CN101998743A - 一种拓扑t型网络驱动装置原理及控制方法 - Google Patents
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Abstract
目前，气体放电灯实际使用寿命普遍只达到额定值的1/3～1/2，这与镇流器技术有直接的关系，气体放电灯镇流器技术进步的缓慢性已经大大地制约了光源光效和寿命的历史性突破，同时也制约了气体放电灯的节能环保用途。实质上气体放电灯的光效、寿命和节能应用三者之间有着不可分割的内在联系，因此目前要解决气体放电灯的光效、寿命以及节能环保问题首先需要系统地解决本发明所阐述的有关镇流器的五大关键性技术问题。本发明一种拓扑T型网络驱动器原理和方法采用一种无功补偿变换理论和控制方法，系统地解决了所述气体放电灯特别是其高强度气体放电灯面对的五大突出技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型气体放电灯驱动装置原理及其控制方法，特别是高强度气体放电灯装置原理及其控制方法。
背景技术
目前，全球照明总用电量达到全球总用电量的20％，其中气体放电灯总用电量占到15％以上，但它的实际使用寿命普遍只达到额定值的1/3～1/2；中、大功率电子镇流器目前在技术上仍然存在诸多共性问题，并且在自身损耗方面它与电感镇流器比较并没有明显优势，权威实验证实400W高压钠灯电子镇流器灯的光效比同等功率电感式镇流器电路反而下降2-4％。因此，目前在市场上对于中、大功率气体放电灯几乎仍然都采用电感式镇流器。
荧光灯是气体放电灯的一大类；更多用电量的是高强度气体放电灯，包括三大类主流产品，既高压钠灯、金属卤化物灯和高压汞灯。
1气体放电灯机理：
所述高强度气体放电灯的内部主要是一个放电管，即电弧管，该放电管由透明或半透明材料制成，两端是封闭的电极，放电管中充满惰性气体和金属蒸汽。高压气体放电灯发光主要来自于金属气体或混合金属气体，惰性气体可使电子与金属气体原子发生弹性碰撞电离的次数大大提高，适当的提高气压更能增大碰撞电离的次数，使发光效率提高。现有技术高压气体放电灯照明系统包括与该高压气体放电灯串联的用电感性器件制成的镇流器和并联在所述高压气体放电灯两端的触发器，如图8所示。所述高压气体放电灯的气体放电发光需要高压击穿条件即点火电压条件，所述触发器的瞬间通断动作会使镇流器线圈末端产生1-5kV的自感电动势施加在放电管两端，使电极的自由电子获得足够动能撞击气体原子电离并很快发生雪崩电离形成足够的稳定放电发光；在点火成功之初，所述所述高压气体放电灯呈短路状态，需要镇流器限制启动短路电流；在交流供电中，所述放电管的两个电极交替地变换为阳极和阴极，在电流的正负半周交界点及其附近的一段时间内电流为零或近似为零，这一过度时间称为熄灭时间text，如图9所示，为减小熄灭时间或防止完全熄火，需要镇流器向灯管提供高于供电电源的电压，即重复点火电压。因此，所述镇流器起到产生点火高压、限制启动短路电流和重复点火的作用。
2.溅射和整流效应：
高压气体放电灯点火时，有一个从微小电流发光的辉光放电到大电流强光的弧光放电的过渡过程。在该过程中，会产生阴极溅射和整流效应。所述阴极溅射是指由于阴极受到正离子等的强烈轰击使部分金属粒子从阴极表面飞溅出来附着在阴极附近的零件和玻璃壳上，使灯管下部发黑，影响发光效率；最严重的溅射发生在从辉光放电发展到大电流弧光放电这一短暂转折期，如果点火电压不够高，电场能量不够，则会延长辉光放电过程；而点火电压能量过大则正粒子对阴极轰击的加速度会更大，使溅射更严重。
所述整流效应主要发生在启动过程，会出现灯电流在正负半周不相等，而且发生了差异性严重畸变的整流效应，其波形如图10所示，所述整流效应是因为两个电极因逐步损失使发射电子的能力不均衡引起的，表现出电流忽大忽小剧烈冲击，最后随时间的推移趋于缓和平息。所述阴极溅射和整流效应都是影响发光效率和寿命的重要原因，
3.启动冲击与软启动：电感式电路气体放电灯的一个重要属性是在点火成功后灯管即刻从高阻抗变为短路，供电电压几乎全部施加在镇流器上，灯电流瞬时剧增，对灯造成冲击。这一特征严重影响灯和镇流器的使用寿命。因此，需要一种采用一种软启动方式降低启动电流冲击，削弱整流效应，是减少电极损耗。所述软启动是指高压气体放电灯点火从辉光进入到弧光放电，且在弧光电流开始剧增时供电电压即刻下降，然后逐步回升的过程。但是，现有技术电感镇流器不可能实现软启动点火方式。
4.调光控制：
对于所述气体放电灯，现有技术普遍采用在灯主回路串联感抗降压方法，如图11所示，其中单级串联方法因为一次性降压跨度太大，对灯有很大冲击，甚至完全熄灯；串联多级感抗调光均存在切换瞬间断电问题，并当其中一个切换开关未正常释放时电感线圈即刻发生局部短路烧毁。因此无论是采用同一铁心绕组或是采用独立铁心绕组都不适合采用串联多级感抗调光，更不适合稳压控制。采用串联热敏电容器降压调光这种方法借鉴于CW恒功率镇流器，其成本很高，而且适配的电感镇流器要大很多，损耗增大，而且电流波峰因子高，对灯的寿命有影响，特别是在光源进入寿命中期以后会逐渐加剧整流效应的发生，导致光效和寿命下降。然而这两种串联阻抗调光方法都只具有单一的降压调光功能，不能升压。
5.补偿与谐波：
电感式镇流器气体放电灯线路功率因数都不高，都存在无功补偿问题，与此同时也带来大量谐波污染。三相电力变压器能吸收大部分3次谐波，但对5次以上谐波吸收不明显；管理部门也可以采用现有技术电力有源滤波器来消除这些谐波，但目前成熟的电力有源滤波器产品价格很高，并且带来维修管理的不方便，目前在低压配电中很少采用，并且质量不好的有源滤波器反而会增加谐波。
归纳以上内容，对于所述高强度气体放电灯的需要系统的解决自举点火、重复自举点火、软启动、稳压和稳压调光以及无功补偿与谐波抑制这五大难题才能有效地解决好光效、寿命和节能环保等重大问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种拓扑T型网络驱动器原理和方法，以解决现有技术气体放电灯系统的自举点火、重复自举点火、软启动、稳压和稳压调光以及无功补偿与谐波抑制这五大难题。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
设计、制造一种拓扑T型网络驱动装置，用于驱动气体放电灯，所述拓扑T型网络驱动装置(100)电连接在所述气体放电灯(10)与交流供电电源(VN)之间，尤其是，包括拓扑T型网络驱动模块(30)和能量变换控制模块(60)；所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号对拓扑T型网络驱动模块(30)内的能量变换实施控制；所述拓扑T型网络驱动模块(30)包括能量变换电感(L1)，能量变换电容器(50)，镇流电感(L2)，分别与所述气体放电灯(10)两端电连接的第一输出端(OUT1)和第二输出端(OUT2)，以及分别与所述交流供电电源(VN)的输出端子电连接的两个输入端(IN1、IN2)；所述镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)各自的一端都电连接于第一节点(a)，所述镇流电感(L2)的另一端电连接所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输出端(OUT1)，所述能量变换电感(L1)的另一端电连接在所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输入端(IN1)，所述能量变换电容器(50)的另一端、所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第二输出端(OUT2)和第二输入端(IN2)电连接于第二节点(b)；所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号能量变换电容器(50)等效电容值实施控制。
所述拓扑T型网络驱动模块(30)还包括并联在所述能量变换电感(L1)两端的谐波抑制电容器(CS)。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)和第一节点(a)采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(63)；所述驱动信号子模块(63)依据所述控制信号向相应的受控开关器件(K1、…、Kn)发出闭合或者断开的驱动信号，从而调节所述能量变换电容器(113)的等效电容值。
所述n个受控开关器件(K1、…、Kn)是n个双向晶闸管(Q1、…、Qn)；所述各双向晶闸管(Q1、…、Qn)分别电连接于各自相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路上，所述双向晶闸管(Q1、…、Qn)各自的门极(g1、…、gn)分别与所述驱动信号子模块(63)电连接。
所述n个受控开关器件(K1、…、Kn)是n个继电器(J1、…、Jn)；所述各继电器(J1、…、Jn)分别电连接于各自相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路上，所述继电器(J1、…、Jn)各自的励磁线圈(d1、…、dn)分别与所述驱动信号子模块(63)电连接。
所述n个受控开关器件(K1、…、Kn)是具备n个静触点(H1、…、Hn)和一个动触点(D)的滑片开关；所述滑片开关的各静触点(H1、…、Hn)分别电连接于各自相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路上，所述滑片开关的动触点(D)连接在驱动电机(M)的输出轴上，所述驱动电机(M)的控制端与所述驱动信号子模块(63)电连接，所述驱动信号子模块(63)输出指令控制驱动电机(M)旋转指定的角度，从而实现动触点(D)与相应的静触电(H1、…、Hn)电连接。
所述信号采集子模块(61)包括信号检测子模块(611)和谐波检测子模块(612)；所述信号检测子模块(611)对供电电压、所述节点(a)的电压和所述气体放电灯(10)电流采样；所述信号比较分析子模块(62)包括微型控制单元(621)和与该微型控制单元(621)电连接的比较器(622、623)；所述信号采集子模块(61)采集的电信号输入微型控制单元(621)和比较器(622、623)；所述微型控制单元(621)通过信号分析处理按时序向所述驱动信号子模块(63)输出控制信号。
所述能量变换电感(L1)、能量变换电容器(50)和能量变换控制模块(60)安装于同一壳体内部，所述镇流电感(L2)单独安装于所述壳体外部。
所述能量变换电容器(50)和能量变换控制模块(60)安装于同一壳体内，所述能量变换电感(L1)和所述镇流电感(L2)单独安装于另一壳体内。
本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种对气体放电灯实施动态调整的方法，其特征在于包括如下步骤：
A.选取、制造镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)；
B.将所述镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)各自的一端都电连接于第一节点(a)；将所述能量变换电容器(50)的另一端和所述镇流电感(L2)的另一端分别电连接气体放电灯(10)的两端，同时，所述能量变换电容器(50)的另一端和所述能量变换电感(L1)的另一端分别电连接交流供电电源(VN)的两端；从而构成T型网络驱动模块(30)；
