CN1354619A - 与放电管关联的装置 - Google Patents

Abstract

一种与放电管关联的装置,它包括触发和点亮放电管(4)的电子镇流器,和配置用来调整镇流器供电电压的电压控制器。该电压控制器进一步安排了将功率控制信号包含在供电电压中,该电路进一步包括电源滤波器(2)和用于将功率控制信号(p)从供电电压(Uin)中分离出来的控制滤波器(1),为了控制荧光灯(4)的亮度,耦合器响应功率控制信号(p)。

Description

与放电管关联的装置

技术领域

本发明涉及一种与放电管关联的装置，该装置具有用于触发和点亮放电管的电子镇流器，以及配置用来调节镇流器供电电压的电压控制器，而该电压控制器包括供电电压的功率控制信号。

技术背景

白炽灯的亮度能简单地借助于调节供给灯的工作电压来控制，例如调暗。在各种交流电路中，该电压的有效值是用一种称为削波控制(clipping control)的方法来控制的。在削波控制中，可控硅或别的半导体器件仅在该电压半周期中的部分持续时间内是导通的。于是，实际上在电网电压的正弦波的一部分是关断的。因此，借助于控制半导体器件的触发角实现了调节。

各种直流装置使用脉冲调制直流电，例如脉宽调制(PWM)，以保持控制装置的高效率。而脉冲调制的直流电的平均值是根据脉冲比(pulse ratio)来决定的，即50％的脉冲比约相应于50％电压值。当脉冲频率足够高(如50HZ)时，则人眼感觉发光无闪烁。这是由于人眼的迟钝和白炽灯丝热质量的缘故，热质量使得白炽灯丝的温度缓慢变化。在用于白炽灯的各种控制电路中，控制部分可与白炽灯分别安装；最典型地，它随同照明开关安装。

在荧光灯装置或在其它放电管中，当使用现代电子镇流器时，由于荧光灯需要分别为荧光管电压和灯丝电压而供电，故控制部分要复杂得多。因此，荧光灯需要一个独立的镇流器随同荧光灯一起安装。该镇流器向荧光灯的阴极(即灯丝)提供它们自己的电压，并向荧光管提供它自己的电压。在调光时，管电压或管电流和灯丝电压相互独立地被控制。由于操作上的原因，控制器不能随同灯一起安装，因为灯往往被安装在难以达到的地方，例如天花板上。所以，控制器必须安装在离开灯光通常被控制的地方。在这种情况下，除了馈线外，控制部分还需要独立的控制线或双股线通往镇流器。对多种导线的需求是不切实际的，并且当更换按一般原则运行的灯时，它使得控制方案中的安装变得困难。

对于一些不同的场所，就节能和用户界面友好而论，使用荧光灯实现灯光可调节是理想的。以荧光灯生成的灯光的彩色艺术表现性能，是使用普通白炽灯实现的灯光所不可比的。典型地，荧光灯能用作例如会堂、装配间、剧场和公交车上的可调灯光。此外，可调节灯光能用于使住宅更舒适、更实用和可调节。

美国专利5107184示出了一种减低荧光灯亮度的装置，在该专利的出版物中，通过使用能流的中断码，在供给电压波形中对减低亮度的信息进行编码，在该编码中，所述的信息通过对流向镇流器的电流以预定的序列被编码。该出版物公开的装置仅能与AC电源连接使用。

发明的内容

本发明的目的是提供一种装置，它避免了上述缺陷，并能使用简单的装置而无须独立的控制线来控制荧光灯的亮度。该目的通过本发明的装置来达到，其特征在于：设置电压控制器，以调整镇流器供电电压的基础频率(base-frequency)脉冲形状，而将功率控制信息包括在供电电压内，并且该装置还具有从供电电压中分离出功率控制信号的功率滤波器和控制滤波器，所述的镇流器响应于功率控制信号，以控制荧光灯的亮度。

本发明的装置基于这样的想法，即诸如实现削波控制的电压控制器被用于以类似于白炽灯的方式来调整供电电压。而使用单独的控制滤波器将功率控制信号从脉冲电压中分离出来，并且根据此信号，为了在期望的亮度水平上点亮荧光灯，使用镇流器将期望的电流传输到荧光灯。该装置能够不用附加的控制线或双股线而控制荧光灯，使得可以用先前仅可能用在白炽灯方面的简单控制来调节亮度。

