CN101124854B - 包括照明装置的家用设备和用于控制照明装置激励的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家用设备(1)，包括：至少一个内部分隔室(2A)，至少一个用于照明内部分隔室(2A)的照明装置(3)，和用于操作照明装置(3)的控制装置(5)；按照本发明，控制装置(5)适合于加随时间变化的电源电压到照明装置(3)，为的是延长照明装置(3)的寿命。

Description

包括照明装置的家用设备和用于控制照明装置激励的方法

技术领域

本发明涉及按照权利要求1前述部分的家用设备和按照权利要求10前述部分的用于控制照明装置激励的方法。

背景技术

许多家用设备的结构至少包含一个内部分隔室，其中我们可以放置希望家用设备完成其功能的物品。例如，这种内部分隔室可以是冷藏箱，或冷冻箱，或冷藏箱-冷冻箱的单元，其中用户放置需要冷藏或冷冻的食品，或可以是马弗炉，其中用户放置需要烹饪的食物。术语“冷藏箱-冷冻箱”是指这样一种家用设备，其中至少安装有两个不同温度的单元，从而允许至少两种不同保存状态的食品被保持在家用设备的内部。家用设备的所述内部分隔室往往配置照明系统，它有助于用户放置物品或从所述内部分隔室取出物品，和/或检查在所述内部分隔室中包含的物品的状态。作为冷藏箱或冷冻箱，在给家用设备装载时，照明系统可以帮助用户正确地放置食品，以及容易地找到我们需要从家用设备中取出的那些食品。作为炉灶，照明系统可以帮助用户监测烹饪过程，从而防止在烹饪期间烧焦食物或过早地从家用设备中取出食物。

所述照明系统通常包括需要照明每个分隔室的白炽灯，白炽灯包括金属灯丝(通常，灯丝是由钨或其成分中含钨的金属合金制成)。流过所述金属灯丝的电流使该灯丝变成白热化，从而在家用设备的内部分隔室中产生可见光的扩散。

按照一种用于操作在家用设备内安装的白炽灯的已知方法，在整个白炽灯的激励时间内，在金属灯丝的两端加上恒定和预定的电流(通常是50Hz或60Hz的电源交流电压)。这种方法的缺点是严重降低白炽灯的寿命，它仅能获得在未中断运行条件下平均寿命的很小部分，其原因是，在接通白炽灯时，它瞬时地从关断状态转变成接通状态，在接通状态下，白炽灯可以提供它能够产生的全部光通量。

由于灯在冷藏箱门闭合时的低温，从而使冷藏箱中的灯遭受更大的冲击。

当前市场上出售的白炽灯有不同的额定功率，其特征是，在未中断运行下的平均寿命约为1000-1200小时。在灯激励的次数与灯接通时间之比率增大时，这个平均寿命就显著地下降，即，若白炽灯在它的寿命过程中经受频繁的接通/关断操作的工作状态，则它的平均寿命就显著地下降。

这种工作状态通常发生在家用设备内安装的灯。例如，冷藏箱的灯在门开启时通常是自动接通的，而当用户在冷藏箱中放置需要冷藏的食品和/或取出冷藏的食品时，冷藏箱的灯每天就被接通和关断多次。另一方面，为了防止冷藏箱内的温度显著地上升，有利的是保持冷藏箱门开启的时间尽可能地短。因此，一旦冷藏箱的灯被接通，它的工作时间通常是非常短的。

这种白炽灯平均寿命的显著下降给人们带来很大的不便，特别是对于家用设备的用户，家用设备的内部分隔室通常是利用白炽灯照明的。事实上，这种用户经常发现他/她处在这样一种情况，其中家用设备的内部分隔室因灯被烧坏而处在黑暗状态。这种状态是与用户方便地和安全地使用家用设备是不相容的。此外，由于在家用设备的使用期间需要多次替换被烧坏的灯，从而进一步降低家用设备的使用方便和安全性。

