CN1394462A - 根据灯的固有电气特性识别气体放电灯的类型 - Google Patents

Abstract

一种气体放电灯，含有与至少一个电极加热器相连的象电容这样的阻抗元件，从而产生在只有那种灯类型才有的范围内的加热器阻抗。一种操作这种灯的电子镇流器，含有测量冷加热器阻抗并识别出相应灯类型的灯类型检测电路。该镇流器可以对加热器电路的电流采样从而确定电阻性和电抗性元件来帮助识别灯类型，以及控制加热器加热。该镇流器可以包括一个单独的加热器电源反向器，并且在灯点亮以后控制将加热器电源与弧电源分开。

Description

根据灯的固有电气特性识别气体放电灯的类型

本发明涉及能够驱动不同类型灯的电子灯镇流器，更具体而言，是涉及通过测量所安装的灯在点亮前后的电气参数来自动识别灯类型的镇流器。

一种通过点亮前测量来识别灯类型的方法涉及测量电极加热器电阻。由于大多数已知类型的灯所呈现的电极阻值相似，所以这种方法的适用性受到限制。

美国专利5039921教导灯的点亮电压的测量法。然而，因为几种类型的灯具有相似的点亮电压值，而且因为点亮电压依赖于灯的温度，所以该方法的适应性也有限。

另一种最近被提议的方法涉及在灯点亮之后，测量灯的I-V曲线的几个点。可是，如果在灯点亮之后要求低输出电平，例如灯变暗，那么在灯的高(满)输出电平测量到的初始I-V曲线将会导致灯点亮之后，在变暗之前会闪烁。

本发明的一个目标是借助灯点亮之前的电气可测属性来识别装有电子镇流器用于操作的气体放电灯的类型。

本发明的另一个目标是提供一种系统，借助于该系统，具有相同灯基本构造和相似物理大小的不同类型，特别是不同额定功率的灯可以用于照明设备，而不需要用户调节。

根据本发明，可以与电子镇流器一起使用的每种灯类型都是具有至少一个电极加热器的类型，且加热器阻抗属于一个相对于其它可用灯类型来说唯一的阻抗范围。该镇流器包括在加热器加热期间测量加热器阻抗的类型检测电路，以及将镇流器操作参数设置为该类型灯的预定值的控制电路。在灯具有两个电极加热器的情况下，如普通的荧光灯，加热器通常连接到变压器上的分立的次边线圈，而该并联组合的阻抗是通过测量原边线圈电流或电流与电压而测得的。

在本发明的一种优选实施例中，除一种类型之外，所有灯类型都包括与该电极加热器或一个电极加热器并联的电容器。如果有多个加热器，则分立的电容器可以与每个加热器并联。这些电容器的值经过选择使得对于不同的类型，其电极阻抗的绝对值属于不同的范围。

根据本发明的另一实施例，在给定的照明设备类型中，镇流器要与之一起使用的所有灯类型都包括与至少一个电极加热器并联的相关电容器。该实施例具有如下优点：属于同一基本类型但缺乏识别阻抗元件的较旧产品的灯将被识别为不规范，从而防止灯点亮。

然而，在本发明的另一实施例中，一个非线性阻抗元件与加热器相连，该非线性元件具有如下特性：会影响初始加热器阻抗产生大变化，但随后，特别是在正常工作期间，影响会减小。

与这种灯类型一起使用的镇流器电路的第一实施例可以包括任何公知类型的具有在高频如典型地在20kHz-100kHz之间工作的弧光电流反向器的电子弧光电流镇流器，除非电极加热器连接到由第二，低功率反向器驱动的高频加热器变压器上的分立的加热器线圈。当镇流器先通电时，低功率反向器被控制在预定的频率振荡，而弧光电流反向器被关掉。此时流过加热器变压器原边的电流完全由电极加热电路负载决定。数字采样电路产生指示初始加热电路阻抗位于哪个范围和合成加热器电阻的信号。当加热器充分加热之后，例如当加热器电阻是初始观测到的电阻的4倍时，弧光电流反向器启动，并根据对应于加热电路阻抗的灯类型的期望参数加以控制。例如，控制反向开关的频率或频率与导通角的组合以提供期望的灯功率(灯输出)，以便如果由外部控制设置为变暗模式，则在变暗到设定的模式之前，灯不会发生闪烁。

该实施例具有如下优点：灯电极电流可以不依靠弧光电流进行控制，例如，可以通过控制反向器导通角(脉宽调制)来控制。由于电极只消耗极少的功率，所以，所要求的反向器可以很简单很小，而且通常不要求电极电流的RF过滤。镇流器的一种模型可以进行编程以操作在多种灯中预选的一组。此外，在高光输出电平，电极电流可以减少或消除，而在低灯输出电平，增加电极加热器电流，从而延长灯的使用寿命并提高组合装置的效率。