C.设置能够对所述能量变换电容器(50)实施控制的能量变换控制模块(60)；
D.根据不同的时间段和用户需求，所述能量变换控制模块(60)比较采集的电信号和用户设定的程序，对所述能量变换电容器(50)的等效电容值实施调节控制，以调节T型网络驱动模块(30)内的能量分配，从而对气体放电灯(10)实施动态调整。
所述步骤A还包括如下分步骤，
A1.使用并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和n个电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)，以制造所述能量变换电容器(50)；
所述能量变换电感(L1)和所述镇流电感(L2)采用互相没有磁耦合的固定电感值的电感线圈；
所述步骤C还包括如下分步骤，
C1.在所述能量变换控制模块(60)中设置信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)和第一节点(a)采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(63)；所述驱动信号子模块(63)依据所述控制信号向相应的受控开关器件(K1、…、Kn)发出闭合或者断开的驱动信号；
所述步骤D还包括如下分步骤，
D1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号，并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；
D2.所述信号比较分析子模块(62)根据步骤B1采集的电信号，以及根据用户设定的程序，向驱动信号子模块(63)发出闭合和/或断开受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
D3.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)依次闭合和/或断开，使各相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通和/或断开，从而调节控制所述能量变换电容器(50)的等效电容值，对气体放电灯(10)实施动态调整。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种气体放电灯自主升压点火的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，以点亮气体放电灯(10)，其特征在于包括如下步骤：
A.根据所述气体放电灯(10)的点火要求设定能量变换电容器(50)的等效电容值；
B.在预设的点火时间内，所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯(10)是否点火成功；如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；如果所述气体放电灯(10)点火不成功，执行步骤C；
C.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高点火电压，返回步骤B。
在步骤B还包括判断气体放电灯(10)损坏或者故障的步骤，即
B.在预设的点火时间内，所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯(10)是否点火成功；
如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；
如果所述气体放电灯(10)点火不成功，判断所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯是否损坏或者故障；
如果所述气体放电灯(10)被判断为损坏或者故障，完成自主升压点火；
如果所述气体放电灯(10)被判断为正常状态，执行步骤C。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号比较分析子模块(62)根据预设的点火电压需求设定所述能量变换电容器(50)的等效电容值；
所述步骤B还包括如下分步骤，
B1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，判断所述气体放电灯(10)是否点火成功；
B2.如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；
B3.如果所述气体放电灯(10)点火不成功，执行以下步骤C1；
C1.所述信号比较分析子模块(62)，向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
C2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通，从而增大所述能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种气体放电灯在点亮过程中重复点火的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，其特征在于包括如下步骤：
A.在所述气体放电灯的整个点亮过程中，当能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判断所述第一节点(a)的电压当量小于预设的点火电压当量时，执行步骤B；所述点火电压当量是可以点亮所述气体放电灯(10)时，在所述第一节点(a)应当满足的最小电压条件；
B.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高第一节点(a)的电压，返回步骤A。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号采集子模块(61)实时检测第一节点(a)电压，并将该实时检测的第一节点(a)电压发送至所述信号比较分析子模块(62)，当该信号比较分析子模块(62)判断所述实时检测的第一节点(a)电压小于预设的点火电压当量，执行步骤B1；
B1.所述信号比较分析子模块(62)，向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
B2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通，从而增大所述能量变换电容器(50)的等效电容值，令所述第一节点(a)电压增大，返回步骤A1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
一种气体放电灯的软启动方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)点火成功至正常点亮过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高第一节点(a)的电压；所述点火电压当量是可以点亮所述气体放电灯(10)时，在所述第一节点(a)应当满足的最小电压条件；
B.所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判断所述第一节点(a)电压是否达到预设的正常值；如果所述第一节点(a)电压没有达到预设的正常值，返回步骤A；如果所述第一节点(a)电压达到预设的正常值，完成气体放电灯的软启动。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号比较分析子模块(62)向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
A2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通，从而增大所述能量变换电容器(50)的等效电容值，令所述第一节点(a)电压增大；
那么，所述步骤B包括如下分步骤，
B1.所述信号采集子模块(61)实时检测第一节点(a)电压，并将该实时检测的第一节点(a)电压发送至所述信号比较分析子模块(62)；
所述信号比较分析子模块(62)判断所述实时检测的第一节点(a)电压没有达到预设的正常值，返回步骤A1；
所述信号比较分析子模块(62)判断所述实时检测的第一节点(a)电压达到预设的正常值，完成气体放电灯的软启动。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
一种气体放电灯的稳压调光的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)正常点亮的过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.在所述能量变换控制模块(60)预设实施调光的预设电信号参数；
B.所述能量变换控制模块(60)根据采集的实时电信号与预设电信号进行比较，当所述实时电信号未达到预设电信号时，执行步骤C；当所述实时电信号达到预设电信号时，完成稳压调光；
C.所述能量变换控制模块(60)根据步骤B的比较结果调节控制能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤B包括如下分步骤：
B1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号与预设电信号进行比较和判断；
B2.当所述实时电信号未达到预设电信号时，执行步骤C1；当所述实时电信号达到预设电信号时，完成稳压调光；
B3.所述信号比较分析子模块(62)向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
B4.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合或者断开，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通或者断开，从而增大或者减小所述能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
一种气体放电灯的无功补偿与抑制谐波的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)正常点亮的过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.所述能量变换控制模块(60)根据采集的实时电信号分析判断无功功率与谐波情况，当所述无功功率与谐波情况不符合预设指标时，执行步骤B；当所述无功功率与谐波情况符合预设指标时，完成无功补偿与抑制谐波；
B.所述能量变换控制模块(60)根据步骤A的比较结果调节控制能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤A。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)根据所述采集到的电信号将当前的无功功率和谐波情况与预设指标进行比较和判断；
A2.当所述无功功率与谐波情况不符合预设指标时，执行步骤B1；当所述无功功率与谐波情况符合预设指标时，完成无功补偿与抑制谐波；
B1.所述信号比较分析子模块(62)向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