由于在市场上不容易购买到这些灯，从而也增加这些灯中的一个灯失效给用户带来的不方便。本发明的目的是通过延长白炽灯在经受频繁接通/关断操作状态下的寿命，解决上述的问题，所述寿命最好是与在未中断运行下的平均寿命相当。事实上，这就可以限制或避免灯在家用设备使用期间的任何失效，其中这种灯是安装在家用设备内。因此，可以获得与家用设备的方便和安全性相关的显著优点。

发明内容

实现所述目的是利用含有所附权利要求书中描述的特征的方法和家用设备，该权利要求书代表本发明的完整部分。

在本发明基础上的总体构思是，在接通/关断照明装置期间调整典型地给照明装置提供的电源电压。

附图说明

根据以下的详细描述和附图，这些描述和附图仅仅作为非限制性的例子，本发明的方法和家用设备以及其他的优点是显而易见的，其中：

图1表示可以应用本发明的冷冻箱-冷藏箱的示意图；

图2表示按照本发明的照明装置以及相关控制装置的示意图；和

图3表示作为本发明主题的方法的可能应用示意图，其中给照明装置提供电压信号，具体地说，给白炽灯提供电源电压。

具体实施方式

应当事先说明，术语“电压值”往往用在以下的描述中：在涉及交流电压时，这个术语不是指瞬时电压值，而是涉及一个或多个周期交流信号的有效电压值。

图1表示有两个单元2的冷藏箱-冷冻箱1；上单元2A用于新鲜食品，而下单元2B用于冷冻食品。在上单元2A中，有两个不同尺寸的搁板和一个抽屉。在冷藏箱-冷冻箱1中安装用于照明上单元2A的照明装置；图1画出用作照明装置的白炽灯3的灯泡。两个单元2的闭合是借助于两扇门20；具体地说，门20A用于闭合上单元2A，而门20B用于闭合下单元2B。

图1很明显是非常示意性的并且仅是举例性的；为了简单明了，在图1中没有画出在冷藏箱-冷冻箱中通常包含的许多单元；然而，该图画出了利用机械方式接通白炽灯3的触发装置6。在许多冷藏箱(如图1所示的那种)中，这种装置是由按钮构成，它是由冷藏箱的门，即，图1中的门20A保持按压，而在门20A打开时被释放。为了关断白炽灯3，可以利用相同的触发装置，即，按钮；我们还知道，利用在预设延迟时间之后灯被关断的方案。一般地说，按照本发明的家用设备包括：至少一个内部分隔室，至少一个用于照明所述内部分隔室的照明装置，和用于操作所述照明装置的控制装置。

典型的所述家用设备是冷藏设备，例如，冷藏箱，冷冻箱，冷藏箱-冷冻箱，或烹饪设备，例如，烹饪炉灶。

按照本发明，控制装置适合于加随时间变化的电源电压到照明装置，为的是延长照明装置的寿命。这种控制在灯从关断状态到接通状态的周期内是最重要的。

典型的是，照明装置是白炽灯，最好包括灯丝，具体地说，灯丝是由钨或钨合金制成；正是在这种情况下，延长照明装置寿命的问题是特别迫切的。

图2表示按照本发明的控制装置；在这个图中，控制装置的一端连接到含灯丝4的白炽灯3，而另一端连接到交流电压电源VAC，它通常是公共的市电电源。

图2的控制装置可以连接到用于接通照明装置的触发装置，例如，图1所示的装置6。可以按照许多不同的方法提供用于接通照明装置的触发装置，并且也可以是手动或自动的。若家用设备是冷藏箱或冷冻箱或冷藏箱-冷冻箱，则触发装置可以是按钮，它通常是在门被打开时用于激励灯，而若家用设备是烹饪炉灶，则触发装置可以是安装在家用设备控制面板上的旋钮或按钮，用户可以利用它激励或去激励灯。