与这种灯一起使用的镇流器的第二实施例只需要一个反向器和变压器，但是具有更复杂的控制程序。该镇流器具有共振负载电路，灯电极直接或通过隔离变压器与该共振负载电路连接。电极加热器或者连接到分立的加热器变压器，该变压器的原边由相同的反向器驱动，或者连接到隔离变压器上分立的加热器线圈。在该实施例中，当镇流器开始通电时，它可以被控制在与正常工作频率显著不同的频率振荡，从而弧光电极上的电压低于将会引起任何灯放电的电压。通过灯丝或隔离变压器的电流是加热电极阻抗的尺度。当确定了灯的类型之后，反向器的频率被设置为该灯类型的正确的值，从而可以实现正确的点亮和期望的操作。

在镇流器共振负载电路具有与灯相连的串联的谐振电容时，初始频率优选地要远远高于工作频率范围。这样的布置不仅减少了在灯识别电路完成设置期望的工作参数之前过早点亮的可能性，而且允许使用相对低值的电容器容易地区别灯的类型。

在本发明的一种对由单个镇流器操作的多灯照明设备有用的变体中，对每个灯使用分立的加热器变压器和识别电路。安装有控制电路，以便如果在同一照明设备中同时安装有不相容的不同类型，如基本上不同的额定瓦数的灯时，防止点亮。该变体既可以与第一实施例也可以与第二实施例一起使用。但是，由于电极加热器驱动器和弧光电压之间的确定关系，根据第二实施例用同一型式的镇流器驱动不同的灯变得困难。

本发明不仅对预热和快速启动低压荧光灯有用，而且对具有至少一个电极加热器且要求电流限制或灯控制镇流器的任何其它类型的弧光放电灯也有用。无论电极加热是直接的(灯丝电极)还是间接的(加热器与电极电气隔离)，本发明都可应用。

下面利用附图，对本发明作进一步讨论。其中：

图1是镇流器和具有两个阻抗元件和一个分立的加热器反向器的荧光灯装置的简化示意图，

图2是图1所示镇流器的一种变体的简化示意图，用于驱动两个荧光灯，图中每个荧光灯具有单个阻抗元件和一个分立的加热器反向器，

图3是用于图1实施例的控制电路的简化方框图，

图4是镇流器和具有单个阻抗元件和由工作电流反向器驱动的一个加热器变压器的荧光灯装置的简化示意图，以及

图5是镇流器和具有单个阻抗元件和用于操作灯的单个变压器的荧光灯装置的简化示意图。

图1简化示意图中所示的灯与镇流器的组合与通常所用的组合在三方面不同：灯类型识别，镇流器控制方式，和使用来自一个DC电源的两个反向器。可以是任意所需类型的常规电源通过馈线V_HV提供高压DC功率到具有表示为晶体管G1和G2的两个高频开关的弧光电流反向器。该弧光电流反向器通过DC隔离电容器C_i耦合到由谐振电感L_r和谐振电容C_r组成的谐振负载电路。在该实施例中，负载是荧光灯FL1，在灯的每一端都有一个与灯丝电极加热器EL1并联的的类型识别电容C_el1。在灯的每一端的一个端子联接到谐振电容C_r的相应的端子。

应当清楚，在电路中不做其它改变，可以在灯FL1和谐振电容Cr之间提供一个隔离变压器。

DC电源电压V_HV还作用于由与测量电阻R_s串联的两个开关如晶体管GE1和GE2组成的电极加热器反向器。该电极加热器反向器输出端通过DC隔离电容器Cii联接到高频变压器T1的具有n匝的原边线圈W_p。变压器T1具有两个相同的次边线圈W_s，各自连接在相应的一个加热器EL1的端子之间。

控制电路11接收电阻R_s上的电压作为第一输入，并且作为第一输出提供控制信号到开关GE1和GE2。控制电路11的第二输出提供控制信号到开关G1和G2。可选地，控制电路也可以检测DC电压V_HV，以便阻抗确定不依赖于反向器输入电压值的变化。控制电路11优选地包括具有存储器或检索表的小型微处理器，用于根据开始识别的灯类型来确定弧光电流反向器的正确的操作参数。

