CN101682974A - 用于灯线加热的电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于加热气体放电灯的至少一个灯丝(5、6)的加热电路，所述加热电路具有耦合元件和监测电路，所述耦合元件将用于灯丝(5、6)的加热能量从被供以电压的初级端(2)传递到与所要加热的灯丝(5、6)连接的次级端(3、4)，所述监测电路用于检测灯丝电压，其中，所述加热电路被配置用于，只要所述灯丝电压达到理想值，就逐步降低传递给灯丝(5、6)的加热功率，直至所述灯丝电压降到所述理想值以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路，该电路用于加热气体放电灯特别是荧光灯的至少一个灯丝，所述电路例如可以应用在电子镇流器(EVG：elektronisches
)中。
背景技术
原则上现有技术已经公开了用于运行气体放电灯和荧光灯的电子镇流器(EVG)，它们使用灯丝加热电路，该灯丝加热电路借助耦合元件与被供以电压的初级端连接。例如可以从输出电路(灯工作电压供给、半桥电压、总线电压等)，将加热能量以变压器方式、电容方式等耦合至初级电路，该初级电路再与灯丝连接。
一些以变压器方式工作的灯丝加热系统使用借助开关进行时钟控制的反激式变换器(英语：Flyback power converter)，下面也称之为“Flyback变换器”。
依据Flyback原理的荧光灯灯丝加热例如由US 5,703,441公开。
在传统的灯丝加热中，所连接的气体放电灯灯丝上的电压会超过临界值。后果是灯丝的过热可能导致所谓的“电弧(Arcing)”问题，也就是通过灯丝的电位差导致形成电弧。这一点不仅在光学上具有缺点，而且在调节技术上也是个问题，这是因为在这种情况下灯丝电阻因并联的等离子通道而下降。
非在先公开的德国专利申请DE 102005018761A1介绍了一种电子镇流器的灯丝加热，其具有作为时钟控制的反激式变换器构成的耦合元件，其中，该耦合元件具有初级线圈和处于带有灯丝的加热电路内的次级线圈，所述次级线圈用于加热气体放电灯的两个电极中的每个电极。
该德国专利申请试图解决上述过热的问题，其方法是反激式变换器可以在与标准模式相比功率更小的误差模式(Fehlermodus)下运行。据此设置监测电路用于检测耦合元件次级端的电压。在检测到处于标准以外的电压的情况下，触发误差模式，并与此相应地降低加热功率。
但所公开的这种解决方案的缺点特别是在使用多灯装置时是有缺点的，这种多灯装置可能安装了多种类型的灯，因此不能预先精确地匹配于确定的灯丝。
如果现在多灯装置内的一个灯丝过热，那么可能出现的问题是，该运行装置在误差模式与标准模式之间来回“跳跃”。在标准加热功率与降低的加热功率之间的这种来回“跳跃”可以与比较高的频率进行，从而因此导致声音问题。
发明内容
本发明的任务在于，这样构成用于气体放电灯例如荧光灯的至少一个灯丝的加热电路，所述加热电路具有用于从初级端向次级端传递加热能量的耦合元件，即，在灯丝电压处于标准以外的情况下采取恰当的措施。
依据本发明，该任务通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求按照特别有利的方式进一步扩展本发明的中心思想。
本发明的第一方面规定了一种用于加热气体放电灯的至少一个灯丝的加热电路。该电路在此具有耦合元件，该耦合元件将加热能量从被供以电压的初级端传递到次级端，该次级端再与所要加热的至少一个灯丝连接。因此一般在电流隔断的条件下传递加热能量。
依据本发明该电路被设计用于，只要灯丝电压达到理想值，就逐步降低传递到灯丝上的加热功率，直至灯丝电压降到理想值以下。为此在加热电路中还附加设有用于检测灯丝电压的监测电路。
在依据本发明的加热电路中，不像现有技术提出的那样，规定唯一一个固定的误差模式。相反，以多个小的渐变步骤降低加热功率，直至所测量的灯丝电压低于理想值。只要在逐渐降低加热功率传递后在灯丝上不存在过热(也就是不再存在过压)，那么灯丝就以该频率继续运行。
因此仅降低或者减少加热功率，直至灯丝电压降到预定的理想值以下。这里不存在返回至更高加热功率的情况。由此可以避免双位控制器意义上的来回“跳跃”，从而避免所谓的声音问题，该声音问题在其他情况下可能由于周期性控制特性而出现。
优选借助开关在初级端对耦合元件进行时钟控制，所述开关的开关频率和/或通断比是可以改变的。
这种用于加热灯丝的加热电路最好被设计用于，通过逐步降低开关的开关频率来减少所传递的加热功率。
作为对此的替代，可以通过逐步降低开关的接通持续时间来减少所传递的加热功率。