B2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合或者断开，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通或者断开，从而增大或者减小所述能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤A1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
开发所述用于驱动气体放电灯的拓扑T型网络驱动装置的功能，所述拓扑T型网络驱动装置的功能包括在气体放电灯点亮时自举点火，在气体放电灯正常点亮过程中重复自举点火，在气体放电灯点火至正常点亮期间软启动，在气体放电灯正常点亮过程中稳压和稳压调光，以及在气体放电灯正常点亮过程中完成无功补偿与谐波抑制。
同现有技术相比较，本发明“一种拓扑T型网络驱动装置原理及控制方法”的有益效果在于：
本发明通过对气体放电灯实施动态调整，解决了现有技术气体放电灯系统存在的自举点火，重复自举点火，软启动，稳压和稳压调光，以及无功补偿与谐波抑制这五大难题，有效地解决好光效、寿命和节能环保等重大问题。
附图说明
图1是本发明“一种拓扑T型网络驱动装置原理及控制方法”的硬件原理示意框图；
图2是本发明另一硬件原理示意框图；
图3是本发明第一实施例的电原理示意图；
图4是本发明第二实施例的电原理示意图；
图5是本发明第三实施例的电原理示意图；
图6是本发明第四实施例的电原理示意图；
图7是本发明第一实施例的功能模块示意图；
图8是现有技术高强度气体放电灯照明系统示意图；
图9是现有技术高强度气体放电灯的波形示意图；
图10是现有技术高强度气体放电灯的整流效应波形示意图；
图11是现有技术采用预置功率镇流器实现多时段调光控制的电原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示优选实施例作进一步的描述。
本发明提出一种拓扑T型网络驱动装置，如图1所示，用于驱动气体放电灯(10)，所述拓扑T型网络驱动装置(100)电连接在所述气体放电灯(10)与交流供电电源(VN)之间，尤其是，包括拓扑T型网络驱动模块(30)和能量变换控制模块(60)；所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号对拓扑T型网络驱动模块(30)内的能量变换实施控制；所述拓扑T型网络驱动模块(30)包括能量变换电感(L1)，能量变换电容器(50)，镇流电感(L2)，分别与所述气体放电灯(10)两端电连接的第一输出端(OUT1)和第二输出端(OUT2)，以及分别与所述交流供电电源(VN)的输出端子电连接的两个输入端(IN1、IN2)；所述镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)各自的一端都电连接于第一节点(a)，所述镇流电感(L2)的另一端电连接所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输出端(OUT1)，所述能量变换电感(L1)的另一端电连接在所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输入端(IN1)，所述能量变换电容器(50)的另一端、所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第二输出端(OUT2)和第二输入端(IN2)电连接于第二节点(b)；所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号能量变换电容器(50)等效电容值实施控制。
如图所示，所述拓扑T型网络驱动模块(30)还包括并联在所述能量变换电感(L1)两端的谐波抑制电容器(CS)。
如图3所示，所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)和第一节点(a)采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(63)；所述驱动信号子模块(63)依据所述控制信号向相应的受控开关器件(K1、…、Kn)发出闭合或者断开的驱动信号，从而调节所述能量变换电容器(113)的等效电容值。
如图5所示，所述n个受控开关器件(K1、…、Kn)是n个双向晶闸管(Q1、…、Qn)；所述各双向晶闸管(Q1、…、Qn)分别电连接于各自相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路上，所述双向晶闸管(Q1、…、Qn)各自的门极分别与所述驱动信号子模块(63)电连接。
如图4所示，所述n个受控开关器件(K1、…、Kn)是n个继电器(J1、…、Jn)；所述各继电器(J1、…、Jn)分别电连接于各自相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路上，所述继电器(J1、…、Jn)各自的励磁线圈分别与所述驱动信号子模块(63)电连接。
如图6所示，所述n个受控开关器件(K1、…、Kn)是具备n个静触点(H1、…、Hn)和一个动触点(D)的滑片开关；所述滑片开关的各静触点(H1、…、Hn)分别电连接于各自相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路上，所述滑片开关的动触点(D)连接在驱动电机(M)的输出轴上，所述驱动电机(M)的控制端与所述驱动信号子模块(63)电连接，所述驱动信号子模块(63)输出指令控制驱动电机(M)旋转指定的角度，从而实现动触点(D)与相应的静触电(H1、…、Hn)电连接。
如图3至图6所示，所述信号采集子模块(61)包括信号检测子模块(611)和谐波检测子模块(612)；所述信号检测子模块(611)对供电电压、所述节点(a)的电压和所述气体放电灯(10)电流采样；所述信号比较分析子模块(62)包括微型控制单元(621)和与该微型控制单元(621)电连接的比较器(622、623)；所述信号采集子模块(61)采集的电信号输入微型控制单元(621)和比较器(622、623)；所述微型控制单元(621)通过信号分析处理按时序向所述驱动信号子模块(63)输出控制信号。
所述能量变换电感(L1)、能量变换电容器(50)和能量变换控制模块(60)安装于同一壳体内部，所述镇流电感(L2)单独安装于所述壳体外部。
所述能量变换电容器(50)和能量变换控制模块(60)安装于同一壳体内，所述能量变换电感(L1)和所述镇流电感(L2)单独安装于另一壳体内。
本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种对气体放电灯实施动态调整的方法，其特征在于包括如下步骤：
A.选取、制造镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)；
B.将所述镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)各自的一端都电连接于第一节点(a)；将所述能量变换电容器(50)的另一端和所述镇流电感(L2)的另一端分别电连接气体放电灯(10)的两端，同时，所述能量变换电容器(50)的另一端和所述能量变换电感(L1)的另一端分别电连接交流供电电源(VN)的两端；从而构成T型网络驱动模块(30)；
C.设置能够对所述能量变换电容器(50)实施控制的能量变换控制模块(60)；
D.根据不同的时间段和用户需求，所述能量变换控制模块(60)比较采集的电信号和用户设定的程序，对所述能量变换电容器(50)的等效电容值实施调节控制，以调节T型网络驱动模块(30)内的能量分配，从而对气体放电灯(10)实施动态调整。
所述步骤A还包括如下分步骤，
A1.使用并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和n个电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)，以制造所述能量变换电容器(50)；
所述能量变换电感(L1)和所述镇流电感(L2)采用互相没有磁耦合的固定电感值的电感线圈；
所述步骤C还包括如下分步骤，
C1.在所述能量变换控制模块(60)中设置信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)和第一节点(a)采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(63)；所述驱动信号子模块(63)依据所述控制信号向相应的受控开关器件(K1、…、Kn)发出闭合或者断开的驱动信号；
所述步骤D还包括如下分步骤，
D1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号，并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；
D2.所述信号比较分析子模块(62)根据步骤B1采集的电信号，以及根据用户设定的程序，向驱动信号子模块(63)发出闭合和/或断开受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
D3.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)依次闭合和/或断开，使各相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通和/或断开，从而调节控制所述能量变换电容器(50)的等效电容值，对气体放电灯(10)实施动态调整。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种气体放电灯自主升压点火的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，以点亮气体放电灯(10)，其特征在于包括如下步骤：
A.根据所述气体放电灯(10)的点火要求设定能量变换电容器(50)的等效电容值；
B.在预设的点火时间内，所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯(10)是否点火成功；如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；如果所述气体放电灯(10)点火不成功，执行步骤C；
C.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高点火电压，返回步骤B。
在步骤B还包括判断气体放电灯(10)损坏或者故障的步骤，即
B.在预设的点火时间内，所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯(10)是否点火成功；
如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；
如果所述气体放电灯(10)点火不成功，判断所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯是否损坏或者故障；
如果所述气体放电灯(10)被判断为损坏或者故障，完成自主升压点火；
如果所述气体放电灯(10)被判断为正常状态，执行步骤C。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号比较分析子模块(62)根据预设的点火电压需求设定所述能量变换电容器(50)的等效电容值；
所述步骤B还包括如下分步骤，
