具体实施方式
图1A-1B是示意性地示出了包括气体放电灯5的照明系统1A、1B的方框图。灯5包括两端具有电极3、4的管2,其具有标称功率额定值W1a,其表示所述灯被设计为在所述功率上工作,通常在灯本身上和/或在其包装上指出W1a的值。将每一电极3、4实现为具有第一端子3a、4a和第二端子3b、4b的螺旋形灯丝。将所述第一电极3的第一端子3a借助串联的镇流器B连接至市电M。将第二电极4的第一端子4a连接至市电M的另一引线。就图1A的情况而言,镇流器B由电感器L构成;就图1B的情况而言,镇流器B由与电容器C串联的电感器L构成。图1A的镇流器将被指示为电感镇流器。在图1B的设计中,总体性能将是电容性的(在工作频率上,电容器的阻抗高于电感器的阻抗),出于所述原因,将图1B的镇流器指示为电容性镇流器。在双重实施例(未示出)中,将有两个等同类型的灯,一个灯具有电感镇流器,而另一灯具有电容镇流器,这两个镇流器相互匹配,从而使总体阻抗为阻性的。在这样的双重实施例中,重要的是两个灯的光输出几乎彼此相等。
将起动器装置10连接于第一电极3的第二末端3B和第二电极4的第二端子4b之间。起动器装置10具有分别连接至灯电极3、4的第二端子3b、4b的两个电极13、14。在图1A和图1B中,为了简单起见,将起动器装置10简单地示为只包括连接于所述端子13、14之间的机械开关11。这样的实施例将对应于常规双金属开关。
图2是示意性地示出了根据本发明的自适应起动器装置20的方框图,该装置能够用来取代现有的机械起动器。与图1A-1B的常规起动器装置10相比较,机械开关11被可控开关S代替,而自适应起动器装置20还包括用于控制可控开关S的控制电路25。控制电路25具有分别耦合到自适应起动器装置20的所述端子13、14上的两个输入端子23、24,以及耦合至所述可控开关S的控制输入的控制输出端子26。
应当指出,可控开关S的设计对于实现本发明并不是很关键,本领域技术人员应当清楚这一点。例如,可以将开关S实现为MOSFET、晶闸管灯。
控制电路25能够在起动模式下工作,从而使灯起动,也能够在正常模式和亮度减低模式下工作。在所述正常模式下,开关S持续断开,即非导电,因而全部电流都将流过灯。在亮度减低模式下,将控制电路25设计为在其控制输出端子26处生成用于可控开关S的控制信号Sc,其方式使得,在所述电流的每半个周期内,使开关S短暂地闭合,从而使灯短路,进而使电流不再流经灯而是流经开关。
图4是示出了根据现有技术的控制电路25的操作的曲线图。曲线41示出了灯电压(以伏表示,左手边纵轴),曲线42示出了灯电流,曲线43示出了通过开关S的电流(以安培表示,右手边纵轴)。在时间t1处示出了电流的零交叉:在该时刻上,开关S断开,灯电压(曲线41)达到独立于电流水平的稳定电平,而灯电流(曲线42)则遵循基本上为正弦形的曲线。在时刻t2上,开关S闭合,其使得灯电压和灯电流几乎同时降为零,并使电流继续通过所述开关流动(曲线43;注意,由于跨越起动器开关S的电压降低而导致了消耗低)。为了清晰起见,将开关电流的电流方向示为与灯电流的电流方向相反。在时间t3上,将产生电流的下一零交叉,开关S再次断开,上述过程重复其自身。
假定灯电流定义了具有处于零和2π之间的相位的周期,时间t1的相位与相角
1=0吻合,时间t2上的使开关闭合的相位与相角
2吻合,时间t3上的使开关断开的相位与相角
3=180°吻合。在市电频率等于50Hz的市电系统中,如图中所示,两个零交叉之间的时间距离T/2=t3-t1,其中T表示20ms的电流周期。短路时间△=t3-t2通常在0.5ms到4ms的范围内发生变化。
根据本发明,将控制电路25设计为分析在其输入端子13、14处接收到的信号,以判断当前与灯串联的镇流器B是电感性的还是电容性的,并且至少在亮度减低模式下根据所述分析的结果调整其控制信号Sc。如果发现镇流器B是电感性的,那么应用上文参考图4描述的控制方法。如果发现镇流器B是电容性的,那么根据不同的控制方法控制开关S,下文将参考图5描述所述方法。
注意,用于评估镇流器类型的方法本身是已知的。将参考图3描述一种可能的方法。
图3是更加详细地示出了控制电路25的可能的实施例的方框图。在这一实施例中,起动器装置20包括用于感测开关S中的电流的电流传感器31。第一定时电路32接收电流传感器输出信号,并提供指示电流的零交叉的定时的第一定时输出信号。
