CN103517514B - 用于模拟气体放电灯的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
用于模拟气体放电灯的系统和方法。系统包括输入端，所述输入端布置成将来自灯镇流器的电流引导到延迟电路，其中所述延迟电路布置成当达到与气体放电灯的一个或多个特性相关联的预定条件时建立灯镇流器和电灯之间的电连通。
Description
技术领域
本发明涉及适用于电灯器具的电路，以及尤其地但非排它性地涉及利用气体放电灯的镇流器来操作非气体放电灯的电路。
背景技术
气体放电灯，包括高压放电灯、低压放电灯（民用荧光灯）或钠气路灯，在许多民用和商业环境中是受欢迎的照明解决方案。其受欢迎的部分原因是由于其成本相对较低、寿命较长和效率较高。因此，气体放电灯已被安装在各种建筑物、车辆、飞机和政府基础设施内。
最近，随着照明解决方案的不断发展，现代化形式的照明技术变得越来越受欢迎。这些现代化形式的照明技术实例包括发光二极管（LED）阵列，其较安全、可控、持久以及更高效。这些现代化的照明系统正逐步取代气体放电灯在建筑物和车辆内的许多传统应用。然而，这些现代化形式的照明技术的用户所面临的一个难题是，现有的电力基础设施可能不适合操作这些照明解决方案。这是因为许多这些照明解决方案具有相比于气体放电灯完全不同的电特性，以及在一些情况下，由于许多这些照明系统利用被调节的直流电源来工作，因此必须安装诸如电源、电线、镇流器等新的基础设施来操作这些照明解决方案。这将增加更新到更现代化的照明技术的成本，并迫使许多决策者继续使用效率较低的照明技术。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于模拟气体放电灯的系统，其包括：输入端，其布置成将来自灯镇流器的电流引导到延迟电路，其中所述延迟电路布置成当达到与气体放电灯的一个或多个特性相关联的预定条件时建立灯镇流器和电灯之间的电连通。
在第一方面的一个实施例中，与气体放电灯的特性相关联的预定条件是与气体放电灯击穿阶段的持续时间相关联的。
在第一方面的一个实施例中，电灯是布置成取代气体放电灯的一种改装的电灯。
优选地，在一个实施例中，改装的电灯是直流电流驱动灯（诸如LED，OLED，白炽灯）或交流电流驱动灯（交流电流驱动的LED）。
在另一实施例中，改装的电灯不是气体放电灯。
在第一方面的一个实施例中，延迟电路包括延迟部分和与延迟部分电连接的开关部分。
在第一方面的一个实施例中，延迟部分布置成接收来自输入端的电流，以便在开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压，当开关部分两端之间的电压达到预定的水平时，开关部分布置成将电流传输到电灯。
在第一方面的一个实施例中，延迟部分是RC电路，其布置成当该延迟电路通电时利用电容器来在开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压。
在第一方面的一个实施例中，开关部分包括TRIAC组件，其布置成当开关部分两端之间的电压达到预定的水平时建立灯镇流器和电灯之间的电连通。
在第一方面的一个实施例中，开关部分还包括DIAC组件。
在第一方面的一个实施例中，TRIAC组件受控于DIAC组件，以便建立灯镇流器和电灯之间的电连通。
在第一方面的一个实施例中，电灯包括一个或多个发光二极管的阵列。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于模拟气体放电灯的方法，其包括以下步骤：将来自灯镇流器的电流引导到延迟电路，其中所述延迟电路布置成当达到与气体放电灯的一个或多个特性相关联的预定条件时建立灯镇流器和电灯之间的电连通。
在第二方面的一个实施例中，与气体放电灯的特性相关联的预定条件是与气体放电灯击穿阶段的持续时间相关联的。
根据本发明的第三方面，提供了一种适用于照明电路的模拟系统，其包括：
输入端，其布置成将来自灯镇流器的电流引导到延迟电路，其中所述延迟电路布置成一直抵制将电流传输到电灯，直到达到预定的条件，当达到预定条件时，电流通过延迟电路传输到电灯。
在第三方面的一个实施例中，预定的条件是预定的时间段。
在第三方面的一个实施例中，预定的时间段是与电灯击穿阶段相关联的。
在第三方面的一个实施例中，延迟电路包括延迟部分和开关部分。
在第三方面的一个实施例中，延迟部分布置成接收来自输入端的电流，以便在开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压，当开关部分两端之间的电压达到预定的水平时，开关部分布置成将电流传输到电灯。