B1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，判断所述气体放电灯(10)是否点火成功；
B2.如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；
B3.如果所述气体放电灯(10)点火不成功，执行以下步骤C1；
C1.所述信号比较分析子模块(62)，向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
C2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通，从而增大所述能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种气体放电灯在点亮过程中重复点火的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，其特征在于包括如下步骤：
A.在所述气体放电灯的整个点亮过程中，当能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判断所述第一节点(a)的电压当量小于预设的点火电压当量时，执行步骤B；所述点火电压当量是可以点亮所述气体放电灯(10)时，在所述第一节点(a)应当满足的最小电压条件；
B.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高第一节点(a)的电压，返回步骤A。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号采集子模块(61)实时检测第一节点(a)电压，并将该实时检测的第一节点(a)电压发送至所述信号比较分析子模块(62)，当该信号比较分析子模块(62)判断所述实时检测的第一节点(a)电压小于预设的点火电压当量，执行步骤B1；
B1.所述信号比较分析子模块(62)，向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
B2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通，从而增大所述能量变换电容器(50)的等效电容值，令所述第一节点(a)电压增大，返回步骤A1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
一种气体放电灯的软启动方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)点火成功至正常点亮过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高第一节点(a)的电压；所述点火电压当量是可以点亮所述气体放电灯(10)时，在所述第一节点(a)应当满足的最小电压条件；
B.所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判断所述第一节点(a)电压是否达到预设的正常值；如果所述第一节点(a)电压没有达到预设的正常值，返回步骤A；如果所述第一节点(a)电压达到预设的正常值，完成气体放电灯的软启动。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号比较分析子模块(62)向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
A2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通，从而增大所述能量变换电容器(50)的等效电容值，令所述第一节点(a)电压增大；
那么，所述步骤B包括如下分步骤，
B1.所述信号采集子模块(61)实时检测第一节点(a)电压，并将该实时检测的第一节点(a)电压发送至所述信号比较分析子模块(62)；
所述信号比较分析子模块(62)判断所述实时检测的第一节点(a)电压没有达到预设的正常值，返回步骤A1；
所述信号比较分析子模块(62)判断所述实时检测的第一节点(a)电压达到预设的正常值，完成气体放电灯的软启动。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
一种气体放电灯的稳压调光的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)正常点亮的过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.在所述能量变换控制模块(60)预设实施调光的预设电信号参数；
B.所述能量变换控制模块(60)根据采集的实时电信号与预设电信号进行比较，当所述实时电信号未达到预设电信号时，执行步骤C；当所述实时电信号达到预设电信号时，完成稳压调光；
C.所述能量变换控制模块(60)根据步骤B的比较结果调节控制能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤B包括如下分步骤：
B1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号与预设电信号进行比较和判断；
B2.当所述实时电信号未达到预设电信号时，执行步骤C1；当所述实时电信号达到预设电信号时，完成稳压调光；
B3.所述信号比较分析子模块(62)向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
B4.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合或者断开，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通或者断开，从而增大或者减小所述能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B1。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
一种气体放电灯的无功补偿与抑制谐波的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)正常点亮的过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.所述能量变换控制模块(60)根据采集的实时电信号分析判断无功功率与谐波情况，当所述无功功率与谐波情况不符合预设指标时，执行步骤B；当所述无功功率与谐波情况符合预设指标时，完成无功补偿与抑制谐波；
B.所述能量变换控制模块(60)根据步骤A的比较结果调节控制能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤A。
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
那么，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)和灯电流采集模块采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)根据所述采集到的电信号将当前的无功功率和谐波情况与预设指标进行比较和判断；
A2.当所述无功功率与谐波情况不符合预设指标时，执行步骤B1；当所述无功功率与谐波情况符合预设指标时，完成无功补偿与抑制谐波；
B1.所述信号比较分析子模块(62)向驱动信号子模块(63)发出闭合相应受控开关器件(K1、…、Kn)的驱动信号；
B2.所述驱动信号子模块(63)根据接收到的驱动信号控制各相应的受控开关器件(K1、…、Kn)闭合或者断开，使相应电容(C1、…、Cn)所在并联支路接通或者断开，从而增大或者减小所述能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤A1。
本发明一种拓扑T型网络驱动器原理和方法是为设计一种新型气体放电灯驱动器特别是适配于高强度气体放电灯的驱动器。其特征如下：
1.如图1所示，所述拓扑T型网络驱动器(00)电连接在所述气体放电灯(10)与交流供电电源(VN)之间；
所述拓扑T型网络驱动器(00)包含两大电路模块，既所述拓扑T型网络驱动模块(20)和所述能量变换控制模块(40)；
所述拓扑T型网络驱动模块(20)是所述拓扑T型网络驱动器(00)的驱动机构；所述能量变换控制模块(40)是所述拓扑T型网络驱动模块(20)的控制机构；
所述拓扑T型网络驱动模块(20)包括能量变换电感(L1)、能量变换电容器(30)、镇流电感(L2)、与能量变换电感(L1)两端分别电连接的谐波抑制电容器(C)、与所述气体放电灯(10)电连接的第一输出端(OUT1)、与所述气体放电灯(10)电连接的第二输出端(OUT2)、与供电电源(VN)的输出端子电连接的两个输入端(IN1、IN2)；
所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)电连接点(c)与拓扑T型网络驱动模块(20)的第一输入端(IN1)电连接，所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)电连接点(d)与所述能量变换电容器(30)的一端以及与所述镇流电感(L2)的一端连接在第一节点(a)；所述能量变换电容器(30)的另一端、所述拓扑T型网络驱动模块(20)连接于交流供电的零线点(b)；所述镇流电感(L2)的另一端电连接在所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第一输出端(OUT1)；所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第一输出端(OUT1)和所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第二输出端(OUT2)分别与所述气体放电灯(10)的两端电连接；所述能量变换电容器(30)的另一端和所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第二输入端(IN2)和所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第二输出端(OUT2)连接在第二节点(b)；
所述能量变换电感(L1)和所述镇流电感(L2)是两个没有磁耦合的固定电感线圈，并且L2＞L1；
所述能量变换电容器(30)由一个固定电容器C0和一个等效可调的电容器构成；
所述能量变换电感(L1)的大小不但具有调节所述节点(a)的电位功能还具有抑制谐波功能；
所述镇流电感(L2)的大小不但具有常规电感镇流器的功能还具有调节所述节点(a)的电位功能；
所述能量变换电容器(30)的有效容量大小不但具有调节所述节点(a)的电位功能，还具有供电线路无功补偿功能以及调节谐波的功能；
所述谐波抑制电容器(C)容量大小仅对谐波有抑制作用，对其它功能的影响力可以忽略不计。
所述节点(a)的电位直接或间接地反映了自举点火效应特征、自举重复点火效应特征、软启动特征、稳压和稳压调光特征、无功补偿与谐波抑制特征；
所述节点(a)的电位都是由所述能量变换电容器(30)的有效容量大小确定；
所述能量变换控制模块(40)通过采集供电输入端电压、所述节点(a)的电压和所述气体放电灯(10)的电流这三个物理量信号与其给定值比较分析后去调节所述能量变换电容器(30)有效容量大小。
那么不难理解，所述拓扑T型网络驱动模块(20)同时包含了以下五大电路特征：
