CN102640572B - 用于驱动荧光灯的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于在低调暗级别和高调暗级别之间的调暗范围内驱动具有可变光输出的荧光灯(L)的方法。灯功率和灯电流受到监视。在高调暗级别，灯控制基于电流控制；在低调暗级别，灯控制基于功率控制；在中间级别，灯控制基于电流和功率控制两者。获得指示灯电流的第一测量信号(Ilamp)和指示灯功率的第二测量信号(Plamp)。计算作为所述两个测量信号的函数并且作为暗淡级别的函数的误差信号(Serr)。随着逐渐增大的暗淡级别，第一测量信号(Ilamp)对于所述误差信号(Serr)的贡献增大，而第二测量信号(Plamp)对于所述误差信号(Serr)的贡献减小。

Description

用于驱动荧光灯的方法和设备

技术领域

本发明一般而言涉及用于驱动荧光灯的方法和设备。具体而言，本发明涉及具有调暗能力的这种驱动器。

背景技术

荧光灯和用于驱动荧光灯的设备是普遍已知的，因此在此省略详细的说明。图1是示出荧光灯L和用于驱动此灯的驱动器1的示意框图。驱动器具有输入端子2，其用于接收指示处于0和100%之间范围中的期望暗淡级别的用户输入命令信号。如果输入命令信号指示100%的暗淡级别，则灯工作在其额定值的100%处以便产生其额定光输出的100%。如果输入命令信号指示更低的暗淡级别，则以降低的功率使灯L工作以便产生降低的光输出。例如根据DALI规范(在该情况下，作为DALI信号的函数的期望输出级别被精确地指定)，输入命令信号例如可以是模拟信号或数字信号。在任何情况下，需要光输出是稳定的，并且在DALI系统的情况下，光输出应当满足DALI规范。

一个解决方案将会是实际地测量光输出，但是由于其需要添加至少一个光学传感器，因此这是复杂的并且相对昂贵的。因此，在实际系统中，基于光输出与电气参数成比例的知识，通过监视和控制这种电气参数来监视和控制光输出。

适合作为控制参数的一个电气参数是灯电流；在其中灯电流被用作控制参数的灯驱动器是已知的。

适合作为控制参数的另一个电气参数是灯功率；在其中灯功率被用作控制参数的灯驱动器是已知的。

发明内容

当灯工作在或者接近于其额定光输出的100%时，尤其是考虑到灯寿命，电流控制的使用相比于功率控制是优选的。另一方面，当灯被调暗到低暗淡百分比时，考虑到色彩稳定性，功率控制的使用相比于电流控制是优选的。

还存在能够在电流控制和功率控制之间切换的灯驱动器。US-5.066.894中公开了示例。此文献公开了在电流控制和功率控制两者都不适当的情况下基于测量放电电阻的另一控制机制。然而，每当到达从一种控制方法到另一种进行切换的点时，存在导致灯闪烁的灯行为不连续性的风险。

本发明目标在于克服以上缺点。尤其是，本发明目标在于提供用于在大的调暗范围上驱动荧光灯的设备，该设备享有低调暗范围中功率控制的优点以及高调暗范围中电流控制的优点，并且不会遭受不同控制方案之间切换的缺点。

根据本发明的一个重要方面，结合功率控制使用电流控制来控制灯，其中，控制中的电流影响和功率影响之比作为调暗级别的函数连续地改变。

在从属权利要求中提到了其他有益的阐述。

值得注意的是，调暗将降低光输出，从而更多的调暗将导致更少的光。在本发明的上下文中，以与“调暗光级别”对应的意义使用措辞“调暗级别”，因此调暗级别零对应于没有光输出。

附图说明

将参照附图通过下面对于一个或多个优选实施方式的描述来进一步说明本发明的这些和其它方面、特征和优点，在附图中，相同的附图标记指示相同或类似的部分，并且在附图中：

图1是示意性地示出用于驱动荧光灯的驱动器的框图；

图2是示意性地示出根据本发明的驱动器的框图；

图3A示意性地图示电流控制；

图3B示意性地图示功率控制；

图4示意性地图示根据本发明的混合的电流和功率控制；

图5是示意性地图示分别对于电流和功率的两个误差函数的曲线图；

图6A和6B是示意性地图示误差函数的变型的曲线图。

具体实施方式

图2示意性地示出根据本发明的灯驱动器的一个实施例，其通常由附图标记100指示。驱动器100包括用于在供给线111、112处提供基本上恒定的电压的供给级110，所述供给级100例如将市电AC电压转换为灯电压。由于适当的供给级是已知的，因此更详细的描述和说明予以省略。