根据本发明的第四方面，提供一种用于将非气体放电灯连接到气体放电灯镇流器的电路布置，其包括：
延迟电路，其布置成接收来自灯镇流器的电流；
抵制电流传输到非气体放电灯，直到达到预定的条件；以及
当达到预定条件时，在电灯和镇流器之间建立电连通。
在第四方面的一个实施例中，预定条件是与击穿阶段的持续时间相关联的，而击穿阶段的持续时间是与对应于镇流器的气体放电灯相关联的。
在第四方面的一个实施例中，延迟电路还包括一个或多个电感器。
在第四方面的一个实施例中，所述一个或多个电感器布置成接收来自气体放电灯镇流器的预热电流。
附图说明
现在将参照附图并以实例的方式来对本发明的实施例进行描述，其中：
图1是包括灯镇流器和气体放电灯元件的气体放电灯电路的框图；
图2是适用于模拟气体放电灯的系统的框图，该系统与图1所示的镇流器一起操作以使得镇流器向改装的电灯供电；以及
图3是适用于模拟气体放电灯的系统的一个实施例的接线图。
具体实施方式
参照图1，图1示出了用于启动和操作气体放电灯的气体放电灯电路100的框图。在该实施例中，电路100包括灯镇流器102，其布置成与交流电流（AC）电源104相接并控制该交流电流电源以便将电流传输到气体放电灯元件106。气体放电灯元件106可包括任何类型的灯元件或设备，其中灯的照明是由电放电成电离气体而产生的。
本领域的技术人员将意识到，灯镇流器102可布置成提供多项功能，这些功能包括控制和调节提供给气体放电灯元件106的电流以确保该气体放电灯不会由于负阻特性而从交流电流电源吸取过大的电流。镇流器102还可设计成在气体放电灯元件的启动阶段操作，并且可通过编程来调节传输到灯元件的合适的电流量，以便预期在启动阶段期间气体放电灯处于“非导通”状态的具体持续时间，以及一旦灯达到成功启动后的稳定运行状态，则调节传输到灯元件的合适的电流量。
在图1中示出的实例中，电路100布置成将气体放电灯106从“关断”状态启动。由于气体放电灯与灯内的气态物质相关地工作，因此不像白炽灯泡或光二极管（LED）那样，气体放电灯必须首先启动启动过程以便将灯启动。气体放电灯的这种启动过程可以为一系列的气体放电阶段。这些阶段的第一个被称为“击穿阶段”。在这个阶段中，灯元件106（或灯管）内的气体通过电击穿而由非导通状态转换成导通状态。
经过一段时间之后，这一阶段将大致完成。在该阶段完成之后，灯阴极和元件/管通过称为“热电子低压电弧”阶段的过程而被充分加热。最后，接下来的是灯内的气体将达到稳态运行的压力和温度，以及镇流器102可达到其额定的运行功率。
在一些实例中，灯镇流器102可以包括安装在其启动过程控制计划内的某些检测和保护功能。这样，在灯元件突然被移除或其输出突然发生短路的情况下，镇流器能够保护其自身。由于这些独特的特征已包括在适用于气体放电灯的电子镇流器内，如果灯元件由改装的照明系统取代，而该系统可能包括具有不同的启动和操作特性的不同类型的气体放电灯，或者如果该灯由非气体放电型照明系统（例如LED阵列或白炽灯系统）取代，则该电子镇流器也将需要更换以适应新更换的照明系统。这是因为原来的灯镇流器可能仅可以在特定的气体放电灯特性下操作，因此仅预期原来的灯镇流器可在针对其设计的气体放电灯的启动阶段和稳态阶段下操作。在镇流器未检测到这些特定的特性的情况下，镇流器将不能提供电流，或者镇流器的安全特征会被触发以终止镇流器的被调节的电流的供应。
图2示出了电子镇流器的一个实施例，该电子镇流器具有用于模拟气体放电灯200的一种系统，该系统布置成使得电子镇流器可与改装的电子灯一起操作，该改装的电子灯不具有与现有灯镇流器202相关联的气体放电灯的特性。该改装的灯206可包括具有不同的特性的气体放电灯或优选地包括不是气体放电灯的灯，该不是气体放电灯的灯具有诸如用于直接取代气体放电灯元件的发光二极管（LED）或白炽灯照明系统的其它的照明装置。
如图2中所示，用于模拟气体放电灯200的系统的实施例包括：输入端，其布置成将来自灯镇流器的电流引导到延迟电路204，其中所述延迟电路204布置成当达到了与气体放电灯的一个或多个特性相关联的预定条件时建立灯镇流器202和电灯206之间的电连通。
在该实施例中，延迟电路204布置成模拟被改装的灯206取代的气体放电灯从点火阶段到稳定状态的物理行为。因此，当延迟电路204耦合以与不具有由其取代的气体放电灯特性的改装的灯206（诸如LED照明阵列）一起操作时，灯镇流器202仍然能够进行点火阶段到稳定状态的过程，并因此允许灯镇流器202在无需进一步修改或更换的情况下可与改装的灯206一起操作。
在一个实例中，延迟电路204布置成通过在将电流从镇流器传输到改装的电灯206的过程中引入延迟来模拟气体放电灯的特性。该延迟理想地类似于气体放电灯非导通状态所需的时间和电特性。通过引入这种延迟，镇流器202“被骗”而与改装的灯206一起操作，而且该改装的灯206可以不具有气体放电灯的任何非导通状态。
