CN101164390B - 一种利用灯温度评估的灯调节装置 - Google Patents
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Abstract
为调节工作于交流电压的荧光灯的工作,执行以下步骤:有意地在荧光灯上叠加直流电压,检测荧光灯的灯电压,估计灯电压并将其作为灯功率调节的一个输入参数。因此,估计直流电压成分,如果可以,还要估计灯电压的其他参数。
Description
技术领域
本发明涉及荧光灯的工作,例如交流供电的气体放电灯。更准确地,本发明涉及到需要考虑直接或间接确定的灯温度而进行的照明调节。这样的调节典型地应用于例如电子镇流器这样的设备中。
背景技术
使用调光型电子镇流器的荧光灯,可以以额定功率工作在额定状态,也可以以较低功率工作在弱光状态。相比于以较低功率工作,特别是以非常低的功率工作,以额定功率工作是没有问题的。相比于工作在额定功率状态下,工作于弱光状态下所指定的允许环境温度范围要狭窄得多。在轻微调光状态下,灯环境温度对荧光灯的平稳调节起着更为重要的作用,这里的平稳调节指的是恒定亮度的调节,特别是可靠地防止灯不期望的熄灭的调节。
在较低环境温度下的灯电压和小电流(发生在较低的灯功率情况下)急剧上升而可能出现不允许的高值,这将导致在低调光状态对灯环境温度的依赖更强。当然对这种现象,温度在灯的瞬时环境中是决定性的,这并不要求电子镇流器的温度在空间和热量上与灯隔离。因此,电子镇流器的温度也就不能直接用于估计灯环境温度。
在某些应用场合,不能排除灯温度偏离允许温度范围的情况,例如调光型电子镇流器在室外应用时工作于低温弱光状态,为轻微调光状态指定的允许温度范围更为狭窄。
众所周知的现有技术原理是:向一个调节设备发送关于那些危急状态(低温、低调光值)的灯功率信息。与此相关,EP838132A1教导:应用于灯的电压应该作为灯温度的一个指示器。在灯电压急剧上升时判断出现危急状态,而必要时将灯关闭。在这样的危急状态下, 因为灯电压对于该状态的检测是不明确的,所以此时使用总的灯电压来指示灯的工作状态是有问题的。然而,由于荧光灯的非线性,在非危急状态也可以达到高的灯电压,而这不需要调节装置的任何更多干涉。另外,EP838132A1还提供了一个模拟调节,该模拟调节和描述灯电压的电压信号一起非常简单地加入到控制信号中,从而根据认可的状态更改灯功率。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种改进的检测灯环境温度的技术。
本发明的一个核心概念是在灯电压中有意地应用一个直流成分。然后可以通过检测和评估灯电压来识别前面提到的危急状态。与现有技术相比,有意强加该直流成分可能使灯温度检测更加精确。
前面提到的目标通过独立权利要求中的特征来实现。从属权利要求以非常有利的方式进一步发展了本发明的核心概念。
根据本发明的第一方面,提供了一种确定工作于交流电压下的荧光灯温度的方法。在这里,在该交流电压之上有意地叠加一个直流电压。检测荧光灯的灯电压,并将其作为荧光灯温度的参数加以估计,用作灯调节的输入参数。
灯电压中的直流电压成分可以至少作为灯电压评估的一部分而加以评估。评估中可以随意地考虑灯电压的其他参数。
例如,灯电压可以基于周期性灯电压的不对称性来评估。
例如,灯电压估计可以以灯电压连续过零点之间的间隔为基础来确定。
电阻可以数字化地估计,特别是当灯负载功率调节是全数字化时。
例如,灯电压的估计可以通过数字计算灯电压连续半波(过零点)的间隔来实现。
如果通过间接检测灯温度、通过估计灯电压,检测到危急状态,特别是在低调光值时,灯的功率可以有意地调节到该预定调光值(期 望值)之上。
这样,可以在低功率状态特别是存在熄灭危险的低环境温度下将灯的功率提高到预定调光值之上。
这样的方法可以应用于电子镇流器中。
本发明还涉及到用于荧光灯的电子镇流器,该电子镇流器包括一个执行所述方法的数字电路。
本发明还涉及到用以确定工作于交流电压下的荧光灯的温度的电路。提供了直流电压源装置,用于有意地在荧光灯上叠加直流电压。最后,提供检测电路,用于检测荧光灯的电压,其输出信号可以发送到评估电路,该评估电路评估被检测的灯电压最为作为一个参数荧光灯温度的一个参数,并在数字化的调节过程中考虑这些。
在荧光灯上有意地叠加直流电压的装置,可能包括一个并联于灯的交流工作电压的直流电压路径。
