CN101978790A - 用于高强度放电灯的灯寿终保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高强度放电灯的镇流器控制电路中的灯寿终保护电路，包括反馈电路，用于检测高强度放电灯的点亮状态，并生成与该状态相对应的第一控制信号；以及定时电路，定时电路可根据第一控制信号的不同值而设定不同的定时值，且在达到任一定时值时，输出切断信号来切断所述高强度放电灯中的镇流器的操作。本发明还公开了一种包括该灯寿终保护电路的镇流器控制电路，以及包括该镇流器控制电路的高强度放电灯。

Description

用于高强度放电灯的灯寿终保护电路

技术领域

本发明涉及照明装置领域，尤其涉及一种用于高强度放电灯的镇流器控制电路中的灯寿终保护电路以及相应的镇流器控制电路和高强度放电灯。

背景技术

高强度放电灯(HID灯)由于寿命较长、并且能够高效率地将电能转化为光而得到了广泛的应用。典型的HID灯类型包括汞(蒸气)灯、钠灯和金属卤化物灯。HID灯一般包括灯头、玻璃外壳、内电极、弧光管和外电极等，不同类型的灯的区别主要在于玻璃外壳内的涂料、内外电极、弧光管的尺寸以及弧光管内填充的惰性气体的类型的不同。

对于HID灯的灯寿命终结，一般而言会存在三个原因：1、内电极劣化；2、弧光管破碎；以及3、弧光管内盐(例如钠盐)的蒸发。上述原因1和3一般不会导致大的问题，这是因为在上述1和3的情况下，灯电压和/或再点火峰值电压将会上升，并最终导致在将来的某个时间灯不能正常使用，此时可以通过替换旧的HID灯来使包含HID灯的照明设备恢复工作。

然而，上述原因2可能会导致一些较严重的问题。例如在HID灯为钠灯的情况下，如果弧光管破碎了，则弧光管中的钠盐会进入到弧光管所处的玻璃外壳中，由于HID灯的玻璃外壳中一般都填充有低压的惰性气体，因此在这种情形下会在HID灯的玻璃外壳中形成某种类型的低压汞灯，并且用来连接内电极与外部电路的且支撑弧光管的外电极将起内电极的作用。在这个阶段，存在大量所谓的“辉光-弧光”转换现象。同时，在这个阶段期间，灯头的温度上升较慢，因此各项参数还在灯和镇流器的临界条件之内，但镇流器必须经受高电流变化率di/dt和大电流。但是，由于此时用作电极的金属并不适于用作低压汞灯的电极，该电极会挥发出金属颗粒。这些金属颗粒将在玻璃外壳中靠近灯头的位置处沉淀出金属薄膜。随着“辉光-弧光”转换的不断进行，该金属薄膜会不断沉淀，并最终将外电极短接，此时金属薄膜起导体的作用。此时，HID灯进入了“白炽灯模式”。在该模式下，金属薄膜起电阻的作用，并且将从镇流器获得电能。在大多数情况下，金属薄膜的阻抗较低，因此，镇流器能够把大多数的能量都递送到该金属薄膜。由于大量的电流流过金属薄膜，这将导致灯头由于发热而温度可能高达600℃，这大大超出了灯头一般所能承受的温度(通常为350℃)。因此上述原因2会导致灯头因为温度过高而受损，而灯头由于与安装灯的灯座直接接触，因而灯座也会因温度过高而受损。这样，为了使包含HID灯的照明设备恢复工作，就不仅需要替换HID灯，而且还需要替换灯座，这会导致成本的增加。

通常，如果可以在HID灯进入以“辉光-弧光”转换模式进行操作之后的4-6分钟之内断开镇流器，则HI D灯还没有进入“白炽灯模式”，灯头和灯座不会因为温度太高而受损，可以认为此时系统处于安全状态下。

发明内容

本发明要解决的一个问题是如何在HID灯由于弧光管破碎而进入“辉光-弧光”转换模式之后快速地断开镇流器以防止灯头由于温度过高而损坏。

本发明要解决的另一个问题是如何利用一个定时器电路来同时实现用于热灯点火的定时和HID灯进入“辉光-弧光”转换模式之后快速地断开镇流器所需的定时。

现有的镇流器控制电路中，已经存在一个用于热灯点火的定时器，其定时值通常为15-30分钟。如果能够将该定时器同时也用于如上所述的情况以便在较短的时间内，如4-6分钟的定时之内切断镇流器，则可以大大减少电路的规模并节约电路成本。

