CN102598873B - 带有调光电路的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

带有调光电路的电子镇流器包括接收模拟调光信号的电子镇流器调光电路，该电子镇流器调光电路包括：可操作来在模拟调光信号输入（212）上接收模拟调光信号（252）的输入调光电路（210）；和可操作连接到输入调光电路（210）的输出调光电路（220），该输出调光电路（220）可操作来接收具有可变占空比的固定频率信号（222）和生成模拟调光控制信号（224），以响应模拟调光信号（252）。当模拟调光信号（252）没有出现在模拟调光信号输入（212）上时，在模拟调光信号输入（212）上的输出电压是固定频率信号（222）的可变占空比的函数。

Description

带有调光电路的电子镇流器

这个公开内容的技术领域是电源，特别是带有调光电路的电子镇流器。

电子镇流器能够用于提供高频AC功率来点亮日光灯。电子镇流器通常执行许多电源相关的功能，这尤其包括从主电源到与各个灯的要求相对应的AC电压和频率的功率转换以及电流到灯的流动的限制和控制。能够在电子镇流器中提供调光电路，以允许用户手动或自动将灯调到期望的亮度。不幸地，调光电路呈现许多问题。

从照明系统中获得信息来检查诸如故障条件和/或灯寿命之类的镇流器和灯操作对于故障排除和维护是非常有价值的。不幸地，用于模拟调光信号、例如用于操作在0-10伏特DC的调光信号的调光电路仅允许信息从调光器流至电子镇流器，而反之则不然。传送模拟调光信号的镇流器导线向电子镇流器提供可访问端口，但是目前的调光电路只能从镇流器导线中接收信号。目前的电子镇流器要求专用的通信电路或更复杂的数字通信方案诸如DALI协议来从电子镇流器发送信息。这增加电子镇流器的大小、复杂度和成本。

用于电子镇流器的调光电路具有的其它问题包括效率和灯寿命。与日光收获（daylightharvesting）相结合的调光当与静态系统相比时能够提供差不多40％的能源节省或更多的能源节省。不幸地，调光系统效率在灯被调暗时下降，并且灯寿命可能受到损害。针对日光收获而调光镇流器的一种方案是在光需求降低时即在更多日光变得可用时立即切断灯组。然而，切断导致住户感觉照明出了问题并产生不希望的分心。另一个方案是在光需求降低时持续调暗灯，但是灯只能被调暗到最小照明水平，诸如5％，并且与全光输出相比，这些灯在最小光输出上是更加效率低下的。

用于电子镇流器的调光电路具有的还一个问题是保持适当的灯丝加热。为了实现其额定寿命，灯必须总是具有适当的灯丝加热，包括当灯被调暗时具有适当的灯丝加热。不适当的灯丝加热可能由于给阴极加压并在玻璃灯泡上沉积阴极材料而浪费能源和/或减少灯寿命。不充分的灯丝加热也可能在灯电流减少时导致灯放电的损失。目前，在电子镇流器中使用标准化的灯丝加热限制，这是针对不同制造商的灯的最佳要求之间妥协的结果。这导致一些灯利用过冷灯丝运行（减少灯寿命），而其它灯利用过热灯丝运行（减少灯寿命并浪费能源）。

具有将克服上面缺点的带有调光电路的电子镇流器将是所希望的。

本发明的一个方面提供接收模拟调光信号的电子镇流器调光电路，该电子镇流器调光电路包括：可操作来在模拟调光信号输入上接收模拟调光信号的输入调光电路；和可操作连接到输入调光电路的输出调光电路，该输出调光电路可操作来接收具有可变占空比的固定频率信号和生成模拟调光控制信号，以响应模拟调光信号。当模拟调光信号没有出现在模拟调光信号输入上时，在模拟调光信号输入上的输出电压是固定频率信号的可变占空比的函数。

本发明的另一方面提供可操作连接到第一灯和第二灯的电子镇流器，该电子镇流器包括：可操作来接收调光信号和生成功率转换器控制信号的控制电路；和可操作来接收功率转换器控制信号以及提供第一灯功率给第一灯和提供第二灯功率给第二灯的功率转换器。当调光信号大于预定调光信号时，功率转换器响应于该调光信号而在最小第一灯功率和最大第一灯功率之间控制第一灯功率，并且功率转换器将第二灯功率设置为断开。当调光信号小于预定调光信号时，功率转换器响应于该调光信号而在中间第一灯功率和最大第一灯功率之间控制第一灯功率，并且该调光控制信号在中间第二灯功率和最大第二灯功率之间控制第二灯功率，以响应该调光信号。

