CN1856207B - 用于荧光灯具的改良的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于荧光灯具的改良的控制系统，包括开关和控制模块，该控制模块与开关通信，并且在开关断开时对荧光灯的灯丝电阻进行采样，并在开关接通期间，基于灯丝电阻来有选择地将提供到荧光灯的电流增大到大于标称电流。

Description

用于荧光灯具的改良的控制系统

技术领域

本发明涉及荧光灯具，更具体而言，涉及用于荧光灯具的控制系统。

背景技术

现在参考图1，荧光灯10包括密封的玻璃管12，玻璃管12中包含诸如水银之类的第一物质和诸如氩之类的第一惰性气体，其两者被统一标识为14。管12是加压的。磷粉末16涂覆在管12的内表面上。管12包括位于管12相对两端的电极18A和18B(统称为电极18)。功率通过控制系统被提供到电极18，所述控制系统可以包括AC源22、开关24、镇流模块26和电容器28。

当开关24闭合时，控制系统向电极18提供功率。电子通过气体14从管12的一端迁移到对端。来自流动的电子的能量使某些水银从液态改变到气态。当电子和带电的原子移动通过管12时，某些将与气态的水银原子发生碰撞。该碰撞使原子激发，并致使电子移动到较高态。当电子返回较低能级时，它们释放出光子或发光。水银原子中的电子释放出紫外线波长范围内的光子。磷涂层16吸收紫外线光子，这致使磷涂层16中的电子跃迁到更高能级。当电子返回较低能级时，它们释放出具有与白光相对应的波长的光子。

为了通过管12发送电流，荧光灯10需要自由电子和离子，并要求电极18之间的电荷存在差异。一般而言，在气体14中几乎不存在离子和自由电子，这是因为原子通常维持中性电荷。当荧光灯10被接通时，它需要引入新的自由电子和离子。

镇流模块26在启动期间通过两个电极18输出电流。电流流动在两个电极18之间造成电荷差。当荧光灯10被接通时，两电极灯丝都非常快速地加热。使管12中的气体14电离的电子被发出。一旦气体被电离，电极18之间的电压差就建立电弧。流动的带电粒子使水银原子激发，这触发了照明过程。当更多电子和离子流过特定区域时，它们撞击更多原子，从而产生自由电子并生成更多带电粒子。电阻降低而电流增大。镇流模块26在启动过程期间和启动过程之后调节功率。

现在参考图2，某些镇流模块50包括控制模块54、一个或多个电解电容器56和其他组件58。电解电容器56可被用于过滤或平滑电压。电解电容器56和/或其他系统组件可能易受高工作温度的影响。如果工作温度在一段足够长的时间中超过阈值，电解电容器56和/或其他系统组件可能被损坏，并且荧光灯10可能变得无法工作。

当某些荧光灯已被关断一段很长时间时，荧光灯需要花费一段时间才能提供正常或标称量的光输出(与荧光灯已被接通一段时间时的情况相比)。换言之，荧光灯在被接通时，起初荧光灯输出是昏暗的，这种情况可能是令人烦恼的。另外，荧光灯通常会在没有向用户提供任何指示的情况下出现故障或烧掉。如果用户没有替换的荧光灯，用户则可能不具有光源，直到可以找到一个光源为止。

发明内容

一种控制系统包括开关和控制模块，该控制模块与开关通信，并且在开关处于第一状态时对荧光灯的灯丝电阻进行采样，并在开关转换到第二状态时，基于灯丝电阻来有选择地将提供到荧光灯的电流增大到大于标称电流值。

在其他特征中，所述控制模块在开关处于第一状态时确定稳态灯丝电阻值，并监控所述稳态灯丝电阻值的改变。指示器与控制模块通信。所述控制模块将稳态灯丝电阻值的改变与预定的灯丝电阻改变阈值相比较，并在所述稳态灯丝电阻值的改变超过所述预定的灯丝电阻改变阈值时改变指示器的状态。所述控制模块将所述稳态灯丝电阻值与预定的灯丝电阻阈值相比较，并在所述稳态灯丝电阻值超过所述预定的灯丝电阻阈值时改变指示器的状态。

在其他特征中，所述控制模块在所述开关转换到所述第二状态时，基于在开关转换到第二状态之前存储的灯丝的已存储的灯丝电阻值来使到灯丝的电流和电压中的至少一个在标称电流水平上增大第一量。所述控制模块在开关处于第一状态时确定和存储稳态灯丝电阻值。所述控制模块在所述开关转换到第二状态时，基于在所述开关转换到第二状态之前存储的灯丝电阻值和已存储的稳态灯丝电阻值来使到灯丝的电流和电压中的至少一个在所述标称水平上增大第一量。环境温度估计器估计环境温度。所述稳态灯丝电阻值的改变是基于环境温度来调整的。所述环境温度估计器包括温度传感器。所述环境温度估计器基于荧光灯已在第二状态中保持一段预定时间之后测量出的灯丝电阻来估计环境温度。