1.1.1.自举点火电路特征；
1.1.2.重复自举点火电路特征；
1.1.3.软启动电路特征；
1.1.4.稳压和稳压调光电路特征；
1.1.5.无功补偿与谐波抑制电路特征。
上述1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4、1.1.5也是归纳了所述气体放电灯(10)需要解决但尚未解决的或没有合理解决的光效、寿命、节能与环保所面对的五大技术难题；
1.2.不难分析，上述1.1结构特征和功能特征是基于一种无功补偿变换原理及方法并且利用这一原理和方法实现所述1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4、1.1.5中所表达的五大功能，并且补充说明如下：
1.2.1.自举点火特征：由于设定所述能量变换电感(L1)与所述镇流电感(L2)是两个没有磁耦合的独立电感线圈，而且在所述能量变换电容器(30)中有一个合适的固定电容器C0，因此所述节点(a)的点火供电电压能满足常态下所述气体放电灯(10)的点火要求；如果在所述拓扑T型网络驱动器(20)预设的点火时间内点火不成功，那么所述拓扑T型网络驱动模块(20)可以通过所述能量变换控制模块(40)来增大所述能量变换电容器(30)的有效电容值使提高点火电压；或是被所述能量变换控制模块(40)判定为灯已损坏或是其它故障原因。
不难分析，这种点火特性能解决在恶劣低温环境温度下或供电电压偏低情况特别是在灯进入寿命后期点火困难的技术难题；另一方面合理设计所述节点(a)的自举点火当量便能避免或减少溅射的发生。
1.2.2.自举重复点火特征：
几乎在所述气体放电灯(10)所有正常运行时间内所述节点(a)的重复点火电压当量都是等于或大于现有技术电路镇流器受电端的重复点火当量的，这是由所述1.1结构特征及其元件参数决定的，因此使得在控制亮灯的全过程在所述节点(a)点始终存在自举重复点火效应，这有利于缩短过零换向熄灯时间并能提高光效。
1.2.3.软启动特征：
所述气体放电灯(10)点火成功后灯电流剧增，与此同时由于预置的电容器提供的无功能量远远不够，使得所述镇流电感(L2)主要经过所述电感(L1)向供电索取无功能量，从而也使得流经所述能量变换电感(L1)的无功电流大增，导致所述节点(a)的电位急剧下降，然而这正是软启动所需要的结果。随后，所述拓扑T型网络驱动模块(20)通过所述能量变换控制模块(40)预先设定的时序逐渐增大所述能量变换电容器(30)的有效电容量，所述节点(a)的电位逐渐回升直至达到预置的正常值为止；
又因为整流效应往往发生在从点火到启动的过渡过程，因此，这种软启动方法有效克服和有效抑制了整流效应的发生与冲击。
1.2.4.稳压和稳压调光特征：
1.2.4.1现有技术串联电感或串联电容调光的特征：
现有技术采用串联多级电感调光均存在切换瞬间断电问题，因此无论是采用同一铁心绕组或是采用独立铁心绕组都不适合采用串联多级电感调光，更不适合稳压控制；在一个铁心中增加一个单极串联电感绕组并在节能调光时将它串联进去有利于过零重复点火，但因一次调节量太大使对灯冲击太太，很可能因切换冲击使灯完全熄灭；然而独立型串联电感可能因大幅度降低了给定过零重复点火电压使过零换向熄灯时间延长甚至完全熄灭，这是独立型串联电感降压调光技术遇到的另一个困难。串联电容降压调光的特征是在正常亮度时增大电容阻抗减小电感阻抗；而在降压调光时是减小电容阻抗增大电感阻抗，因此降压调光不影响过零重复点火；但是显而易见，与之匹配的镇流器电感量必须是比常规镇流器电感量大很多，因此损耗也增大，这是与成本和节能方向相违背的；更值得注意的是：串联电容使得灯电流波峰因子升高，对灯的冲击大，影响灯的寿命，这种效应在灯进入寿命中后期可能会更明显。因此，在中国市场几乎没有被使用。
1.2.4.2.所述无功补偿变换原理和方法的稳压和稳压调光特征：
所述无功补偿变换原理和方法是通过对供电电压、所述节点(a)的电压以及所述气体放电灯(10)电流这三个物理量采样并且与它预置的对应值比较判断后发出指令调节所述能量变换电容器(30)的有效容量，从而改变所述镇流电感(2)经过所述能量变换电感(L1)从供电获取的无功能量大小，于是改变了流经所述能量变换电感(L1)的总电流，从而引起所述能量变换电感(L1)两端的电压降发生变化，于是也就使得所述节点(a)的电位发生变化(升高或者降低)并跟踪调节到与预置的相应电位相等时为止。这种原理和方法既可以稳压也可以升压或降压；
这种原理和方法的稳压和稳压调光控制始终保证所述节点(a)具有重复点火自举效应。
1.2.5.无功补偿与谐波抑制特征：
所述能量变换电容器(30)又是所述拓扑T型网络驱动器的等效无功补偿电容，并能将所述气体放电灯(10)在最大负荷下的供电输入端的功率因素补偿到0.95；
所述能量变换电感(L1)又是一个滤波器，与它并联的所述谐波抑制电容器(C)也是滤波器。在所述拓扑T型网络驱动模块(20)中所述谐波抑制电容器(C)与常规的滤波电容器接法不同有它的特殊效果，当有来自所述节点(a)的突变电流既谐波电流流经能量变换电感(L1)时，所述谐波抑制电容器(C)能同步产生与之方向相反的充放电电流去抵消和抑制这种突变谐波电流的冲击；与此同时，这个由所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)并联构成的谐波抑制器还用于抵抗来自于供电线路的电流冲击；
采用所述拓扑T型网络驱动器(20)的谐波抑制电路和采用所述能量变换电容器(30)的有效容量控制方法使得供电端的电流谐波指标能达到中国及国际相关技术标准要求，从而破解了所述气体放电灯(10)长期以来用现有技术并联补偿电容器不能克服谐波对电网造成严重污染这一全球性技术难题。
1.2.6.可操作性、可靠性、稳定性：
所述1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4、1.1.5所表达的五大功能都是通过调节所述能量变换电容器(30)的有效容量来实现的，而且它没有串联在所述气体放电灯(10)回路中，而是连接在T型三个边的中心共节点，因此对灯以及供电的冲击性都是最小的；
所述能量变换电容器(30)中的电容器采用多级并联控制结构(例如7级以上)，它的有效容量的调节方法采用半导体可控开关器件；微型电动机械手；电磁继电器其中任意一种均能方便地实现，并且可靠性高、稳定性好。
综上所述，不难分析，上述特征充分反映出所述拓扑T型网络驱动器原理和方法具有系统独特新颖性。
2.根据1所述的一种拓扑T型网络驱动器原理和方法，其特征在于：
所述能量变换电容器(30)包括(但不仅限于)3种基本结构，其中之一是：
所述(30.1)包括.一个并联在第一节点(a)和第二节点(b)之间的固定电容器C0和可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)以及n个受控开关器件(K1、…、Kn)。可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)各自的一端与所述第一节点(a)连接；n个受控开关器件(K1、…、Kn)分别串联在可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)的另一端和所述第二节点(b)之间；
所述能量变换控制模块(40)包括信号采集子模块(41)、信号比较分析子模块(42)和驱动信号子模块(43.1)；
所述信号采集子模块(41)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)以及灯电流采样元件采集信号并将这些电信号传输给信号比较分析子模块(42)；所述信号比较分析子模块(42)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并依据所述联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(43.1)；所述驱动信号子模块(43.1)控制信号向相应的受控开关器件(K1、…、Kn)发出闭合或者断开的驱动信号，从而调节所述能量变换电容器(30.1)的等效电容值。
3.根据1所述的一种拓扑T型网络驱动器原理和方法，其特征在于：
所述能量变换电容器(30)包括(但不仅限于)3种基本结构，其中之二是：
所述(30.2)包括.一个并联在第一节点(a)和第二节点(b)之间的固定电容器C0和可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)以及n个受控电磁继电器(J1、…、Jn)。可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)各自的一端与所述第一节点(a)连接；n个受控电磁继电器(J1、…、Jn)的常开抽头分别串联在可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)的另一端和所述第二节点(b)之间；
所述能量变换控制模块(40)包括信号采集子模块(41)、信号比较分析子模块(42)和驱动信号子模块(43.2)；
所述信号采集子模块(41)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)以及灯电流采样元件采集信号并将这些采集信号传输给信号比较分析子模块(42)；所述信号比较分析子模块(42)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并依据所述联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(43.2)；所述驱动信号子模块(43.2)控制信号向相应的受控继电器(J1、…、Jn)发出闭合或者断开的驱动信号，从而调节所述能量变换电容器(30.2)的等效电容值。
4.根据1所述的一种拓扑T型网络驱动器原理和方法，其特征在于：
所述能量变换电容器(30)包括(但不仅限于)3种基本结构，其中之三是：
所述(30.3)包括.一个并联在第一节点(a)和第二节点(b)之间的固定电容器C0和可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)以及一个小型电动机构滑片。该滑片的引出线连接在所述第二节点(b)；可供并联选中的n个电容器(C1、…、Cn)各自的一端与所述第一节点(a)连接，它们的另一端当被滑片接通选中时连接在所述第二节点(b)点；
所述能量变换控制模块(40)包括信号采集子模块(41)、信号比较分析子模块(42)和驱动信号子模块(43.3)；
所述信号采集子模块(41)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)以及灯电流采样元件采集信号并将这些采集信号传输给信号比较分析子模块(42)；所述信号比较分析子模块(42)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并且将新确定的闭合或者断开电容器(C1、…、Cn)的数量的数据转换为电机旋转角度和旋转反向信号传送给驱动信号子模块(43.3)；所述驱动信号子模块(43.3)控制电机旋转并选中接通所述电容器(C1、…、Cn)的数量，使所述能量变换电容器(30.3)的等效电容值与功能设定值相符合。
5.根据2和3和4所述的一种拓扑T型网络驱动器原理和方法，其特征在于：