附图的简要说明

现在，结合优选实施例并参考附图来更详细地说明本发明，其中

图1表示本发明的一种与直流电装置有关的装置，和

图2表示本发明的一种与交流电装置有关的装置。

图3表示直流电和交流电装置的基本供电压的波形。

本发明的详细说明

下面，将通过与荧光灯有关的例子来说明该装置，但是要明白，本发明同样能应用于其它的各种放电管。图1表示与直流电装置相关的本发明装置是如何实现的。灯管借助于转换成脉冲供电电压Uin的直流电来点亮。根据本发明，该装置具有一个电压控制器，关于本发明，电压控制器指的是例如根据一个特别的预定程序而手动或自动运行的装置，换言之，为了达到所期望的亮度水平而控制电压。与直流电装置相关，电压控制器典型地是个脉冲调制器，它没有在图中表示。

在图1中，使用诸如脉宽调制(PWM)的已知调制方法将直流电转换为脉冲。依据本发明，调制被用于产生影响照明强度的功率控制信号，此功率控制信号包含在被传送到荧光灯的镇流器的电功率中。直流调制与一个用于控制灯亮度的装置相关。

例如，借助于三角波与要控制的直流电比较来实现脉宽调制，并在三角波小于要控制的直流电时用开关部件将电压耦合到负载上，而在相反的情况下，则用耦合电压关断负载。当量值相等时，设定三角波的幅度和要控制直流电的变化范围将产生整个100％的调制区。因此，借助于调节所提到的直流电压值就会影响到提供给负载的脉冲比。直流电运作的荧光灯装置被用于例如汽车、飞机(buses)或别的低压作业的照明。

本发明的装置也包含一个控制滤波器1，用来从供电电压中分离出功率控制信号p。在图1的实施例中，控制滤波器1例如是个低通滤波器。它把PWM信号过滤成相应的直流电压值。此电压值可经适当换算作为功率控制信号直接进行运作。由于此直流电压量值会变化，并因此对已形成的直流电压有不希望的影响，所以最好是在控制滤波器1之前耦合一个幅值削波电路。于是被传送到控制滤波器的脉冲序列的幅值因此会均匀，并且，因此相应于按照在供电电压中作为脉冲编码的目标值，准确地生成经过低通滤波的电压值。这就导致特别精确的调节。

从控制滤波器中分离功率控制信号的第2个实施例是数字地计算脉冲的开/关次数，并根据这些时间周期产生一个有效的控制信号。然而，此法实现起来比之上述的模拟方法要昂贵得多。图3示出了直流电(DC)和交流电(AC)装置的基本供电压的波形。该DC波形是一种其中标示了开和关次数的PWM信号

图1中的实施例表示：在供电电压传送到电源滤波器部分2的同时，如何使用控制滤波器1将控制信号p从PWM信号中分离出来。在其最简单的情况下，电源滤波器部分2包含一个二极管和一个电容的耦合，它对所提供的脉冲类电压构成一个低通滤波器。电容被充电至相当于脉冲电压峰值的电压，并作为镇流器的有效功率馈送部分的能量存储器而工作。该二极管担负反向电流二极管的工作，并因此避免PWM信号变得相冲突。

在图2的实施例中，使用本发明的电压控制器直接地由正弦波类电压产生供电电压Uin。最典型的，此类正弦波电压是电网电压。电压控制器使用交流电，即在图2的情况下，该装置是一般的削波控制器。削波控制通常用于减低白炽灯的亮度。削波控制能用于从正弦波类电压的半波起始段切掉所期望值的部分，并且借助于改变触发角，供电电压的有效值也被改变。如上所述，图3示出了AC装置的波形，该波形(AC)是一种通过削波控制去除了某些部分的正弦波。

在交流电路中，应用控制滤波器，以在直流电路中使用的类似方法，从供电电压Uin中消除控制信号。因此，正弦波类电压的半波的触发操作次数作为包含在供电电压中的被控制变量来运作。这些时间点可以通过例如使用简单的比较电路和计数电路的组合的曲线形状而检测到。比较器用于找出脉冲的触发时间，并且将这个时间点与例如正弦波电压的零点比较。因此，触发的时间明确地决定由控制滤波器传来的控制信号的值。