加热电路可以具有控制器，该控制器用于确定理想值。
优选的是，加热电路具有用于灯类型识别或灯丝识别的装置，其中，控制器可以根据该灯类型识别或灯丝识别来确定理想值。
可以设置用于将灯丝电压与理想值进行比较的比较器。
可以将不同的基准电压连接在比较器的理想值输入端上。
此外，加热电路的监测电路可以具有模拟-数字转换器。
用于传递加热功率的耦合元件可以作为反激式变换器构成。
本发明此外还涉及一种用于发光装置的具有这种电路的驱动设备。
依据本发明的另一方面，设置了用于荧光灯的电子镇流器，所述电子镇流器具有用于加热气体放电灯的至少一个灯丝的电路。该电路在此具有耦合元件，该耦合元件将加热能量从被供以电压的初级端传递到次级端，该次级端再与所要加热的至少一个灯丝连接。监测电路用于检测灯丝电压。只要灯丝电压达到理想值，就逐步降低传递到灯丝上的加热功率，直至灯丝电压降到理想值以下。
依据本发明的另一方面，规定了一种用于加热气体放电灯的至少一个灯丝的方法。将用于灯丝的加热能量从被供以电压的初级端传递到与所要加热的灯丝连接的次级端。同时检测灯丝电压。只要灯丝电压达到理想值，就逐步降低传递到灯丝上的加热功率，直至灯丝电压降到理想值以下。
优选借助开关对初级端进行时钟控制，使所述开关的开关频率和/或通断比被改变。
可以通过逐步降低开关的开关频率来减少所传递的加热功率。
作为对此的替代，可以通过逐步缩短开关的接通持续时间来减少所传递的加热功率。
可以根据灯类型识别或灯丝识别来确定理想值。
附图说明
现参照附图并结合实施例对本发明的其他特征、优点和特性进行详细说明。其中：
图1示出依据本发明的加热电路的示意线路框图；
图2示意示出依据本发明的加热电路的一个实施方式；
图3示意示出依据本发明的加热电路的另一实施方式；以及
图4示出依据本发明的灯丝电压的随时间的变化过程。
具体实施方式
图1所示的加热电路用于为气体放电灯例如像荧光灯的灯丝5、6提供电能。在此，从被供以电压的耦合元件的初级端出发将电能传递给该耦合元件的次级端，其中，次级端与至少一个灯丝5、6连接。
在所示的实施例中，耦合元件构成作为时钟控制的反激式变换器1。也可以采用其他的变压器式或者电容式实施方式。反激式变换器1的初级端具有电压供给以及与开关12串联的初级线圈2。电压供给在所示的实施例中为直流电压供给，从而例如一般通过功率因数校正电路(PFC，Power Factor Correction Circuit)调节的中间电路电压或者总线电压Vbus可以应用在电子镇流器中。
同样可以采用其他初级端的DC或者AC供电电压(例如电源电压，但为连接AC电压中间应该连接有整流器)。
取代举例示出的Flyback变换器，也可以使用这样一种加热电路拓扑，在该加热电路拓扑中，耦合元件的初级端通过与开关串联的初级线圈形成，其中，该串联电路与逆变器(半桥电路)的两个开关的中点连接并且例如与电位低的开关并联，这是通过该串联电路将这些开关的中点接地来实现的。
依据变压器原理，在所示的实施例中电能从初级线圈2传递到次级端，其中，次级端在所示的实施例中具有一个从第一次级线圈3出发通向第一灯丝5的支路和一个从第二次级线圈4出发通向第二灯丝6的支路。该次级端因此可以向一个或者也可以向更多个灯丝5、6供电。
在基本恒定的供电电压Vbus情况下，通过时钟控制的反激式变换器1传递的加热能量基本上取决于开关12的开关频率以及接通持续时间Ton。例如可以作为场效应晶体管(FET)构成的该开关12由最好按照硬件实现的加热控制电路7控制。在所示的实施例中，该灯丝加热(Wendelheizung)如所述的那样具有时钟控制的反激式变换器1，反激式变换器1以确定的接通时间Ton和频率f运行。
开关控制因此可以使该加热电路独立运行。加热电路的独立运行恰恰对预加热是有利的。此外存在设计自由度，这一点对调光运行或者多灯运行是有利的。
在此根据本发明，电子开关12开关过程的接通时间Ton以及频率f的理想值是由借助软件控制的电路(微控制器)9预定的，所述借助软件控制的电路9与加热控制电路7双向通信(参见附图标记8)。
所示的时钟控制的反激式变换器1的接通持续时间Ton和/或频率f的预定值，可以由微控制器9例如取决于灯和需要时(例如通过灯丝电流)检测的灯类型的实际调光状态计算得到，然后提供给加热控制电路7。微控制器9例如可以通过接口10接收例如按照DALI标准的调光指令。
具有反激式变换器-变压器1的开关12和线圈2的初级端在所示的实施例中与中间电路电压或者总线电压Vbus连接，因为该中间电路电压或者总线电压Vbus始终具有基本恒定的电位，由此确保了在电子开关12的恒定的接通时间Ton和频率f情况下，将恒定的加热能量输出到反激式变换器1的次级端上。