驱动器100进一步包括切换级120，其具有用于连接到灯L的灯电极的输出端子128、129，所述切换级120在此示例中具有半桥拓扑。尤其是，切换级120包括连接在两条供给线111、112之间的两个可控开关121、122的串行布置；所述两个开关之间的节点指示为A。电感器123和第一电容器124的串行布置连接在节点A和一个输出端子128之间，而另一输出端子129直接连接至第二供给线112。第二电容器125连接在所述第二供给线112和所述电感器123与第一电容器124间的节点B之间。将可控开关121、122适当地实现为NMOSFET。

为了控制两个可控开关121、122，驱动器100包括控制设备130，其例如实现为被适当地编程的微处理器，具有用于产生经由电平移位器137去往两个可控开关121、122的控制信号Sc的控制输出端132。值得注意的是，可以将电平移位器137和控制设备130集成为一个单个的设备。进一步值得注意的是，控制信号的精确性质是无关的，并且不必向本领域技术人员加以解释；唯一重要的方面在于控制信号的变化允许灯电流在零和100%之间的变化，通常为占空比控制。

控制设备130具有命令输入端131，其用于接收指示期望输出光级别或暗淡级别的用户输入命令信号(例如，DALI信号)。控制设备130还具有：电流输入端134，其用于接收指示被提供给灯的输出功率的测量信号Sp；以及电压输入端135，其用于接收指示灯电压的测量信号Sv。为了提供指示被提供给灯的输出功率的测量信号Sp，驱动器100包括与开关121、122串联布置的电阻126，所述测量信号Sp取为电阻126上的电压降，其将与开关中的电流成比例并且由此与功率成比例。为了提供指示灯电压的测量信号Sv，驱动器100可以包括单独的电压传感器，或者可以如所示那样将这种传感器集成在控制设备130中，在此情况下，电压输入端135连接至灯输出端子128、129。控制设备130能够通过将(平均)灯功率除以(平均)灯电压来计算(平均)灯电流。

值得注意的是，可替换地，有可能直接测量灯电流，但是这将需要与灯串联的测量电阻器并且在低暗淡级别将会是困难的。在任何情况下，值得注意的是，测量灯电压和/或灯电流和/或灯功率就其本身而言是已知的。

图3A是示意性地图示根据现有技术的控制设备的工作的框图，该控制设备包括用于实现电流控制的电流反馈回路。为了简便起见，使用图2的附图标记。电流控制设备130包括加法器/减法器210和控制信号发生器220，所述控制信号发生器220具有与加法器/减法器210的输出端耦合的输入端。在一个输入端处，加法器/减法器210接收电流基准信号Iref，其可以等于用户控制输入信号或者从用户控制输入信号得到，而在另一个输入端处，加法器/减法器210接收代表(平均)灯电流的信号Ilamp。加法器/减法器210从基准信号Iref中减去电流信号Ilamp。来自加法器/减法器210的输出信号可以被看作为误差信号，并被指示为Ierr。控制信号发生器220接收此误差信号，并且适配其输出控制信号Sc以使得误差信号Ierr降低。

图3B是示意性地图示根据现有技术的控制设备的工作的框图，该控制设备包括用于实现功率控制的功率反馈回路。为了简便起见，使用图2的附图标记。电流控制设备130包括加法器/减法器230和控制信号发生器240，所述控制信号发生器240具有与加法器/减法器230的输出端耦合的输入端。在一个输入端处，加法器/减法器230接收功率基准信号Pref，其可以等于用户控制输入信号或者从用户控制输入信号得到，而在另一个输入端处，加法器/减法器230接收代表(平均)灯功率的信号Plamp。加法器/减法器230从基准信号Pref中减去功率信号Plamp。来自加法器/减法器230的输出信号可以被看作为误差信号，并被指示为Perr。控制信号发生器240接收此误差信号，并且适配其输出控制信号Sc以使得误差信号Perr降低。