本发明的另一方面提供可操作连接到具有灯丝的灯的电子镇流器，该电子镇流器包括：可操作来接收命令信号和生成功率转换器控制信号的微控制器；可操作连接到微控制器的存储器，该存储器可操作来存储多个灯丝加热配置文件（profile）；以及响应于功率转换器控制信号来提供灯丝功率给灯丝的功率转换器。微控制器从存储器中选择多个灯丝加热配置文件中的一个并按照多个灯丝加热配置文件中所选择的一个来控制功率转换器控制信号。

本发明的前述和其它的特征和优点从结合附图阅读的目前优选实施例的以下具体描述中将变得进一步明显。具体描述和附图只是说明本发明，而不是限制利用随附的权利要求书及其等价物来定义的本发明的范围。

图1是根据本发明的电子镇流器的框图；

图2是根据本发明的电子镇流器的调光电路的框图；

图3是根据本发明的电子镇流器的调光电路的示意图；和

图4是用于根据本发明的电子镇流器的灯输出相对于调光调整点（setpoint）的图表。

图1是根据本发明的电子镇流器的框图。该电子镇流器是可调光的，以致灯光输出能够针对特定应用根据需要来设置。

电子镇流器100接收主功率（mainspower）102并向灯106提供灯功率104。在一个实施例中，电子镇流器100也提供灯功率108给可选的灯110。电子镇流器100包括控制电路120和功率转换器140。

功率转换器140接收主功率102并提供灯功率104、108，以响应来自控制电路120的功率转换器控制信号142。功率转换器140也能够响应于功率转换器控制信号142而向灯106的灯丝105提供灯丝功率103。功率转换器140能够向控制电路120提供功率转换器信息信号144。功率转换器信息信号144能够包括有关灯106、110和功率转换器140的信息，以便在电子镇流器100的操作与维护中使用。在一个实施例中，功率转换器信息信号144包括灯106、110和功率转换器140的故障信息。

控制电路120能够包括微控制器122和通过链接126可操作连接到微控制器122的存储器124。在一个实施例中，存储器124对于微控制器122而言是内部的。存储器124能够用于存储用于电子镇流器100的操作的信息，比如灯丝加热配置文件。

通过模拟输入、数字输入或其它适当的调光输入能够提供灯106、110的调光。在一个实施例中，控制电路120的微控制器122响应于可操作连接到照明控制系统130的通信信号128。通信信号128能够符合诸如DALI协议、DMX协议等的有线控制方案或符合诸如Zigbee协议等的无线控制方案。通信信号128能够通过控制电路120和功率转换器140来控制灯106、110的调光。在另一实施例中，控制电路120包括向微控制器122提供调光控制信号133的调光电路132。调光信号134可以是0-10伏特模拟信号。电子镇流器100在调光信号输入136上从可操作连接到调光器160的镇流器导线接收调光信号134。当调光信号输入136也被用作电子镇流器信息输出时，也能够可选地在调光器160和调光信号输入136之间包括转换器162和传感器164。转换器162能够将调光器160从电子镇流器100中断开，并且传感器164能够在调光信号输入136上读取输出电压。

电子镇流器能够存储许多灯丝加热配置文件，比如默认的灯寿命和/或效率灯丝加热配置文件。灯丝加热配置文件指定在不同的调光水平上的操作期间使用的灯丝电流。在一个实施例中，电子镇流器可操作连接到具有灯丝的灯。电子镇流器包括微控制器122、存储器124和功率转换器140。微控制器122可操作来接收通信信号128和生成功率转换器控制信号142。存储器124可操作连接到微控制器122并可操作来存储许多灯丝加热配置文件。功率转换器140响应于功率转换器控制信号142来向灯丝105提供灯丝功率103。

在操作中，微控制器122从存储器中选择灯丝加热配置文件中的一个并根据这许多灯丝加热配置文件中所选择的一个来控制功率转换器控制信号。在一个实施例中，微控制器122响应于来自照明控制系统130的通信信号128来选择灯丝加热配置文件中的一个。每当微控制器加电时，微控制器能够选择默认的灯丝加热配置文件，或每当微控制器加电时，微控制器能够选择最近使用的灯丝加热配置文件。

