器，通過它，由交變極性的電流在阻抗和第一電容裝置中消耗的功率限制在較小的范圍內。如果該阻抗包括一個電感元件，則有可能把這個電元件和另一個電感裝置集成于一個元件中。如果該阻抗包括一個歐姆型電阻，則把這個歐姆電阻和另個電感裝置集成為一個元件也是可能的。這種集成可以用一個帶空氣芯的線圈來實現，并且(因此)它有比較多的圈數。由于有許多圈，這樣的線圈除了一定的自感外還有較高的歐姆電阻。
按照本發明的電路設備的另外的有利的實施例的特征在于，阻抗被一個開關元件所傍路。通過在涌入電流對第一電容裝置充電后使開關元件導通，就能做到在燈的穩態運行期間在阻抗中基本上沒有功率損耗，這是因為第一電容裝置的充電電流主要流經開關元件。
本發明的各實施例將參考附圖作更詳細的解釋，這些圖中
圖1-2和3表示按照本發明的電路設備的一個實施例，如圖4表示按照本發明的電路設備的一個實施例，它連接到一個DC-AC轉換器所組成的負載和接到這個轉換器上的一個燈。
在圖1中，K1和K2形成用于連接電壓電源的輸入端。I是連接到輸入端的整流裝置，用于對電壓電源提供的交流電壓整流。整流裝置I的輸出端接到DC-DC轉換器II的相應的輸入端。DC-DC轉換器的構造在圖1中未示出。DC-DC轉換器包括一個開關元件、第一電感裝置和第一單向元件。DC-DC轉換器II的輸出端K3和K4用以形成產生直流電壓的裝置的輸出端以便連接到一個負載，并且還跨接到串聯設置的一個電阻R1和電容器C1，在本實施例中它們分別是一個阻抗和第一電容裝置。電阻R1和二極管D5并聯，后者在本實施例中形成另一個單向元件。在本實施例中電阻R1和電容器C1形成分支電路。
圖1所示的電路的工作情況如下。當輸入端K1和K2連接到傳送出交流電壓的電壓電源時，這個交流電壓在電路設備的穩態運行期間被整流裝置I所整流。整流后的交流電壓被DC-DC轉換器轉換成一個輸出直流電壓，它主要是一個基本上恒定的直流電壓并在其上疊加一個其頻率等于交流電壓頻率兩倍的周期性電壓。這個周期性的電壓是由交替地通過電阻R1向電容器C1充電、和電容器C1經過二極管DS放電所造成的。供給負載的是電容器C1的放電電流。但在輸入端K1和K2接到電壓電源這后的開始瞬間，跨過電容器C1兩端卻沒有、或只有一個較低的電壓，所以要從電壓電源取用一個比較大的電流以便對電容器C1充電，直到達到輸出的直流電壓為止。這個比較大的電流的幅值是被限制的，因為這個比較大的電流要流經電阻R1。這種限制應發生在這樣一個范圍，即要使這個比較大的電流對電路設備中各元件的壽命不會有決定性的影響。這種限制還要達到這樣的目的，使成為供電電源一部分的任何保安斷路器不會切斷電源電壓。
在圖2中，具有和圖1中所用的相同的參考符號的部件和圖1中相對應的部件是相同的。二極管D1-D2-D3和D4形成二極管橋路，它在本實施例中形成連接到輸入端的整流裝置。控制信號發生器III、開關元件S1、二極管D6和線圈L1一起形成升壓轉換器型的DC-DC轉換器，它連接在整流裝置和輸出端之間。二極管D6和線圈L1分別形成第一單向元件和第一電感元件。
在圖2所示的實施例的穩態運行期間，控制信號發生器產生一個高頻控制信號以使開關元件S1導通和不導通。這把經整流的交流電壓轉變成輸出的直流電壓。控制信號的占空比和經整流的交流電壓的瞬時值成正比，以便改善電路設備的功率因數。這同時可以實現在燈的穩態運行期間使阻抗中的功率消耗比較小。輸出的交流電壓的平行值也通過控制信號的占空比加以控制。為實現這兩種控制功能所需要的電路部分沒有顯示于圖2中。
在圖3所示的電路設備中，除了那些示于圖2中形成部分電路設備中的相對應的中路部分外，還包括傍路于電阻R1的一個開關元件S2。這個電路設備還包含一個控制電路IV，它連接到開關元件S2的控制電極。控制電路IV的一個輸入連接到電容器C1和電阻R1的公共連接點。這一連接是用圖3中的虛線表示的。當輸入端K1和K2剛接到電源電壓之后，開關元件S2是不導通的，因此它不通過對C1進行充電的比較大的電流。一旦電容器C1充電到這樣的電壓電平、即電容器C1的充電電流只有一個較小的幅值時，控制電路IV使開關元件S2導通，從而使電容器C1在穩態運行期間主要是通過開關元件S2充電，因此在穩態運行期間電阻R1中消耗的功率可被阻止。在其它方面，圖3所示的電路設備的運行情況都相當于圖2所示的電路設備。
