CN101356860A - 高压放电灯在电子镇流器上运行时进行故障检测的方法 - Google Patents

Abstract

高压放电灯在用微处理器驱动的EVG上工作时，状态自动机被用于排除确定的故障功能。

Description

高压放电灯在电子镇流器上运行时进行故障检测的方法

技术领域

本发明从一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于高压放电灯在EVG(尤其是具有集成的微处理器的EVG)上运行时进行故障检测的方法出发。在此，本发明尤其是涉及金属卤化物灯，尤其是用于通用照明的金属卤化物灯，或者还涉及高压钠灯。术语EVG表示电子镇流器。

背景技术

在EP-A 1 476 003中公开了一种用于驱动高压放电灯的方法，其中检测装置试图防止故障。

发明内容

本发明的任务是提供一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于驱动高压放电灯的方法，该方法保证了改进的故障检测并且尤其是避免了现有技术中的不足。

该任务通过权利要求1的特征部分来解决。特别有利的扩展方案在从属权利要求中说明。

卤素金属蒸气灯的运行大致分为在时间上处于确定的过程中的不同状态。如果存在与该过程顺序的偏差，则该灯有故障，并且对于EVG来说不可能变换到随后的逻辑正确的状态中。这被称作禁止状态，并且在该状态中EVG关断该灯直至下一次电网复位。由此导致了，故障的灯和在使用寿命尽头的灯不被继续驱动。由此，不会出现如下危险：例如由于外灯泡放电和“白炽模式”引起的对光源和对灯座的损坏的危险(火灾)。这样的策略与在市场上的EVG中所使用的策略的差别是，不仅电压界限或者时间界限引起关断，而且利用状态自动机，该状态自动机允许仅一个完整确定的过程顺序。尽管自动机的状态的变换同样由电压参数和时间参数来控制，但决定性的是状态的顺序。目前的EVG不能检测所谓的“白炽模式”，因为该情况在电气方面正如高度燃烧的灯的放电。通过本策略，“白炽模式”才能完全不出现，因为外灯泡放电导致立即的关断。在此，还提供了完好的灯不会被无意地关断的安全性。前提条件是，EVG拥有微控制器。在该微控制器中，可以实现状态自动机。电路技术(升压调节器、降压调节器、半桥、全桥等等)不会由此受到影响。

第一状态是开始阶段，该开始阶段包括点燃。在接通电网电压之后，EVG处于该状态中。在该状态中，通过发送点燃电压尝试点燃灯。

在此，设备是否具有脉冲点燃装置或者谐振点燃装置是不重要的。只能通过如下条件离开点燃状态：

-电网电压关断；

-点燃定时器到期(例如在18分钟之后)；

-只有当达到处于例如10V到35V之间的目标窗中的燃烧电压时，才转变到起动状态。

第二状态为起动，即设置起动电流。EVG仅在经过第一状态之后才达到起动状态中，即只从点燃状态达到起动状态中。在该状态中，启动起动定时器并且将时间相关的电压界限与灯电压比较。如果侵犯(verletzt)了时间相关的界限，则转变到禁止状态中，该状态导致EVG关断。只能通过如下条件而离开起动状态：

-电网电压关断；

-必要时考虑内部EVG参数，如在EVG中所达到的温度，

-在处于两个时间值t1与t2之间的时间窗之后，尤其是最早在15s之后并且最晚在160s之后，并且此外当燃烧电压超过阈值时，尤其是当燃烧电压超过70V时，转变到随后的正常工作状态。如果燃烧电压已在时间窗的开始之前(例如已在5s之后)超过阈值(在此为超过70V)，则自动机转变到禁止状态。该早期故障可以归因于白炽模式。

第三状态是正常工作。只有在经过起动状态之后EVG才到达正常工作状态。在正常工作时，灯的燃烧电压被持续地控制。如果超过最大允许的值，则尤其是启动定时器，该定时器在时间窗之后(例如在18分钟之后)关断该灯。如果低于最小允许值，则灯被立即关断。这防止了外灯泡放电的运行。

只有当以下条件中的至少一个被满足时，才可以离开正常工作状态。

-电网电压关断；

-必要时考虑内部EVG参数，例如在EVG中所达到的温度，

-侵犯电压界限：超过最大允许值(例如120V的电压界限)导致定时器关断，例如在18分钟之后关断。低于最小允许值(例如70V的电压界限)导致立即转变到禁止状态并且由此导致关断。

相应地，EVG识别第四状态，所谓的禁止状态。当如上所描述的那样未满足状态变换的条件时，EVG进入禁止状态。这或者侵犯电压界限或者是时间界限与电压界限组合。在禁止状态中EVG被关断。在断开和接通电网之后，才可以到达另一状态。

只能以顺序1-3经过这些状态。这是针对正常的、没有故障的灯的情况。1到3(与白炽模式的出现同义)或者3到2(与外灯泡放电同义)的变换是不允许的，并且不可避免地导向禁止状态。

