MX2008005114A - Sistema de control de salida de lumen constante - Google Patents

Abstract

Un sistema de control de salida de lumen constante para proporcionar una salida de lumen constante a lo largo de la vida de una lámpara en el nivel de lumen promedio o pre-establecido. El sistema de control de lumen acoplado a un controlador de lámpara inicialmente reduce la energía de la lámpara para prevenir que la lámpara sea operada a niveles de energía que resulten en niveles de lumen promedio o pre-establecidos que sean excesivos. Con el uso incrementado de la lámpara, el sistema de control de lumen incrementa gradualmente la energía de la lámpara para compensar el desgaste de lumen de la lámpara debido a los mecanismos de reducción de luz. Al compensar el desgaste de lumen de la lámpara, la lámpara es operada a una salida de lumen constante promedio o pre-establecida a lo largo de la vida de la lámpara.

Description

SISTEMA DE CONTROL DE SALIDA DE LUMEN CONSTANTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un control de salida de lumen de una fuente de luz. Más particularmente, lá invención proporciona un método y sistema para incrementar y disminuir una energía de salida de balasto, la cual está conectada a una fuente de luz, para proporcionar una salida de luz constante durante la vida de la fuente de luz.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Con el tiempo, la salida de lumen de una lámpara disminuye constantemente. La salida de lumen puede ser definida como una unidad de flujo luminoso igual a la luz emitida en un ángulo sólido de unidad por una fuente de punto uniforme de la intensidad de una vela. En cuanto a la energía, un lumen es 1/683 vatios de energía radiante a una frecuencia de 540 x 1012 Hz. La degradación de la salida de lumen en la lámpara puede ocurrir por una variedad de razones, por ejemplo, el desgaste de lumen de la lámpara, la interacción de la lámpara con un balasto, las variaciones de voltaje suministrado, mugre o polvo en la lámpara y la temperatura ambiente en un accesorio. La Figura 1 ilustra una curva de degradación de lumen para una típica lámpara de descarga de alta intensidad (HID) de haluro de metal de cuarzo que usa un balasto convencional. La Figura 1 es un gráfico 100 que ilustra dos curvas en relación con un eje X 102 (horas de operación de la lámpara) y un eje Y 104 (lúmenes por vatio de la lámpara). La curva 106 ilustra la curva de degradación para una lámpara magnética de auto-transformador de vataje constante (CWA) y la curva 108 ilustra una curva de degradación para una lámpara Prismatron™. A medida que incrementan las horas de operación de la lámpara para la lámpara, la salida de lumen de la lámpara disminuye.

La disminución en la salida de lumen ocurre debido a una variedad de procesos que ocurren dentro de la lámpara. Un factor que contribuye a esta disminución es la pérdida de químicos que contribuye a la salida de luz. Estos químicos pueden perderse a través de porciones de la estructura de la lámpara, por ejemplo, un contenedor de arco. Otro factor que contribuye a la degradación de la luz es el metal que se deposita en la pared del tubo del arco de la lámpara. Una lámpara HID se inicia al aplicar un voltaje muy alto a través de un tubo de arco para descomponer gases de alta presión dentro de la lámpara en un estado de conducción. Después de esta descomposición, la corriente alta normalmente fluye a través de del arco de voltaje relativamente bajo que calienta los electrodos, los cuales entran subsecuentemente en emisión termoiónica. Esto tiende a expulsar moléculas del material de electrodo de metal que eventualmente se condensan en la pared del tubo del arco, causando un "oscurecimiento" y bajando la transmisión de luz del tubo del arco.

Debido a dicha degradación en la salida de lumen, muchas aplicaciones de iluminación se diseñan usando un nivel de luz promedio. Este nivel de luz promedio, o lumen de la lámpara, se define cuando una lámpara HID está a cuarenta por ciento de su vida nominal. Típicamente, para lograr una emisión de nivel de luz mínimo, un diseñador de sistema de iluminación diseñará un sistema de iluminación en el nivel de luz promedio. Una vez que la lámpara está en un punto más allá del nivel de luz promedio, usualmente es necesario reemplazar la lámpara para mantener un nivel de salida de luz deseado.

En aplicaciones HID, se usa un balasto para controlar la energía de operación entregada a una lámpara. La Figura 2 es un diagrama de bloque 200 que ilustra un típico balasto 202. El balasto 202 regula la energía de la lámpara 204 la cual se recibe como un voltaje de entrada de una fuente de energía (no mostrada). El balasto 202 también proporciona condiciones de inicio apropiadas para la lámpara 204 en el arranque.

Algunos diseños de balasto usan transformadores magnéticos. Como resultado, el nivel de salida de una lámpara no puede ser variado y está limitado a una salida de energía completa o a algún nivel fijo de salida menor que la energía completa. Otros diseños de balasto, tales como los balastos electrónicos, proporcionan una variación continua del voltaje de la lámpara entre energía completa y un límite inferior predeterminado.

Sin embargo, un problema con los sistemas de balasto convencionales, que usan un nivel de luz promedio para establecer una salida de lámpara deseada, es que el balasto inicialmente consume energía adicional durante el período de tiempo previo a lograr el nivel de luz promedio. Alimentar la lámpara a la salida completa previo a lograr el nivel de luz promedio causa una salida superior a la necesaria, lo cual consume más energía de la necesaria para proporcionar la salida de luz deseada.