所述信号采集子模块(41)包括对供电电压、所述节点(a)的电压以及所述气体放电灯(10)电流这三个物理量采样信号检测子模块(411)和谐波检测子模块(412)；所述信号比较分析子模块(42)包括微型控制单元(421)和与该微型控制单元(421)电连接的比较器(422)、(423)；所述信号采集子模块(41)采集的电信号输入微型控制单元(421)和比较器(422)、(423)；所述微型控制单元(421)通过信号分析处理按时序输出控制信号。
6.一种用于气体放电灯的自主升压点火方法，
在所述能量变换电容器(30)中有一个合适的固定电容器C0，因此所述节点(a)的点火供电电压能满足常态下所述气体放电灯(10)的点火要求；如果在所述拓扑T型网络驱动器(20)预设的点火时间内点火不成功，那么所述拓扑T型网络驱动模块(20)可以通过所述能量变换控制模块(40)来增大所述能量变换电容器(30)的有效电容值使提高点火电压；或是被所述能量变换控制模块(40)判定为灯已损坏或是其它故障原因。
具体过程是：所述信号采集子模块(41)从所述供电电源(VN)、第一节点(a)以及灯电流采样元件采集信号并将这些电信号传输给信号比较分析子模块(42)；所述信号比较分析子模块(42)对所述采集到的电信号进行比较和分析，做出点火成功与否的判断以及不成功的原因；在设定的点火时间内如果没有灯的电流，而且供电电压偏低时分析模块421发信号给驱动信号子模块适当增加能量变换电容器(30)的有效电容值，从而提升所述节点(a)的电位用于提高点火当量。
不难分析，这种点火特性能解决在恶劣低温环境温度下或供电电压偏低情况特别是在灯进入寿命后期点火困难的技术难题；另一方面合理设计所述节点(a)的自举点火当量便能避免或减少溅射的发生。
1.2.2.自举重复点火特征：
几乎在所述气体放电灯(10)所有正常运行时间内所述节点(a)的重复点火电压当量都是等于或大于现有技术电路镇流器受电端的重复点火当量的，这是由所述1.1结构特征及其元件参数决定的，因此使得在控制亮灯的全过程在所述节点(a)点始终存在自举重复点火效应，这有利于缩短过零换向熄灯时间并能提高光效。
7.一种用于气体放电灯软启动方法：
基于所述拓扑T型网络驱动器原理和方法，包括能量变换电感和电连接在第一节点和第二节点之间的能量变换电容器，尤其是包括如下步骤：
A.设置能量变换控制模块并改造所述能量变换电容器，使所述能量变换控制模块根据从所述供电电压、第一节点电压和灯电流采集的电信号能够调节所述能量变换电容器的电容值；
B.点亮高压气体放电灯时，所述能量变换控制模块根据电信号判断高压气体放电灯点火成功后，使所述能量变换电容器的电容值逐渐升高，从而调节第一节点的电压，使所述高压气体放电灯在辉光放电后的弧光电流缓慢增加至稳态工作电流。
所述步骤A包括如下分步骤：
A1.使用n个并联在所述第一节点与第二节点之间的电容，以及串联在各电容所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件制造所述能量变换电容器；
A2.在所述能量变换控制模块中设置信号采集子模块、信号比较分析子模块和驱动信号子模块；所述信号采集子模块从所述供电电压、第一节点电压和灯电流采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块；所述信号比较分析子模块对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块；所述驱动信号子模块依据所述控制信号向相应的受控开关器件发出闭合或者断开的驱动信号；
那么，所述步骤B包括如下分步骤：
B1.点亮高压气体放电灯时，所述信号采集子模块采集所述电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块；
B2.所述信号比较分析子模块根据步骤B1采集的电信号判断高压气体放电灯点火成功后，依照固定的时间间隔向驱动信号子模块发出依次闭合受控开关器件的驱动信号；
B3.所述驱动信号子模块控制各受控开关器件依次闭合，以使各电容所在并联支路依次接通，从而逐渐增加所述第一节点与第二节点之间的等效电容值，使所述能量变换电容器的电容值逐渐升高。
8.一种用于气体放电灯稳压和稳压调光的方法：
基于所述拓扑T型网络驱动器原理和方法，包括能量变换电感和电连接在第一节点和第二节点之间的能量变换电容器，尤其是包括如下步骤：
A.设置能量变换控制模块并改造所述能量变换电容器，使所述能量变换控制模块根据从所述供电电源和第一节点采集的电信号能够调节所述能量变换电容器的电容值；
B.所述能量变换控制模块按照预设的时间段调节能量变换电容器的电容值，并根据从所述第一节点采集的电信号使该第一节点的电压值恒定在各自时间段内的预设电压值，从而调节所述高压气体放电灯两端的电压，使该高压气体放电灯在各时间段内具有相应的发光亮度。
所述步骤A包括如下分步骤：
A1.使用n个并联在所述第一节点与第二节点之间的电容，以及串联在各电容所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件制造所述能量变换电容器；
A2.在所述能量变换控制模块中设置信号采集子模块、信号比较分析子模块和驱动信号子模块；所述信号采集子模块从所述供电电源和第一节点采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块；所述信号比较分析子模块对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块；所述驱动信号子模块依据所述控制信号向相应的受控开关器件发出闭合或者断开的驱动信号；
那么，所述步骤B包括如下分步骤：
B1.在预设的时间段的起始时刻，所述信号采集子模块从所述第一节点采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块；
B2.所述信号比较分析子模块将采集到所述第一节点的电信号与所述时间段预设第一节点的电压值比较，根据比较情况确定所述第一节点与第二节点之间的应当设定的等效电容值，并向驱动信号子模块发出各电容所在并联支路需要被接通或者被断开的控制信号，即受控开关器件各自的驱动信号；
B3.所述驱动信号子模块根据所述驱动信号控制各受控开关器件闭合或者断开，以使相应的各电容所在并联支路接通或者断开，从而调节所述第一节点与第二节点之间的等效电容值，使所述能量变换电容器等效电容值达到步骤B2所述的设定的等效电容值。
9.一种用于气体放电灯无功补偿与抑制谐波的方法
流经所述供电输入端IN1的谐波与所述气体放电灯(10)的电流、所述可变电容器(30)的有效容量以及所述电感(L1)以及(L2)都有关系。因此，流经供电输入端(IN1)的谐波抑制靠所述L1与谐波抑制电容器C和适当调节所述能量变换电容器(30)共同完成；如图3所示，信号检测子模块411将采集的供电电压、所述节点(a)电位以及灯电流信号经过所述比较器(422)、(423)比较后送到控制器(421)，同时信号检测子模块(411)也将采集的供电电压、所述节点(a)电位以及灯电流信号送到谐波检测子模块(412)，谐波检测子模块(412)对信号进行处理后送到所述制控单元(421)，制控单元(421)，根据综合分析结果向所述驱动信号子模块413.1驱动信号，从而适当调节所述能量变换电容器(30)的大小，以此改善供电输入端IN1的谐波含量。
以下结合附图所示实施例作进一步详述。
本发明第一实施例，提出一种全新的拓扑T网络驱动器，适配于气体放电灯光源，如图1所示：
所述拓扑T型网络驱动器(100)电连接在所述气体放电灯(10)与交流供电电源(VN)之间；
所述拓扑T型网络驱动器(100)包含两大电路模块，既所述拓扑T型网络驱动模块(30)和所述能量变换控制模块(60)；
所述拓扑T型网络驱动模块(20)是所述拓扑T型网络驱动器(00)的驱动机构；所述能量变换控制模块(60)是所述拓扑T型网络驱动模块(30)的控制机构；
所述拓扑T型网络驱动模块(20)包括能量变换电感(L1)、能量变换电容器(30)、镇流电感(L2)、与能量变换电感(L1)两端分别电连接的谐波抑制电容器(C)、与所述气体放电灯(10)电连接的第一输出端(OUT1)、与所述气体放电灯(10)电连接的第二输出端(OUT2)、与供电电源(VN)的输出端子电连接的两个输入端(IN1、IN2)；
所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)电连接点(c)与拓扑T型网络驱动模块(20)的第一输入端(IN1)电连接，所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)电连接点(d)与所述能量变换电容器(30)的一端以及与所述镇流电感(L2)的一端连接在第一节点(a)；所述能量变换电容器(30)的另一端、所述拓扑T型网络驱动模块(20)连接于交流供电的零线点(b)；所述镇流电感(L2)的另一端电连接在所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第一输出端(OUT1)；所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第一输出端(OUT1)和所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第二输出端(OUT2)分别与所述气体放电灯(10)的两端电连接；所述能量变换电容器(30)的另一端和所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第二输入端(IN2)和所述拓扑T型网络驱动模块(20)的第二输出端(OUT2)连接在第二节点(b)。
本发明第二实施例，提出一种适配于已有镇流器电路的气体放电灯采用所述拓扑T网络驱动器原理和方，法如图1所示：
所述拓扑T型网络驱动器(00)电连接在所述气体放电灯(10)与交流供电电源(VN)之间；
所述拓扑T型网络驱动器(00)包含两大电路模块，既所述拓扑T型网络驱动模块(30)和所述能量变换控制模块(40)；
所述拓扑T型网络驱动模块(30)是所述拓扑T型网络驱动器(100)的驱动机构；所述能量变换控制模块(60)是所述拓扑T型网络驱动模块(20)的控制机构；
所述拓扑T型网络驱动模块(30)包括能量变换电感(L1)、能量变换电容器(30)、镇流电感(L2)、与能量变换电感(L1)两端分别电连接的谐波抑制电容器(C)、与所述气体放电灯(10)电连接的第一输出端(OUT1)、与所述气体放电灯(10)电连接的第二输出端(OUT2)、与供电电源(VN)的输出端子电连接的两个输入端(IN1、IN2)；
所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)电连接点(c)与拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输入端(IN1)电连接，所述能量变换电感(L1)和所述谐波抑制电容器(C)电连接点(d)与所述能量变换电容器(50)的一端以及与所述镇流电感(L2)的一端连接在第一节点(a)；所述能量变换电容器(50)的另一端、所述拓扑T型网络驱动模块(30)连接于交流供电的零线点(b)；所述镇流电感(L2)的另一端电连接在所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输出端(OUT1)；所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输出端(OUT1)和所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第二输出端(OUT2)分别与所述气体放电灯(10)的两端电连接；所述能量变换电容器(50)的另一端和所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第二输入端(IN2)和所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第二输出端(OUT2)连接在第二节点(b)。