当镇流器首先通电时，控制器11使得加热器反向器工作在一个预定的频率，典型地在20kHz-60kHz之间。电阻R_s上的电压被采样以确定由灯FL1的两个加热器电路所呈现的冷阻抗和，优选地，冷电阻。控制电路中的微处理器控制单元确定对应于该冷阻抗的灯类型。当电极达到正确的温度时，比如确定为冷电阻的4倍电阻，由开关G1和G2形成的弧光电流反向器启动，且其频率和/或导通角被控制以产生该类型的灯的预定工作值。

C_el1的电容值可以选择为使得单个电极电路阻抗Z的绝对值对适合于在给定的照明设备中使用的每一种灯类型来说具有唯一的范围。例如，三种普通的类型具有下表中给

出的额定电极电阻。不同类型的元件公差可能不同。表1中的例子假定电极加热器电阻的公差为30％，电容的公差为10％，还假定50kHz的加热器反向器频率。因为它们只需要很小的额定电压，一般小于10V，所以这些电容器又小又便宜。

灯类型      R_el    C_elZ^max  Z^nom   Z^min

PL-L55W     2.0Ω   3.9μf     1.05    0.75    0.45

PL-L36W     3.0Ω   1.5μf     2.45    1.75    1.05

PL-L40W     3.5Ω   none       4.55    3.5     2.45

                        表1

如果需要区别可以适用于同一个照明设备的以前生产的缺乏类型识别阻抗元件的灯与根据本发明的灯，可能要求每种类型都有阻抗元件。为了避免一些类型要求相对较大的电容，这会增加加热器反向器需要的电流，类型检测电路可以只在0加热器电压点附近采样，仅仅由电极电路阻抗的无功部分进行识别。这样会显著减小为每一种类型提供唯一范围所要求的电容值的分布性。

图1所示电路表示反向器路径中的测量电阻。但是应当清楚，将测量电阻与变压器T1的原边线圈串联可以获得基本上相同的结果。此外，在优选实施例中，给定的灯的所有电极加热器都从相同的反向器和变压器原边供电，所以，如果两倍电容值的一个电容器连接到一个电极加热器，可以获得相同的结果。如果灯只有一个灯座为弧光管的两个端子提供电气连接，这样做会特别方便。

图2所示的镇流器和灯的装置基本上与图1所示的相同，具有相同参考标号的组件可以具有相同的值。由开关G₁2和G₂2形成的弧光电流反向器具有较大的电流容量以控制两个灯，谐振组件L_r2和C_r2也通常具有不同的值，灯表示为各自只有一个阻抗元件或电容C_el2，而控制电路21具有一个附加的输入端，用于阻抗检测，还有附加的输出端用于第二加热器反向器。为识别相同的基本灯类型，电容器C_el2将具有两电容器灯中所用的电容的两倍。这样，灯FL1和FL2可以互换使用。

控制电路21的作用与图1和图2中的相同，但具有两个不同的测量电阻的输入端和两个不同的加热器反向器的输出端。

图2的镇流器具有两个电极加热器反向器，每个灯一个反向器，每个反向器可以与图1所示的加热器反向器相同。这样允许对每个灯中的加热器功率独立控制。可选地，且在通常为优选的实施例中，两台变压器T1都可以从单个电极加热器反向器供电，同时分立的测量电阻与每个原边线圈串联。这样减少了部件数量，同时仍然能够识别在同一照明设备中只有一个灯出现，或不合乎需要地安装了不同类型的灯。

在图3简化方框图中所示的控制电路包括由数据总线和地址/控制总线互相连接的公知的子电路，多路调制器32从测量电阻R_s接收模拟信号，也可以接收指示高电压V_HV的信号或调光器设定。模/数(A/D)转换器33接收该多路调制器的输出并提供数字信号到数字灯信号处理器34。逻辑确定灯的类型和更高层次的控制功能在微处理器35中执行。随机存取存储器36表示为独立的，但是可以作为一个处理器的部件。双时钟发生器37为两个反向器提供时钟信号；优选地，向加热器提供固定频率，并向弧光电流反向器提供以灯类型判定为基础的频率。脉宽调制单元38为开关G1、G2、GE1和GE2提供控制信号；可以对加热器反向器开关进行脉宽控制以控制加热器功率，而弧光电流反向器由频率和/或开关时间控制以提供期望的灯操作参数。可以包括数字接口39以便与房间或建筑物的中央控制器对话。

图4的实施例具有最少的部件数，但在为不同类型的灯供电时灵活性较差，而且在运行中去掉了对加热器功率的控制。因为电极加热器电路的负载小，谐振元件L_r4和C_r4可以具有与图1中的相应元件相同的值。除了原边线圈W_p4和次边线圈W_s4的匝数不同，变压器T4可以与变压器T1相同。流过测量电阻R_s4的电流仅仅是加热器电路的负载，因此很容易执行对灯的类型的判定。