若干灯丝加热配置文件可能适于不同的灯和不同的操作目标。在没有任何其它的指令指导微控制器122选择特定的灯丝加热配置文件的情况下，微控制器122能够选择默认的灯丝加热配置文件。默认的灯丝加热配置文件能够基于针对许多不同制造商的灯的标准化的灯丝加热要求。灯寿命灯丝加热配置文件能够基于诸如通过提供防止灯丝太冷或太热运行的灯丝电流而对于特定灯提供最长寿命的灯丝加热配置文件。效率灯丝加热配置文件能够基于诸如提供防止灯丝太热运行的灯丝电流提供最大效率的灯丝加热配置文件。

图2是根据本发明的电子镇流器的调光电路的框图。在这个示例中，调光电路既充当用于模拟调光信号至电子镇流器的输入，也充当用于电子镇流器信息的输出。电子镇流器信息能够包括诸如故障、维护参数等的有关灯和/或电子镇流器的信息。

用于电子镇流器的调光电路200包括输入调光电路210和可操作连接到输入调光电路210的输出调光电路220。在这个示例中，输出调光电路220通过隔离变压器230可操作连接到输入调光电路210。当转换器254被闭合时，输入调光电路210在模拟调光信号输入212上从调光器250接收模拟调光信号252。在一个实施例中，来自调光器250的模拟调光信号252是0-10伏特DC。输出调光电路220可操作来接收具有可变占空比的固定频率信号222和生成模拟调光控制信号224以响应模拟调光信号252。在一个实施例中，微控制器260提供固定频率信号222。在一个实施例中，模拟调光控制信号224是0-5伏特DC。当转换器254打开以致模拟调光信号252不出现在模拟调光信号输入212上时，在模拟调光信号输入212上的输出电压是固定频率信号222的可变占空比的函数。因而，固定频率信号222的占空比能够被改变，以便通过镇流器导线从电子镇流器提供信息，将从调光器到电子镇流器的通常信息流反向。在一个实施例中，固定频率信号222是具有可变占空比和大约30kHz的固定频率的0-5伏特方波。

模拟调光信号输入212能够被编码来指示在电子镇流器和灯中不同的故障和/或操作条件。在一个实施例中，在模拟调光信号输入212上的输出电压被分成离散电压电平，其中每个离散电压电平对应于特定的电子镇流器信息，比如特定的故障或操作条件，例如，1伏特指示故障1，2伏特指示故障2，等等。在另一实施例中，在模拟调光信号输入212上的输出电压是能够被编码来指示诸如特定故障或操作条件之类的电子镇流器信息的串行字符串信息，例如，其后面跟随着2伏特的1伏特能够指示故障1，其中2伏特后面跟随着1伏特。那些本领域技术人员将意识到：能够针对特定应用根据需要来选择编码。

图3是根据本发明的电子镇流器的调光电路的示意图，其中在图3中相似的元素与图2共用相似的参考数字。当调光器连接到调光电路时，固定频率信号的占空比是恒定的，而改变模拟调光信号改变设置灯输出的模拟调光控制信号。当调光器没有连接到调光电路时，改变固定频率信号的占空比改变在模拟调光信号输入上的电压输出，其通过镇流器导线从电子镇流器向外发送信息。

当调光器（未示出）连接到模拟调光信号输入212时，模拟调光控制信号224控制灯的调光。跨越模拟调光信号输入212连接的调光器可以是诸如提供0-10伏特DC的可变电压源之类的可变电压源或诸如提供0-500千欧的可变阻抗之类的可变阻抗。带有初级绕组L3012和次级绕组L3011的变压器230在输入调光电路210和输出调光电路220之间提供隔离。

在输入调光电路210中，电阻器R301是用于在将电子镇流器错误接线到线电压的情况下限制输入电流的保护装置。电阻器R301可以是正温度系数（PTC）电阻器。电容器C301是滤波电容器，并且电阻器R3起着放电电阻器的作用。齐纳二极管Z301用于将模拟调光信号252限制到诸如10伏特的预定最大电压。转换器Q301、电阻器R302和电容器C302的组合形成缓冲放大器，以致在211上的电压紧跟随在模拟调光信号输入212上的模拟调光信号252的电压。