Por consiguiente, existe una necesidad y deseo de un balasto que tenga una técnica de regulación de energía dar salida a la energía hacia la lámpara, lo cual creará una salida de lumen constante de la lámpara, disminuyendo así el consumo de energía del sistema de lámpara.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un sistema de control de lumen de salida constante que tiene la habilidad de proporcionar una salida de lumen constante de una lámpara a lo largo de la vida de la lámpara. El sistema de iluminación inicialmente reduce la energía de la lámpara y subsecuentemente varía la energía entregada a la lámpara para compensar los mecanismos de reducción de luz que con el tiempo afectarán la salida de lumen de la lámpara. Al ajustar apropiadamente la energía entregada a la lámpara, el sistema de iluminación proporciona una salida de luz constante de la lámpara.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las ventajas y características anteriores y otras más de la invención serán más aparentes a partir de la descripción detallada de las modalidades ejemplares de la invención proporcionadas a continuación con referencia a los dibujos que las acompañan.

La Figura 1 es un gráfico que ilustra una curva de degradación de lumen para una típica lámpara HID de haluro de metal estándar; en donde a) Prismatron de holófano vs balastos magnéticos, lámpara MH estándar LPW durante la vida (400 MH), b) lámpara Prismatron LPW, c) lámpara CWA magnética LPW, 104) lúmenes por vatio de lámpara y 102) horas de operación de lámpara.

La Figura 2 es un diagrama de bloque que ilustra un típico diseño de balasto; en donde a) voltaje de entrada, 202) balasto HID y 204) lámpara HID.

La Figura 3 es un diagrama de bloque que ilustra un diseño de balasto que incluye un circuito de control de lumen de conformidad con una modalidad de la invención; en donde a) energía de entrada, b) retroalimentación de lámpara, c) establecimiento de energía de lámpara, d) control operativo de lámpara, e) control encendido/apagado de lámpara, f) retroalimentación de corriente de lámpara, g) retroalimentación de voltaje de lámpara, h) almacenamiento no-volátil, i) total de horas de lámpara, j) inicios acumulativos, k) voltaje de lámpara histórico, I) constantes de vida de lámpara, 304) corrección de factor de energía, 306) suministro de energía, 308) circuito de control básico de balasto, 310) controlador de lámpara, 312) circuitos sensoriales, 330) lámpara, 314) control computacional, 318) software operativo de balasto, 317) temporizadores, 319) contadores y 302) balasto.

La Figura 4 es un gráfico que ilustra una degradación de salida de lámpara como una función del número de inicios de la lámpara; en donde a) desgaste de salida de lámpara debido al excesivo número de inicios, 404) porcentaje de salida de lámpara y 402) número de inicios.

La Figura 5 es un gráfico que ilustra un ciclo de re-alumbrado para una lámpara HID para la detección de reemplazo de la lámpara; en donde a) voltaje de lámpara vs tiempo, b) lámpara reemplazada, 504) voltaje de lámpara y 502 porcentaje de ciclo de re-alumbrado.

La Figura 6 es un gráfico de flujo que ilustra las etapas del proceso de una modalidad del circuito de control de la invención; en donde a) no, b) sí, 602) energía encendida, 604) energía completa a la lámpara, 606) leer variable CLO, 608) iniciar temporizador de calentamiento de 20 minutos, 610) iniciar temporizador de lámpara acumulado, 612) incrementar número de inicios, 614) ¿ya transcurrieron los 20 minutos de calentamiento?, 616) ¿lámpara nueva?, 618) reestablecer horas a 10, inicios a 1 , 620) escribir horas, inicios, voltaje de lámpara, 622) salida de lumen de lámpara de horas, 624) corregir número de inicios, 626) proporción de objetivo a lúmenes actuales, 628) establecimiento de energía de curva de lumen/energía y 630) establecer nivel de atenuación interno.

La Figura 7 es un diagrama de bloque de un sistema de iluminación para implementar una primera modalidad ejemplar de la presente invención; en donde a) energía de entrada, 702) suministro de energía, 302) balasto y 330) lámpara.

La Figura 8 es un gráfico que ilustra el consumo de energía de un balasto convencional y un balasto de conformidad con una modalidad de la invención; en donde a) ahorro de energía de salida de luz constante vs energía constante, b) luz constante, c) energía constante, 804) porcentaje de energía de lámpara y 802) tiempo (horas).

La Figura 9A es un gráfico que ilustra un voltaje pico de re-encendido a medida que el voltaje de la lámpara varía con el tiempo; en donde a) voltaje de lámpara y b) tiempo.

La Figura 9B es un gráfico que ilustra la relación entre un factor de cresta de voltaje y la vida de la lámpara; en donde a) VCF y b) vida de la lámpara.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción detallada, se hará referencia a los dibujos que la acompañan, los cuales forman parte de la misma, y que se muestran a manera de ilustración de modalidades específicas en las cuales la invención se puede practicar. Estas modalidades se describen con suficiente detalla para permitir a aquellos con habilidad en la técnica practicar la invención, y se debe entender que otras modalidades pueden ser utilizadas, y que los cambios estructurales, lógicos y de programación se pueden hacer sin separarse del alcance de la presente invención.