为了产生这种延迟，在一个示例性的实施例中，延迟电路204包括延迟部分204A和与延迟部分204A电连通的开关部分204B。如图2中所示，延迟部分204A布置成接收来自镇流器的电流且接着在开关部分204B的组件的两端之间产生电压变化。一旦该电压达到某个预定的阈值，即通常在优选地类似于气体放电灯“击穿”阶段的一段预定的时间之后，开关部分204B布置成闭合电路以使得电流可以被传输到改装的电灯元件206。因此，即使改装的电灯元件206可能不具有任何这些特性，但是延迟电路204可具有产生在时间和电特性方面类似于气体放电灯启动阶段（击穿阶段）的延迟的效果。以下将参照图3来对延迟电路204的实施例和执行进行进一步的描述。
参照图3，图3示出了镇流器302，改装的电灯306以及用于模拟气体放电灯的包括延迟电路204的系统的一个实施例的接线图。在该实施例中，延迟电路204包括电阻器－电容器布置，以形成延迟部分，该延迟部分与开关部分电连接，该开关部分包括双向三极晶闸管或双通三极晶闸管或更常见的已知为适用于交流电流的三极管（TRIAC）308，以便将镇流器的输出在预定的一段时间（例如，几毫秒）内保持在开路状态，从而模拟气体放电灯的非导通状态。一旦满足了预定的条件，TRIAC将由适用于交流电流的二极管（DIAC）组件开启以便导通以及使得改装的灯306能够在稳定状态下操作。在一个实施例中，有源组件被用于电路204来增加用于模拟气体放电灯的系统的可靠性和使用期限。
在该实施例中，适用于TRIAC的控制电路包括二极管D314（其优选地为快速恢复二极管以便处理来自灯镇流器的高频率）、电阻器R316，薄膜电容器C318和DIAC320。该控制过程在灯的启动过程中以以下的步骤来操作：
1．一旦灯镇流器由用户接通，则通过C318的电压为零，以及DIAC320保持在阻断状态。这导致TRIAC308的栅极电压为零，因此TRIAC不导通；
2．D314作用以对镇流器的输出电压进行整流，该整流后的电压通过R给C充电，因此在达到DIAC的击穿电压之前，C两端之间的电压逐渐增大。在该过程中，DIAC保持阻断以及TRIAC处于关断状态，这过程将需要几毫秒的时间；以及
3．当C两端之间的电压达到DIAC的击穿电压时，DIAC变成导通状态，以使得TRIAC的栅极电压变为高，且TRIAC被开启。
一旦TRIAC被开启，则来自灯镇流器302的电流被传输到改装的灯306，且接着给电灯306供电。因此，在上述的过程中，延迟电路204将根据镇流器302预期针对其进行的设计来模拟气体放电灯的启动阶段，并因此能够给灯306供电，而镇流器不会不能激活灯或触发一个或多个镇流器的安全特征来终止其被调节的电流的供应。
在灯镇流器包括提供交流电压以便加热灯丝的预热功能的一些实例中，可使用四个小型电感器Lf312来模拟被预热的灯丝。这是有利的，其原因在于电感器312可用于限制由镇流器的预热电压所产生的环流。
上述的这些实施例是有利的，其原因在于在无需更换现有的灯具及气体放电灯的电路（诸如在办公室、车库和建筑物内常见的荧光灯）的情况下，就可以允许使用非气体放电灯或使用具有不同的特性的气体放电灯。这是因为在这些气体放电灯的镇流器内执行的启动阶段能够作为附加电路来与改装的灯一起运行，该附加电路可以附加到改装的灯上或集成到改装的灯内来执行，上述可模拟气体放电灯的启动过程，从而允许现有的灯具、配线和镇流器可与新的照明系统一起使用。
本领域的技术人员将意识到，在不脱离如广义描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对如以具体实施例示出的本发明做出许多变化和/或修改。因此本发明的实施例在所有方面都应被视为是说明性的而非限制性的。
此处包含的现有技术的任何参考，除非另外指出，否则不应被视为承认该信息是常见的公知常识。
Claims (21)
1.一种用于模拟气体放电灯的系统，其包括：
输入端，其布置成将来自适于和所述气体放电灯一起操作的灯镇流器的电流引导到延迟电路；以及
所述延迟电路被布置成与电灯耦合并操作该电灯，该电灯与将被模拟的所述气体放电灯相比具有不同特性；
其中所述延迟电路布置成通过在将电流从所述灯镇流器传输到所述电灯的过程中引入延迟来模拟所述气体放电灯的特性使得所述灯镇流器适于与所述电灯一起操作；以及
