CN102595747B

CN102595747B - 基于数字控制电子镇流器的荧光灯灯类型识别方法及数字通用电子镇流器

Info

Publication number: CN102595747B
Application number: CN201210024382.2A
Authority: CN
Inventors: 陈敏; 贾紫蕊; 吕晓峰; 徐碧文
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-02-05
Filing date: 2012-02-05
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-02-05
Also published as: CN102595747A

Abstract

本发明涉及基于数字控制电子镇流器的荧光灯灯类型识别方法，其基于不同类型灯管在相同预热电流下灯丝饱和预热电阻的不同。通过检测预热灯丝电流和灯丝电压以获得预热电阻，用以判定荧光灯的灯类型。此外，本设计还涉及一种用于驱动不同类型荧光灯灯管的数字控制通用镇流器。在该装置中，可提供预热电流测试预热电阻，通过判定灯类型，调用存储在其中的程序对荧光灯进行启动。具体通过驱动功率因数校正级。逆变级以及输出级开关管实现。本发明通过对饱和预热电阻的测试实现了在未击穿灯管气体情况下对灯类型的检测。可最大限度地保护灯电极，并能够通过一个镇流器驱动多种灯管，减小特定镇流器的使用量，从而减少电子垃圾。

Description

基于数字控制电子镇流器的荧光灯灯类型识别方法及数字通用电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种基于数字控制电子镇流器的荧光灯类型识别方法及数字通用电子镇流器。

背景技术

由于不同系列和功率等级的灯管最小点火电压、最大预热电压、最大预热电流以及在同一输出电路参数下的稳态运行频率均不同，特定灯管必须使用特定类型的电子镇流器。否则灯管无法点燃或者电极损坏，甚至有可能损坏镇流器。随着照明产业的发展，不同系列和功率等级的灯管相继出现。这种必须配对的原则带来了工业上不可忽视的电子垃圾。从另一方面来讲，这种严格的匹配也会带来用户的误操作和生产数量的增加。因此，如果能够设计一种可以带动某些系列和类型灯管的通用电子镇流器，那么电子垃圾和误操作的可能性将会大大减少。通用电子镇流器应首先能够智能辨识灯类型，然后根据辨识结果选择运行程序。

已公开的专利中提出了许多灯类型的辨识方法。但这些方法大部分是在等待灯启动之后辨识灯类型的。由于荧光灯本身预热、点火参数并不相同，因此这种盲目通过高压强制击穿点火的辨识方法对灯管造成了巨大伤害，严重损害了灯管寿命。

根据CN101877927A，检测中使用一种电流对所有灯进行预热。该预热电流值的选取对灯类型识别有着重要作用。该方法对于特定一系列的灯是使用的。但如果要检测几个系列的灯管，由于各系列适用的预热电流是不同的。则某一预热电流对一部分灯类型是有效的，而另一部分则由于区分度太小而无法识别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动检测荧光灯类型的方法，无需进行点火即可确定荧光灯类型。

一种自动检测荧光灯类型的方法，应用于可驱动不同类型荧光灯管的数字控制通用镇流器，其特征在于，该通用镇流器的灯管检测方法是包括以下步骤的：

a) 预热荧光灯灯丝（Fil1，Fil2）；荧光灯灯丝预热时，使用直接的电流预热，对所有类型的灯管电极采用统一的预热电流频率（f_pre1），保持预热电流频率恒定，直至灯管灯丝电压达到极限值；

b) 当灯管灯丝电压达到极限值后，同时测量灯丝电压（V_Fil）和灯丝电流（I_Fil）；

c) 根据步骤b)测得的灯丝电压和灯丝电流的测量值计算第一次预热后电阻（R_h1）；

d) 该镇流器的微控制器根据步骤c) 计算得到的电阻（R_h1）判断荧光灯灯管所属系列，并根据所属系列改变该镇流器LC谐振电路中的电感；

e) 根据步骤d)的检测结果改变预热电流频率，再次预热荧光灯灯丝（Fil1，Fil2）；使用直接的电流预热，对所有类型的灯管电极采用统一的预热频率，保持预热频率恒定，直至灯管灯丝电压达到极限值。

f) 当灯管灯丝电压达到极限值后，同时测量灯丝电压（V_Fil）和灯丝电流（I_Fil）；

g) 根据步骤f)测得的灯丝电压和灯丝电流的测量值计算第二次预热后电阻（R_h2）；

h) 微控制器根据步骤g)计算得到的电阻（R_h2）判断荧光灯灯管所属类型。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