所介绍的发明现在特别是被构成用于检测一个或者两个灯丝5、6的电压并只要该灯丝电压达到或者大于确定的阈值，就及时采取相应的应对措施。如果随时间变化的灯丝电压随着时间流逝而达到该阈值，那么逐步地降低传递到次级端和灯丝5、6上的加热功率，直至灯丝电压重新处于该阈值以下。在此，为降低加热功率规定了多个小阶段。
依据本发明还避免了，电压在次级端上升到有时高至不允许的数值。为检测次级端的电压或者说灯丝电压，在所示的实施例中规定了分压器R3、R4，在分压器R3、R4的中点处量取加热控制电路7的信号14。反激式变换器1的次级端的电压或者说灯丝电压的检测也可以另选地按照其他已知方法进行。
对灯丝电压的测量或者说检测最好连续不中断地进行，从而可以可靠实施加热。但也可以仅在确定的时间点或者在微控制器9的查询之后不连续地检测该灯丝电压，此时可以较为糟糕地跟踪灯丝电压的变化过程，并且在达到阈值的情况下加热电路不能立刻做出反应。
这样选择与灯丝电压比较的阈值，即，只要灯丝电压处于该阈值以下，那么气体放电灯就可以安全运行。在灯丝电压小于阈值的情况下，防止灯丝5、6过热和由此通过灯丝5、6电位差造成的点燃。
如果加热电路7是为了驱动仅一种类型的气体放电灯而设计的，或者该加热电路7适用于加热仅一种确定的灯丝类型，那么可以事先明确确定该阈值。也就是说最好将不应被超过的相应的理想值直接设定在存储模块30内或者通过加热电路7内的硬件来确定，参见图2。作为替代，可以将理想值储存在微控制器9内，并且可以将该理想值经由接口8发送给加热电路7。
在此，在加热电路7中设有比较器31，其中，存储模块30的基准电压连接在比较器31的第一输入端上，而用于检测灯丝电压的信号14连接在比较器31的第二输入端上。比较器31的输出信号经由相应的线路32传送到微控制器9。
由此，微控制器9能够识别该灯丝电压达到或大于预定的理想值，并逐步地降低电子开关12的开关过程的接通时间Ton和/或频率f，以便与此相应地逐步降低灯丝5、6的加热功率。
更为受到欢迎的是，提供适用于不同类型的灯或说灯丝的加热电路7。也就是说在其他的实施例中保证了，还可以视灯丝类型而定地选择匹配的阈值。如果需要加热电路7能够与各种类型的大量的灯一起工作，那么最好使用专业人员已知的、在此处未详细介绍的灯类型识别。
为了可以支持各种灯类型，将存储模块30和/或微控制器9设计用于为各种灯类型分别储存一个作为灯丝电压最大值的理想值。现在，优选在识别灯类型之后，将灯丝电压与匹配于被驱动的灯丝5、6的理想值进行比较。
与上述第一实施例类似，在这里也可以使用比较器31(参见图2)，以便识别灯丝电压达到理想值或者说最大值。据此能够利用可选择的不同理想值或基准电压来使用比较器31。
如图3所示，在次级端对灯丝电压的检测可以另选地通过模拟-数字转换器33进行，而不是仅能够通过简单的比较器31进行。通过模拟-数字转换器33来数字化为了检测灯丝电压而量取的信号14，并通过数字线路8将信号14传送到微控制器9。
微控制器9在该实施例中被设计用于为各种灯类型分别储存理想值。具体来说，阈值是特定瓦数的，并由微控制器9例如依据灯识别或者说灯丝识别选择阈值。因此可以由微控制器9针对不同的瓦数实施不同的比较。
如果理想值和灯丝电压的比较表明灯丝5、6过热，那么微控制器能够逐步降低电子开关12的开关频率f和/或接通持续时间Ton。
依据本发明，在任何情况下均对不允许的过高的次级端电压或者说不允许的过高的灯丝电压做出反应，其中逐步降低开关12的开关频率f和/或接通持续时间Ton，直至灯丝电压重新处于理想值以下。
由于加热控制电路7是借助硬件实现的，所以它可以迅速检测到这种过高的灯丝电压，并相应地也迅速通过适当改变反激式变换器1的开关12的接通持续时间和/或频率来做出反应。
正如已经提到的那样，硬件实现的加热控制电路7的加热运行的理想值可以由软件控制的微控制器9通过双向的通信信道8来预定。
另一方面，借助硬件实现的加热控制电路7自动地非常迅速地对可能检测到的错误状态做出反应，但同时也将这种错误状态报告给微控制器9。
与加热控制电路7借助分压器R3、R4在次级端检测电压无关，微控制器9通过电阻R1检测灯丝电流，以便因此通过灯丝电阻识别所使用的灯的类型，并且根据该灯类型识别来相应地给加热控制电路7预定理想值。
经由加热控制电路7与控制器9之间的双向信道8进行的通信优选按照数字方式进行。
加热控制电路7可以向微控制器9询问与过高灯丝电压的存在或可能的灯丝过热相关的信息。