La Figura 3 es un sistema de control de iluminación ejemplar 300 empleado en un balasto 302. El balasto 302 incluye un circuito de corrección de factor de energía 304, un suministro de energía 306, un circuito de control de balasto 308, un controlador de lámpara 310, circuitos sensoriales 312 y un sistema de control de iluminación 315. El sistema de control de iluminación 315 incluye un circuito de control computacional 314 y un dispositivo de almacenamiento no-volátil 316. El dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 puede usar cualquier formato de memoria no-volátil comparable, por ejemplo, memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM), memoria flash, memoria de acceso aleatorio resistente a magnetos (MRAM), etc. El circuito de control computacional 314 puede utilizar un microprocesador u otro dispositivo de procesamiento comparable para conducir procesamientos matemáticos para ajustar la energía suministrada a la lámpara 330 para lograr una salida de lumen constante de la lámpara 330. El dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 proporciona almacenamiento para diversas ecuaciones computacionales, constantes matemáticas, software operativo de balasto 318, temporizadores 317, contadores 319 e información con respecto a diversos tipos de lámparas y sus requerimientos operativos específicos, los cuales son usados por el circuito de control computacional 314 durante el procesamiento. La lámpara 330 puede ser cualquier tipo de lámpara de descarga de alta intensidad (HID), tal como lámparas HID que usan mercurio de alta presión, sodio de alta presión o cualquier otro gas apropiado.

El circuito de control de balasto 308 ajusta la energía recibida del suministro de energía 306 para ser usado por la lámpara 330. El circuito de control de balasto 308 recibe una señal de establecimiento de energía de la lámpara y una señal de control operativo de la lámpara del circuito de control computacional 314. El circuito de control de balasto 308 también recibe una señal de retroalimentación de la lámpara de los circuitos sensoriales 312 y proporciona energía operativa al controlador de la lámpara 310. El controlador de lámpara 310 enciende la lámpara 330, recibe energía operativa del circuito de control de balasto 308 y proporciona energía operativa a los circuitos sensoriales 312. El controlador de lámpara 310 recibe una señal de control de encendido/apagado de la lámpara del circuito de control computacional 314 para usar en energía descontinuada que es suministrada a la lámpara 330. Los circuitos sensoriales 312 monitorean la entrada de energía suministrada a la lámpara 330 y proporcionan retroalimentación acerca de la operación de la lámpara 330 al circuito de control computacional 314 y al circuito de control de balasto 308. Los circuitos sensoriales 312 envían una señal de retroalimentación de corriente de lámpara y una señal de retroalimentación de voltaje de lámpara al circuito de control computacional 314. Los circuitos sensoriales 312 también envían una señal de retroalimentación de lámpara al circuito de control de balasto 308 para monitorear otros importantes parámetros operativos de la lámpara.

El sistema de control de iluminación 315 utiliza diversos factores y parámetros para determinar la velocidad de degradación para un tipo particular de lámpara 330. Los parámetros y factores se usan para controlar la salida de la lámpara 330 durante su ciclo de vida. Por ejemplo, el sistema de control de iluminación 315 puede utilizar horas de operación (horas totales que la lámpara ha estado operando) e inicios de lámpara (número total de secuencias de inicio para la lámpara) para determinar una velocidad de degradación de la salida de lumen de la lámpara 330. Otros parámetros pueden ser considerados para determinar la velocidad de degradación. Por ejemplo, un voltaje de operación de lámpara estabilizado, voltaje de re-encendido de lámpara, factores de cresta de corriente o una combinación de los mismos puede ser usada. Con base en la velocidad de degradación de la lámpara 330, el sistema de control de iluminación 315 ajusta la energía suministrada a la lámpara 330 para proporcionar una salida de lumen constante de la lámpara 330.

El software operativo de balasto 318 reside en el almacenamiento no-volátil 316 y proporciona una variedad de temporizadores 317. Por ejemplo, los temporizadores 317 incluyen un temporizador de lámpara acumulado para medir el número de horas de operación para la lámpara 330 y un temporizador de calentamiento de lámpara para determinar cuando la lámpara 330 ha logrado un estado estable después de iniciarse para ser usada por el circuito de control computacional 314. El software operativo de balasto 318 también proporciona contadores 319 para medir el número de inicios de lámpara para la lámpara 330. El software operativo de balasto 318 también controla la operación del balasto 302 y la salida de energía por el balasto 302.

La Figura 4 ilustra un diagrama 400, el cual compara el número de inicios de la lámpara con un porcentaje de la energía de salida de la lámpara para la lámpara 330. El eje X 402 representa un número de inicios de lámpara para la lámpara 330 y el eje Y 404 representa un porcentaje de salida de la lámpara 330. La salida de la lámpara 330, la cual se ilustra usando una curva 406, se degrada debido al desgaste de lumen de la lámpara a medida que el número de inicios de la lámpara 330 incrementa.