图2的控制装置包括：电源电路7，功率调节器，具体是能够操作照明装置3的双向三端晶闸管11，电源电压耦合阻抗12，以及由电源电路7供电的微控制器8；微控制器8又包括CPU 9，存储器10和接口外围设备13；图2所示例子中的存储器10包含至少一个非易失性部分(EPROM，EEPROM或快速擦写存储器)和至少一个用于程序的ROM或EPROM部分，和用于数据的RAM部分。电源电压耦合阻抗12的目的是限制加到微控制器8上的电流，并可以产生电源电压的零交叉信号。这种信号用于操作双向三端晶闸管11的同步信号，利用相位偏移技术(按照称之为“相位控制”的已知过程)，它调节加到照明装置上的电压电平。

电子型的控制装置，最好是可编程的控制装置，由于它的控制精确度，可以得到延长白炽灯寿命的较好结果。

通过施加电流而使金属灯丝4加热，可以使它达到发生白炽化的高温，从而实现由白炽灯3发射光通量。作为一个非限制性例子，我们在此处假设，金属灯丝4包括钨。钨的电阻率与温度有正比的关系：在室温下(没有电流通过时的灯丝温度)，钨的电阻率约为5·10^-8Ω·m，而在2000℃的温度下(电流在稳态下通过灯丝的近似温度)，钨的电阻率增大至约65·10^-8Ω·m。从这种大于一个数量级的电阻率变化中可以得出，对于在钨灯丝的两端加相同电压值，在冷灯丝情况下(室温)流过灯丝的电流比在热灯丝情况下(约2000℃的温度)流过灯丝的电流大一个数量级。因此，在灯的整个运行周期期间加恒定的电压到灯丝的两端(即，按照现有技术的运行方法)，当灯被接通时，出现一个峰值电流(大于稳态电流的10倍)流过金属灯丝，其相应的峰值功率被灯吸收。在灯丝预热周期所代表的瞬变过程中，功率吸收总是保持在额定值之上，即，在灯达到稳态时(在约2000℃时)所吸收的功率值之上。实验已经证明，瞬变过程的持续时间约为80-100ms。

我们发现，这正是在上述的功率吸收瞬变过程(从峰值到实现稳态的过程中保持高于额定值)，它使白炽灯的金属灯丝经受热应力，从而使灯的寿命下降，如果该灯是按照现有技术已知的方法运行的。当灯接通/关断的工作频率增大时，所述灯寿命下降就越大的事实完全符合这个发现。的确，灯接通/关断的工作频率越高，产生的瞬变过程次数就越高，而且该灯经受的功率吸收峰值的次数就越高。

本发明主题的方法，目的是延长白炽灯的寿命，它是基于减小上述的功率吸收峰值，而功率吸收峰值发生在灯被激励之后的初始瞬变过程中。如果能够完全消除吸收峰值，而不仅仅是衰减吸收峰值，则可以获得更好的结果：在这种情况下，事实上，白炽灯的寿命可以与相同的白炽灯在未中断运行时的平均寿命相当。

按照本发明的方法在家用设备的照明装置中得到典型的应用，且对于冷藏箱和冷藏箱-冷冻箱是特别有利的，其中每天该灯被接通和关断的次数通常有几十次(开启和闭合冷藏箱门的次数)，而灯被接通的时间通常小于1分钟。

一般地说，按照本发明的方法可用于控制照明装置的激励，尤其是，控制包括灯丝的白炽灯；按照这种方法，随时间变化的、最好是随时间逐渐变化的电源电压，被加到照明装置上，为的是延长所述照明装置的寿命；其目的是防止或至少减小灯丝中的峰值电流。

一种用于实施按照本发明方法的非常有效的方式包括以下两个阶段：

i)在灯丝的两端加具有第一预设值的电源电压，为的是防止或减小所述白炽灯被接通时形成的电功率吸收峰值；和

ii)在灯丝的两端加具有逐渐增大至第二预设值的电源电压值，所述第二预设值对应于白炽灯的额定电压。

这个实施方案特别适用于数字型电子控制装置；除此以外，它允许得到任何所需的精确度。

在这个实施方案中，必须设定三个参数：阶段ii)的持续时间，第一预设电压值，和第二预设电压值；这三个参数不必是互相严格相关的。

按照一个良好的选择方案，阶段ii)的持续时间是从最小值的50ms至最大值的1,000ms，第一预设值最好是包括在0伏与50伏之间，而第二预设值最好是包括在180伏与230伏之间。