为了解决上述问题，发明人对镇流器控制电路在处于热灯点火下以及处于“辉光-弧光”转换模式下的操作状态进行了分析。发明人发现，当在热灯点火操作状态下时，由于需要对热灯进行点火，因此需要点火脉冲，而在“辉光-弧光”转换模式下时，则不需要点火脉冲。此外，在HID灯的正常操作模式下和在“辉光-弧光”转换模式下，流过HID灯的功率存在明显不同，一般而言，正常操作模式的运行功率明显大于“辉光-弧光”转换模式下的运行功率。基于上述特征，发明人对现有用于热灯点火操作的定时器进行了改进，使该定时器在不同的操作模式下具有不同的定时值，从而解决了上述问题。

具体而言，根据本发明的第一方面，提供了一种用于高强度放电灯的镇流器控制电路的灯寿终保护电路，包括：反馈电路，用于检测高强度放电灯的点亮状态，并生成与该状态相对应的第一控制信号；以及定时电路，该定时电路可根据第一控制信号设定不同的定时值，且在达到任一所述定时值时，输出切断信号来切断所述高强度放电灯中的镇流器的操作。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种包括上述灯寿终保护电路的镇流器控制电路以及包括该镇流器控制电路的高强度放电灯。

附图说明

现在将仅通过举例的方式并参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明优选实施方式的镇流器控制电路的电路原理图；以及

图2是根据本发明优选实施方式、在图1所示的镇流器控制电路中使用的定时单元105的示意电路图。

具体实施方式

参见图1，其中示出了根据本发明优选实施方式的镇流器控制电路100的电路原理图。镇流器控制电路100包括控制单元101、供电单元102、点火/维持单元103、反馈单元104和定时单元105。控制单元101接收外界输入信号Sin来控制其他各个单元的操作。

供电单元102根据反馈单元104所提供的反馈信号Sr、在控制单元101的控制下向点火/维持单元103供电。由于HID灯的特性，在HID灯被点亮前后，供电单元102向点火/维持单元103供电的电压Vp是不同的，优选地，在HID灯被点亮之前，供电电压Vp为500V，而在HID被点亮之后，供电电压Vp降低为400V。

点火/维持单元103在控制单元101的控制下，执行HID灯点火操作，以及在HID灯被点亮之后执行HID灯正常工作控制操作。

反馈单元104监测HID灯的点亮状态并从点火/维持单元103获得指示HID灯的点亮状态的信号S1，并据此产生反馈信号Sr。优选地，S1和Sr均为电平信号，并且灯未被点亮时，S1为低电平信号且Sr为高电平信号；而在灯被点亮之后，S1为高电平信号且Sr为低电平信号。

另外，反馈单元104还监测HID灯的运行功率，并且从点火/维持单元103获得指示HID灯运行功率的信号Sp，并根据该信号产生用于控制定时单元105的控制信号Sc。优选地，当HID灯处于正常操作状态下时，此时的运行功率较大，因此所产生的控制信号Sc为高电平，而HID灯处于“辉光-弧光”转换模式下，此时运行功率较低，因此控制信号Sc为低电平。

定时单元105在控制单元101的控制下开始定时操作，而且定时单元105的定时值取决于反馈单元提供的反馈信号Sr。优选地，如果反馈信号Sr为低电平，则定时单元105的定时值较小，其优选适用于HID灯处于“辉光-弧光”转换模式下所需的定时，如4-6分钟，优选为5分钟。如果反馈信号Sr为高电平，则定时单元105的定时值较反馈信号Sr为低电平时的定时值大，其优选适用于HID灯处于热灯点火操作模式下所需的定时，如15-30分钟，优选为20分钟。当定时单元105达到其定时值时，其输出切断控制信号Scut到控制单元101，从而切断控制单元的电源，并同时断开镇流器。

同时，定时单元105还受由反馈单元104所提供的控制信号Sc的控制。优选地，当控制信号Sc为高电平时，停止定时单元105的操作，并优选将其中的定时数据重置。而当控制信号Sc为低电平时，启动定时单元105的操作。也就是说，定时单元105还受HID灯的操作模式的控制，当HID灯正常操作时，定时单元105不进行定时操作，因此也就是不会输出切断控制信号Scut。而HID灯异常操作时，定时单元105才开始定时操作。