Al calcular la degradación debida al número de horas que la lámpara 330 está en operación, el circuito de control computacional 314 usa lo que se conoce como una ecuación de pérdida de calor para determinar la degradación de la lámpara debido a las horas de operación para usar al calcular el establecimiento del nivel de atenuación para la lámpara 330. La ecuación de polinomio de segundo orden determina el valor para la pérdida de calor.

Pérdida de Calor = A x Horas2 + B x Horas + C Ec. 1 La ecuación de pérdida de calor se almacena en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 junto con las constantes A, B y C, las cuales están asociadas con el tipo particular de lámpara 330 que está siendo alimentada por el balasto 302. Las constantes A, B & C se derivan de al menos un ajuste de curvas al cuadrado usando datos experimentales, con base en la pérdida de luz debida al número de horas en operación de la lámpara 330. El proceso de derivar las constantes A, B y C también se puede hacer usando una tabla de búsqueda que relaciona las variables, pero dicho acercamiento requeriría espacio de almacenamiento adicional en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316.

Al calcular la degradación debida al número de inicios de lámpara, el circuito de control computacional 314 usa lo que se conoce como una ecuación de pérdida de inicio para determinar la degradación de la lámpara debida al número de inicios de la lámpara para usarse al calcular el establecimiento del nivel de atenuación para el tipo particular de lámpara 330. La siguiente ecuación de polinomio de segundo orden determina el valor para la pérdida de inicio.

Pérdida de Inicio = D x Horas2 + E x Horas2 + F Ec. 2 La ecuación de pérdida de inicio es almacenada en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 junto con las constantes D, E y F, las cuales están asociadas con un tipo particular de lámpara 330 que está siendo alimentada por el balasto 302. Las constantes D, E y F se derivan y almacenan en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 de manera similar a las constantes A, B y C.

Los valores de pérdida de calor y pérdida de inicio para la lámpara 330 se combinan para calcular un nivel general esperado de pérdida de luz en un punto dado en el ciclo de vida de la lámpara 330. Entonces se calcula una proporción usando el nivel esperado de pérdida de luz en un punto dado en el ciclo de vida de la lámpara 330 y un objetivo de salida de lumen predeterminado es almacenado en el almacenamiento no-volátil 316. Por ejemplo, una salida de lámpara esperada para un punto dado (200 horas) puede ser 95% de la salida de la lámpara inicial, mientras que el objetivo de salida de lumen predeterminado es de 85%. Así, el vataje de salida de la lámpara 330 es disminuido en una cantidad apropiada para reducir la salida de luz de la lámpara 330 a un objetivo de salida de lumen predeterminado. Aunque la salida de lumen objetivo de la lámpara 330 puede establecerse en cualquier salida de lumen razonable, dos establecimientos de salida importantes que pueden ser usados son una salida de lumen de fin de vida y una salida de lumen promedio. La salida de lumen promedio es típicamente la salida de luz promedio después de que 40% de la vida esperada de la lámpara 330 ha pasado y usualmente la establece el fabricante de la lámpara 330.

Al usar la proporción de salida de lumen esperada a salida de lumen actual, la energía suministrada a la lámpara 330 puede ser ajustada mediante el sistema de control de iluminación 315 para establecer un vataje de fuente apropiado para la lámpara 330. Por ejemplo, si la lámpara 330 es una lámpara HID de haluro de metal de cuarzo, una salida de lumen para el sistema de control de iluminación 315 podría variar 18 veces un cambio en vataje debido a la relación entre el vataje de la lámpara y la salida de luz entregada para el tipo particular de lámpara 330. Por lo tanto, el vataje del balasto 302 para la lámpara 330 se cambia en una proporción de 1/18 para obtener la salida de lumen constante deseada.

Así, a medida que el número de horas en operación y los inicios de la lámpara se acumulan, el sistema de control de iluminación 315 evalúa continuamente la degradación de la lámpara 330 para compensar la degradación de lumen de la lámpara al incrementar la salida de vataje suministrada del balasto 302 a la lámpara 330. Cuando la lámpara 330 se degrada a un punto en el cual la lámpara 330 requiere más energía que su clasificación de energía máxima (100%) para mantener el nivel de salida de lumen deseado, el circuito de control de iluminación 315 limitará la salida de energía por el balasto 302 a la clasificación de energía máxima de la lámpara 330. Al limitar la lámpara 330 a su clasificación de energía máxima, se mejora la seguridad ya que la lámpara 330 no se sobrecarga, lo que podría dañar el circuito dentro del balasto 302 y la lámpara 330. Una vez que el ciclo de vida de la lámpara 330 se completa, la lámpara 330 es reemplazada subsecuentemente.

Después de que la lámpara 330 es reemplazada, los valores tales como el número de horas de operación y el número de inicios de la lámpara almacenados en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 se reestablecen. Aunque es posible reestablecer el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 manualmente, se puede emplear un medio de reestablecimiento usando una forma de detección de reemplazo de lámpara. La técnica de detección de reemplazo de lámpara puede ser empleada usando software incluido en el software operativo de balasto 318, el cual está almacenado en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 para ser usado por el circuito de control computacional 314. Al comparar el voltaje de lámpara medido de la lámpara 330 con el voltaje de lámpara almacenado en la memoria, el circuito de control computacional 314 determina si ha ocurrido un cambio en el voltaje de la lámpara, lo cual indicaría que la lámpara 330 ha sido reemplazada.