比较上述第一实施例和第二实施例，从结构形式上完全相同。但不同的是第一实施例中的所述镇流电感L2小于第二实施例中的现有镇流器L2，这两个实施例都具有所述五大功能效果，但由于第一实施例中L2小于第二实施例中的L2，因此第一实施例的损耗会低些。
以所述第一实施例为例，能量变换电感L1和镇流电感L2的能量给定有四种方式：全部由供电电源VN提供、由供电电源VN和能量变换电容器50同时提供、全部由能量变换电容器50提供和能量变换电容器50的过剩给定。这四种不同的能量给定方式会导致镇流电感L2的供电电压发生改变，即图1所示Va点电压Va的变化。因为有功电流向量与感抗向量相差
有功电流在电感上不做功，因此能量变换电感L1上的压降只与流经它的无功电流有关系。通过改变电源提供给镇流电感L2的无功能量比例，就能使能量变换电感L1占用的电源能量发生显著变化并转换为高压气体放电灯10有功能量的显著变化，达到控制目的。这种能量转换器的效果可以用电压Va来衡量。Va与能量变换电感L1和能量变换电容器30的等效电容C的关系以及Va与灯电压Vl、灯电流Il和灯功率Pla的关系由以下5个公式确定：
Va＝VN-I1·jωL1 ………………………………………………………………(1)
IC＝Va·jωC， ………………………………………………………………(2)
Vl＝Va-Il·jωL2，………………………………………………………………(3)
Il2＝Va2/{(ωL2)2+Rla2} ………………………………………………………(4)
Pla＝Il2·Rla.PFla，＝Va2/{(ωL2)2+Rla2}·Rla·PFla …………………(5)
其中，VN是供电电源电压，Va是镇流电感L2的供电电压，Vl是灯电压，I1是流经电感L1的电流，Il是灯电流，IC是能量变换电容器30释放的电流，Pla是灯有功功率，Rla是灯电阻，Pfla是灯的功率因素，在(1)(2)(3)式中VN、Va、Vl、Il、I1、IC均是向量。
Va在四种不同的能量给定方式的变化规律如下：
①能量变换电感L1和镇流电感L2吸收的无功电流全部由供电电源VN提供：这时在能量变换电感L1上的电压降I1·jωL1最大，Va最小；Va＜VN；
②镇流电感L2的无功电流的其中一部分由供电电源VN给定，另部分由能量变换电容器50给定，这时在能量变换电感L1上的电压降I1·jωL1因流经的无功电流减小而减小，Va增大，Va＜VN；
镇流电感L2的无功电流全部由能量变换电容器50给定，能量变换电感L1的无功电流由供电电源VN给定，这时Va等于电源电压VN减去I1ωL1，这时因L1自身吸收的无功电流很小，因此Va略小于VN；
③能量变换电感L1和镇流电感L2的无功电流全部由能量变换电容器30给定，并且IC＝IL1+IL2，IL1是流过能量变换电感L1的电流，IL2是流过镇流电感L2的电流，这时Va＝VN；
④当能量变换电容器30提供多余的无功电流时，能量变换电容器30向电源馈电，ΔIC＝IC-IL1-IL2＞0，这时ΔIC·jωL1的相位与感抗电流压降相位相反，Va＝VN+ΔIC·jωL1＞VN。
以上Va随IC变化而变化的规律，即随能量变换电容器50的等效电容C的变化而变化的规律证明调节能量变换电容器30的等效电容C的大小能使Va在大于、等于、和小于VN的宽范围内分级调节，因此能使高压气体放电灯10点火启动和运行在一个宽范围内实施有效精确控制。
因此，如果能量变换电容器30的等效电容值C能够按照一定的时序和方式调节，就能够调节能量变换电容器50释放到能量变换电感L1和镇流电感L2的无功给定量，从而实现如软启动、分时段节能调光等功能。
本发明第三实施例，如图3所示，所述该能量变换控制模块60依据从所述供电电源VN和第一节点a采集的电信号控制调节能量变换电容器50的电容值。所述能量变换控制模块60可以通过单纯的硬件实现，也可以通过辅以软件的微处理器实现。所述微处理器可以是单片机，还可以是可编程逻辑器件。本发明第三实施例采用以下的具体电路结构，如图3所示，所述能量变换电容器50包括n个并联在所述第一节点a与第二节点b之间的电容C1、…、Cn，以及串联在各电容C1、…、Cn所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件K1、…、Kn；所述能量变换控制模块60包括信号采集子模块61、信号比较分析子模块62和驱动信号子模块63。所述信号采集子模块61从所述供电电源VN和第一节点a采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块62；所述信号比较分析子模块62对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容C1、…、Cn所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块63；所述驱动信号子模块63依据所述控制信号向相应的受控开关器件K1、…、Kn发出闭合或者断开的驱动信号，从而调节所述能量变换电容器30的等效电容值。
更具体地，所述信号采集子模块61包括从所述供电电源VN和第一节点a采集电压、电流信号的信号检测子模块611和从所述第一节点a采集谐波信号的谐波检测子模块612；所述信号比较分析子模块62包括微型控制单元621和与该微型控制单元621电连接的比较器622；所述信号采集子模块61采集的电信号输入微型控制单元621和/或比较器622；所述微型控制单元621通过信号分析按时序输出控制信号。本发明第三实施例，所述受控开关器件K1、…、Kn是晶闸管，当然采用继电器也是可以实施的。为了防止在所述第一节点a和第二节点b之间的电压过载造成对能量变换电容器50的危害，在该第一节点a和第二节点b之间电连接过压保护装置TVS。
容易想到，所述能量变换控制模块60也可以应用到第一实施例的能量变换电容器30上，实现对释放到能量变换电感L1和镇流电感L2的无功能量的调节。
如图7所示，从镇流装置内获取检测信号，根据信号检测的结果选择执行谐波限制功能、无功补偿功能、亮度控制功能、稳定电压功能和自适应优化点火功能，在自适应优化点火成功后执行软启动功能，上述各种功能都通过能量变换控制模块调节整流装置内的能量变换电容器50，从而实现对镇流装置的控制，进而控制高压气体放电灯。所述能量变换控制模块60根据不同功能模块的要求按照一定的时序和方式调节能量变换电容器50的等效电容值C，进而调节释放到能量变换电感L1和镇流电感L2的无功给定量，能量变换电容器50的能量释放并不消耗电能，但是一个小的变量能够引起能量变换电感L1电压降发生大的变化，由此方便可靠地改变电源分配给高压气体放电灯10的电压，实现对该高压气体放电灯10的有功能量的有效控制，完成各个功能模块指定的任务，例如实现软启动和分时段节能调光。
所述信号检测子模块611检测的信号包括供电电源电压VN检测，第一节点a的电压和电流检测。所述谐波检测子模块612用于检测第一节点a的谐波信号。该两模块检测的信号由需要实现的功能来决定，上述信号并不一定是必须要检测的信号。
利用能量变换控制模块60的功能，就可以实现高压气体放电灯10的软启动。本发明提出一种令高压气体放电灯软启动的方法，基于所述上述各实施例所述拓扑T型网络模块30，所述令高压气体放电灯软启动的方法包括如下步骤：
A.设置能量变换控制模块60并改造所述能量变换电容器50，使所述能量变换控制模块60根据从所述供电电源VN和第一节点a采集的电信号能够调节所述能量变换电容器50的电容值；
B.点亮高压气体放电灯10时，所述能量变换控制模块60根据从所述供电电源VN和第一节点a采集的电信号判断高压气体放电灯10点火成功后，使所述能量变换电容器50的电容值逐渐升高，从而调节第一节点a的电压，使所述高压气体放电灯10在辉光放电后的弧光电流缓慢增加至稳态工作电流。
步骤A所述设置能量变换控制模块60并改造所述能量变换电容器50，完全可以采用所述第三实施例的电器结构，但并不仅限于此，因为如前所述，能够实现步骤A所述能量变换控制模块60和能量变换电容器50的功能的器件有多种电路形式，本发明涵盖任何可以实现能量变换控制模块60和能量变换电容器50功能的单纯硬件电路和辅以软件的硬件电路。所以，以所述第三实施例为例，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.使用n个并联在所述第一节点a与第二节点b之间的电容C1、…、Cn，以及串联在各电容C1、…、Cn所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件K1、…、Kn制造所述能量变换电容器50；
A2.在所述能量变换控制模块60中设置信号采集子模块61、信号比较分析子模块62和驱动信号子模块63；所述信号采集子模块61从所述供电电源VN和第一节点a采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块62；所述信号比较分析子模块62对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容C1、…、Cn所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块63；所述驱动信号子模块63依据所述控制信号向相应的受控开关器件K1、…、Kn发出闭合或者断开的驱动信号；
那么，所述步骤B包括如下分步骤：
B1.点亮高压气体放电灯10时，所述信号采集子模块61从所述供电电源VN和第一节点a采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块62；
B2.所述信号比较分析子模块62根据步骤B1采集的电信号判断高压气体放电灯10点火成功后，依照固定的时间间隔向驱动信号子模块63发出依次闭合受控开关器件K1、…、Kn的驱动信号；
对于所述第三实施例，所述微型控制单元621向点火比较器622发出点火基准电压，通过将所述供电电源VN和第一节点a采集电信号与该基准电压比较就可以形成点火成功或者点火不成功的判断。当出现点火不成功的判断，所述微型控制单元621还需根据点火比较器622的比较结果判断是由于点火电压过低造成的点火不成功，还是由于点火电压过高造成的点火不成功。如果由于点火电压过低造成的点火不成功，需要通过驱动信号子模块63调节能量变换电容器50以增大点火电压；如果由于点火电压过高造成的点火不成功，判断高压气体放电灯10出现故障，需要通过驱动信号子模块63调节能量变换电容器50开路，以保护该能量变换电容器50。当判断点火成功后，并不是一次调节能量变换电容器30的等效电容值，因为软启动是指高压气体放电灯10点火从辉光进入到弧光放电，且在弧光电流开始剧增时供电电压即刻下降，然后逐步回升的过程，为了达到逐步回升的效果，就需要分几次调节能量变换电容器50的等效电容值，因此，信号比较分析子模块62依照固定的时间间隔向驱动信号子模块63发出依次闭合受控开关器件K1、…、Kn的驱动信号。当然，并不是所有的并联支路都需要闭合，并联支路闭合的数量以及哪一条并联支路闭合都由信号比较分析子模块62控制完成。
B3.所述驱动信号子模块63控制各受控开关器件K1、…、Kn依次闭合，以使各电容C1、…、Cn所在并联支路依次接通，从而逐渐增加所述第一节点a与第二节点b之间的等效电容值，使所述能量变换电容器50的电容值逐渐升高。
