CN1813500A - 用于提高荧光灯功效的控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种荧光灯装置，具有：荧光灯(100)；和荧光灯一起布置的热绝缘(102)，用于防止热量从灯中逸出；传感器(110)，用于检测由所述灯产生的光的数量；以及响应所述传感器的电路(104)，所述电路根据传感器的输出控制提供给荧光灯的电功率的数量，并且为所消耗电功率的数量优化由荧光灯产生的光的数量。

Description

用于提高荧光灯功效的控制方法和设备

本发明涉及一种用于提高荧光灯功效的控制方法和设备。

在附图中：

图1是应用于一个常规类型荧光灯的本发明第一实施例的示意性表示，所述荧光灯封入热绝缘外壳以防止热损失，并且其中用于执行调光(dimming)控制的控制电路位于灯的外部。

图2是一个实施例的示意性表示，其中为了使执行必要控制的控制电路连同熄弧(blast)和其它电路一起包含在灯体内，修改了所述荧光灯。

将电能转换成UV辐射(所述UV辐射最终产生可见光)的效率很大程度上依赖于工作灯内部汞蒸汽的浓度。汞蒸汽的浓度又十分依赖于包围工作电弧的玻璃灯泡的温度。由于将电能转换成可见光的固有低效率导致产生一些热量。这引起灯泡壁温度的升高。

因为由于转换/辐射所产生的灯的热损失量依赖于温度，所以工作灯达到一个平衡温度，其中在产生的热量和损失的热量之间存在平衡。这个温度依赖于所施加的电功率和影响从灯泡的热传输的因素。例如，如果灯具有一个围绕的套筒，并且以塑料封装(即，“Shattersheild”)或者工作在设计拙劣或位于光源中，则灯泡壁将达到比正常高的温度。

荧光灯的光输出在特定的灯泡壁温度处达到最大值。换句话说，荧光灯具有一个最优的工作温度。因为这个温度依赖于灯内部其它气体的压力，所以它是不同的灯设计的固有特征。大多数灯的这个温度大约是40℃(104°F)。当灯工作时玻璃灯泡并没有显示出均匀的温度，因此在热平衡时灯泡上的“最冷点”形成了工作电弧内的汞浓度。如果汞蒸汽的浓度太高或者太低，则灯的光输出少于在最优温度上的光输出。

根据本发明的实施例，采用基于荧光灯的照明系统的主动调光并且有意地防止灯所产生的热逸出。

应该理解的是，在没有控制电路的情况下，灯温度将会增加到一个水平，在该水平上灯的“冷点”将会超过用于特定灯的最优温度。当然，这将会降低灯的功效，因此导致提供到灯的功率产生较少的光。灯的热绝缘通过使用已知技术的任一种或其结合来实现。

利用根据本发明实施例的控制电路，主动调光导致传送到系统(基于光通量)的功率减少，这将灯的温度减少到获得最大光输出的温度。这导致灯的“冷点”保持在用于光输出的最优温度上。用于获得这个最优状态所需功率的减少导致了灯功效的增加。

更加特别地，本发明的实施例实际上加热灯以便增加温度。这可以通过使灯绝缘以便尽可能少地逸出热来实现。这些实施例然后利用这些废热，其是荧光灯内低效率产生光的自然结果，以便能够增加灯(和系统)的功效。

仅仅通过实例，图1示出了一种配备有热绝缘类型外壳102的荧光灯100。选择的这个外壳具有低的IR(红外)透射率和热传导，同时虑及有效的照明还要足够透明。在这个实例中，这个外壳由聚碳酸酯制成或者在内部具有聚碳酸酯釉面。可替换地或者除此之外，外壳的内部可以被抽空或者用能够防止荧光灯产生的热量损失到外部空气的气体来填充。例如，可以利用诸如氩气或者氪气之类的气体。填充外壳内部可以用二氧化碳来填充，这也在本实施例的范围内。

在这一点上可以理解的是，仅仅通过实例说明了这种类型的灯，本发明不限于这种特定类型灯的配置/布置。也应该注意到，可以用来限制允许从灯中选出的热量的热绝缘技术不限于外壳，并且可以使用其它技术。例如，也可以利用例如热反射薄膜其它形式的聚碳酸酯之类的IR反射材料对荧光灯填充有气体的部分的外壁上釉(glazing)。

交流电流源(例如常规家用电源)与控制电路104相连接。这个电路包括有源控制器和调光器功能。这些由功能块106，108来表示。

设置光传感器110以便响应由灯产生的光的数量。这个传感器110可以采用光电二极管以及类似光敏设备类型的光电晶体管的形式，其产生随所接收光的数量变化的输出。

这个传感器110的输出施加到控制电路，并且根据本发明的这个实施例，这个传感器110的输出被用于自动修改通过调光器以微小感觉不到的增量提供给灯的功率量，直到诸如传感器输出达到最大值并且所消耗的电流处于其检测到的光数量的最低水平的时间。

可用于这种自动控制的电路类型的实例可以在以Widmayer的名义在1983年7月19日发布的美国专利号4394603、以Schweer等人的名义在1984年11月13日发布的美国专利号4482844和以Spout等人的名义在1998年4月21号发布的美国专利号5742131中找到。这些文件的公开内容在此引用以作参考。

以上提及的专利公开了响应环境光的荧光灯调光器控制。然而，认为下述内容也在本领域的技术人员的权限之内：使用传感器110仅仅检测来自荧光灯的光并因此不响应于环境光来控制提供给荧光灯的电功率量，并且以这样一种方式控制提供给灯100的电功率量，其中对于最优的最小化功率输入可以容易地获得最优的最大光产生。因此，为了简洁起见没有进一步公开。