参照以下作为例子的实施例，我们描述按照本发明的方法。

按照这个例子，包括金属灯丝的白炽灯是在软模式下被激励的，即，在灯丝的两端加一系列逐渐增大的电源电压值。所述系列是从代表基础电压值的最小值开始。因此，金属灯丝是在软模式下被预热。流过灯丝的电流类似于在稳态下(约2000℃)流过该灯丝的电流，即，远远小于立即加上整个电源电压而流过冷灯丝(它有非常低的电阻)的电流。除了可以延长包括金属灯丝的白炽灯的寿命以外，它与传统的激励方法比较，这种软激励模式还具有显著的感官改进优点。事实上，通过大大减缓灯从关断状态到灯所它能够产生的全部光通量状态的速度，可以防止人眼立刻遇到最大的光通量，从而能够使眼睛舒服地适应从黑暗到明亮的转变。

更详细地说，参照图3，按照这个例子的方法提供的是加可变的电源电压V而不是恒定的电源电压V＊到白炽灯上。所述可变的电压V是这样的，被吸收的电功率W＝V²/R绝不大于白炽灯的额定功率值W＊。这可以完全避免白炽灯被接通时形成任何功率吸收峰值。金属灯丝的初始电阻值是R₀＝R＊/K²，其中R＊是灯丝在稳态下的电阻值，而K是考虑到灯丝材料在温度T₀与T＊之间电阻率差的数值系数。最好是，所述数值系数K对于钨灯丝的数值是4。为了使灯在其激励期间吸收的功率W₀不大于W＊，必须有V₀ ²≤V＊²·(R₀/R＊)，即，V₀≤V＊/K。当灯丝的温度T因电流通过产生的焦耳效应而增大时，灯丝的电阻也增大，和随后在灯丝的两端加一系列逐渐增大至V＊的电压V。所述电压V系列的施加模式是这样的，在由金属灯丝预热周期所代表的整个瞬变过程的期间内，该灯吸收的电功率V绝不大于白炽灯的额定功率W＊。

若在金属灯丝两端所加的电压V是交流电压，则上述的电压值应当理解为有效值，即，RMS值，它的调节是借助于功率调节器；参照图2，所述调节是通过受微控制器8控制的双向三端晶闸管11发生。在金属灯丝4的预热周期所代表的瞬变过程中，双向三端晶闸管11是受微控制器8的激励，它相对于电源电压零交叉的延迟时间为t，所述时间t必须设置成在白炽灯3上所加电压值V的函数。电压值V依赖于灯丝4的温度T，所以，在实现稳定态之前，必须逐渐减小时间t以建立一系列逐渐增大的波部分。在时间t₀之后，双向三端晶闸管11必须进行干预以切除给照明装置提供的第一个半波部分，该时间必须不小于数值t₀＝t_halfperiod(1-arcsin(1/K)/π)。

考虑一个非限制性例子，含钨灯丝的白炽灯的数值系数K＝4，和电源的交流电压为V＊＝230伏和频率f＝50Hz，我们可以假设电压值V₀＝55伏作为基础电压。在f＝50Hz时，t_halfperiod＝10ms，若需要完全避免初始吸收峰值的形成，则相对于电源电压的零交叉，发生第一次双向三端晶闸管激励的延迟时间t₀不小于9.4ms。在逐渐减小相对于电源电压零交叉的延迟时间t之后，发生双向三端晶闸管的后续激励，直至实现稳定态和双向三端晶闸管恒定地保持导通。