图4是与图3A和3B类比的框图，其示意性地图示了根据本发明的控制设备的工作，该控制设备包括电流反馈回路和功率反馈回路以便实现混合的电流和功率控制。电流控制设备130包括第一加法器/减法器310和第二加法器/减法器320。在一个输入端处，第一加法器/减法器310接收从用户控制输入信号得到的电流基准信号Iref，而在另一个输入端处，第一加法器/减法器310接收代表(平均)灯电流的信号Ilamp。第一加法器/减法器310从基准信号Iref中减去电流信号Ilamp。来自第一加法器/加法器310的输出信号可以被看作为误差信号，并被指示为Ierr。同样地，第二加法器/减法器320接收从用户控制输入信号得到的功率基准信号Pref，并且接收代表(平均)灯功率的信号Plamp。第二加法器/减法器320从基准信号Pref中减去功率信号Plamp。来自第二加法器/加法器320的输出信号可以被看作为误差信号，并被指示为Perr。

电流控制设备130进一步包括控制信号发生器330，该控制信号发生器具有输入端，其接收组合误差信号Serr并且适配其输出控制信号Sc，以使得组合误差信号Serr降低(在正常工作中，组合误差信号Serr将为零)。

电流控制设备130进一步包括误差混合器340，其具有接收电流误差信号Ierr的第一输入端341、具有接收功率误差信号Perr的第二输入端342、并且具有将组合误差信号Serr提供给控制信号发生器330的输出端343。

电流控制设备130进一步包括用户控制输入信号转换器350，其接收用户控制输入信号，并且基于接收到的用户控制输入信号产生电流基准信号Iref、功率基准信号Pref和用于误差混合器340的控制信号。便利地，可以将控制输入信号转换器350实现为在输入控制信号和输出信号之间具有一对一关系的查找表或计算器。说明性地，用于误差混合器340的控制信号可以是与暗淡级别对应的、从0到1的范围中的因子β。在DALI系统的情况下，控制输入信号转换器350可以根据下列公式计算输出信号：

，其中D指示DALI步骤，

，其中Pmax指示最大功率，

，其中Imax指示最大电流。

值得注意的是，D是范围介于1和254之间的整数，从而β可以是范围介于0.001到1。

误差混合器340计算组合误差信号Serr作为电流误差信号Ierr、功率误差信号Perr和控制信号β的函数，其可以以公式表示为Serr = f(Ierr,Perr,β)。

对于这种函数，存在若干的可能性。在任何情况下，函数f应当是这样的：随着逐渐增大的β，来自Ierr的贡献逐渐增大(或恒定)，而来自Perr的贡献逐渐减小(或恒定)。优选地，函数f可以被写为分别对于Ierr和Perr的两个单独函数f1和f2的相加：

f(Ierr, Perr,β) = f1(Ierr,β)+ f2(Perr,β)

在适当和简单的实施例中，这两个函数是线性函数：

f1(Ierr,β) =β·Ierr；f2(Perr,β) = (1-β)·Perr

图5是图示这两个函数的曲线图，其中水平轴代表β，并且其中垂直轴代表f1和f2。

在上面讨论的实施例中，f1和f2是在从0到1的范围中线性增大/减小的函数。然而，这不是必需的。图6A示出这样的变化：其中在0＜β＜x1的范围中，f1=0，其中在x2＜β＜1的范围中，f1=1，并且其中在x1＜β＜x2的范围中，f1线性增大，而在同一范围中，f2线性地减小。也可以是f1和f2在相互不同的范围上变化。

图6B示出这样的变化：其中在其导数接近或等于零的S曲线接近于裕量的边缘的某个范围内，f1连续地增大，同时这也适用于f2。这种形状例如可以是正弦形状。

总而言之，描述了用于在低调暗级别和高调暗级别之间的调暗范围内驱动具有可变光输出的荧光灯(L)的方法。灯功率和灯电流受到监视。在高调暗级别，灯控制基于电流控制；在低调暗级别，灯控制基于功率控制；在中间级别，灯控制基于电流和功率控制两者。 

