CN1199527C - 可调光镇流器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使灯工作的可调光镇流器,它包括用于可控制地将所述灯的亮度调节至最小和最大亮度之间的某个范围内的选定数值的调光电路。根据本发明,可调光镇流器还包括反馈控制电路,它用于检测所述灯的断路条件并且用于响应所述断路条件的检测而产生反馈控制信号,所述调光电路对所述反馈控制信号作出反应,用于将所述灯的所述亮度调节至比所述选定数值高的数值,由此避免所述灯的断路条件。由此在灯变暗以及环境温度低的时候避免灯的断路。
Description
技术领域
本发明涉及用于使灯工作的可调光镇流器,它包括:
一个直流-交流变流器,用于产生灯电流,
一个调光电路,它通过调节直流-交流变流器的工作状态,可控制地将所述灯的亮度级调整至位于最小和最大亮度级之间某个范围内的选定亮度。
背景技术
电子镇流器有着广泛的应用。一般而言,镇流器用于使气体放电灯,例如荧光灯工作。灯与电子镇流器电路相连,该镇流器电路使交流线路电压转换为驱动灯的高频正弦灯电流。按这种连接方法,典型的镇流器包括一个50或60Hz滤波器/整流器,它对来自与50或60Hz公用线路相连的标准电源插座的交流电滤波和整流,以产生脉动直流输出;一个直流-直流转换器,它将整流器产生的脉动直流输出转换成纹波高度衰减(即百分比低)的平滑直流输出;以及一个直流-交流变流器,它将直流-直流变换器输出的平滑直流转换为高频(例如25-100kHz)交流输出。该典型镇流器也可以包括一个输出变压器,它变换直流-交流变流器的交流输出,以产生交流输出功率,该功率作为高频(例如25-100kHz)正弦灯电流被送往灯。供给灯的电压通过在灯的相对电极上产生放电使灯点亮。当灯是荧光灯一类时,放电使玻璃管或灯泡内所包含的水银蒸气电离。电离后的水银蒸气发出紫外射线,该射线激发涂于玻璃管内表面上的荧光材料(磷),使荧光材料发出可见光。典型的镇流器还包括一个反馈控制电路,它利用灯电流或功率反馈信号,以调制占空比或直流-交流变流器的切换频率,由此调整正弦灯电流/功率。
可调光镇流器还有着下列广泛应用。这样的例子有美国专利US5003230。一般来说,可调光镇流器还包括调光电路,它有选择地改变被送往灯的正弦灯电流,以便由此有选择地改变灯的光输出或灯的亮度/暗度级(发光度),例如其变化范围为最大光输出的5-100%。按此连接方法,典型的调光电路包括一个调光控制接口电路,它产生正比于所选亮度/暗度级的调光控制电压;和一个调光控制电路,它以如此方式对用于控制直流-交流变流器的操作的调光控制电压作出反应,以致于将变流器的交流输出调节为驱动灯至选定亮/暗度级所需的适当数值。当然,亮/暗度级可以由用户通过一个调光控制旋钮或滑触头,或其它类似的用户控制装置加以选择。
镇流器产生的灯电压反比于灯电流,并且因此反比于灯输出亮度(发光度)。在温度较低(例如小于10℃)时,举例来讲,大多数小型荧光灯在保持充足的灯电流以保证点亮之后的操作正常进行方面存在困难,当下调至额定灯电流的20%之下时尤其如此。通常,当在这些条件下工作时,可调光镇流器将由于灯电流不足以将灯加热至使点火之后的工作成功继续所需要达到的程度而被切断,并且由于在较低温度和暗度级下必然发生的负载阻抗增加的缘故,灯电压将会比它在正常的环境温度条件下的电压要高得多。在某些类型的放电灯,例如那些具有汞齐特征的放电灯中,这一问题尤其明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服了上文提及问题的使灯工作的可调光镇流器。
因此开篇中提及的可调光镇流器依据于本发明的特征在于可调光镇流器还包括:
反馈控制电路,它用于检测所述灯的断路条件并且根据所述断路条件的检测产生反馈控制信号,所述调光电路响应于所述反馈控制信号,使所述灯的所述亮度级调节至比所述选定亮度级高的较高亮度,由此避免所述灯的断路条件,其中所述反馈控制电路包括第一装置,它用于产生具有与施加在所述灯上的灯电压成比例的电压电平的灯电压反馈信号;并且包括第二装置,它对所述灯电压反馈信号作出反应,用于在所述灯电压反馈信号的电压电平超过预定的电压阈值时产生所述反馈控制信号,并且其中所述反馈控制信号的电压电平正比于施加于所述灯上的灯电压相对于某个预定电压阈值的超出量,和