起动器装置20还包括PLL(锁相环)电路33。PLL电路33接收市电电压(或由其导出的信号),从而实现与市电电压的同步。PLL电路33提供指示所述电压的零交叉的定时的第二定时电路。在灯电极的预热过程中,跨越所述开关的电压基本为零,所述PLL电路33不再接收电压信号,但是所述PLL电路33继续提供其第二定时输出信号,本领域技术人员应当清楚这一点。
定时比较器34接收来自第一电路32的第一定时输出信号和来自PLL电路33的第二定时输出信号。定时比较器34适于测量第一和第二输出信号之间的定时延迟△t,使这一延迟与预定延迟阈值△TH进行比较,并根据所述定时延迟△t是大于阈值△TH还是小于阈值△TH而提供具有第一值或第二值的输出信号。开关控制器35接收来自定时比较器34的输出信号,并根据来自所述定时比较器34的具有第一或第二值的输出信号生成具有适于与电容性或电感性镇流器协同工作的特征的开关控制信号Sc。
注意,可以将开关控制器35和定时比较器34集成为一个单元。同样地,可以使定时比较器34和第一电路32集成。
图5是可以与图4进行比较的曲线图,其示出了根据本发明的电子开关在亮度减低模式下的工作,其用于电容性镇流器的情况。时间t1和t3仍然指示电流的零交叉,时间t2指示开关S闭合的开关切换时刻。时间t4是开关S再次断开的切换时刻。其与现有技术的切换方法的主要区别在于t4稍微晚于t3。
将从时间t2到t4的时间周期称为闭合时间间隔CTI,在该周期内开关S1持续闭合。可以将这一闭合时间间隔CTI划分成零交叉前的具有时长△1=t3-t2的第一闭合时间段CTS1和处于零交叉后的具有时长△2=t4-t3的第二闭合时间段CTS2。换言之,在现有技术当中闭合时间间隔CTI整个延伸于两个相继的零交叉之间(即以一个零交叉为端点)而根据本发明的闭合时间间隔CTI则发生了移位,从而使其在一个零交叉的相对两侧延伸。
在下文中,将讨论一些实验的结果,其中,以时间单位(毫秒)表示闭合时间的时长△1和△2。在这些实验中,采用50Hz的市电频率,其对应于20ms的电流周期。参考上文的解释,应当清楚,可以根据θ=△/T将所有的时长△1和△2转换成相持续(phase duration)θ1和θ2。发现,对于不同的市电频率而言,如果对时间持续长度△1和△2进行调整,从而使相持续θ1和θ2保持恒定,那么实验结果相似,甚至相同。
图6A和6B是示出了在58W电容性镇流器中测得的第一闭合时间段CTS1(图6A)和第二闭合时间段CTS2(图6B)对系统电流([以安培为单位的Irms];左侧轴)和镇流器中的功耗([瓦];右侧轴)的影响的曲线图。在图6A中,选择第二闭合时间段CTS2的持续时间Δ2等于零;使持续时间Δ1(水平轴,[ms])从零增大到4.5ms将导致系统电流的增大(曲线61)以及镇流器中的功耗的增大(曲线62)。在图6B中,选择第一闭合时间段CTS1的持续时间Δ1等于2.5ms;使持续时间Δ2(水平轴,[ms])从零增大到0.6ms将导致系统电流的降低(曲线63)以及镇流器中的功耗的降低(曲线64)。此外,将限制具有电感镇流器的灯和具有电容镇流器的灯之间的光输出差异。在优选实施例中,具有电感镇流器的灯的亮度减低水平大约为70%,具有电容镇流器的灯的亮度减低水平大约为80%。
改变相应的闭合时间段CTS1和CTS2的持续时间对功耗、光输出和噪声生成具有影响,下文将参考图7-10对此予以讨论,图7-10示出了对TLD 36W灯执行的测量结果。
图7是示出了镇流器中的功耗[%]的增大的等值线图,所述功耗增大是第一闭合时间段CTS1的持续时间Δ1(水平轴,[ms])和第二闭合时间段CTS2的持续时间Δ2(纵轴,[ms])的函数。可以看出,大体上,Δ1的增大导致功耗的增大,而Δ2的增大则使得功耗降低。基于这些结果,将倾向于使Δ1尽可能保持低值,并选择尽可能高的Δ2。
图8是示出了具有电容镇流器的灯的节能提高[%]的等值线图,所述节能提高是第一闭合时间段CTS1的持续时间Δ1(水平轴,[ms])和第二闭合时间段CTS2的持续时间Δ2(纵轴,[ms])的函数。可以看出,大体上,Δ1的增大将使得节能提高,而Δ2的增大也将使得节能提高。基于这些结果,将倾向于选择尽可能高的Δ1以及选择尽可能高的Δ2。
图9是示出了双电枢中具有电容镇流器的灯和具有电感镇流器的灯之间的光输出差[%]的等值线图,所述光输出差是第一闭合时间段CTS1的持续时间Δ1(水平轴,[ms])和第二闭合时间段CTS2的持续时间Δ2(纵轴,[ms])的函数。可以看出,大体上,Δ1的增大将使得光输出差降低,而Δ2则没有太大影响。基于这些结果,将倾向于选择尽可能高的Δ1,而对Δ2则不存在选择倾向。