在执行a)之前，所述方法还包括以下步骤，可以避免在一般启动情况下预热时间过长：

i1) 根据外部输入确定是否进行需要灯类型检测；

i2) 如不需要灯类型检测，直接从该镇流器的存储器中调出上一次启动程序来启动灯管。

微控制器判断荧光灯所属系列，以及判断荧光灯所属时包括以下步骤：

j1) 将计算所得电阻值与预先存储好的电阻数值范围表进行对照；

j2) 微控制器判断所述计算得电阻值是否唯一落在电阻数值范围表的某一数值范围内；

j3) 将电阻数值范围表中与此数值范围对应的唯一关联系列作为所接荧光灯所属系列，将电阻数值范围表中与此数值范围对应的唯一关联类型作为所接荧光灯所属系列类型。

所述步骤e)中的“改变预热电流频率”，其改变后的预热电流频率是根据检测结果确定的，其方法包括以下步骤：

k1) 微控制器将步骤d)检测得到的系列与预先存储好的预热频率表进行对照；

k2) 查到该系列所对应的预热频率值后，以该预热频率进行预热，即可改变预热电流频率。

步骤d)中改变电感是通过微控制器驱动单刀双掷开关完成的。

荧光灯类型检测完成后，微控制器立即根据所属类型调用镇流器所预先存储的程序进行点火启动。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种实现上述方法的数字通用电子镇流器。为此，本发明采用以下技术方案，它包括：

灯丝电压测量装置，直接接在灯丝两端，用于直接或间接测量荧光灯灯丝（Fil1，Fil2）上的压降；

灯丝电流检测装置，可接在所述镇流器的LC谐振回路任一位置，用于检测流经荧光灯灯丝（Fil1，Fil2）的电流；

微控制器，用于控制灯丝预热过程，检测灯丝电压和电流，计算电阻、判断灯丝所属系列和类型，并处理调用启动程序，驱动开关改变谐振电感值。

所述数字通用电子镇流器还具有存储单元，存储待驱动荧光灯的驱动程序及其灯丝预热电阻数值范围表、预热频率表。

普通三基色荧光灯根据管径不同可分为T8、T12、T5-HE、T5-HO等几个系列。每一系列中，由于稳态运行功率不同，又有许多不同的灯类型。

根据我国双端直管荧光灯标准，对于预热启动的直管荧光灯来讲，电极均采用标准电极。因此，不同公司生产的同一类型荧光灯灯电极并无差异。但由于不同类型灯尺寸、管内气体压强不同，灯丝温度也不尽相同。由于灯管温度与灯丝电阻有着很大关系，故检测灯丝电阻是观察灯启动特性的一种较为稳定的方法。基于以上理论，在点火前辨识灯管类型是可能的。

对荧光灯灯丝注入固定值的电流测试，结果显示：在一定时间内，灯丝预热电阻R_h值线性上升；但是长时间预热时R_h值呈饱和趋势。由于不同系列和功率等级的灯管阴极压降v_k不同，因此，不同灯管电极的热容量不同，饱和状态下R_h的值不同。

对于不同灯管电极来讲，达到饱和状态下R_h值所需时间也不同。如要求一系列灯管电极R_h值均达到饱和状态，则预热时间应选取该系列中达到饱和R_h值所需的最长时间。

考虑到微控制器检测的准确性，R_h的值应选择在预热饱和状态下测量，该测量值可以通过测量v_Fil和i_Fil的有效值得到。经测试，通过改变预热频率，可以增大相近类型灯预热电阻之间的差别。

本发明的预热方案包括：使用直接电流预热，无需外加装置。该电流预热方法通过控制逆变级开关管工作频率来改变预热电流。通过数字控制器内部电流控制环控制预热电流稳定。保证灯丝预热电流可控。

在能够区分荧光灯灯管所属系列后，应改变预热电流和谐振参数再次对灯丝进行预热。首先，对于不同系列灯管，能够使其区分度最大的预热电流不同。因此，改变预热电流可以尽可能加大不同灯管之间的差异。其次，不同系列荧光灯击穿电压和最大预热电压差异明显。使用不同的谐振级参数能够保护荧光灯灯管。本发明优选改变谐振电感L的值。

本发明通过对饱和预热电阻的测试实现了在未击穿灯管气体情况下对灯类型的检测。可最大限度地保护灯电极，并能够通过一个镇流器驱动多种灯管，减小特定镇流器的使用量，从而减少电子垃圾。

附图说明

图1为本发明的数字通用电子镇流器实施例的电路结构示意图。

图2为不同预热频率所对应的预热电阻值表。

图3为本发明的检测荧光灯类型方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示为一种应用本发明荧光灯检测方法的数字通用电子镇流器的结构示意图。附图标号10为数字通用电子镇流器；附图标号101为所述镇流器中的整流电路；附图标号102为所述镇流器中的功率因数校正电路；附图标号103为所述镇流器中的逆变转化电路；附图标号104为所述镇流器中的输出滤波电路，其中附图标号1041为荧光灯灯管；附图标号105为所述镇流器中的微控制器（MCU）；V_N为电网输入电压；V_bus为直流母线电压；VT1和VT2为逆变电路开关管；R_s为灯管电流采样电阻；C_c为滤波隔直电容；SW为谐振电感切换开关； L_p1和 L_p2为滤波谐振电感；C_p为滤波谐振电容；v_Fil为采样所得灯丝电压；i_Fil为采样所得灯丝电流； G_VT1 和G_VT2为MCU输出的逆变电路开关管的驱动信号；G_PFC为MCU输出的功率因数校正电路开关管的驱动信号；G_SW为MCU输出的谐振电感切换开关管的驱动信号。