获得指示灯电流的第一测量信号(Ilamp)和指示灯功率的第二测量信号(Plamp)。计算作为所述两个测量信号的函数并且作为暗淡级别的函数的误差信号(Serr)。随着逐渐增大的暗淡级别，第一测量信号(Ilamp)对于误差信号(Serr)的贡献增大，而第二测量信号(Plamp)对于误差信号(Serr)的贡献减小。

尽管已经在附图和前述描述中详细地说明和描述了本发明，然而对于本领域技术人员而言应当清楚的是，这种说明和描述被认为是说明性的或者示例性的而并非限制性的。本发明不限于所公开的实施例；而是，在所附权利要求书中限定的本发明的保护范围内，若干的变型和修改都是可能的。

本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以根据对于附图、公开内容和所附权利要求书的研究来理解并实现对所公开实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它的元件或步骤，并且用语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行权利要求中叙述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的这一纯粹事实不表示不能有益地使用这些措施的组合。

权利要求书中的任何参考符号不应当解释为对范围的限制。

在上面，已经参照说明根据本发明的设备的功能框的框图解释了本发明。要理解，可以以硬件实现这些功能块中的一个或多个，其中这种功能块的功能由单独的硬件组件执行，但是也可以以软件实现这些功能块中的一个或多个，从而通过计算机程序的一个或多个程序行或可编程设备(如，微处理器、微控制器、数字信号处理器等)执行这种功能块的功能。

Claims (6)

1.用于在低的光输出级别和高的光输出级别之间的调暗范围内驱动具有可变光输出的荧光灯(L)的方法，其中灯功率和灯电流受到监视，其中在高的光输出级别，灯控制基于电流控制，而在低的光输出级别，灯控制基于功率控制；

其中在中间级别，灯控制基于电流控制和功率控制两者。

2.如权利要求1所述的方法，其中，获得指示灯电流的第一测量信号(Ilamp)，其中获得指示灯功率的第二测量信号(Plamp)，其中计算作为所述两个测量信号的函数并且作为暗淡级别的函数的误差信号(Serr)，其中控制方法适配灯(L)的驱动信号以便尝试使得误差信号(Serr)等于零，并且其中，随着逐渐增大的暗淡级别，第一测量信号(Ilamp)对于所述误差信号的贡献增大，而第二测量信号(Plamp)对于所述误差信号的贡献减小。

3.如权利要求2所述的方法，其中，计算作为与第一测量信号(Ilamp)和电流基准信号(Iref)之间的差异成比例的电流误差信号(Ierr)，其中，计算作为与第二测量信号(Plamp)和功率基准信号(Pref)之间的差异成比例的功率误差信号(Perr)，并且其中，根据以下公式计算组合误差信号(Serr)：

Serr =f1(Ierr,β)+ f2(Perr,β)

其中，Serr指示组合误差信号，

其中，Ierr指示电流误差信号，

其中，Perr指示功率误差信号，

其中，β是与光输出级别成比例的参数；

其中，f1是这样的函数：对于该函数，针对调暗范围内β的所有值，偏导数                                                ≥0；

并且其中，f2是这样的函数：对于该函数，针对调暗范围内β的所有值，偏导数≤0。

4.如权利要求3所述的方法，其中

并且。

5.如权利要求3所述的方法，其中，由能够取1和254之间的整数值的数字可寻址照明接口（DALI）信号(D)设定所述光输出级别，并且其中，参数β根据下面的公式计算得出：

，其中，D表示DALI信号。

6.用于驱动荧光灯(L)的灯驱动器(100)，包括：

供给级(110)，其用于提供电源；

驱动级(120)，其用于接收电源和产生灯电流；

测量装置，其用于产生测量信号(Sp;Sv)，根据该测量信号(Sp;Sv)可以得到灯功率和灯电流；

控制设备(130)，其用于控制驱动级(120)，该控制设备具有输入端(133;135)，其用于接收所述测量信号并且从所述测量信号得到灯功率和灯电流，该控制设备还具有用户输入端(131)，其用于接收指示所请求的光输出级别cq调暗级别的信号；

其中，控制设备被适配为执行权利要求1-5中的任何一个所述的方法。