本发明还涉及到包括所述电路的电子镇流器。
本发明还涉及到包括所述电子镇流器的照明器具。
附图说明
根据本发明的另一方面,提供了一种检测工作于交流电条件下的荧光灯温度的电路,包括:
-有意地在荧光灯上叠加一个直流电压的装置,
-灯电压的检测电路,以及
-灯功率的调节电路,灯电压作为该电路的输入参数,
其中,设置所述调节电路以检测周期性灯电压的不对称性。
在一个实施例中,所述调节电路包括一个用于检测灯电压连续过零点间隔的数字计数器。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
具体实施方式
图1a示出了一个电子镇流器相关元件的示意图;
图1b和图1c示出了解释本发明背景的简化电路图;
图2和图3用以说明灯电阻的间接数字检测,其可以用作灯温度的参数;
图4示出了不同灯温度下灯电压和灯电压之间的依赖关系;
图5示出了不同灯温度下电阻和灯电流的依赖关系;
图6示出了本发明在多灯照明器具的应用。
图4举例说明了在低温状态(例如-15℃)灯电压VDis在低调光值区域(由灯电流IDis描述)可以非常急剧的上升,并可能超过允许的限制值。在灯温度为35℃的参考示例中,该效果没有那么强烈或者根本没有。然而同时可以从图4看出,灯电压VDis总体上并非灯温度的明确的参数。可以看到,在较高灯电流区域,较高温度(35℃)时灯电压VDis甚至可能超过较低温度(-15℃)时的灯电压。
图示灯电压的依赖基于灯电阻(也就是灯的放电路径在各自工作点的阻抗)对放电电流VDis和环境温度T存在依赖关系。在某一工作点,灯电流IDis由镇流器充分地保持恒定,这时就会出现灯阻抗ZDis对环境温度T的依赖关系。
如图1b所示,本发明建议在高频工作电压上从一个高阻电源给灯UHF加一个直流电压VDC,这样当灯工作于不同的标准,可以用当前标准来估计灯上出现的电压,比如DC成分:
直流电源的源电压VDC在当前工作点根据直流电源内电阻Zi和灯电阻Z1的比率分开,其中灯电阻Z1还依赖于灯的环境温度T。因此还是通过电阻关系
ZL/(Zi+ZL)
可以检测到从测量灯电压VDC,ZL得到的直流成分对灯的环境温度T的依赖关系。
如果灯电压VDC,ZL的直流成分在确定区域之外,特别是如果高于特定的门限值,电子镇流器可以采取相应的对策。灯电压VDC,ZL的直流成分在确定的时段内检测,并取平均以考虑对灯进行瞬时补偿。
如果该灯电压VDC,ZL的直流成分的平均值上升超过允许的门限值,镇流器可以自动地增大灯的功率直到灯电压VDC,ZL的直流成分再次落回到允许值,也就是低于预定门限值。对“通过镇流器自动增加灯功率”,需要理解的是,如有必要,电子镇流器增大灯功率甚至会超过外部供给的期望值(调光指令等),这样灯调节的稳定性会得到比严格依照外部预定期望值(调光指令等)更高的优先权。
除了灯电压的直流成分,还可以进一步地估计灯电压的其他参数,以识别危急状态。
根据本发明,灯功率的增大可能限制于轻微调光值区域。
因此,给调节设置正确的时间常数很重要:众所周知,荧光灯中出现温度补偿处理,所以镇流器中调节电路的时间常数必须匹配这些处理。
例如,如果灯电压VDC,ZL的直流成分随后再次瞬时下降,例如因为灯的环境温度再次上升,所述镇流器再次降低灯功率直到出现下列情况之一:或者灯电压VDC,ZL的直流成分再次达到预定门限值,或者恰好达到灯功率的预定期望值(调光指令等)。
图1a中示例了一个根据本发明的电子镇流器。
逆变器有两个开关S1、S2,将提供的直流电压(中间电路电压、总线电压)转变成谐振负载电路使用的高频工作电压。因此该交流电压从两个开关S1、S2的中间点流出。该谐振负载电路包括电感LR,电容CR和耦合电容CK。如基础所知,由其内阻RDis所描述的灯工作于该高频交流电压之下。
因此,由灯调节来控制开关S1、S2,特别是控制两个开关交替开关的开关频率,根据本发明可以数字化地执行这样的控制。
如在介绍中已经说明的,所述灯的交流工作电压已经有意地叠加了直流电压成分VDC。为实现这一目的,将二极管D和电阻RDC与电感LR和耦合电容CK并联,将直流电压路径与交流电压谐振电路并联。这仅仅是一个范例,示范怎样将直流电压成分VDC应用到灯的工作电压。
提供一个与灯并联的,由两个电阻R1、R2构成的分压器。表征灯电压VZL的信号从分压器R1、R2的中点流出,传输到灯调节电路。
