CN1179607C

CN1179607C - 用于使灯工作的系统

Info

Publication number: CN1179607C
Application number: CNB961908920A
Authority: CN
Inventors: 夏永平; 塔什伯雷曼尼恩; S·维基塔什伯雷曼尼恩; 抢茁; R·杰亚雷曼; ㄋ; T·法卡斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: MX9702563A; DE69616018D1; CN1161126A; JPH10507578A; EP0791281A1; WO1997006654A1; TW354176U; EP0791281B1; DE69616018T2; CA2202070A1

Abstract

本发明涉及使灯工作的一种系统，它包括编码装置，用于扰动预定数量的正弦电源电压的半周期的一部分，这些数量的半周期数构成控制周期；还包括镇流器电路，它有与编码装置相连的输入端子(1′，2′)，用于接收扰动电压。镇流器电路包括用于从被扰动的电压产生灯电流的装置(A、B、C、E)；与产生灯电流的装置相连用于根据控制信号控制灯的工作特性的装置(G)；以及用于根据控制周期的形状产生控制信号的解码装置(I)。由编码装置施加的扰动仅改变电源电压各被扰动半周期的一部分正弦电源电压幅值，从而防止灯光闪烁。

Description

用于使灯工作的系统

技术领域

本发明涉及一种用于使灯工作的系统，它包括：

与正弦电源电压源相连的两输入端子；

与所述输入端子相连的编码装置，用于扰动(perturbe)预定数量的正弦电源电压半周期的一部分，所述预定数量的正弦电源电压半周期共同形成控制周期；

镇流器电路，它包括：

与所述编码装置连接的镇流器输入端子，用于在灯工作期间接收被扰动的正弦电源电压；

用于从扰动的正弦电源电压产生灯电流的装置I；

与装置I相连用于按照控制信号来控制灯的工作特性的装置II；

根据控制周期的形状产生控制信号的解码装置。

本发明还涉及用于这种系统中的编码装置和镇流器电路。

背景技术

美国专利US 5068576披露了这种系统。该已知系统中，编码装置完全截断或减小整个半周期的幅值，因而在镇流器电路中包括的整流器的整流DC输出中有丢失脉冲或电压明显减小的脉冲。该公开的镇流器中，被控制的灯工作特性是光输出。相继丢失脉冲之间的时间周期代表调光指令。例如，丢失脉冲间的时间“n”可表示70％的调光级别(dim level)，而丢失脉冲间的时间“m”代表90％的调光级别。丢失脉冲意味着电源电压的中断，和使受镇流器控制的灯闪烁。已知的步进式调光镇流器中，这种闪烁并不那么令人生厌，因为从一个光级，例如90％切换到下一级如75％时，用户希望灯的光输出有明显而突然的改变。可是，希望连续调光效果即光应以很小的增量平滑调整时，用户就不希望从主电源截断全部脉冲(和产生的闪烁)。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于使灯工作的系统，它在编码装置和克服了上述缺点的镇流器电路之间具有改进的联系。

因此，按照本发明如开篇段中所述用于使灯工作的系统，其特征在于，由编码装置施加的扰动仅改变正弦电源电压的各被扰动半周期中一部分的正弦电源电压幅值。

以这种方式，本发明的编码技术中的线电压上的编码扰动可选择得很小，即使在电源电压中带有编码信号，也能避免灯的闪烁。

已发现，根据镇流器电路的构造，被扰动的半周期的那部分可选择在10％与50％的半周期之间，最好在10％和25％之间。

扰动最好也是一种相位截断(phase cut)。

相位截断可选择为低于45°，最好约30°。按这种方式，本发明编码技术中的线电压上的编码扰动可很低，从而有效地避免灯的闪烁。

使用恒定相位截断作扰动，能够相对简单地实施编码和解码电路。

解码装置最好包括对扰动的正弦电源电压进行微分的装置。通过对波形进行微分来解码，会使扰动小从而使电源电压信号中的扰动最小。

本发明的用于使灯工作的系统的优选实施例中，用于控制灯工作特性的装置在解码装置检测出控制周期的第一种形状时，会通过对所述灯的特性参量增加一个预定量，而在解码装置检测出控制周期的第二种形状时，对灯的工作特性参量减小一个预定量。