Así, una técnica de detección de reemplazo de lámpara puede utilizar el hecho de que a medida que una lámpara envejece, muchas variables eléctricas asociadas con la lámpara cambian. Por ejemplo, un voltaje de promedio de raíz al cuadrado (RMS) a través de la lámpara 330 y un voltaje de re-encendido para la lámpara 330 cambian con el tiempo. La técnica de detección de reemplazo de lámpara usa el software incluido en el software operativo de balasto 318 para almacenar estos voltajes y otras variables en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316. Cada vez que la lámpara 330 es iniciada, un voltaje de lámpara estabilizado se compara con un establecimiento de voltaje de lámpara estabilizado almacenado. Si una etapa en el voltaje es mayor que un nivel límite predeterminado almacenado en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316, entonces se determina que la lámpara 330 ha sido reemplazada. Por ejemplo, si una disminución de 5 voltios en el voltaje de la lámpara es determinada por un circuito de control computacional 314 después de que el voltaje de la lámpara se ha estabilizado, se determina que la lámpara 330 ha sido reemplazada. Después de dicha determinación, el número de horas de operación y el número de inicios de la lámpara se reestablecen en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316.

La Figura 5 ilustra la técnica de reemplazo descrita anteriormente usando la comparación de los voltajes de inicio de la lámpara. El gráfico 500 gráfica un porcentaje del ciclo de realumbrado 502 contra un voltaje de inicio de lámpara 504 usando la curva 506. Durante cada inicio, el voltaje de la lámpara 330 se obtiene y compara con un voltaje de lámpara almacenado en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 del inicio de lámpara anterior. Si la etapa de voltaje de lámpara entre inicios es mayor que el límite predeterminado, por ejemplo, una etapa de 160 voltios 508 a 100 voltios 510, el sistema de control de iluminación 315 determina que la lámpara 330 ha sido reemplazada ya que el voltaje de lámpara estabilizado se redujo por 60 voltios de una operación de lámpara previa. Subsecuentemente, el número de horas de operación y el número de inicios de lámpara almacenados en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 se reestablecen. Aquellos con habilidad en la técnica reconocerán que existen muchos otros medios comparables para desempeñar la detección de reemplazo de lámpara descrita anteriormente.

La Figura 6 es un diagrama de flujo 600 de etapas del proceso implementadas por el sistema de control de iluminación 315. Los bloques en el diagrama de flujo 600 pueden desempeñarse en el orden mostrado, fuera del orden mostrado o pueden desempeñarse en paralelo. En la etapa 602, la energía es aplicada al balasto 302 encendiendo la lámpara 330.

Después, en la etapa 604, la lámpara 330 se ajusta a energía completa. En la etapa 606, el balasto 302 obtiene una variedad de valores de control de salida de lumen constante (CLO), por ejemplo, total de inicios de lámpara, voltaje de lámpara histórico y constantes de vida de la lámpara con base en el tipo particular de lámpara 330 usado del dispositivo de almacenamiento no-volátil 316. En la etapa 608, el balasto 302 inicia un temporizador de calentamiento de lámpara que tiene un establecimiento de tiempo de calentamiento predeterminado, por ejemplo, 20 minutos. En la etapa 610, el temporizador de lámpara acumulado se inicia. El temporizador de calentamiento de lámpara y el temporizador de lámpara acumulado se crean usando los temporizadores 317, los cuales están almacenados en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 para usarse por el circuito de control computacional 314. Después, en la etapa 612, el balasto 302 incrementa el contador 319 (Figura 3) midiendo el número de inicios de lámpara y almacena el nuevo valor de inicio de lámpara en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316. En la etapa 614, el balasto 302 determina si el período de tiempo de calentamiento predeterminado ha transcurrido para asegurar que el vataje de la lámpara y el voltaje se han estabilizado. Si el período de tiempo de calentamiento no ha transcurrido, el proceso regresa a la etapa 614. En la etapa 616, si el período de tiempo de calentamiento ha transcurrido, el balasto 302 determina si la lámpara 330 ha sido reemplazada usando la técnica descrita en la Figura 5.

Si la lámpara 330 ha sido reemplazada, entonces, en la etapa 618, el balasto 302 reestablece el número de horas de operación y el número de inicios de la lámpara a sus valores reestablecidos predeterminados. Por ejemplo, a las horas de operación se les asigna un valor de 10 y al número de inicios se le asigna un valor de 1. Si la lámpara 330 no ha sido reemplazada, el proceso prosigue a la etapa 620 donde el balasto 302 escribe el valor actual para el número de horas de operación, el número de inicios de lámpara y un voltaje de inicio de lámpara que está siendo usado por la lámpara 330 en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316.