通过对正比于反馈控制信号的第二电压和第一电压求和而产生调光信号的电路。
据发现借助于根据本发明的可调光镇流器工作的灯的断路条件得以有效避免。具体而言,根据本发明的可调光镇流器被发现能够进行低温灯点火以及在低暗度级下的工作。
在US 3989976中描述了一种用于HID灯的可调光镇流器。该HID灯配备有一反馈控制电路该反馈控制电路检测灯的断路条件并且在检测到该断路条件时增加提供给灯的功率量。但是,该反馈控制电路以一个不同的方式工作。
所述反馈控制电路优选包括第一装置,它用于产生具有与施加在所述灯上的灯电压成比例的电压电平的灯电压反馈信号,并且包括第二装置,它对所述灯电压反馈信号作出反应,用于在所述灯电压反馈信号的电压电平超过预定电压阈值时产生所述反馈控制信号。这类反馈控制电路的结构可以较简单。在所述反馈控制信号的电压电平正比于施加于所述灯上的灯电压相对某个预定电压阈值超出的超出量的情况下,已经取得了良好的结果。
在所述断路条件包括所述灯的工作条件,其中环境温度低于预定温度值并且所述灯的所述亮度级低于预定亮度级的情况下,可以相信在这些条件下会产生反馈控制信号并且断路情况也得以避免。
根据本发明的可调光镇流器的优选配置还包括通过对正比于反馈控制信号的第二电压和第一电压求和而产生调光信号的电路,并且其中调光电路包括根据该调光信号调节灯的亮度级的电路。已发现在灯采用可调光镇流器的该优选配置工作的情况下可以非常有效地避免灯断路的发生。
在所述可调光镇流器包括一个变压器,它有其初级绕组和次级绕组与所述灯相连的情况下,所述反馈控制电路的所述第一装置可以包括一个配备在所述变压器初级侧的反馈绕组。另外所述反馈控制电路的所述第二装置可以包括一个齐纳二极管,它的预定击穿电压等于所述预定阈值电压。第一和第二装置以较为简单和可靠的方式加以实现。
包含于根据本发明的可调光镇流器中的直流-交流变流器优选包括至少一个切换元件和使所述切换元件交替导通和不导通的控制电路,调光电路包括通过调节切换元件导通和不导通的切换频率,或调节切换元件处于导通状态的周期,来调节灯亮度的电路。
已发现根据本发明的可调光镇流器非常适用于小型荧光灯的场合。
附图说明
本发明的这些和其它各种特征和优点在参考结合附图所作的详细说明书之后易于被理解,附图中:
该图是根据本发明的优选实施例加以构设的可调光镇流器局部图解的局部框图。
具体实施方式
现在参看附图,图中示意了一个可调光镇流器10,它构成本发明的当前优选实施例,与之相连的是荧光灯22。易于被相关领域的技术人员理解的是,本发明的可调光镇流器10除本发明的可调光镇流器10还包括一个新颖的反馈控制电路12之外,与上文粗略说明的常规可调光镇流器相同,所述新颖反馈控制电路12以一种下文将全面展现的方式确保了低温灯点燃和低暗度下的工作。
具体而言,可调光镇流器10包括一个EMI滤波器/整流器14,例如半桥或全桥整流器,它对来自公用线路的60Hz交流功率进行滤波和整流,并且产生脉动直流输出。来自整流器14的脉动直流输出被直流-直流变换器16,例如高频功率因素修正(PFC)提升变换器平滑,产生具有高度衰减(例如低百分比)纹波的平滑直流输出。然后直流-直流变换器16的平滑直流输出被高频直流-交流变流器18变换成高频(例如25-100kHz)交流输出。直流-交流变流器18的交流输出被耦合到输出变压器20的初级绕组31,并且由输出变压器20转化,以产生具有使放电灯22点燃和工作所需的适当电平的交流输出功率。交流输出功率分别经灯丝绕组28、30送往灯22的相对电极24、26上,耦合到输出变压器20的次级绕组32,由此产生使灯22点燃和工作的正弦灯电压。限流电容34、36分别与灯丝绕组28、30串联,由此恰当地根据所选暗度级调节加热电流,并且避免短路。
可调光镇流器10还包括一个调光电路40,它可控地调节灯22的亮度/暗度级(发光度)至位于最小和最大亮度之间的某个范围内的选定程度,例如在相应于最大(标称)灯电流的5%和100%的灯输出亮度之间。亮/暗度级可以由用户借助于旋转或滑动型调光控制按钮(未示出),或其它便利的用户控制装置加以选择。
调光电路40包括调光控制接口电路42,它产生一个电压电平正比于所选亮/暗度级的调光控制信号VDIM。例如,在具有汞齐特征并且以菲利浦(Philips)商标名称PL-T出售的小型镇流器荧光灯的镇流器部分中,调光控制信号VDIM的电压范围为0.45伏-2.85伏,它对应于值为最大光输出的5%-100%的灯亮度范围。直观而言,调光控制接口电路42可能包括一个可变电阻或电位计(未示出),其滑片位置由调光控制按钮的对应于所选亮/暗度级的所选设置(位置)控制。