圖4所示的電路設備和圖2所示的差別就在于包括一個和電阻R1串聯的線圈L2并形成了本實施例中的另一個電感裝置。輸出端K3和K4另外還通過電容器C2而互連。本實施例的C2形成另一個電容裝置。輸出端K3和K4連接到DC-AC轉換器V的相應的輸入端。燈La連接到DC-AC轉換器V的輸出端。
和其它幾個圖所示的電路設備的情況相同，當輸入端K1和K2剛連接到電壓電源之后，對電容器C1充電的電流受電阻R1的限制。DC-AC轉換器產生高頻電流以提供給燈在穩態時運行。由DC-AC轉換器在燈的穩態運行期間產生的高頻電流導致跨在電容器C1和電阻R1之上將會有一個高頻電壓分量。這個高頻電壓分量引起電容器C1和電阻R1中進一步的功率損耗。但是，線圈L2和電容器C2作為高頻濾波器而工作，所以使高頻電壓分量的幅值比較小，由這個電壓分量所引起的功率損耗也同樣比較小。
在圖4所示的電路設備的一種具體實現中，額定功率為100瓦的放電燈由頻率約為45千赫的高頻電流所激勵，電容器C1的容量為22微法。電阻R1約為20歐，線圈L2的自感為400微亨，電容器C2的電容為180微微法。電路設備由有效值為230伏的正弦波交流電壓供電。升壓轉換器的開關元件的占空比和全波整流后的交流電壓的瞬時幅值成正比。已發現涌入電流被電阻R1所滿意地限制。還發現在燈的穩態運行期間電阻所消耗的功率不超過約0.34瓦。當電阻R1、電容器C1、和二極管D5被直接連接到二極管橋路的輸出端且由線圈L2和電容器C2所組成的濾波器被省掉時，在燈的穩態運行期間電阻所消耗的功率約為1.95瓦。
權利要求
1.一種用于向由包括燈的負載供電的電路設備，包括產生直流電壓的裝置，它具有-用于連接到供電電壓源的輸入端，-連接到輸入端、用于對供電電壓源提供的交流電壓整流的整流裝置，-用于連接到負載的輸出端，-連接在整流裝置和輸出端之間的DC-DC轉換器，它具有第一電感裝置、第一單向元件和開關元件，和-連接到輸出端的第一電容裝置，其特征在于，輸出端之間跨接著一個由阻抗和第一電容裝置串聯而成的分支電路，該阻抗由另一個單向元件所傍路。
2.權利要求1所要求的電路設備，其特征在于，其中的阻抗包括一個歐姆型電阻。
3.權利要求1所要求的電路設備，其特征在于，其中的阻抗包括一個電感元件。
4.如上述任一權利要求所要求的電路設備，其特征在于，其中的DC-DC轉換器是個升壓轉換器。
5.如上述任一或幾項權利要求所要求的電路設備，其特征在于，其中的電路設備另外還包括連接到輸出端的DC-AC轉換器，用于產生交變極性的電流。
6.權利要求5所要求的電路設備，其特征在于，其中的分支電路還包括另一個電感裝置，且電路設備包括另一個傍路該線路分支的電容裝置。
7.權利要求6所要求的電路設備，其特征在于，其中的阻抗和另一個電感裝置集成為一個部件。
8.如上述任一或幾項權利要求所要求的電路設備，其特征在于，其中的阻抗被開關元件所傍路。
全文摘要
一種向包括燈的負載供電的線路設計，包括產生直流電壓的裝置，它具有連接到電壓電源的輸入端，連接到輸入端用來對電壓電源提供的交流電壓整流的整流裝置，連接到負載的輸出端，連接在整流裝置和輸出端間的并有第一電感裝置、第一單向元件、和開關元件的DC-DC轉換器，和連接到輸出端的第一電容裝置，輸出端上跨接由阻抗和第一電容裝置串聯而成的分支電路，該阻抗由另一單向元件傍路。由此可使線路設計接通瞬間流過的涌入電流受限制。
文檔編號H05B41/282GK1131476SQ95190691
公開日1996年9月18日 申請日期1995年6月12日 優先權日1994年6月28日
發明者H·P·M·彼得斯, A·P·施陶特, P·R·費爾曼 申請人:菲利浦電子有限公司