En la etapa 622, el balasto 302 determina la salida de lumen de lámpara proyectada para la lámpara 330 con base en la curva de degradación almacenada en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 para el tipo de lámpara particular. Subsecuentemente, en la etapa 624, la degradación de la lámpara debida al número de inicios se deriva de la curva de compensación almacenada para el tipo de lámpara particular 330 que se está utilizando. En la etapa 626, los lúmenes de salida objetivo de la lámpara 330 se proporcionan de acuerdo con los lúmenes actuales calculados para ajustar la energía suministrada a la lámpara 330 para mantener una salida de lumen constante de la lámpara 330. En la etapa 628, el balasto 302 determina el establecimiento de energía real, en vatios, en el cual la lámpara 330 debería estar ajustada para proporcionar los lúmenes objetivo al convertir los lúmenes de salida a vatios. La conversión se calcula de una salida de luz contra la curva de energía para el tipo de lámpara 330 que se está utilizando. En la etapa 630, el balasto 302 ajusta el vataje de salida de la lámpara 330 al establecer un establecimiento de nivel de energía reducida interna.

Así, al usar el balasto 302 el cual puede ajustar la entrada de energía a la lámpara 330, un sistema de iluminación puede ser implementado el cual es eficiente y efectivo según el costo.

Como se menciona anteriormente, el balasto 302 también puede utilizar el voltaje de operación de lámpara estabilizado para mantener una salida de lumen constante para la lámpara 330. En vez de combinar los resultados de las ecuaciones de pérdida de calor y pérdida de inicio, el circuito de control computacional 314 calcula un valor para lo que se conoce como Slov, y combina el Slov y las ecuaciones de pérdida de inicio para mantener una salida de lumen constante para la lámpara 330. El Slov representa el voltaje de operación de lámpara estabilizado y puede ser determinado al usar la siguiente ecuación de polinomio de segundo grado.

Slov = G x Horas2 + H x Horas + I El valor para el Slov es almacenado en el dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 junto con las constantes G, H e I, las cuales están asociadas con un tipo particular de lámpara 330 que está siendo alimentada por el balasto 302. Las constantes G, H e I se derivan y almacenan en un dispositivo de almacenamiento no-volátil 316 en una manera similar a las constantes A, B y C.

La Figura 7 ilustra un sistema de iluminación 700 que usa múltiples balastos 302. El sistema de iluminación 700 incluye múltiples balastos 302, cada uno conectado a un suministro de energía 702 para controlar la salida de lumen de una lámpara 330 conectada a cada balasto 302.

Así, el sistema de iluminación 700 utiliza múltiples balastos 302 y lámparas 330 para iluminar áreas mayores los cuales podrían ser usados en una variedad de aplicaciones de iluminación.

La Figura 8 es un diagrama 800 que ilustra el consumo de energía de una lámpara 330 que usa un balasto convencional y el balasto 302. En la Figura 8, un componente de tiempo (eje X 802) y un componente de porcentaje de energía de lámpara (eje Y 804) se usan para comparar una salida de luz constante 806 producida por la lámpara 330 usando energía de suministro del balasto 302 contra la salida de luz 808 de la lámpara 330 que usa energía de suministro de un balasto convencional. Ya que un balasto convencional no puede ajustar la entrada de energía a la lámpara 330, el balasto convencional proporciona energía completa a la lámpara 330 cuando la energía completa no es necesaria. El área indicada en 810 entre las curvas 806 y 808 ilustra la energía desperdiciada cuando una lámpara 330 es controlada convencionalmente. Así, la energía consumida por una lámpara 330 que es controlada por un balasto convencional excede la energía consumida por una lámpara 330 que es controlada por el balasto 302. Al ajustar la salida de energía del balasto 302, la lámpara 330 es provista con solamente la energía suficiente para mantener un nivel de salida de lumen establecido. Así, los costos de energía se reducen ya que el balasto 302 no sobrecarga la lámpara 330 al suministrar más energía que la requerida.

Como se menciona con referencia a la Figura 3, otra alternativa para las horas de calentamiento y los inicios de lámpara utiliza voltaje de re-encendido, o más específicamente el factor de cresta de voltaje (VCF). El re-encendido de la descarga de la lámpara ocurre cada vez que la corriente de la lámpara cambia de polaridad. Como resultado, el arco y el flujo de electrón deben ser reestablecidos, lo que toma una cantidad finita de tiempo. Este tiempo crea un cambio de impedancia de arco resultante, lo que resulta en un aumento instantáneo en el voltaje de la lámpara que está limitado por el voltaje de circuito abierto instantáneo del balasto. El tiempo y el voltaje necesario para reestablecer el arco son dependientes de la habilidad del electrodo para suministrar electrones y continuar el proceso de recombinación. A medida que la lámpara HID 330 envejece, la habilidad del electrodo y el gas de relleno para proporcionar y transportar electrones disminuye. La magnitud resultante del pico de voltaje, medida en el cruce actual cero, se llama voltaje de re-encendido, el cual incrementa subsecuentemente. En relación ahora con la Figura 9A, el voltaje de re-encendido pico para una nueva lámpara HID se muestra en el número de referencia 910. Después de algún tiempo, el voltaje de re-encendido pico para esta lámpara HID vieja se muestra en el número de referencia 920. Por lo tanto el voltaje de re-encendido pico es un factor que varía con la edad de la lámpara.