调光电路40还包括一个调光控制电路44,它有一个控制输入端Vdim用于在线46上接收调光控制信号VDIM。低通RC滤波器由电阻48和电容50组成,它插入在调光控制接口电路42和调光控制电路44之间,用于对加在线46上的调光控制信号VDIM作低通滤波。调光控制电路44产生调光控制信号DCS,该信号所具有的特征例如电压和/或频率正比于调光控制信号VDIM的电压电平。在位于Somerset,N.J.的菲利浦照明公司的上面提及的PL-T小型荧光镇流器灯中,调光控制电路44包括一个压控振荡器(VCO),它对调光控制信号VDIM的电压电平起反应,用于产生其频率正比于调光控制信号VDIM的电压电平的输出。
调光控制信号DCS在线52上送往DC-AC变流器18的输入端,用于可控制地调节其工作特征,例如该直流-交流变流器所采用的切换元件的导电周期或其切换频率,由此调节交流输出功率至将灯22驱动到所选亮/暗度级的适当电平。这样,本质上灯22的亮/暗度级(光输出大小)是由加于调光控制电路44的控制输入端Vdim上的电压确定。
如上所述,根据本发明,可调光镇流器10还包括反馈控制电路12,它确保在低亮度下的低温灯点燃。具体而言,反馈控制电路12优选包括在输出变压器20的初级侧上的反馈绕组55。在反馈绕组55上的反馈电压Vfb正比于输出变压器20的次级绕组32上的电压,因此正比于灯电压(即加在灯电极上用于驱动灯的电压)。
反馈控制电路12的工作依据在于,反馈电压Vfb的电平以可预测的方式响应于使灯22熄灭(切断)的灯22的低温/低亮度条件而增加。按此连接方法,采用菲利浦照明公司的PL-T小型荧光镇流器灯,在低亮度下(例如≤最大灯亮度的20%),低环境温度(例如≤10℃)下的灯电压将比在标准环境温度下的灯电压(称为标称灯电压)明显高得多(例如高10%~30%),因此反馈电压Vfb也将比标称反馈电压Vfbn(即在标准环境温度下的反馈电压)高10%~30%。特别是,采用PL-T小型荧光灯,当灯电压超过130%标称灯电压时,灯将熄灭(切断)。
这样,本发明的本质是可以通过利用反馈绕组55(或其它方便的反馈机制)检测(感知)灯电压的相对大小(即产生正比于灯电压的反馈电压Vfb)来检测灯22的这类“断路条件”。正如在说明书和权利要求书中所采用的,术语“断路条件”意味着灯22的低温/低亮度级工作条件,它对应于灯22实际被切断或接近实际断路点(例如在10%以内)。
反馈控制电路12还包括峰值检测器,它由正向偏置二极管58和电容67、串联连接在反馈绕组55和线61之间的电阻65和齐纳二极管60、和连接在地和在线46和61的结点处形成的节点之间的电阻70组成。齐钠二极管60的正极连接至位于节点N1和电阻70之间的节点N2。优选地,齐纳二极管60的击穿电压Vbd被设置为指示灯22断路条件的反馈电压Vfb的预定阈值。这样,当灯22的断路条件出现时,在电阻70上产生电压Vz,它正比于所检测反馈电压Vfb超过预置齐纳击穿电压Vbd的超出量。具体而言,电压Vz的数值由下列方程(1)限定:
(1)Vz(Vfb-Vbd)*R70(R65+R70),当Vfb>Vbd时,(Vz=0,其它情况下)
这里,R70代表电阻70的电阻值,R65代表电阻65的电阻值。
电压Vz将在下文称为“反馈控制电压”,这是由于它经线路46和61反馈回调光控制电路44的控制输入端Vdim,由此将调光控制电路44的工作点相应地上拉(提升)。本质上,反馈控制电路12的作用是产生一个正比于灯电压超出预定阈值的超出量的反馈控制电压Vz。调光控制电路44的工作电平因而提升。因此灯22的亮度提升一定量,它足以确保灯22接收到足够的灯电流,将灯22加热至足够高到确保低温灯的点燃并且防止灯断路发生的程度。