除了只要求一个单时钟发生器和脉宽调制器只驱动一个反向器之外，控制电路41与图3所示电路的结构相同。镇流器可以首先以预定频率和/或脉宽进行操作，在该预定频率和/或脉宽下，C_r4上的电压低于会导致任何类型的灯点亮的值。当对冷阻抗测量之后，所安装的灯的类型就被确定。于是，根据该灯的类型，正确控制反向器。

图5的电路看上去与图4的电路相似，但是用了一个普通的单隔离变压器T5，该变压器T5具有典型的原边线圈W_p5、灯电流线圈W_LC、和加热器次边线圈W_s5。该装置的操作与图4的实施例相似，但是在灯点亮之前，任何添加的与灯电路有关的元件都可能影响流过测量电阻R_s5的电流，从而使得识别灯的类型更加困难。点亮之后，测量电阻R_s5上的电压将会比在其它实施例中的大的多，但是可以将其用来检测灯的操作参数，以获得期望的控制。

具备普通技能的人们就会清楚，在本发明的主旨之内可以作许多修改。具体地说，弧光电流反向器及其负载可以有其它配置，包括那些涉及功率反馈的配置。在测量期间和在正常运行中对电极加热器功率的独立控制允许优化灯的寿命和总的效率。

Claims (13)

1.气体放电灯(FL1、FL2)和用于控制该灯的电子镇流器的组合，该气体放电灯具有用于至少一个电极加热器(EL1)的外部连接，其特征在于：

所述灯(FL1、FL2)包括至少一个阻抗单元(C_el1、C_el2)，连接到上述至少一个电极加热器(EL1)，从而产生加热器阻抗，该加热器阻抗在对给定的灯类型来说是唯一的阻抗范围之内；和

所述镇流器包括类型检测电路，用于在灯点亮之前测量加热器阻抗，还包括控制电路(11、12、41、51)，用于将至少一个镇流器运行参数设置为检测到的灯类型的预定值。

2.权利要求1的组合，特征在于所述至少一个阻抗元件包括一个无功元件(C_el1、C_el2)，与所述一个电极加热器并联连接。

3.权利要求2的组合，其中无功单元包括电容器(C_el1、C_el2)。

4.权利要求1或2的组合，特征在于所述类型检测电路只测量由所述至少一个电极加热器(EL1)和所述至少一个阻抗元件(C_el1、C_el2)吸收的电流。

5.权利要求1的组合，特征在于所述至少一个阻抗元件包括一个无功元件，且所述类型检测电路采样由所述至少一个电极加热器和所述至少一个阻抗元件吸收的电流以确定电极加热器的阻抗。

6.权利要求1的组合，特征在于所述至少一个阻抗元件包括一个无功元件，且所述类型检测电路采样由所述至少一个电极加热器和所述至少一个阻抗元件吸收的电流以确定所述至少一个阻抗元件的电抗。

7.权利要求1的组合，特征在于灯包括两个加热器和至少一个所述阻抗元件，且所述类型检测电路测量由电极加热器和至少一个所述阻抗元件吸收的全部电流。

8.权利要求1的组合，特征在于所述镇流器包括用于提供灯弧光电流的第一反向器和用于向所述至少一个电极加热器和所述至少一个阻抗元件提供电流的第二反向器。

9.权利要求8的组合，特征在于所述镇流器包括用于在灯点亮之后控制电极加热器功率的装置。

10.权利要求1的组合，特征在于所述镇流器只包含一个单独的反向器，且连接一个变压器以便从所述反向器接收功率，所述变压器包括至少一个加热器线圈。

11.权利要求9的组合，特征在于所述控制电路将反向器工作条件设置为一个初始值，该初始值与可以和所述镇流器一起使用的灯的类型的操作值充分不同，从而弧光电极上的电压低于会导致任何灯放电的电压值。

12.给定灯类型的气体放电灯(FL1、FL2)，具有电极加热器(EL1)和用于所述加热器的外部电极连接，

特征在于灯(FL1、FL2)包括阻抗单元(C_el1、C_el2)，连接到上述加热器(EL1)，从而产生从所述电极连接看到的加热器阻抗，该阻抗在对给定的灯类型来说是唯一的阻抗范围之内。

13.一种电子镇流器，用于操作具有电极加热器EL1和用于产生位于对给定的灯类型来说是唯一的阻抗范围之内的加热器阻抗的气体放电灯(FL1、FL2)，特征在于所述镇流器包括：

类型检测电路，用于在灯点亮之前测量加热器阻抗，还包括控制电路(11、12)，用于将至少一个镇流器工作参数设置为所检测到的灯的类型的预定值。

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