利用能量变换控制模块60的功能，还可以实现分时段调节高压气体放电灯亮度。本发明提出一种分时段调节高压气体放电灯亮度的方法，基于所述拓扑T型网络驱动器模块镇流控制装置30，包括能量变换电感L1和电连接在第一节点a和第二节点b之间的能量变换电容器50。所述分时段调节高压气体放电灯亮度的方法包括如下步骤：
A.设置能量变换控制模块60并改造所述能量变换电容器50，使所述能量变换控制模块40根据从所述供电电源VN和第一节点a采集的电信号能够调节所述能量变换电容器50的电容值；
B.所述能量变换控制模块60按照预设的时间段调节能量变换电容器50的电容值，并根据从所述第一节点a采集的电信号使该第一节点a的电压值恒定在各自时间段内的预设电压值，从而调节所述高压气体放电灯10两端的电压，使该高压气体放电灯10在各时间段内具有相应的发光亮度。
步骤A所述设置能量变换控制模块60并改造所述能量变换电容器50，采用但并不仅限于所述第三实施例的电器结构，所述步骤A包括如下分步骤：
A1.使用n个并联在所述第一节点a与第二节点b之间的电容C1、…、Cn，以及串联在各电容C1、…、Cn所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件K1、…、Kn制造所述能量变换电容器50；
A2.在所述能量变换控制模块60中设置信号采集子模块61、信号比较分析子模块62和驱动信号子模块63；所述信号采集子模块61从所述供电电源VN和第一节点a采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块62；所述信号比较分析子模块62对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容C1、…、Cn所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块63；所述驱动信号子模块63依据所述控制信号向相应的受控开关器件K1、…、Kn发出闭合或者断开的驱动信号；
那么，所述步骤B包括如下分步骤：
B1.在预设的时间段的起始时刻，所述信号采集子模块61从所述第一节点a采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块62；
B2.所述信号比较分析子模块62将采集到所述第一节点a的电信号与所述时间段预设第一节点a的电压值比较，根据比较情况确定所述第一节点a与第二节点b之间的应当设定的等效电容值，并向驱动信号子模块63发出各电容C1、…、Cn所在并联支路需要被接通或者被断开的控制信号，即受控开关器件K1、…、Kn各自的驱动信号；
对于本发明第三实施例，所述微型控制单元621按预设的时间段向调压比较器623发出基准电压，通过调压比较器623的比较结果判断调压是否完成。
B3.所述驱动信号子模块63根据所述驱动信号控制各受控开关器件K1、…、Kn闭合或者断开，以使相应的各电容C1、…、Cn所在并联支路接通或者断开，从而调节所述第一节点a与第二节点b之间的等效电容值，使所述能量变换电容器50等效电容值达到步骤B2所述的设定的等效电容值。
可见，对于单一的、相对固定的基准电压，上述方法就可以用于实现对高压气体放电灯10的稳压控制。
Claims (10)
1.一种拓扑T型网络驱动装置，用于驱动气体放电灯(10)，所述拓扑T型网络驱动装置(100)电连接在所述气体放电灯(10)与交流供电电源(VN)之间，其特征在于：
包括拓扑T型网络驱动模块(30)和能量变换控制模块(60)；所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号对拓扑T型网络驱动模块(30)内的能量变换实施控制；
所述拓扑T型网络驱动模块(30)包括能量变换电感(L1)，能量变换电容器(50)，镇流电感(L2)，分别与所述气体放电灯(10)两端电连接的第一输出端(OUT1)和第二输出端(OUT2)，以及分别与所述交流供电电源(VN)的输出端子电连接的两个输入端(IN1、IN2)；
所述镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)各自的一端都电连接于第一节点(a)，所述镇流电感(L2)的另一端电连接所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输出端(OUT1)，所述能量变换电感(L1)的另一端电连接在所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第一输入端(IN1)，所述能量变换电容器(50)的另一端、所述拓扑T型网络驱动模块(30)的第二输出端(OUT2)和第二输入端(IN2)电连接于第二节点(b)；
所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号能量变换电容器(50)等效电容值实施控制。
2.根据权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，其特征在于：
所述拓扑T型网络驱动模块(30)还包括并联在所述能量变换电感(L1)两端的谐波抑制电容器(CS)。
3.根据权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，其特征在于：
所述能量变换电容器(50)包括n个并联在所述第一节点(a)与第二节点(b)之间的基础电容器(C0)和电容(C1、…、Cn)，以及串联在各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的用于控制各自支路通断的n个受控开关器件(K1、…、Kn)；所述能量变换控制模块(60)包括信号采集子模块(61)、信号比较分析子模块(62)和驱动信号子模块(63)；
所述信号采集子模块(61)从所述供电电源(VN)和第一节点(a)采集电信号并将该电信号传输给信号比较分析子模块(62)；所述信号比较分析子模块(62)对所述采集到的电信号进行比较和分析，并将闭合或者断开各电容(C1、…、Cn)所在并联支路的控制信号按时序发送给驱动信号子模块(63)；所述驱动信号子模块(63)依据所述控制信号向相应的受控开关器件(K1、…、Kn)发出闭合或者断开的驱动信号，从而调节所述能量变换电容器(113)的等效电容值。
4.一种对气体放电灯实施动态调整的方法，其特征在于包括如下步骤：
A.选取、制造镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)；
B.将所述镇流电感(L2)、能量变换电感(L1)和能量变换电容器(50)各自的一端都电连接于第一节点(a)；将所述能量变换电容器(50)的另一端和所述镇流电感(L2)的另一端分别电连接气体放电灯(10)的两端，同时，所述能量变换电容器(50)的另一端和所述能量变换电感(L1)的另一端分别电连接交流供电电源(VN)的两端；从而构成T型网络驱动模块(30)；
C.设置能够对所述能量变换电容器(50)实施控制的能量变换控制模块(60)；
D.根据不同的时间段和用户需求，所述能量变换控制模块(60)比较采集的电信号和用户设定的程序，对所述能量变换电容器(50)的等效电容值实施调节控制，以调节T型网络驱动模块(30)内的能量分配，从而对气体放电灯(10)实施动态调整。
5.一种气体放电灯自主升压点火的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，以点亮气体放电灯(10)，其特征在于包括如下步骤：
A.根据所述气体放电灯(10)的点火要求设定能量变换电容器(50)的等效电容值；
B.在预设的点火时间内，所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判定所述气体放电灯(10)是否点火成功；如果所述气体放电灯(10)点火成功，完成自主升压点火；如果所述气体放电灯(10)点火不成功，执行步骤C；
C.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高点火电压，返回步骤B。
6.一种气体放电灯在点亮过程中重复点火的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，其特征在于包括如下步骤：
A.在所述气体放电灯的整个点亮过程中，当能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判断所述第一节点(a)的电压当量小于预设的点火电压当量时，执行步骤B；所述点火电压当量是可以点亮所述气体放电灯(10)时，在所述第一节点(a)应当满足的最小电压条件；
B.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高第一节点(a)的电压，返回步骤A。
7.一种气体放电灯的软启动方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)点火成功至正常点亮过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.所述能量变换控制模块(60)增大所述能量变换电容器(50)的有效电容值，提高第一节点(a)的电压；所述点火电压当量是可以点亮所述气体放电灯(10)时，在所述第一节点(a)应当满足的最小电压条件；
B.所述能量变换控制模块(60)根据采集的电信号判断所述第一节点(a)电压是否达到预设的正常值；如果所述第一节点(a)电压没有达到预设的正常值，返回步骤A；如果所述第一节点(a)电压达到预设的正常值，完成气体放电灯的软启动。
8.一种气体放电灯的稳压调光的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)正常点亮的过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.在所述能量变换控制模块(60)预设实施调光的预设电信号参数；
B.所述能量变换控制模块(60)根据采集的实时电信号与预设电信号进行比较，当所述实时电信号未达到预设电信号时，执行步骤C；当所述实时电信号达到预设电信号时，完成稳压调光；
C.所述能量变换控制模块(60)根据步骤B的比较结果调节控制能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤B。
9.一种气体放电灯的无功补偿与抑制谐波的方法，基于权利要求1所述的拓扑T型网络驱动装置，用于所述气体放电灯(10)正常点亮的过程中，其特征在于包括如下步骤：
A.所述能量变换控制模块(60)根据采集的实时电信号分析判断无功功率与谐波情况，当所述无功功率与谐波情况不符合预设指标时，执行步骤B；当所述无功功率与谐波情况符合预设指标时，完成无功补偿与抑制谐波；
B.所述能量变换控制模块(60)根据步骤A的比较结果调节控制能量变换电容器(50)的等效电容值，返回步骤A。
10.权利要求1所述用于驱动气体放电灯的拓扑T型网络驱动装置的功能，其特征在于：
所述拓扑T型网络驱动装置的功能包括在气体放电灯点亮时自举点火，在气体放电灯正常点亮过程中重复自举点火，在气体放电灯点火至正常点亮期间软启动，在气体放电灯正常点亮过程中稳压和稳压调光，以及在气体放电灯正常点亮过程中完成无功补偿与谐波抑制。
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