在完全消除功率吸收峰值不被认为是绝对必要和只需简单地降低所述吸收峰值的事件中，仍然可以利用上述的相同方法，其唯一的差别是，双向三端晶闸管的第一次激励发生在相对于电源电压零交叉的延迟时间t之后，延迟时间t小于时间t₀。在与以上例子相同的条件下(K＝4，V＊＝230伏，和f＝50Hz)，时间值t₀＝9ms或t₀＝7ms可用于仅仅降低白炽灯的初始功率吸收峰值。所述时间t越短，则所述功率吸收峰值的降低就越小。

照明装置，尤其是白炽灯，从在电压V₀开始激励并达到稳态(对应于电压V＊)的渐进程度取决于图3中所示转变P₁- P₂-...-P_i-...-P_N的数目N。所述数目N越大，则照明装置，尤其是白炽灯的激励就越渐进。按照本发明，也可以利用不同的转变序列P₁- P₂-...-P_i--...-P_N：例如，一旦在时间t₀＝t_halfperiod-τ发生第一次转变P₁，则可以在时间t_i＝t_halfperiod-i·τ完成每个相继的转变，或作为另一种方案，我们可以设想这样一个序列，在灯的初始激励阶段有较大渐进的转变，而在随后阶段有较小渐进的转变(更具体地说，每个转变P_i可以发生在时间t_i＝t_halfperiod-i²·τ)。

从实际观点考虑，在微控制器8的存储器10的非易失性部分中，可以存储对应于照明装置的渐进激励的至少一种分布的表格。所述表格至少包括这样一个数值序列，该序列是由相对于电源电压的零交叉的多个延迟时间t构成，在照明装置的渐进激励过程中，功率调节器，尤其是双向三端晶闸管11的渐进激励发生在这些延迟时间上。

为了实施按照本发明的方法，需要准备一种合适的控制装置，该装置适合于加随时间变化的电压到照明装置。

控制装置的第一个特征可以是，在通常利用触发装置使照明装置接通时，该控制装置适合于加第一预设值的电源电压到照明装置。

控制装置的第二个特征可以是，在接通所述照明装置之后，该控制装置适合于加逐渐增大至第二预设值的电源电压到照明装置。

显而易见，这两个特征的组合可以实现最佳的结果，并给照明装置提供渐变的激励分布。

在控制装置的非易失性存储器装置中可以非常容易地和有效地存储这种激励分布；若所述控制装置包括微控制器，则在微控制器的内部非易失性存储器的部分中可以有利地以表格形式存储所述激励分布。

如上所述，在一种非常典型的情况下，其中给照明装置提供交流电压，控制装置必须适合于加可变有效值的电源电压到照明装置；若控制装置是电子和数字型控制装置，则最好是利用交换技术完成电源电压的变化。

本发明着重讨论照明装置，尤其是在接通和/或关断时的灯丝型白炽灯的性能。在最简单和有效的情况下，控制装置适合于仅在接通和/或关断照明装置时加可变的电源电压到照明装置。

按照本发明的家用设备有这样的优点，借助于以上描述并在所附权利要求书中基本限定的方法，与家用设备中其他元件的平均寿命比较，它可以确保该家用设备中照明装置的平均寿命，尤其是包括金属灯丝的白炽灯的平均寿命。此外，本发明的家用设备还有另一个优点，与按照现有技术的家用设备比较，它非常适合于要求它的照明装置能够频繁地接通/关断交换的用途。以下给出这种使用的一些解释性和非限制性例子。

i)通过合适地调制发射的光通量，照明装置可以给用户传输有关家用设备运行状态的信息，在家用设备中安装该照明装置。发生这种通信可以通过不同的闪光频率或不同的序列，该序列是由规则重复的闪光和间隙构成。在EP686818中可以找到这种使用的一个例子，其中家用设备是冷藏箱，而灯能够警告用户冷藏箱门已持续打开一段时间，应当再次闭合冷藏箱门，为的是避免在冷藏分隔室中有过高的温度上升；