用于控制灯工作特性的装置例如可以是控制灯光输出的调光装置。只有希望在灯工作特性参量中出现改变时，才会在线电压上引入扰动。其优点是，灯在保持恒定工作时，在电源电压上未施加扰动，因而完全避免了灯的闪烁。这一点是很有意义的，因为，在用于一般照明目的时，使灯保持相同光级的时间长短远远大于实际要改变光级的极短的时间范围。这与双向可控硅(triac)和电子调光器相反，在它们的中间光级时，要连续地对总电压各周期施加相位截断。

电源电压两个连续的被扰动的半周期和其间的若干个非扰动半周期构成所述控制周期，信号则可取决于控制周期的持续时间。另一方面，所述控制周期可包括固定数量的正弦电源电压半周期。后一种情况下，信号可以取决于控制周期中扰动的量。在这种情况下，编码和解码装置可有较简单的结构。此外，控制周期可以表示为二进制的数字，控制周期内各非扰动半周期相应于“0”(零)，而各扰动半周期相应于“1”(一)。用这种方式可以把许多指令容纳于控制周期中。当然，一个等效的可能性是控制周期表示为二进制数字，控制周期内各非扰动半周期相应于“1”(一)，而各扰动半周期相应于“0”(零)。

通过参照附图的详细描述，将明了本发明的这些和其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是本发明的用于使灯工作的系统的一部分即镇流器电路实施例的方框图；

图2示出用于图1所示实施例的解码装置；

图3示出适用于图1所示本发明的用于使灯工作的系统中的镇流器电路的编码装置的实施例；

图4示出图1、2和3中所示的使灯工作的系统的实施例中的信号形状，和

图5示出控制示于图3的编码装置工作的流程图。

具体实施方式

图1所示的荧光灯镇流器电路包括EMI和与全桥式输入整流器“B”连接的双向可控硅阻尼滤波器“A”，它们共同把正弦AC电源电压变换为在其输出端上的整流和滤波过的输出电压。预处理器(pre-conditioner)电路“C”包括用于改善有效功率因数和加大并控制来自整流器电路B的跨接在一对DC干线RL1和RL2之间的直流(DC)电压的电路。镇流器电路包括DC-AC交换器或逆变器“E”和用于控制逆变器的控制器“G”。逆变器E是一个半桥式结构，它在半桥控制器或驱动器电路G控制下向与倒相器E连接的灯La提供高频的灯电流。图1所示的实施例中，由滤波器“A”、整流器“B”、预处理器电路“C”和倒相器“E”构成产生灯电流的装置I。控制器G形成用于按照控制信号控制灯的工作特性(灯输出)的装置II。

调光接口电路“I”接在整流器电路“B”的输出与镇流器电路的位于控制器G处的控制输入之间，以控制对灯的调光。调光接口电路向控制器G提供调光电压信号(控制信号)，并构成根据控制周期的形状而产生信号的译码装置。

美国专利申请第08/414859号对图1所示除译码装置外的镇流器电路的所有部分的工作进行了详细描述，本文就不再重复。

按本发明在图1、2和3所示使灯工作的系统的实施例的编码装置和译码装置之间的编码通信中，经选定数量的电源周期或基波周期构成了控制周期。在控制周期内的预先选定的发生扰动的特征标记表征为一个控制指令以便例如去改变灯的工作特性，如光亮级别。控制周期内扰动的“产生特征标记”可以只是表示为控制周期内扰动产生的次数。产生特征标记也可以是控制周期内扰动的位置图形。例如，可根据控制周期内的二进制数对扰动编码。

在调光的优选实施例中，第一固定的扰动数表示将亮度增加预定增量的指令，第二不同的扰动数表示将灯亮度降低预定增量的指令。控制周期中的截断的第三数表示保持灯电平不变的指令。各控制周期中的无(0)截断最好表示保持恒定亮度的指令。其优点是，不希望变化时，就不将畸变引入电源线路波形中。此外，由于未引入畸变，对THD、功率因数或元件应力就无不良作用。扰动是基波周期的标称波形中的相位截断，因为控制双向可控硅的导通可以容易地实现这种类型的扰动。

图4(a)～4(c)表示来自构成编码装置的墙上控制器(wallcotroller)的三条电源线路的波形，表明了该特殊调光的实施。选择的控制周期在编码装置或墙上控制器为三(3)个完整的电源周期，经整流后在镇流器中的接口电路为六(6)个半波周期。图4(d)为接收端的即调光接口的波形，它是图4(c)电源波形的微分，如果不要求改变光强度，电源波形如图4(a)所示不进行修改。这种情况下在线路上不增加额外的畸变。这时，由于电源电压为光滑的正弦信号，在微分接收器上的波形没有脉冲。在每三个线路周期中有一个正侧的波形中的相位截断表示减少光亮的控制信号(图4(b))，这在被接收器解码(微分)后的接收器波形上产生一个脉冲。控制周期(图4(c))中有两个截断表示增加光亮度的控制信号，使得接收器波形在每三个电源周期中有两个脉冲，如图4(d)所示。