图2描述了一个实施例，其中绝缘体、传感器和控制电路都包含在一个单独的单元中，这不同于图1所示的布置，在图1中传感器和控制电路被布置在荧光灯本身的外部。在图2中，对应于用数字100，102，104等所表示的元件的那些元件被指定为200，202，204等。

在图1布置中，传感器110和电路104的外部布置适合于如下情况，其中在靠近的邻域中使用一组灯并且可以使用单独的光敏传感器来控制该组中的所有灯。这种控制可以扩展到大量的灯，其中定向传感器使之朝向灯以便仅仅响应由灯产生的光，并且因此可以使用单独的电路布置控制提供给所有灯的电流。换句话说，可以由单独的传感器布置来控制大房间中所有的灯，该传感器布置适合(例如通过合适的透镜、屏蔽等)检测由多个灯产生的光量。

迄今为止，由于考虑到热传递限制了固定设备(fixture)中灯的数量，从而使得每个灯的“冷点”不会极大地超出灯损失效率的点。以前，冷却温度的应用需要专门的，较昂贵的HO(高输出)和VHO(非常高输出)的灯。

然而，依据本发明的实施例，如果将足够多的灯放入一个固定设备中，则在这些应用中可以使用便宜的灯来替代较昂贵的HO或VHO类型的灯。事实上，在这种布置中，固定设备可用来使灯绝缘或者用来进一步使灯绝缘，该灯已经具备它们自身单独的绝缘来防止热损失和/或促使热在固定设备中积聚并且获得用来提高灯功效的热损失。

本发明的实施例考虑到好的光源设计。对于某一瓦数的给定数量的灯来说，光源必须容纳产生的热以便保持灯在最优的温度。如果对光源欠安全性设计以致光源包含太多的灯(即，获得较高的光强度)，则这些灯必然变得很热并且损害了光输出和功效。因此，好的光源设计极大受限于灯产生的热。类似地，如果灯具有一个套筒或者以塑料封装，则它也将以相同的结果倾向于在高于最优温度上工作。当然，本发明的实施例避免了这个问题。

除了为所用电流量获得最优的光生成之外，本发明的实施例倾向于提高灯的寿命，因为对于给定的灯来说，利用绝缘实际上可以减少功率量并且因此使灯能够在低于正常额定的瓦特数上工作。

虽然仅仅参考有限数目的实施例公开了本发明，但是应该理解的是，如果以这样一种方式设计灯、套筒、封装和光源，以便产生过多的热，则它们可以用于如上所述的一个电路中以降低的功率进行工作，同时仍产生期望的光输出(即，以增加的功效进行工作)。除此之外，本发明还允许较小、较便宜的光源并且该光源具有较高的光通量(每个单位区域具有更多的灯)。HO和VHO灯可以用于紧凑型的应用中，在没有汞合金和恼人的增加特性的情况下CFL(紧凑型荧光灯)可以工作。

另外，尽管本发明的实施例集中在促使灯自身加热的绝缘技术，但是在本发明的范围内可以使用一些外部热源来加热灯。这种热源可以是废热源，该废热源应该是便于接近灯布置的一种热源。

本发明的范围仅仅受限于所附的权利要求。

Claims (15)

1.一种荧光灯装置，包括：

荧光灯；

和荧光灯一起布置的热源，用于升高荧光灯的温度；

传感器，用于检测由灯产生的光的数量；以及

响应传感器的电路，根据传感器的输出，该电路控制提供给荧光灯的电功率量，并且为所消耗的电功率量优化由荧光灯产生光的数量。

2.如权利要求1所述的荧光灯装置，其中热源包括和荧光灯一起布置的热绝缘，该热绝缘防止由荧光灯产生的热从荧光灯中逸出。

3.如权利要求2所述的荧光灯装置，其中热绝缘包括在荧光灯的至少发光部分周围布置的热绝缘介质。

4.如权利要求2所述的荧光灯装置，其中热绝缘包括外壳。

5.如权利要求4所述的荧光灯装置，其中该外壳是适合热绝缘的。

6.如权利要求4所述的荧光灯装置，其中该外壳的内部是抽空的。

7.如权利要求4所述的荧光灯装置，其中该外壳的内部充满具有热绝缘特性的气体。

8.如权利要求2所述的荧光灯装置，其中热绝缘包括对荧光灯的至少发光部分上的热绝缘材料上釉。

9.一种增加荧光灯功效的方法，包括：

加热荧光灯；

检测从荧光灯发出的光并且产生表示由荧光灯发出光的数量的信号；

响应照明的检测水平，控制提供给荧光灯的电功率量以使荧光灯的温度调向一个值，在该值上由荧光灯发出光的数量是最优的。

10.如权利要求9所述的方法，其中荧光灯的加热包括防止荧光灯热损失并且使用由灯产生的热来加热其自身。

11.如权利要求10所述的方法，其中防止热损失的步骤包括在减少热损失的外壳中封入荧光灯。

12.如权利要求11所述的方法，其中防止热损失的步骤包括在外壳中封入荧光灯并且从外壳的空间中抽空空气。

13.如权利要求10所述的方法，其中防止热损失的步骤包括给外壳提供热反射层。

14.如权利要求13所述的方法，其中该热反射层是由聚碳酸脂制成的。

15.如权利要求10所述的方法，其中防止热损失的步骤包括在外壳中封入荧光灯，并且用显示出低热传输特征的介质填充外壳内的空间。

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