如图1所示,当然可以向灯调节电路发送其他工作参数,比如灯电流等,还可以发送外部预定期望值(调光指令等)。
如图6所示为本发明的发展,涉及到多灯电子镇流器的应用,其中有多个独立的灯并联工作。这样的多灯照明器具经常出现的问题是灯之间的功率平衡常常得不到充分保证,特别是在低温低调光值状态。此时由同一镇流器控制的两盏灯的功率和照明度显著不同,对用户也是显而易见的。当然由此也可以推论出,因为介绍中所提到的原因,由同一镇流器控制的两盏灯的灯电压可以有显著的不同。
根据本发明,具有多个灯的照明器具,其每盏灯的灯电压(VDC,ZL1或VDC,ZL2)的直流成分都可以单独估计。两灯电压(VDC,ZL1或VDC,ZL2)的直流成分之间的差由比较器确定,并作为附加输入参数用于灯调节。根据这个方面,如果多盏灯的灯电压直流成分之间的差过大,则在必要时增大灯的功率到超过预定期望值。对本发明在多灯设备中的应用,该功率提升不仅仅是为了避免两灯之一的熄灭,更主要是在低温环境下,当两灯的照明度差超过确定门限值时缩小这个差。
如已经提到的,根据本发明,可以数字化地实现灯的工作。
因此也更适宜对灯电压的直流电压成分进行数字化估计。以下将参考图2和图3加以说明。
图2示出了本实施例的一个具体实现电路,包括一个可逆计数器107,该计数器接收一个信号UZERO作为实际输入信号,接收一个高频参考时钟信号CLK和一个复位信号作为控制信号。
通过评估对反馈信号进行数字检测是有优势的,比如灯电压过零点的检测。
在节点VL,灯电压的每个正半波期间,假定信号UZERO呈正电压,反之呈负电压,从而检测灯电压的过零点。计数器107特别地设置成9-比特计数器,而且因复位信号的应用,其起始计数值初始化为一个中间值,比如N0=255。计数器107在灯电压的过零点启动,并在 接下来的灯电压半波计数,不论上升沿还是下降沿。这样就数字化地计数了过零点。
如果测量信号(即灯电压)在半周期后再次达到过零点,计数器107的计数方向颠倒。在灯电压的整周期之后,计数器103的瞬时计数值N连接到比较器,该比较器可以是前面已经提过的计数器103。该比较器103将当前计数值N与计数器107的初始化值或者起始计数值进行比较。如果没有整流器影响,在达到灯电压的下一个过零点后,计数值N必定再次达到初始值N0。然而如果计数值N偏离初始值N0,则灯电压存在直流电压成分。为方便计,比较器103比较计数值N和起始值N0之间的差值是否超过确定的容限,以避免过于轻率地确认整流器作用的出现。比较器103的输出信号经由D型触发器108发送到测量相位控制器900,触发器108以一个锁存信号为时钟,如前面所述,该控制器估计此信号并特别执行事件过滤估计,也就是比如在每255个灯电压周期中,仅当比较器103连续报告直流成分达32次以上时确认存在直流成分。
Claims (31)
1.一种调节工作于交流电条件下的荧光灯工作状态的方法,包括以下步骤:
-有意地在荧光灯上叠加一个直流电压,
-确定荧光灯电压的灯电压,
-评估灯电压并将其作为灯功率调节的输入参数,
其中,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述灯电压的评估基于周期性灯电压的不对称性。
3.如权利要求2所述的方法,其中,通过数字化地计数灯电压的连续过零点之间的间隔来评估所述灯电压。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,数字化地评估灯电压。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其中,根据对灯电压的评估,将灯功率增大到一个外部预先设定期望值之上。
6.如权利要求5所述的方法,其中,仅在灯功率低时增大灯功率。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其中,数字化地调节灯功率。
8.一种检测工作于交流电条件下的荧光灯温度的方法,包括以下步骤:
-有意地在荧光灯上叠加一个直流电压,
-确定荧光灯的灯电压,以及
-至少评估直流电压成分,作为荧光灯温度的参数,
其中,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
9.一种用于电子镇流器中调节工作于交流电条件下的荧光灯工作状态的方法,包括以下步骤:
-有意地在荧光灯上叠加一个直流电压,
-确定荧光灯电压的灯电压,
-评估灯电压并将其作为灯功率调节的输入参数,
其中,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
10.如权利要求9所述的方法,其中,所述灯电压的评估基于周期性灯电压的不对称性。
11.如权利要求10所述的方法,其中,通过数字化地计数灯电压的连续过零点之间的间隔来评估所述灯电压。
12.如权利要求9-11中任一项所述的方法,其特征在于,数字化地评估灯电压。
13.如权利要求9-11中任一项所述的方法,其中,根据对灯电压的评估,将灯功率增大到一个外部预先设定期望值之上。
14.如权利要求13所述的方法,其中,仅在灯功率低时增大灯功率。
15.如权利要求9-11中任一项所述的方法,其中,数字化地调节灯功率。
16.一种用于电子镇流器中检测工作于交流电条件下的荧光灯温度的方法,包括以下步骤:
-有意地在荧光灯上叠加一个直流电压,
-确定荧光灯的灯电压,以及
-至少评估直流电压成分,作为荧光灯温度的参数,
其中,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
17.一种检测工作于交流电条件下的荧光灯温度的电路,包括:
-有意地在荧光灯上叠加一个直流电压的装置,
-灯电压的检测电路,以及
-灯功率的调节电路,灯电压作为该电路的输入参数,
其中,设置所述调节电路以检测周期性灯电压的不对称性,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
18.如权利要求17所述的电路,其中,所述有意地在荧光灯上叠加一个直流电压的装置,包括一个直流电压路径,该路径并联于荧光灯的交流工作电压。
19.如权利要求17或18所述的电路,其中,所述调节电路包括确定灯电压过零点之间的间隔的装置。
20.如权利要求17或18所述的电路,其中,所述调节电路数字化地执行。
21.如权利要求20所述的电路,其中,所述调节电路包括一个用于检测灯电压连续过零点间隔的数字计数器。
22.如权利要求17或18所述的电路,其中,根据对灯电压的评估,所述调节电路将灯功率增大到一个期望值以上,该期望值从外部传送到该电路。
23.一种电子镇流器,包括一个如权利要求17-22中任一项所述的电路。
24.如权利要求23所述的电子镇流器,其中,还包括一个调节电路,用以调节灯功率。
25.一种照明器具,包括一个如权利要求23或24所述的电子镇流器。
26.一种调节多个并联的工作于交流电条件下的荧光灯工作状态的方法,包括以下步骤:
-有意地给每个荧光灯叠加一个直流电压,
-确定每一个荧光灯的灯电压,以及
-评估各灯的电压、检测灯电压之间的差,并将其作为各灯功率调节的输入参数,
其中,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
27.如权利要求26所述的方法,其中,检测灯电压的直流电压成分之间的差。
28.如权利要求27所述的方法,其中,在直流电压成分之间的差超过某一门限值时增大灯功率。
29.一种用于控制多个并联的工作于交流电条件下的荧光灯的操作装置,包括:
-一个用于有意地在每一个荧光灯上叠加一个直流电压的电路,
-一个用于检测每一个荧光灯灯电压的电路,以及
-一个灯调节电路,该电路检测灯电压之间的差,并将各灯电压以及灯电压之间的差作为调节各灯功率的输入参数,
其中,灯电压的评估至少包括检测灯电压的过零点以检测直流电压成分。
30.如权利要求29所述的操作装置,其中,所述灯调节电路检测灯电压的直流电压成分之间的差。
31.如权利要求30所述的操作装置,其中,所述灯调节电路在灯电压的直流电压成分之间的差超过一个门限值时增大灯功率。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Granted publication date: 20120125 Termination date: 20150404 |
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EXPY | Termination of patent right or utility model |