镇流器中，如果在整流电源波形中接收器未检测到脉冲，亮度将保持不变。如果在每三个电源周期(整流后六个半波周期)中检测产一个脉冲或两个脉冲，亮度就改变一个级别，即按相应方向改变预选的增量。

实验证明，若最低和最高光级之间的步级数足够大，亦即灯每次改变的增量非常小，则可模拟连续调光。下面的实施例中，选择步骤数为100。如果用墙上控制器连续地产生增加或减小控制信号，则从最低电平至最高电平需要约5秒来改变灯光强度。

墙上控制器或用于编码的调光技术的编码装置的主要功能是产生图4(a)～4(c)所示的控制图形。以墙上控制器形式的适当的发送器的电路图示于图3中。

两个输入端W1和W3分别连接电源线的白线(中性线)和黑线(火线)。输出端W2与载有编码的给镇流器的带电AC信号的红色输出线连接。双向可控硅WU1连在端子W1和W3之间。降压变压器WT1的初级绕组WP1的各端分别与端子W1和W3的相应端相连。次级绕组WS1的两端分别与由二极管WD1～WD4构成的全桥式整流器的相应节点W4、W5相连。二极管WD1和WD2的阴极连接于节点W4，二极管WD3和WD4的阳极连接于节点W5。二极管WD3的阴极和二极管WD1的阳极连接于节点W6，二极管WD4的阴极和二极管WD2的阳极连接于节点W7。

用带有内装振荡器的8位微控制器IC1控制双向可控硅WI1的触发。作为IC1的合适的控制器为Motorola MC 68HC05K1。微控制器IC1有两个端口A、B。A端口有八个端子、B端口有两个端子。有四个按钮开关WS1～WS4，控制下列功能：开、关、光增加、光减弱。微控制器IC1用其A端口端子PA4～PA7读出这些开关的状态。

整流器的节点W7通过包括5V电压稳压器WU2的线WRL2与IC1的电源VDD端子相连。电解质电容器WC1连在稳压器WU2的输入(A)侧的线WRL3和WRL2之间，以滤掉来自整流器的DC脉动。电容器WC2连在稳压器W2的输出侧(B)相同的线之间，以滤除噪声。齐纳二极管WD5跨接在线WRL3和WRL5之间，其阴极与WRL5线相连。端子RST(复位)和IRQ(中断请求)也与稳压器WU2的+5V输出相连。陶瓷谐振器XT跨接在振荡器端子OSC1和OSC2之间，它具有由谐振器制造商指定的元件WC3、WC4和WR2，以确保谐振器XT的适当工作。

微控制器IC需要线电压的过零信号作为对触发双向可控硅WU1的基准。用电阻器WR1和齐纳二极管WD5提供该信号，并在端子PB0和PB1输入。由于二极管WD5阴极的电压仅为4.7V，该电压比电源线峰值电压低得多，因此当线电压过零时，在端子PB0和PB1上提供逻辑信号“1”和“0”。控制器IC1由其端子PA0～PA3经过线WRL4发出到双向可控硅WU1的双向可控硅触发信号。电阻器WR3限制由双向可控硅触发信号流向双向可控硅WU1的电流。这些端子被并联以增加驱动可靠性。如果微控制器IC1根据检测的线电压过零点立即发出触发信号，对电源波形就不会有改变。这提供了使光级恒定的如图4(a)的图形。为在一个或两个半周期中提供相位截断以产生增加或减小光级的信号(如图4(b)和4(c)所示)，触发信号在用于相应的半周期的过零之后延迟约1.39ms。这就提供了约30度的小相位截断。

图5是墙上控制器的程序流程图。经初始化端口流向之后，程序进入读四个开关WS1～WS4的状态的循环。如果开关动作，程序将执行相应的功能。例如，按下开关WS4(减小键)时，墙上控制器将产生图4(b)的波形来调光，按下开关WS3(增加键)时，将产生图4(c)的波形来增加光级。按下开关WS1(开启键)时，将把电源提供给连接的灯控制器而不在AC电源信号上施加任何扰动。按下开关WS2时，AC电源信号被完全中断，电源就不提供给所连的镇流器。