El VCF se define usando el re-encendido pico y el voltaje de operación de lámpara RMS que puede ser usado para monitorear la vida de la lámpara. Más específicamente, el VCF es la proporción del voltaje de re-encendido pico con el voltaje RMS del voltaje de operación de la lámpara. Ya que el VCF cambia a medida que el voltaje de re-encendido pico cambia con la edad de la lámpara, el VCF varía con la edad de la lámpara. La gráfica 930 en la Figura 9B ilustra la variación del VCF con la vida de la lámpara. Así, monitorear el VCF puede usarse como un parámetro para estimar las horas de calentamiento de la lámpara 330 y proporcionar datos al control computacional 314 para ajustar la energía de la lámpara 330 para mantener una salida de lumen constante.

Aunque la invención ha sido descrita en detalle en relación con una modalidad ejemplar, se debe entender que la invención no está limitada a la modalidad anteriormente divulgada. Más bien, la invención puede ser modificada para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o arreglos equivalentes no descritos en el presente documento, pero los cuales están conmensurados con el espíritu y alcance de la invención. En particular, las modalidades específicas del sistema de control de salida de lumen constante descrito deben tomarse como ejemplares y no limitantes. Por ejemplo, el balasto 302 también puede determinar la degradación de lumen de la lámpara 330 al medir el cambio en el voltaje RMS, voltaje y factores de cresta actuales, voltaje de re-encendido o combinación de estos parámetros de la lámpara 330 o al monitorear los lúmenes que emanan de la lámpara 330, por lúmenes recibidos en una tarea que está siendo iluminada por la lámpara 330. Por consiguiente, la invención no está limitada por la descripción o los dibujos anteriores, sino que solamente está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (35)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para proporcionar control de salida de lumen constante a un dispositivo de salida de lumen, que comprende: determinar un número de horas de operación para una lámpara, determinar un número de inicios de lámpara para la lámpara, crear un valor de degradación al combinar el número de horas de operación y el número de inicios de lámpara, formar una proporción de salida para sacar energía de la lámpara usando el valor de degradación y una salida de lámpara objetivo y establecer un nivel de energía reducido para la lámpara usando la proporción de salida.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la salida de lámpara objetivo es específica para el tipo particular de lámpara.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el nivel de energía reducido se ajusta a lo largo de la vida de la lámpara para mantener una salida de lumen constante.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, en donde el ajuste compensa la degradación de la lámpara dentro de la lámpara.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende re-establecer el número de horas de operación y el número de inicios de la lámpara cuando la lámpara es reemplazada.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 5, en donde la comparación de voltaje de lámpara se usa para determinar cuando la lámpara ha sido reemplazada.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de determinar el número de horas de operación, la etapa de determinar el número de inicios de lámpara, la etapa de crear un valor de degradación, la etapa de formar una proporción de salida y la etapa de establecer un nivel de energía reducido son desempeñadas por un procesador.
8. 8. Un método para proporcionar control de salida de lumen constante a un dispositivo de salida de lumen que comprende: determinar un voltaje de operación de lámpara estabilizado para una lámpara, determinar un número de inicios de lámpara para la lámpara, crear un valor de degradación al combinar el voltaje de operación de lámpara estabilizado y el número de inicios de lámpara, formar una proporción de salida para sacar energía de la lámpara usando el valor de degradación y una salida de lámpara objetivo y establecer un nivel de energía reducido para la lámpara usando la proporción de salida.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, en donde la salida de lámpara objetivo es específica para el tipo particular de lámpara.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 8, en donde el nivel de energía reducido se ajusta a lo largo de la vida de la lámpara para mantener una salida de lumen constante.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, en donde el ajuste compensa la degradación de la lámpara dentro de la lámpara.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 8, que además comprende reestablecer el número de inicios de lámpara cuando la lámpara es reemplazada.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde una comparación de voltaje de lámpara se usa para determinar cuando la lámpara ha sido reemplazada.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 8, en donde la etapa de determinar el voltaje de operación de lámpara estabilizado para una lámpara, la etapa de determinar el número de inicios de lámpara, la etapa de crear un valor de degradación, la etapa de formar una proporción de salida y la etapa de establecer un nivel de energía reducido son desempeñadas por un procesador.
15. 15. Un circuito de control de salida de lumen que comprende: un temporizador para medir el número de horas de operación para una lámpara, un contador para medir un número de inicios de lámpara para la lámpara, un procesador para procesar una pluralidad de ecuaciones de degradación de luz y proporciones de salida con base en el número de horas de operación y el número de inicios de lámpara y un dispositivo de almacenamiento no-volátil para almacenar información de la lámpara y constantes de la lámpara.
16. 16. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, en donde el procesador establece un nivel de energía reducido para la lámpara.
17. 17. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, en donde el dispositivo de almacenamiento no-volátil almacena el número de horas de operación para la lámpara.