在输出调光电路220中，变压器230的初级绕组L3012和次级绕组L3011、转换器Q1、二极管D301和电容器C303形成反激变换器。在一个实施例中，转换器Q1是MOSFET。电容器C305用于平均在211上的固有方波。当转换器Q1被转换为OFF（断开）时，齐纳二极管Z302和二极管D302限制在初级绕组L3012上的反向电压。电阻器R306和R307形成电阻分压器来缩小（scaledown）在221上的电压，并且电容器C306起着滤波电容器的作用。

在操作中，当转换器Q1被转换为ON（接通）时，初级绕组L3012利用由电阻器R305限制的通过初级绕组L3012的电流来磁化。当转换器Q1被转换为OFF时，在次级绕组L3011中的去磁电流流过二极管D301并对电容器C303充电。在转换器Q1的ON周期期间，电容器C303通过电阻器R301和转换器Q301的集电极放电。由于晶体管转换器Q301的高电流增益，所以晶体管转换器Q301的基极电流流过电阻器R301并流至模拟调光信号输入212。晶体管转换器Q301的基极电流是晶体管转换器Q301的集电极电流的小部分（fraction）（例如，1/100）。因此，流过初级绕组L3012的电流是在模拟调光信号输入212上的输入电压或输入阻抗的函数：输入电压或阻抗越高，流过初级绕组L3012的电流就越低，并且在电阻器R305上的电压下降。对于固定频率信号222的给定占空比，通过模拟调光控制信号224控制灯调光的221上的平均电压是模拟调光信号252的函数。

当调光器（未示出）没有连接到模拟调光信号输入212时，改变固定频率信号222的占空比改变在模拟调光信号输入212上的电压输出，其通过镇流器导线从电子镇流器向外发送信息。调光电路200的组件如上所述。

改变转换器Q1的占空比改变电容器C303的充电和放电次数，其改变在模拟调光信号输入212上的电压。因此，在模拟调光信号输入212上的电压根据转换器Q1的占空比而改变。转换器Q1的占空比能够被设置到特定值以便在模拟调光信号输入212上提供特定电压或能够被调制以生成在模拟调光信号输入212上的电压的串行编码字符串。在一个实施例中，微控制器或微处理器用于改变固定频率信号222的占空比和表示将要发送的信息。在另一个实施例中，固定频率信号222的占空比能够利用诸如计时器、PWM集成电路等的离散半导体元件来改变。那些本领域技术人员将意识到：来自电子镇流器的信息能够在模拟调光信号输入212上以模拟或数字形式来呈现。

使用调光电路200来从电子镇流器发送信息能够在故障或非故障操作条件期间使用。对于非故障操作条件，模拟调光控制信号224比如通过在微控制器上阻断该信号而被电子镇流器逻辑忽略。

图4是用于根据本发明的电子镇流器的灯输出相对于调光调整点的图表。在这个示例中，照明系统包括两个被互补调光的灯。参考图1，电子镇流器100可操作连接到第一灯106和第二灯110，并包括可操作来接收调光信号134和生成功率转换器控制信号142的控制电路120以及功率转换器140，其中功率转换器可操作来接收功率转换器控制信号142以及向第一灯106提供第一灯功率104和向第二灯110提供第二灯功率108。那些本领域技术人员将意识到：照明系统能够针对特定的应用根据需要使用不同的配置。在一个实施例中，第一灯和第二灯之中的每一个从它们自己的专用镇流器中被供电。在另一个实施例中，每一个灯包括许多个别灯。

参见图4，单个灯输出（第一灯输出或第二灯输出）位于左垂直轴上，而系统灯输出（第一灯输出加上第二灯输出）位于右垂直轴上。调光信号位于水平轴上，其中百分之100调光信号（灯全部被调暗）位于左侧，而百分之零调光信号位于右侧（灯全部接通）。因而，调光信号朝向左侧越大，并且调光信号朝向左侧增加。系统灯输出轨迹（trace）310说明系统灯输出。第一灯轨迹320、322、324说明第一灯输出，而第二灯轨迹330、332、334说明第二灯输出。

在这个示例中，第一灯和第二灯具有相同的光输出，因此最大系统光输出是最大的个别灯功率的两倍，并且中间的个别灯功率是最大的个别灯功率的一半。预定调光信号是百分之50。那些本领域的技术人员将意识到：不同的灯组合以及最大、中间和最小点能够针对特定应用根据需要来选择。在一个实施例中，第一灯和第二灯具有不同的光输出。