例如,在本发明的当前考虑的实施例中,齐纳二极管60的击穿电压Vbd被设成1.1Vfbn,使得如果反馈电压Vfb升至大于标称反馈电压Vfbn的110%的电平(即Vfbn的1.1倍),那么产生的反馈控制电压Vz将正比于所检测反馈电压Vfb超过预置齐纳击穿电压Vbd的超出量。具体而言,在本发明的当前考虑的实施例中,采用菲利普照明公司的PL-T小型荧光镇流器灯,电阻65和70的值和灯电压的数值使得如果灯电压是标称灯电压的130%并因此所检测的反馈电压Vfb比标称反馈电压Vfbn大30%(即Vfb=1.3Vfbn),那么反馈控制电压Vz的值为(1.3Vfbn-1.1Vfbn)*(R70/(R65+R70))=1.5V。当控制输入Vdim的电压范围是0.45伏-2.85伏(它对应于灯22的最大亮度的5%-100%的亮度级范围)时,亮度级从小于最大亮度的20%的低亮度升高至大约为最大亮度的40%的较高亮度。
易于理解,在灯22的通常环境温度条件下,反馈电压Vfb将为Vfbn,因此反馈控制电压Vz实际上将为0伏(即齐纳二极管60将呈现为近似无穷大的阻抗),使得控制输入端Vdim的大小将直接由调光控制接口电路42所提供的调光控制信号VDIM控制,因而灯22的亮度级将由调光控制信号VDIM的电平确定,该电平对应于所选亮度。
同样易于理解的是,当灯22的断路条件出现(即导致灯实际或接近实际断路的低温/低亮度条件)时,实际灯电压将比标称(标准环境)灯电压至少大10%。这样,所检测反馈电压Vfb将比标称(标准环境)反馈电压Vfbn至少大10%,由此导致产生正比于Vfb超过Vfbn的超出量的反馈控制电压Vz,由此最终导致灯22的亮度级(由此灯电流)被提高正比于反馈控制电压Vz的数量,因此保护其以免发生灯切断。
尽管上文已就本发明的当前优选实施例作了详细说明,应当明确理解的是对于相关领域的技术人员来说可以对此处所教导本发明的基本概念作出许多变化和/或改进,它们将落入所附权利要求书内所定义的本发明的精神和范围。例如,为生成反馈控制电压所选的特定阈值设置并非是对本发明的限制。另外,只要所产生的反馈控制信号正比于灯电压超过某个表明灯断路条件的预定阈值的超出量,并且只要利用该反馈控制信号将亮度级(即灯电流)提升至足以保护以免发生灯切断的程度,本发明中实际采用的反馈控制电路便不会对本发明作出限制。
Claims (7)
1.用于使灯(22)工作的可调光镇流器(10),它包括:
直流-交流变流器(18),用于产生灯电流,
一个调光电路(40),它通过根据调光输入中的调光信号的辐度调节直流-交流变流器的工作状态,可控制地将所述灯的亮度级调节至最小和最大亮度之间的范围内的选定数值,
其特征在于可调光镇流器还包括:
反馈控制电路(12),它用于检测所述灯的断路条件并且用于响应所述断路条件的检测而产生反馈控制信号,所述调光电路对所述反馈控制信号作出反应,用于将所述灯的所述亮度级调节至比所述选定数值高的数值,由此避免所述灯的断路条件,其中所述反馈控制电路包括第一装置,它用于产生具有与施加在所述灯上的灯电压成比例的电压电平的灯电压反馈信号;并且包括第二装置,它对所述灯电压反馈信号作出反应,用于在所述灯电压反馈信号的电压电平超过预定的电压阈值时产生所述反馈控制信号,并且其中所述反馈控制信号的电压电平正比于施加于所述灯上的灯电压相对于某个预定电压阈值的超出量,和
通过对正比于反馈控制信号的第二电压和第一电压求和而产生调光信号的电路。
2.如权利要求1所述的可调光镇流器,其中所述断路条件包括所述灯的工作条件,其中环境温度低于预定温度值并且所述灯的所述亮度级低于预定亮度级。
3.如权利要求1或2所述的可调光镇流器,其中
直流-交流变流器还包括一个变压器(20),它具有初级绕组(31)和与所述灯相连的次级绕组(32);以及
其中所述反馈控制电路的所述第一装置包括一个配备在所述变压器初级侧的反馈绕组(55)。
4.如权利要求3所述的可调光镇流器,其中所述反馈控制电路的所述第二装置包括一个齐纳二极管(60),它的预定击穿电压等于所述预定电压阈值。
5.如权利要求1所述的可调光镇流器,其中直流-交流变流器包括至少一个切换元件和使所述切换元件交替导通和不导通的控制电路,并且其中调光电路包括通过调节切换元件变得导通和不导通时所在频率,来调节灯亮度的电路。
6.如权利要求2或5所述的可调光镇流器,其中直流-交流变流器包括至少一个切换元件和使所述切换元件交替导通和不导通的控制电路,并且其中调光电路包括通过调节切换元件的占空比,来调节灯亮度的电路。
7.配备有如权利要求1所述的可调光镇流器的小型荧光灯。
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