图2中所示的交流电装置的电源滤波器部分2与直流电装置的电源滤波器部分的不同点在于：交流电装置方面，供电电压Uin使用例如一般的二极管整流桥来整流。整流之后，该电压将电容充电至整流电压的峰值。

除了滤除控制信号之外，控制滤波器担负将控制信号p传送到镇流器的DC/AC转换器。这个逆变器将充在电容上的直流电压转换成交流电压，并且依据荧光灯4自行适配电压。典型地，电子镇流器为灯产生20-100kHz之间频率的电压，为灯管的灯丝和灯管本身馈送合适的交流电流。在图1和图2中，应用变压器耦合5，通过电感耦合将电流馈入灯电路中的灯内。

在其最简单的情况下，由控制滤波器1传送的控制信号p是个电压值，它可以例如在1到10伏间变化。然后，这个电压值以本来就知道的方式被译码进入镇流器，并且斩波器型DC/AC转换器将基于该信号的调制值进行转换以产生通往荧光灯电路的合适电压，供给灯的灯丝用和灯管用，因此从灯管处达到控制发光度。此类对电压信号起作用的实施例是各种解决方案中本来就知道的。其中单独的控制信号通过单独的控制线被传到镇流器。

依据本发明的优选实施例，电源滤波器部分包含一个用于补偿功率因数的斩波器电路。此类斩波器电路通常是使用交流电压来补偿装置的功率因数，并且它能用于图1和图2的相关实施例中。

要指出的是，虽然在图中和在说明中装置已按独立的工作单元被公开，但是除了电压控制器外，装置所需的所有电路的设置都与荧光灯有关，并耦合到其镇流器上。

当控制电路实现运行时，此种低脉宽相应地产生低亮度，于是电能消耗也是低的，在供电装置中使用较小的滤波装置能相应地获得足够好的滤波作用。此类电路能进行调光控制和在高达5-100％的功率范围内送电，相应地，脉宽控制范用为5-100％。实际上，这意味着，当脉宽减小时，则滤波电路的滤波能力以同样的比例增加。所以采用窄的脉宽范围是更合理的，能够使用更小和更先进的电源滤波部分。实际上，上述电路在50-100％的脉宽范围内工作良好，因为当脉宽小时，电能消耗也同样小。无论如何，控制部分和它的计数器能被调到允许在整个的控制范围内使用。在此类情况下，例如50％的脉宽对应于5％的亮度，而相应地，100％的脉宽对应于100％的亮度。自然，用线性的方式能够实现在这些极值之间的调节。于是限制脉宽最小为50％，意味着电压控制器产生的脉冲在50％-100％的范围。

显而易见，对于一个技术人员，由于技术进步，本发明的基本想法能以许多不同的方式来实现。因此本发明和其实施例不被上述举例性说明所限制，但是它们可在权利要求书的范围内变化。

Claims (7)

1、一种与放电管关联的装置，它具有用于触发和点亮放电管(4)的电子镇流器，以及配置用来调节镇流器供电电压的电压控制器，以将功率控制信号包括在供电电压中，其特征在于：设置电压控制器，以调整镇流器的供电电压的基础频率脉冲形状来将功率控制信息包含在供电电压内，该装置还具有电源滤波器(2)和控制滤波器(1)，用于将功率控制信号p从供电电压(Uin)中分离出来，镇流器响应于功率控制信号(p)，以控制荧光灯(4)的亮度。

2、如权利要求1的装置，其特征在于：设置电压控制装置，以这样调整供电电压，将供电电压(Uin)转换成脉冲电压，并且，设置控制滤波器，以从脉冲化的供电电压的开/关脉冲比率产生功率控制信号。

3、如权利要求1的装置，其特征在于：电压控制器配置在向放电管的镇流器(4)的馈电线路上。

4、如权利要求1或2或3的装置，其特征在于：电压控制器是削波控制器，以关断来自供电电压半波的一部分。

5、如权利要求1或2或3的装置，其特征在于：电压控制器是脉冲调制器，该调制器被配置用来产生脉冲信号。

6、如权利要求1、2、3或5的装置，其特征在于：在该装置进一步包括一个幅值削波电路，该电路被配置用来削去提供给控制滤波器的信号幅值至预定值。

7、如权利要求1、2、3、5或6的装置，其特征在于：功率滤波器部分(2)包含一个用于补偿功率因数的削波器电路。

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