当调光信号在区域I中大于预定调光信号时，功率转换器在最小第一灯功率和最大第一灯功率之间控制第一灯功率，以响应如利用第一灯轨迹320所示的调光信号。如利用第二灯轨迹330所示的，功率转换器将第二灯功率设置为断开。

当调光信号在区域II中小于预定调光信号时，功率转换器在中间第一灯功率和最大第一灯功率之间控制第一灯功率，以响应如利用第一灯轨迹324所示的调光信号。调光控制信号在中间第二灯功率和最大第二灯功率之间控制第二灯功率，以响应如利用第二灯轨迹334所示的调光信号。

第一灯和第二灯在区域I和区域II之间在预定调光信号上进行互补过渡（complementarytransition）。当调光信号增加越过预定调光信号时，即当调光信号增加到左侧时，功率转换器将第一灯功率渐变（ramp）至最大第一灯功率并将第二灯功率渐变至最小第二灯功率。当调光信号降低越过预定调光信号至右侧时，功率转换器将第一灯功率渐变至中间第一灯功率并将第二灯功率渐变至中间第二灯功率。第一灯功率利用第一灯轨迹322来说明，而第二灯功率利用第二灯轨迹332来说明。第一灯功率和第二灯功率的变化被平衡，以致系统光输出保持恒定，并且灯的改变对于人眼是察觉不到的。

当第二灯功率达到最小第二灯功率时，功率转换器能够关断第二灯。在大多数灯系统中，最小第二灯功率对应于最小调光水平，比如百分之5光输出。因为当第二灯被关断时第一灯处于最大第一灯功率，所以光输出的变化是几乎察觉不到的。

所描述的调光系统也增加系统灯输出的操作范围。大多数灯具有最小调光水平，比如百分之5光输出。单盏灯只能利用在5％和100％之间的光输出来操作。在两盏灯系统中，每盏灯具有相同的最大光输出和相同的最小调光水平，诸如5％光输出，该系统能够利用在2.5％和100％之间的系统光输出来操作。仅有单盏灯在低系统灯输出/高调光信号（区域I中的第一灯轨迹322）被通电，因此最小系统灯输出是单盏灯最小调光水平的一半。

虽然此处披露的本发明的实施例目前被认为是优选的，但是能够进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围。在随附的权利要求书中指示本发明的范围，并且意图在此包括落入等价物的意义和范围内的所有改变。

Claims (9)

1.一种接收模拟调光信号的电子镇流器调光电路，所述电子镇流器调光电路包括：

输入调光电路（210），可操作来在模拟调光信号输入（212）处接收模拟调光信号（252）；和

可操作连接到输入调光电路（210）的输出调光电路（220），所述输出调光电路（220）可操作来接收具有可变占空比的固定频率信号（222）并生成模拟调光控制信号（224），以响应模拟调光信号（252）；

其中当模拟调光信号（252）没有出现在模拟调光信号输入（212）处时，在模拟调光信号输入（212）处的输出电压是固定频率信号（222）的可变占空比的函数。

2.如权利要求1的电子镇流器调光电路，其中所述输出调光电路（220）通过隔离变压器（230）可操作连接到输入调光电路（210）。

3.如权利要求1的电子镇流器调光电路，进一步包括可操作来生成固定频率信号（222）的微控制器（260）。

4.如权利要求1的电子镇流器调光电路，其中输出电压的离散电压电平对应于特定的电子镇流器信息。

5.如权利要求1的电子镇流器调光电路，其中输出电压是串行编码的电子镇流器信息。

6.如权利要求1的电子镇流器调光电路，进一步包括：

微控制器，可操作来接收模拟调光控制信号（224）并生成功率转换器控制信号；和

功率转换器，可操作来接收功率转换器控制信号并提供灯功率。

7.如权利要求6的电子镇流器调光电路，其中所述功率转换器进一步可操作来提供功率转换器信息信号给微控制器。

8.如权利要求1的电子镇流器调光电路，进一步包括通过开关（254）可操作连接到模拟调光信号输入（212）的调光器（250）。

9.如权利要求8的电子镇流器调光电路，进一步包括传感器，可操作连接到模拟调光信号输入（212），以测量在模拟调光信号输入（212）处的输出电压。