18. 18. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, en donde el dispositivo de almacenamiento no-volátil almacena el número de inicios de lámpara para la lámpara.
19. 19. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, en donde el dispositivo de almacenamiento no-volátil almacena un voltaje de lámpara para cada inicio de lámpara para la lámpara.
20. 20. Un circuito de control de salida de lumen que comprende: medios para determinar un voltaje de operación de lámpara estabilizado para una lámpara, un contador para medir un número de inicios de lámpara para la lámpara, un procesador para procesar una pluralidad de ecuaciones de degradación de luz y proporciones de salida con base en el voltaje de operación de lámpara estabilizado para la lámpara y el número de inicios de lámpara para la lámpara y un dispositivo de almacenamiento no-volátil para almacenar información de diagnóstico de la lámpara y constantes de la lámpara.
21. 21. El circuito de conformidad con la reivindicación 20, en donde el procesador establece un nivel de energía reducido para la lámpara.
22. 22. El circuito de conformidad con la reivindicación 20, en done el dispositivo de almacenamiento no-volátil almacena el voltaje de operación de lámpara estabilizado para la lámpara.
23. 23. El circuito de conformidad con la reivindicación 20, en donde el dispositivo de almacenamiento no-volátil almacena el número de inicios de lámpara para la lámpara.
24. 24. Un balasto que comprende: un suministro de energía para proporcionar energía a una lámpara, un circuito de control de balasto conectado al suministro de energía para controlar las operaciones del balasto, un circuito sensorial para proporcionar información de retroalimentación de la lámpara al balasto y un circuito de control de salida de lumen conectado al suministro de energía, el circuito de control de balasto, el controlador de lámpara y el circuito sensorial configurados para ajustar la entrada de energía para la lámpara del balasto.
25. 25. El balasto de conformidad con la reivindicación 24, que además comprende un controlador de lámpara conectado al circuito de control de balasto para proporcionar un mecanismo de encendido/apagado para el balasto.
26. 26. EL balasto de conformidad con la reivindicación 24, en donde el circuito de control de salida de lumen comprende: un temporizador para medir un número de horas de operación para una lámpara, un contador para medir un número de inicios de lámpara para la lámpara, un procesador para procesar una pluralidad de ecuaciones de degradación de luz y proporciones de salida con base en el número de horas de operación y el número de inicios de lámpara y un dispositivo de almacenamiento no-volátil para almacenar información de la lámpara y constantes de la lámpara.
27. 27. El balasto de conformidad con la reivindicación 24, en donde el procesador establece un nivel de energía reducido para la lámpara.
28. 28. El balasto de conformidad con la reivindicación 24, en donde el circuito de control de salida de lumen comprende: medios para determinar un voltaje de operación de lámpara estabilizado para una lámpara, un contador para medir un número de inicios de lámpara para la lámpara, un procesador para procesar una pluralidad de ecuaciones de degradación de luz y proporciones de salida con base en el voltaje de operación de lámpara estabilizado para la lámpara y el número de inicios de lámpara y un dispositivo de almacenamiento no-volátil para almacenar información de diagnóstico de la lámpara y constantes de la lámpara.
29. 29. El balasto de conformidad con la reivindicación 28, en donde el procesador establece un nivel de energía reducido para la lámpara.
30. 30. Un sistema de iluminación que comprende: una pluralidad de balastos, cada balasto teniendo un circuito de control de salida de lumen para ajustar la entrada de energía a una lámpara de cada balasto, creando así una salida de lumen constante de la lámpara y una pluralidad de lámparas conectadas a la pluralidad de balastos para proporcionar iluminación.
31. 31. El sistema de conformidad con la reivindicación 30, en donde el circuito de control de salida de lumen comprende: un temporizador para medir un número de horas de operación para una lámpara, un contador para medir un número de inicios de lámpara para la lámpara, un procesador para procesar una pluralidad de ecuaciones de degradación de luz y proporciones de salida con base en el número de horas de operación y el número de inicios de lámpara y un dispositivo de almacenamiento no-volátil para almacenar información de la lámpara y constantes de la lámpara.
32. 32. El sistema de conformidad con la reivindicación 31 , en donde el procesador establece un nivel de energía reducido para la lámpara.
33. 33. El sistema de conformidad con la reivindicación 30, en donde el circuito de control de salida de lumen comprende: medios para determinar un voltaje de operación de lámpara estabilizado para una lámpara, un contador para medir un número de inicios de lámpara para la lámpara, un procesador para procesar una pluralidad de ecuaciones de degradación de luz y proporciones de salida con base en el voltaje de operación de lámpara estabilizado y el número de inicios de lámpara y un dispositivo de almacenamiento no-volátil para almacenar información de diagnóstico de la lámpara y constantes de la lámpara.
34. 34. El sistema de conformidad con la reivindicación 33, en donde el procesador establece un nivel de energía reducido para la lámpara.
35. 35. Un método para proporcionar control de salida de lumen constante a un dispositivo de salida de lumen, que comprende: determinar un voltaje de re-encendido pico para la lámpara, calcular un promedio de raíz al cuadrado de un voltaje de operación de lámpara, crear un valor de degradación al formar una proporción del voltaje de re-encendido pico y el promedio de raíz al cuadrado del voltaje de operación de la lámpara, formar una proporción de salida para sacar energía de la lámpara usando el valor de degradación y una salida de lumen objetivo y establecer un nivel de energía reducido para la lámpara usando la proporción de salida.