图10是示出了具有电容镇流器的灯的噪声水平[dBa]的等值线图,所述噪声水平是第一闭合时间段CTS1的持续时间Δ1(水平轴,[ms])和第二闭合时间段CTS2的持续时间Δ2(纵轴,[ms])的函数。可以看出,大体上,Δ2的增大将导致噪声水平的增大,而Δ1则没有太大影响,但是Δ1的增大倾向于使噪声水平略微增大。基于这些结果,将倾向于选择尽可能低的Δ2,而对Δ1则不存在强的选择倾向。
对相同类型的灯的其他样品实施了类似的实验。发现测量结果相互之间具有良好的一致性,尽管也发现了个体变化。
此外,对其他类型的灯实施了类似的实验。尽管可以认识到大体的趋势与上文讨论的趋势类似,但是等值线的确切形状以及参数的确切值通常将取决于灯的类型。
可以基于几个考虑因素完成对Δ1和Δ2的工作值的选择。可以针对具体的灯类型执行优化,从而得到每种灯类型的可减低亮度的起动器。可能还希望提供一种适于所有的灯类型的通用起动器。此外,其结果可能是几个设计考虑事项之间的折衷结果,并且将取决于不同设计考虑事项的相对权重。
例如,噪声是很重要的。一个设计考虑事项是噪声应当低于35dBA。在该情况下,在图10的基础上,对于这一具体的灯类型而言,可以判定Δ2应当低于0.35ms(θ2<0.0175)。
而且,安全也是重要的。这意味着温度应当受到限制,换言之,镇流器内的功耗不应过高。一个设计考虑事项可以是功耗的增大应当低于15%。在该情况下,在图7的基础上,对于这一具体的灯类型而言,可以判定Δ1应当小于3.50ms(θ1<0.175)。
可能希望实现一定程度的节能,并且多多益善。因此,在图8的基础上,对于这一具体的灯类型而言,可以判定Δ1应当高于3.25ms(θ1>0.162),从而实现至少8%的节能。
如果稍微高一些的噪音水平是可以接受的(其取决于采用灯的位置的环境条件,还可能取决于灯具的消声特性),可以判定,在图10的基础上,对于这一具体的灯类型而言,Δ2应当低于0.5ms(θ2<0.025)。这为选择其他参数提供了更多一些的自由度。例如,在图7的基础上,对于这一具体的灯类型而言,可以判定Δ2应当高于0.35ms(θ2>0.0175),Δ1应当低于4.5ms(θ1<0.225)。在这种情况下,在将Δ1设为高于3.25ms(θ1>0.162)时,节能情况就已经优于前一例子了,甚至可以判定选择高于3.75ms(θ1>0.187)的Δ1,从而实现至少12%的节能。应当指出,同时还改善了光差,这一点可以从图9看出。
总之,本发明提供了一种荧光灯5的操作方法,所述荧光灯具有额定功率WLa并采用EM镇流器B使其稳定。所述方法包括在正常工作当中,使灯在每一电流周期中的闭合时间间隔CTI内发生短路,从而使灯在降低的功率上工作的步骤。
所述方法包括检测所述灯是利用电感镇流器还是利用电容镇流器稳定化的步骤。如果发现镇流器是电容性的,那么通过设置闭合时间间隔CTI的定时使得闭合时间间隔CTI具有紧靠电流的零交叉之前的具有高于零的第一持续时间Δ1的第一闭合时间段CTS1和紧靠所述电流的零交叉之后的具有高于零的第二持续时间Δ2的第二闭合时间段CTS2。
尽管已经在附图和上述说明中详细示出和描述了本发明,但是本领域技术人员应当清楚,应当将这样的图示和说明看作是示范性或示例性的,而不是限定性的。本发明不限于所公开的实施例;相反,在所附权利要求界定的本发明的保护范围内可能存在几种变型和修改。例如,作为单独的电子起动器装置的替代,还有可能在具有电容镇流器的驱动装置中实施本发明。在这种情况下,将没有必要检测所述镇流器是否是电容性的。
通过研究附图、说明书和所附权利要求,本领域技术人员能够在实践所要求保护的本发明的过程当中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中,“包括”一词不排除其他元件或步骤,单数冠词不排除复数。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中列举的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。不应将权利要求中的附图标记推断为限制本发明的范围。
在上文中,已经参考示出了根据本发明的装置的功能块的方框图对本发明做出了解释。应当理解,可以通过硬件实现这些功能块中的一个或多个功能块,在这种情况下通过单独的硬件部件执行这样的功能块的功能,但是也可能通过软件实现这些功能块中的一个或多个功能块,从而通过计算机程序的一个或多个程序行或者诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等的可编程装置执行这样的功能块的功能。