详细地，用于驱动高压放电灯的新方法使用如下分成多个状态的步骤：

-在开始阶段点燃灯；

-在起动时设置起动电流，该起动电流被选择得如此小，使得所连接的灯的电极不被损坏；

-正常工作，其中为此设置的额定功率应导致对此所允许的额定电压的范围宽度(Bandbreite)。

在此，检测装置确定，所设置的起动电流是否将灯置于如下的状态中：在该状态中灯到达所允许的额定电压的范围，其中状态自动机监视工作，使得必须在预先给定的时间窗内经历过起动状态。

状态自动机是具有存储器的自动机，该自动机根据存储器的内部状态能够不同地响应相同的输入量。对此的一个例子是触发器(Flipflop)。

优选地，状态自动机识别至少三种不同的状态：开始、起动以及正常工作。特别优选地，起动状态可被分为多个分状态。有利的是，这些分状态在时间上唯一地彼此跟随。

在用于通用照明的放电灯中存在一种称作“白炽模式”的灯故障。当放电容器变得不密封并且填充物和填充气体进入外灯泡中时，出现白炽模式。在这种灯启动时，尤其是当在一侧密封的外灯泡中形成填料组分的池沼(Sumpf)时，会产生外灯泡放电。通过放电，在外灯泡中的馈电装置的材料被蒸发，该材料沉淀到外灯泡的内壁上。在那里形成导电的覆层。如果这些导电的覆层被布置为使得它们连接到馈电装置，则导致“白炽模式”。“白炽模式”是这些覆层通过电流而炽热。该模式通常不能借助电参数与处于高度燃烧的正常模式的灯区分，因为该模式没有不同于正常工作的燃烧电压和非对称性。

目前不可能阻止这样的状态，因为用于驱动这种灯的已知方法仅测量瞬时的电压值和电流值，并且按照特征曲线的斜率和边界值来响应这些值。然而借助状态自动机可能阻止这种不希望的状态。

在此，状态自动机必须利用如在现有技术中所描述的相同的方法，以便确定其状态。通过确定经过这些状态的完全确定的顺序，可以首先阻止白炽模式或者阻止其出现。也就是说，出现与正常工作中相同的输入量(例如燃烧电压)，但出现自动机的、不允许“高度燃烧的灯”的随后状态的瞬时内部状态，在这种情况下导致断开。

由于“白炽模式”的状态迄今不能被识别，所以尤其是出于这样的原因而向发光器制造商建议不将塑料灯座用于放电灯，因为塑料灯座在“白炽模式”时会熔融或者甚至会燃烧。现在消除了这些限制，由此能够使用廉价的灯座。

作为应用领域尤其是考虑在外灯泡中具有放电容器的金属卤化物灯和高压钠灯。

状态自动机可以划分三个状态。尤其是，该状态自动机保证了从状态1向状态3的转变被排除。尤其是，该状态自动机也保证了从状态3向状态2的转变被排除。

本发明也包括一种用于驱动高压放电灯的驱动装置，其中该驱动装置尤其是借助微处理器来驱动的EVG，该EVG具有如下特征：

-设置起动电流的设置装置；

-检测装置；

-必要时尤其是有调节装置；

-必要时的控制装置，

其中驱动装置附加地包括如下的状态自动机：该状态自动机优选是检测装置的组成部分，或者与检测装置共同起作用。状态自动机优选可以集成在微控制器中。在此，微控制器的程序可以同时覆盖状态自动机。该状态自动机尤其是可以例如作为ASIC或者控制IC安装在控制设备中。

调节装置适于将所连接的灯的功率调节到额定功率。设置装置适于将灯的灯电流限制到边界值上。检测装置被设计为：如果边界值设置太小时，检测装置向控制装置提供信号，以便将所连接的灯置于其中灯具有额定功率的状态中。控制装置为设置装置预先给定边界值，并且如果检测装置向控制装置发送信号，则必要时控制装置提高边界值。详细内容例如在EP-A1 476 003中可得到。

当高压放电灯在微处理器所驱动的EVG上这样工作时，使用状态自动机以便排除确定的故障。

无故障的灯(无白炽模式或者其他故障)的特色在于，燃烧电压在灯起动时表现为稳定地上升，并且在确定的范围中甚至单调地上升。在起动期间，灯电流由EVG来预先给定，该灯电流被称作起动电流。通常，灯电流被近似稳定地预先给定。在此，灯的燃烧电压变化缓慢，使得燃烧电压的时间曲线可以由微处理器毫无技术困难地测量。在小于0.2ms至小于20ms的时间范围内出现的燃烧电压的短的时间变化在测量时通过时间平均或者通过低通滤波来抑制。平均或者低通滤波在此可以模拟地或者数字地进行。