下面详细描述本发明优选实施例中的各个电路部件的操作过程。

当镇流器控制电路100处于热点火操作模式中时，在点火开始时，由于HID灯还未被点亮，所以S 1信号为低，由此Sr信号为高，供电单元102在Sr信号为高时，提供高的供电电压(例如500V)，高的供电电压导致点火/维持单元103执行正常点火。在HID灯点火阶段，其运行功率也低于HID灯点亮后正常操作时的功率，因此，反馈单元104提供的控制信号Sc保持为低电平，因此定时单元105处于工作状态。同时由于Sr信号为高电平，使得定时单元105的定时值较大，以适用于HID灯处于热灯点火操作模式下所需的定时，以便优选如果灯无法被点亮时、在20分钟之后切断镇流器。在HID被点亮之后，S1信号变高，由此Sr信号变低，供电单元102提供低供电电压(例如，400V)，因此点火/维持单元103不再执行点火操作，而是执行正常的维持操作。此时，HID灯处于正常操作状态，所以反馈单元104所提供的控制信号Sc为高电平，因此中断了定时单元105的操作，使得镇流器继续正常工作。

当由于HID灯由于弧光管破碎而进入“辉光-弧光”转换模式中时，由于此时HID灯的运行功率低于正常操作时的功率，所以，反馈单元104提供的控制信号Sc变为低电平，因此定时单元105开始工作。同时灯仍然保持为点亮状态，因此，S1信号为高，Sr信号为低，以使得定时单元105的定时值较小，以适用于HID灯处于“辉光-弧光”转换模式下所需的定时，以便优选在5分钟之后切断镇流器。

由此可见，通过检测HID灯的点亮状态和运行功率，根据HID灯的运行功率来开关定时单元105，并根据该点亮状态来相应设定定时单元105的定时值，原先仅仅用于热灯点亮定时的定时单元105现在也可以用于在“辉光-弧光”转换模式下快速切断镇流器。

应当注意的是，在附图中，仅仅以电路模块图的形式示出了与本发明的主题密切相关的部分，除定时单元105外，这些电路模块的各自内部具体结构在现有技术中是已知的，因此为了使本发明的描述更加简洁，没有在此示出这些模块的具体结构。

图2示出了根据本发明的优选实施例的定时单元105的示意电路结构。如图2所示，定时单元105中的主要部件为定时器201和振荡电容器202。定时器201包括一个输入引脚CEOL和输出引脚EOL，输入引脚CEOL外接振荡电容器202以接收其发出的振荡脉冲，并外接反馈单元104以接收反馈单元104提供的控制信号Sc。可选择地，定时器201包括分频器211和计数器212。定时器201利用其分频器211和计数器212对来自振荡电容器202的振荡脉冲进行分频和计数，并且在计数达到一定量的时候，在输出引脚EOL输出高电平信号Scut来切断控制单元101的电源并同时断开镇流器。优选地，在定时器201中使用的分频器211为17级分频器，并且在计数器212计数达一定数目后，如满12万个振荡脉冲之后，在输出引脚EOL输出高电平信号Scut。

振荡电容器202包括并联连接的第一电容器C120和第二电容器C121。第一电容器C120耦接在定时器201的输入引脚CEOL和地之间。可选择地，第一电容器C120通过一电阻元件R136耦接在定时器201的输入引脚CEOL和地之间，该电阻元件R136可防止定时器201的输入引脚CEOL上的电流过大。

进一步地，振荡电容器202还包括一开关，如晶体管Q122。晶体管Q122与第二电容器C121相串联后再耦接在定时器201的输入引脚CEOL和地之间，从而第二电容器C121可在晶体管Q122控制下与第一电容器C120相并联或断开。可选择地，控制信号Sr经电阻R123和R124分压后再送到晶体管Q122的基极，从而晶体管Q122在该控制信号Sr的控制下工作，即根据该控制信号Sr而导通或者断开。可选择地，晶体管Q122的集电极和发射极之间并联着一二极管D125，起续流作用。可选择地，一电容C126并联在晶体管Q122的基极和发射极之间，以滤除该控制信号Sr上的干扰脉冲。