其中所述延迟与所述气体放电灯击穿阶段的持续时间相关联。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述电灯是布置成取代气体放电灯的一种改装的灯。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述延迟电路包括延迟部分和与所述延迟部分电连接的开关部分。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述延迟部分布置成接收来自所述输入端的电流，以便在所述开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压，当所述开关部分两端之间的电压达到预定的水平时，所述开关部分布置成将电流传输到所述电灯。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述延迟部分是RC电路，其布置成当该延迟电路通电时利用电容器来在所述开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述开关部分包括TRIAC组件，其布置成当所述开关部分两端之间的电压达到预定的水平时建立所述灯镇流器和所述电灯之间的电连通。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述开关部分还包括DIAC组件。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述TRIAC组件受控于所述DIAC组件，以便建立所述灯镇流器和所述电灯之间的电连通。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述电灯包括一个或多个发光二极管的阵列。
10.一种用于模拟气体放电灯的方法，其包括以下步骤：
将来自适于和所述气体放电灯一起操作的灯镇流器的电流引导到被布置成与电灯耦合并操作该电灯的延迟电路，其中该电灯与将被模拟的所述气体放电灯相比具有不同特性；
其中所述延迟电路布置成通过在将电流从所述灯镇流器传输到所述电灯的过程中引入延迟来模拟所述气体放电灯的特性；以及
其中所述延迟与所述气体放电灯击穿阶段的持续时间相关联。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述电灯是布置成取代气体放电灯的一种改装的灯。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述延迟电路包括延迟部分和与所述延迟部分电连接的开关部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述延迟部分布置成接收电流，以便在所述开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压，当所述开关部分两端之间的电压达到预定的水平时，所述开关部分布置成将电流传输到所述电灯。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述延迟部分是RC电路，其布置成当该延迟电路通电时利用电容器来在所述开关部分的两端之间产生逐渐增大的电压。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述开关部分包括TRIAC组件，其布置成当所述开关部分两端之间的电压达到预定的水平时建立所述灯镇流器和所述电灯之间的电连通。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述开关部分还包括DIAC组件。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述TRIAC组件受控于所述DIAC组件，以便建立所述灯镇流器和所述电灯之间的电连通。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述电灯包括一个或多个发光二极管的阵列。
19.一种用于将非气体放电灯连接到气体放电灯镇流器的电路布置，其包括：
延迟电路，其布置成接收来自适于和气体放电灯一起操作的所述气体放电灯镇流器的电流，并供给电流以操作所述非气体放电灯；
其中所述延迟电路布置成通过在将电流从所述气体放电灯镇流器传输到所述非气体放电灯的过程中引入延迟来模拟所述气体放电灯的特性；以及
其中所述延迟与所述气体放电灯击穿阶段的持续时间相关联。
20.根据权利要求19所述的电路布置，其特征在于所述延迟电路还包括一个或多个电感器。
21.根据权利要求20所述的电路布置，其特征在于所述一个或多个电感器布置成接收来自所述气体放电灯镇流器的预热电流。
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