如果加热控制电路7向微控制器9询问可能的灯丝过热，或者如果加热控制电路7本身向微控制器9通知可能的灯丝过热，那么微控制器9可以通过输出指令11将与此相关的信息通知给运行装置(电子镇流器EVG)。
图4示出依据本发明的一个实施例的灯丝电压的随时间的变化过程。电子开关12从时间点t＝t0起以接通持续时间Ton运行，这导致反激式变换器1将加热能量传递到灯丝5、6。灯丝电压Vw上升并第一次达到阈值VO。
加热电路1的如图4中所示的依据本发明做出的反应是：只要灯丝电压达到预定的阈值或理想值，那么就在时间点t＝t1和t＝t3逐步降低电子开关12的接通持续时间Ton。
对此的另选或者附加是，也可以逐步降低电子开关12的开关频率f。
如图4所示，通过逐步降低反激式变换器1的Ton时间实现对加热功率的调整。当然，本发明也可以应用在具有时钟控制的开关的其他加热拓扑中，从而依据本发明的其他实施方式，本发明不仅可以应用在反激式变换器-加热电路上，而且也可以应用于在半桥处量取的加热电路中。
并不将灯丝电压真正调节到阈值，这是因为由于频率的上升灯丝电压仅下降，然后不变地继续运行，但绝不增大。
Claims (17)
1.一种用于加热气体放电灯的至少一个灯丝(5、6)的加热电路，所述加热电路具有：
-耦合元件，其将用于灯丝(5、6)的加热能量从被供以电压的初级端(2)传递到与所要加热的灯丝(5、6)连接的次级端(3、4)；
-监测电路，其用于检测在所述耦合元件的所述次级端上的灯丝电压；
-控制电路，其与所述监测电路连接，并被设计用于在大于所述灯丝电压的理想值时逐步降低传递到灯丝(5、6)上的加热功率，直至所述灯丝电压降到所述理想值以下，然后以降低后的加热功率继续执行加热工作。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，借助开关(12)在初级端对所述耦合元件进行时钟控制，通过控制电路改变所述开关(12)的开关频率和/或通断比，以便调整所传递的加热功率。
3.根据权利要求2所述的电路，所述电路被设计用于，通过逐步降低所述开关(12)的开关频率来减少所传递的加热功率。
4.根据权利要求2所述的电路，所述电路被设计用于，通过逐步降低所述开关(12)的通断比来减少所传递的加热功率。
5.根据前述权利要求之一所述的电路，所述电路具有控制器(9)，所述控制器(9)用于确定理想值并向所述控制电路提供所述理想值。
6.根据权利要求5所述的电路，所述电路具有用于灯类型识别或灯丝识别的装置，其中，所述控制器(9)根据所述灯类型识别或灯丝识别来确定所述理想值。
7.根据前述权利要求之一所述的电路，所述电路具有用于将灯丝电压与所述理想值进行比较的比较器。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，能够将不同的基准电压连接在所述比较器的理想值输入端上。
9.根据权利要求1至6之一所述的电路，其中，所述监测电路具有模拟-数字转换器。
10.根据前述权利要求之一所述的电路，其中，所述耦合元件被构造为反激式变换器构成。
11.一种发光装置的驱动设备，所述驱动设备具有根据前述权利要求之一所述的加热电路。
12.一种荧光灯的电子镇流器，所述电子镇流器具有根据权利要求1至10之一所述的加热电路。
13.一种用于加热气体放电灯的至少一个灯丝的方法，其中，
-将用于灯丝(5、6)的加热能量从被供以电压的初级端(2)传递到与所要加热的灯丝(5、6)连接的次级端(3、4)；
-检测灯丝电压；以及
-只要所述灯丝电压达到理想值，就逐步降低传递给灯丝(5、6)的加热功率，直至所述灯丝电压降到所述理想值以下。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，借助开关(12)对所述初级端(2)进行时钟控制，使所述开关(12)的频率和/或通断比被改变。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过逐步降低所述开关(12)的开关频率来减少所传递的加热功率。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，通过逐步缩短所述开关(12)的接通持续时间来减少所传递的加热功率。
17.根据权利要求13至16之一所述的方法，其中，根据灯类型识别或灯丝识别来确定所述理想值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130206 Termination date: 20170124 |