对于定时器201，可以通过调整输入引脚CEOL外接的振荡电容器202的电容大小来调整振荡频率，来改变在输出引脚EOL输出高电平信号Scut的定时值。如图2所示，C120耦接在输入引脚CEOL和地之间，另外，C121和晶体管Q122也串联链接在输入引脚CEOL和地之间。晶体管Q122由信号Sr所控制，当Sr为高电平时，晶体管Q122导通，此时C120和C121并联连接，CEOL的外接电容的大小等于C120的电容和C121的电容之和，CEOL的外接电容较大，则振荡频率较低，因此定时器201定时值较大，例如20分钟。而当Sr为低电平时，晶体管Q122断开，CEOL的外接电容仅仅为C120，此时CEOL的外接电容较小，振荡频率较高，因此定时器201定时值较小，例如为5分钟。当然，晶体管Q122也可以由任何可以完成类似功能的开关元件所替代，如继电器或Mosfet管。

在一实施例中，为了获得适用于热灯点火模式的20分钟定时和适用于“辉光-弧光”转换模式的5分钟定时，C120的电容可选为33nF，而C121的电容为68nF。

由此，通过根据信号Sr的电平来相应修改定时器201的输入引脚CEOL的外接电容大小，可以使定时器201可同时应用于上述两种不同操作模式。因此，通过对现有的计时电路进行少量修改，可以实现在HID灯由于弧光管破碎而进入“辉光-弧光”转换模式中之后快速地断开镇流器以防止灯头和灯座由于温度过高而损坏。

应当指出的是，上述实施例说明了而不是限制了本发明，本领域技术人员将能设计出许多可替换的实施例而不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。在权利要求中，任何置于括号中的附图标记都不应当被视为限制了这些权利要求。措词“包括”、“包含”等等并不排除存在任何权利要求或者整个说明书中未列出的元件或步骤。对元件的单数引用并不排除对这类元件的复数引用，反之亦然。本发明可以借助于包括了若干不同的元件的硬件和借助于经过适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以由同一硬件项实施。在相互不同的从属权利要求中重复引用某些技术措施这一起码的事实并不意味着不可以利用这些技术措施的组合。

Claims (8)

1.一种在用于高强度放电灯的镇流器控制电路中的灯寿终保护电路，包括：

反馈电路，用于检测高强度放电灯的点亮状态，并生成与该状态相对应的第一控制信号；以及

定时电路，所述定时电路可根据所述第一控制信号的不同值而设定不同的定时值，且在达到任一所述定时值时，输出切断信号来切断所述高强度放电灯中的镇流器的操作。

2.如权利要求1所述的灯寿终保护电路，其中，所述反馈电路还生成与高强度放电灯的运行功率相关的第二控制信号，所述第二控制信号用于开关所述定时电路。

3.如权利要求1所述的灯寿终保护电路，其中，所述定时电路包括：

振荡电容器，所述振荡电容器的电容值根据所述第一控制信号的不同值而改变；以及，

定时器，所述定时器具有输出引脚和输入引脚，所述输入引脚连接所述振荡电容器，所述定时器对来自所述振荡电容器的振荡脉冲进行计数，以在所述振荡脉冲计数达到一定量时，在所述输出引脚输出所述切断信号。

4.如权利要求3所述的灯寿终保护电路，其中，所述振荡电容器包括：

第一电容器，耦接在所述输入引脚和地之间；以及

串联连接的第二电容器和开关，所述第二电容器和所述开关耦接在所述输入引脚和地之间，且所述开关根据第一控制信号值而导通或者断开。

5.如权利要求4所述的灯寿终保护电路，其中，所述开关为晶体管，其基级与所述反馈电路相连，以获取所述反馈电路所生成的第一控制信号。

6.如权利要求1所述的灯寿终保护电路，其中，所述定时电路具有两个定时值，该所述两个定时值分别对应灯未被点亮和灯被点亮两种不同的状态，且一个定时值较另一个定时值大。

7.一种用于高强度放电灯的镇流器控制电路，具有如权利要求1-6中任一个所述的灯寿终保护电路。

8.一种高强度放电灯，包括镇流器控制电路，所述镇流器控制电路具有如权利要求1-6中任一个所述的灯寿终保护电路。

Images