数字通用电子镇流器主要包括整流电路101、功率因数校正电路102、逆变转化电路103、输出滤波电路104、微控制器（MCU）105。

逆变转化电路103中的开关管为两个半导体场效应管。微控制器105是数字通用电子镇流器的核心单元，可以完成检测、计算、判断和驱动处理的整个过程。

由于不同系列和功率等级的灯管阴极压降V_k不同，因此，不同灯管电极的热容量不同。因此，不同灯管饱和状态下R_h的值不同。考虑到MCU105检测的准确性，R_h的值应选择在预热饱和状态下测量，该测量值可以通过测量v_Fil和i_Fil的有效值得到。通过改变预热频率，可以增大相近类型灯预热电阻之间的差别。

考虑到每一种灯管都有最大预热电压，所以谐振参数L_p、C_c、C_p的选择应特别慎重，以保证预热时电压不超过最大值。否则，灯管电极将造成不可逆转损害，影响电极电阻测量。

在本实施例中，V_bus=400V，C_c=100nF，C_p=8.2nF，可识别T8和T5-HE系列的九种灯管。对于T8系列灯管L_p=2.02mH，对于T5-HE系列灯管L_p=1.20mH。九种灯管在不同预热频率下预热电阻值表如图2所示，其中，（a）为T8系列，（b）为T5-HE系列。

由图2可知：

对于T8系列，

（a）当降低预热频率时，相近功率等级的灯管预热灯丝电阻差异加大。

（b）在较高预热频率时，灯管间预热电阻差异不足以区分灯管类型。

（c）由于低功率等级的灯击穿电压低，故如果预热频率降低时其很有可能由于灯电压过高而击穿。故在该种情况下，该系列的最低预热频率不能低于击穿时运行频率。

（d）当预热频率为70kHz时，在检测范围内最近功率等级的R_h差异超过13%。同时，T8 18W灯管不会在此频率下击穿。

对于T5-HE系列，

（a）当提高预热频率时，相近功率等级的灯管预热灯丝电阻差异加大。

（b）相对于T8系列灯管来讲，T5-HE系列灯管整体灯丝电阻要高很多。

（c）当预热频率为108kHz时，在检测范围内最近功率等级R_h的差异超过9.8%。

基于图2的测试结果，本实施例中T8和T5-HE两种系列灯管整体灯类型辨识过程可以分为两步。第一步，被检测灯管1041需要在100kHz高频电流下预热足够长时间以能够辨识其属于哪个系列。第二步，需要根据灯系列改变预热频率，并通过MCU改变谐振参数L_p。在本实施例中对T8系列选取预热频率70kHz，L_p=2.02mH；对T5-HE系列选取预热频率108kHz，L_p=1.20mH，以保证检测的准确性。经过以上步骤之后，灯类型就可以辨识出来了。然后，镇流器10将会调用对应程序启动灯管。一旦灯管类型被确定，MCU将会从寄存器中调用特定程序启动灯管，此后的启动过程与普通电子镇流器相同。该程序将会记录此时灯管类型，直到下一次检测开始。本实施例提出的检测方法数字控制部分程序流程图如图3所示。

对本实施例中T8和T5-HE两种系列灯管测试的结果显示，在所选择预热频率下，得到饱和R_h值所需时间最长的为T8 70W灯管，为大约11s。因此，预热时间t_pre1和t_pre2应选取11s。

Claims

1.一种自动检测荧光灯类型的方法，应用于可驱动不同类型荧光灯管的数字控制通用镇流器，其特征在于，该通用镇流器的灯管检测方法是包括以下步骤的：

h) 微控制器根据步骤g)计算得到的电阻（R_h2）判断荧光灯灯管所属类型；

上述微控制器判断荧光灯所属系列，以及判断荧光灯所属类型时包括以下步骤：

j3) 将电阻数值范围表中与此数值范围对应的唯一关联系列作为所接荧光灯所属系列，将电阻数值范围表中与此数值范围对应的唯一关联类型作为所接荧光灯所属系列类型；

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在执行a)之前，所述方法还包括以下步骤：

i1) 根据外部输入确定是否进行需要灯类型检测；

3.根据权利要求1至2任一之所述方法，其特征在于：步骤d)中改变电感是通过微控制器驱动单刀双掷开关完成的。

4.根据权利要求1至2任一之所述方法，其特征在于：荧光灯类型检测完成后，微控制器立即根据所属类型调用镇流器所预先存储的程序进行点火启动。

5.一种实现权利要求1所述方法的可驱动不同类型荧光灯灯管的数字控制通用镇流器，其特征在于它包括：

6.根据权利要求5所述的数字通用电子镇流器，其特征在于：它还具有存储单元，存储待驱动荧光灯的驱动程序及其灯丝预热电阻数值范围表、预热频率表。