作为对识别无故障的灯的必要条件，考虑以下三个准则中的一个或者更多个：

1)在起动时的燃烧电压的稳定性。这表示，在该时间过程中不允许出现大于确定数值的跳跃。短时跳跃视作不相关并且因此被滤除。

2)替换地或者附加地，利用灯电压的第一陡峭的上升，该上升在灯启动之后在10s至30s的范围内开始。该灯基本上基于Hg的蒸发。EVG，尤其是在微控制器中的分析单元必须找到具有合适长度的时间段，在该时间段中灯电压是严格单调的，并且灯电压在该时间上的斜率在确定的值域内。

对于35瓦灯的值域的一个具体实施例，时间窗为4s长。在该时间窗中，灯电压在该时间窗的整个持续时间中的斜率应当在1.5V/s至6V/s的范围中。

3)在起始时(即在灯启动之后的确定时间范围中)的灯电压的正的斜率。在此，优选的是，实现在如下范围上的合适的平均：在这些范围中灯电压的斜率短时为负的或者为零。最简单的是，这些范围被滤除。一个具体例子是规定当负的范围小于时间窗的整个时间长度的10％时进行滤除。

附图说明

以下将参照多个实施例更为详细地阐述本发明。其中：

图1示出了在一组EVG和灯的系统起动时的燃烧电压特性；

图2示出了灯关于时间的起动特征；

图3示出了具有所有状态的流程图；

图4示出了具有状态自动机的EVG的示意图；

图5示出了具有多个状态的起动特性。

具体实施方式

图1示出了在总共77个金属卤化物灯的EVG上起动时的燃烧电压(单位为伏特)。其中代表了具有石英玻璃的放电容器以及具有圆柱形和球形的陶瓷放电容器的35-150W的灯类型。所有燃烧状况也都是变化的。由于这些测量覆盖了用于通用照明的金属卤化物灯的整个光谱，所以根据这些曲线可以推断出必须导致关断的电压界限和时间界限。无故障的灯，即没有白炽模式或者其他故障的灯的特色在于，燃烧电压在灯起动时稳定地上升，并且在确定的范围内表现为甚至单调地上升

在图2中示例性地示出了作为时间的函数的单个卤素金属蒸气灯的点燃电压的起动。曲线A限定“点燃”状态，该状态限制为最大18分钟。曲线B限定了第二状态“起动”的时间窗，该时间窗为最小15s和最大160s。在此，还绘出了对于“起动”状态的、与时间有关的电压上限BO和电压下限BU。之后是第三状态，正常工作N。在此，上限NO和下限NU都是与时间无关的。点燃本身和其时间边界未被示出，仅用菱形表示时间窗而用线Z表示其中进行点燃的电压范围。灯的实际燃烧特性用LP表示。该图以金属卤化物灯的例子表明了两个所允许的、状态1-＞2(线ZW 12)和状态2-＞3(线ZW 23)的状态转变。其他转变不被允许。

对灯的时间有关的起动的下限BU的所有值被作为表存储在微处理器的存储器中。上限BO和NO以及正常工作中的下限NU都是单值，这些单值与时间无关。

图3示出了具有所有状态的流程图。在接通电网电压之后，针对点燃定时器的时间窗开始。灯转变到状态1。在针对起动定时器的时间窗开始之后，当所有准则被满足时，该灯转变到状态2。当所有准则被满足时，该灯转变到状态3，即正常工作。故障情况下的特性导致状态4，禁止状态，该状态4导致该灯的关断。

图4示出了金属卤化物灯1的电路的示意图。EVG2，如本身所已知的那样，包括整流器3和执行器4。该EVG例如通过降压调节器来实现。执行器4与检测装置5相连。该检测装置的主要组成部分是具有状态自动机7的微控制器6或者IC。

图5示出了具有多个状态的示意图。在z处的开始阶段之后，在陡峭的上升区域中在Hg蒸发时，两个时间窗被作为状态B1和B2来监视。附加地，在起始点B1与正常工作N的开始之间的起动过程中监视正的斜率。在此，凸起的区域BV减弱，该凸起是在Hg蒸发阶段与金属卤化物蒸发阶段之间的转变。

Claims (8)

1.一种用于驱动高压放电灯的方法，具有如下步骤：

-点燃灯；

-设置起动电流，该起动电流被选择得小到使所连接的灯的电极不被损坏；

-正常工作，其中为此设置的额定功率应导致对此所允许的额定电压的范围宽度；

其特征在于，检测装置确定所设置的起动电流是否已将灯置于如下状态：在该状态中灯达到所允许的额定电压的范围，其中状态自动机监视工作，使得必须在预先给定的时间窗内经过起动状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，状态自动机能够区分至少三个状态，其中第一状态为开始阶段，第二状态为起动，以及第三状态为正常工作。

3.根据权利2所述的方法，其特征在于，状态自动机禁止从状态1到状态3的直接转变。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，状态自动机禁止从状态3到状态2的直接转变。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，起动状态分成多个分状态。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分状态在时间上彼此跟随。

7.一种用于驱动高压放电灯的驱动装置，具有如下特征：

-设置装置；

-检测装置；

其特征在于，所述驱动装置还包括状态自动机，所述状态自动机优选是检测装置的组成部分。

8.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，驱动装置还包括调节装置。

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