图2是镇流器电路中解码装置或接收器或接口电路的示意图。接口电路的心脏是将调光控制信号变换为相应PWM(脉冲宽度调制)输出的微控制器IC2(例如，Zilog Inc.的Z 86C04)。微控制器IC2有接收编码的调光信号的输入P31。PWM输出(调光)信号形成于端子P27上并被转换成出现在端子Z7上的DC信号，以便输入给在控制器“G”的“调光”输入处的半桥式驱动器。整流器电路B的节点A(也就是参考点Z8)通过由电阻器GR1、GR2和GR3组成的分压器网络与地(基准Z9)连接。输入P31经过由GC2和GR5构成的微分电路与节点B相连。齐纳二板管GD6与GR5并联连接，以保护微控制器IC2的输入。在端子VCC上向微控制器以5V的电压源供电，在这种情况下来自稳压器U3的电压。外部陶瓷谐振器XL1(2MHZ)连在时钟端子X1、X2之间。时钟端子分别通过保证谐振器恰当工作的电容器GC3和GC4与地相连。电容器GC5接在地与电压源之间，以抑制噪声。电阻器GR6、GR7和电容器GC6和GC7使来自端子27的PWM输出信号平滑成平均DC信号以输入给控制器G的调光输入端。

电源接通时，即来自墙上控制器的电源电压施加于镇流器输入端1′、2′时，微控制器IC2被初始化，输出P27置于相当于设定的光级的设定的PWM值，例如85％的光输出。微控制器输入阈值电压为约2.5V。这意味着若输入高于2.5V则为逻辑“1”，若输入低于2.5V则为逻辑“0”。只有在P31上的电压高于2.5V时，在端子P31上才接收到逻辑“1”。每当正弦半周期含有作为编码调光的相位截断时(图4(d))，微分电路就提供给端子P31一个大于2.5V的脉冲(逻辑“1”)。供给接口电路的整流后的DC输出为120H7的带脉冲的DC。如果代替调光控制装置而安装标准ON/OFF墙上开关，由于电源未改变，微控制器U2在其输入端不检测任何脉冲，因而PWM输出信号被置于设定的级别。

微控制器IC2包括称作PWM的8位寄存器，它控制存在于P27的PWM寄存器输出端的大体为方波形状的PWM输出信号。微控制器中的定时器0根据寄存器中的PWM值决定th(高PWM输出信号的时间间隔)和tL(低输出信号的时间间隔)的持续长度。定时器0在到时间之后，就产生中断4。在中断子程序中，第一个测试是当前PWM寄存器输出状态。如果当前PWM寄存器输出为逻辑“0”，那么它就设置PWM寄存器输出为1，并将PWM值装入定时器0。如果电流PWM寄存器输出为逻辑“1”，它就设置PWM寄存器输出为逻辑“0”，并把(255-PWM)装入定时器0。起动下一个中断的时间与装入定时器0中的值成比例。th加tL的时间被设置成与PWM值无关，以使PWM信号频率不变。这样，在较大的PWM值时，PWM寄存器的更多时间处于逻辑“1”状态，因而在管脚27提供较高的平均输出调光控制电压。由于逻辑“0”为0V，逻辑“1”为5V，在设置从0.4V～3V的调光控制电压范围时，该范围使PWM占空因子为8％～60％。

端子P31上的脉冲调用子程序“中断1”。“中断1”程序把称作“脉冲数”的寄存器的值加1。装在微控制器IC2中的编码的调光控制(CDL)循环每50ms检查一次“脉冲数”寄存器中的值。由于50ms等于3个电源周期，“脉冲数”寄存器的值将决定光级是否应改变。“脉冲数”寄存器中的值等于零(0)时没有脉冲，因此光级或PWM值不产生变化。当寄存器“脉冲数”等于1时，PWM值减小，直到减至预设的最小值。当寄存器“脉冲数”等于2时，PWM增加，直到达到预设的最大值。因此，接口电路使镇流器自动地从墙上控制器接收调光输入，并产生DC信号，输入给控制器G以控制荧光灯的光级。

非调光条件下，所述的镇流器保持功率因数＞0.99，THD＜10％和波峰因数＜1.6，因此，该电路既满足可调光镇流器的需要，同时即使在最低调光级下也提供了高功率因数和保持THD、EMI和元件应力非常低。