ii)通过合适地调制发射的光通量，照明装置可以自发地或在受到适当机构请求时传输有关正确运行家用设备的信息，其中在家用设备中安装了该照明装置。在EP686818中可以找到用于诊断目的的这种照明装置的使用例子，其中家用设备是冷藏箱，而灯能够通过合适的闪光序列发出内部自诊断过程结果的信号，服务技术人员能够解释这种闪光序列；

iii)照明装置可用作电阻性负载，为的是允许家用设备按照在WO02/21664A1中描述的通信技术通过它的电源电缆与外部的辅助装置进行通信。按照所述通信技术，家用设备能够发送功能性的、静态的和诊断的信息到外部的辅助装置，其中借助于可以被编码成二进制逻辑值(比特)序列的预定功率吸收；

iv)照明装置的使用是在家用设备的最后测试期间。例如，按照EP1465320A2的教导，照明装置可用于执行家用设备的自动测试，其中按照在WO02/21664A1中描述的上述通信技术，借助于预定的功率吸收，所述照明装置用作传输数据的电阻性负载。

本发明的描述是具体参照特定的实施例，但是，显而易见，在不偏离所附权利要求书限定的范围内，专业人员可以作出各种变化。

Claims (10)

1.一种冷藏设备，包括：至少一个内部分隔室(2A)，至少一个用于照明所述内部分隔室(2A)的照明装置(3)，和用于操作所述照明装置(3)的控制装置(5)，其特征是，所述控制装置(5)适合于加随时间逐渐增大的电源电压到所述照明装置(3)，为的是延长所述照明装置(3)的寿命，

其中所述控制装置(5)是电子型控制装置，并包括微控制器(8)和功率调节器，

其中所述控制装置(5)适合于在接通所述照明装置(3)时，加具有第一预设值(V₀)的电源电压到所述照明装置(3)，和

其中所述控制装置(5)适合于在接通照明装置之后，加逐渐增大至第二预设值(V^*)的电源电压到所述照明装置(3)。

2.按照权利要求1的冷藏设备，其中所述功率调节器是双向三端晶闸管(11)。

3.按照权利要求1的冷藏设备，其中所述照明装置是包括由钨或钨合金制成的灯丝(4)类型的白炽灯(3)。

4.按照权利要求1的冷藏设备，其中所述微控制器(8)包括非易失型存储器装置(10)，该存储器装置用于存储至少一个对应于所述照明装置(3)的渐变激励分布的表格。

5.按照以上权利要求中任何一个的冷藏设备，其中所述电源电压是交流电压，其中所述控制装置(5)适合于加具有随时间变化的有效值的电源电压到所述照明装置(3)，和其中所述电源电压的变化是利用交换技术得到的。

6.按照权利要求1的冷藏设备，其中所述控制装置(5)适合于在接通和/或关断照明装置(3)时，加随时间变化的电源电压到所述照明装置(3)。

7.一种用于控制冷藏设备中照明装置的激励的方法，该照明装置包括含有灯丝(4)的白炽灯(3)，其特征是，加随时间逐渐增大的电源电压到所述照明装置，为的是延长所述照明装置的寿命，

所述方法包括以下两个阶段：

i)在所述灯丝(4)的两端加具有第一预设值(V₀)的电源电压，为的是防止或减小在接通所述白炽灯(3)时由所述白炽灯形成的电功率吸收峰值；和

ii)在所述灯丝(4)的两端加具有逐渐增大至第二预设值(V^*)的值(V)的电源电压，所述第二预设值对应于所述白炽灯(3)的额定电压。

8.按照权利要求7的方法，其中阶段ii)的持续时间是从最小值的50ms到最大值的1,000ms，其中所述第一预设值是包括在0伏与50伏之间，和其中所述第二预设值是包括在180伏与230伏之间。

9.按照权利要求7或8的方法，其中阶段ii)是利用在非易失性存储器装置中存储的表格中包含的数值完成的。

10.按照权利要求7的方法，其特征是，加具有随时间变化的有效值的电源电压，所述电源电压的变化是利用交换技术得到的。

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