Claims

1.一种用于使灯工作的系统，包括：

与正弦电压源相连的两输入端子；

与所述输入端子相连的编码装置，用于扰动预定数量的正弦电源电压半周期的一部分，所述预定数量的正弦电源电压半周期共同形成控制周期；

镇流器电路，它包括：

用于从扰动的正弦电源电压产生灯电流的装置I；

根据控制周期的形状产生控制信号的解码装置；

其特征在于，由编码装置施加的扰动仅改变正弦电源电压每个被扰动半周期的一部分的正弦电源电压的幅值。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个半周期的该部分是在半周期的10％和50％之间。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个半周期的该部分是在半周期的10％和25％之间。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，该扰动是相位截断。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，解码装置包括对被扰动的正弦电源电压进行微分的装置。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，控制工作特性的装置在解码装置测出控制周期的第一种形状时按预定量增大灯工作特性，在解码装置测出控制周期的第二种形状时按预定量减小灯工作特性。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，由电源电压的两个连续的扰动半周期和在其间的非扰动半周期构成所述控制周期，而调光信号取决于控制周期期间的持续时间。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制周期包括固定数量的正弦电源电压的半周期。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，控制周期表示为一个二进制的数，控制周期的各非扰动半周期相应于“0”(零)，各扰动半周期相应于“1”(一)。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，控制周期表示为一个二进制的数，控制周期的各非扰动周期相应于“1”(一)，各扰动半周期相应于“0”(零)。

11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，信号取决于控制周期中正弦电源电压被扰动的半周期的数量。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，灯的工作特性是其光输出。

13.一种用于与正弦电压源相连接以便扰动预定数量的该正弦电源电压半周期的一部分的编码装置，所述预定数量的该正弦电源电压半周期共同形成控制周期，其中由该编码装置施加的扰动仅改变所述正弦电源电压每个被扰动半周期的一部分的正弦电源电压的幅值。

14.如权利要求13的编码装置，其特征在于，每个半周期的该部分是在半周期的10％和50％之间。

15.如权利要求13的编码装置，其特征在于，每个半周期的该部分是在半周期的10％和25之间。

16.如权利要求13或14的编码装置，其特征在于，该扰动是相位截断。

17.如权利要求13的编码装置，其特征在于，由电源电压的两个连续的扰动半周期和在其间的非扰动半周期构成所述控制周期，而调光信号取决于控制周期期间的持续时间。

18.如权利要求13的编码装置，其特征在于，所述控制周期包括固定数量的正弦电源电压的半周期。

19.如权利要求13的编码装置，其特征在于，控制周期表示为一个二进制的数，控制周期的各非扰动半周期相应于“0”(零)，各扰动半周期相应于“1”(一)。

20.如权利要求13的编码装置，其特征在于，控制周期表示为一个二进制的数，控制周期的各非扰动周期相应于“1”(一)，各扰动半周期相应于“0”(零)。

21.一种镇流器电路配备有：

镇流器输入端子，用于在灯工作期间接收被扰动的正弦电源电压，其中预定数量的所述正弦电源电压半周期的一部分受到扰动，并且所述预定数量的半周期形成控制周期以及其中所述扰动仅改变正弦电源电压每个被扰动半周期的一部分的正弦电源电压的幅值；

用于从扰动的正弦电源电压产生电流的装置I；

与装置I相连用于按照控制信号来控制灯的工作特性的装置II；和

根据控制周期的形状产生控制信号的解码装置。

22.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，每个半周期的该部分是在半周期的10％和50％之间。

23.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，每个半周期的该部分是在半周期的10％和25％之间。

24.如权利要求21或22的镇流器电路，其特征在于，该扰动是相位截断。

25.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，解码装置包括对被扰动的正弦电源电压进行微分的装置。

26.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，控制工作特性的装置在解码装置测出控制周期的第一种形状时按预定量增大灯工作特性，在解码装置测出控制周期的第二种形状时按预定量减小灯工作特性。

27.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，由电源电压的两个连续的扰动半周期和在其间的非扰动半周期构成所述控制周期，而调光信号取决于控制周期期间的持续时间。

28.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，所述控制周期包括固定数量的正弦电源电压的半周期。

29.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，控制周期表示为一个二进制的数，控制周期的各非扰动半周期相应于“0”(零)，各扰动半周期相应于“1”(一)。

30.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，控制周期表示为一个二进制的数，控制周期的各非扰动周期相应于“1”(一)，各扰动半周期相应于“0”(零)。

31.如权利要求28的镇流器电路，其特征在于，信号取决于控制周期中正弦电源电压被扰动的半周期的数量。

32.如权利要求21的镇流器电路，其特征在于，灯的工作特性是其光输出。