在其他特征中，镇流模块包括电解电容元件。温度传感器感测所述电解电容元件的温度。控制模块与所述温度传感器通信，并且当感测到的温度超过预定阈值时调整到荧光灯的功率输出。所述控制模块基于感测到的温度来调节功率输出。

在其他特征中，整流器模块具有有选择地与电压源通信的输入端。电解电容元件和控制模块与整流器模块的输出端通信。

在其他特征中，温度传感器感测第一电组件的温度。所述控制模块与所述温度传感器通信，并且当感测到的温度超过预定阈值时调整到荧光灯的功率输出。整流器模块具有有选择地与电压源通信的输入端。所述控制模块与所述整流器模块的输出端通信。

从下面提供的详细描述中，本发明的其他应用领域将变得明显。应该理解，该详细描述和特定示例虽然指示本发明的优选实施例，但是，它们仅仅是出于说明目的的，并且不希望限制本发明的范围。

附图说明

从具体实施方式和附图中，将更全面地理解本发明，其中：

图1是用于根据现有技术的荧光灯的示例性控制系统的功能框图；

图2是图1中的用于荧光灯的控制系统的更详细的系统框图；

图3是用于图1中的荧光灯的改良的控制系统的功能框图；

图4是图3中的控制系统的示例性实现方式的电气示意图和功能框图；

图5是示出用于操作图3的控制系统的步骤的第一示例性流程图；

图6是示出用于操作图3的控制系统的步骤的第二示例性流程图；

图7是示出用于操作图3的控制系统的步骤的第三示例性流程图；

图8A是示出荧光灯接通时间和关断时间的时序图；

图8B是示出荧光灯的灯丝的电阻采样的时序图；

图8C示出了作为时间的函数的灯丝的温度和电阻；

图9是示出用于对灯丝的电阻采样并识别指示失效的电阻变化的方法的步骤的流程图；

图10是示出用于调整接通期间提供的电流以减小加热和提供标称光输出所需时间量的方法的步骤的流程图；

图11是示出用于确定环境温度的一种示例性方法的步骤的流程图；以及

图12是示出用于确定环境温度的另一示例性方法的步骤的流程图。

具体实施方式

以下对优选实施例的描述本质上仅仅是示例性的，并且决不希望限制本发明、其应用或用途。这里使用的术语“模块”指的是执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或其他提供所述功能的合适的组件。为了清楚，将在附图中使用相同标号来标识类似元件。

现在参考图3，示出了用于荧光灯10的控制系统98的功能框图。镇流模块100包括控制模块104、一个或多个电解电容器108和一个或多个统一标识为110的其他组件。镇流模块100包括一个或多个温度感测模块112和114，这些模块感测镇流模块100的组件和/或荧光灯10的控制系统的工作温度。在某些实现方式中，温度传感器112感测电解电容器108的工作温度，而温度传感器114感测镇流模块100的一个或多个其他组件110和/或控制系统的工作温度。

控制模块104基于一个或多个感测到的工作温度来调整荧光灯10的工作。例如，控制模块104在电解电容器108的工作温度超过预定的温度阈值时关闭荧光灯10。另外，控制模块104在复位前、无限期地和/或使用其他标准在一段预定时间中切断荧光灯10。在其他实现方式中，控制模块104无限期地、在复位前和/或使用其他标准在一段预定时间中降低镇流模块100的输出电压和/或电流。

现在参考图4，镇流模块100的示例性实现方式被示为包括全波或半波整流器120、电解电容器106和控制模块104。功率晶体管126的第一端子被连接到整流器120的第一输出端。第二端子被连接到控制模块104和功率晶体管128的第一端子。控制模块104使功率晶体管在导通和截止状态之间切换，以在启动和/或工作期间改变到荧光灯10的电流和/或电压。

电容器C1可被连接到整流器120的第一输出端、功率晶体管126的第二端子、功率晶体管128的第一端子和电感器L的一端。电感器L的另一端可以与电极18A的一端通信。电极18A的另一端通过电容器C3被耦合到电极18B的一端。整流器120的第一输出端通过电容器C2被耦合到电极18B的另一端。指示器140与控制模块104通信，并指示荧光灯的工作状态。例如，指示器140可被接通以指示荧光灯可能将很快失效。于是，用户可以在已安装的荧光灯失效之前购买或以其他方式获得替换的荧光灯。指示器140可以包括发光二极管(LED)、白炽灯、扬声器和/或任意其他可视或可听的输出。虽然在图4中示出了指示器，但是在这里描述的任意实施例中都可以包括指示器。

现在参考图5，示出了用于操作图3的控制系统的步骤的流程图。控制开始于步骤200。在步骤204中，控制判断开关24是否接通。如果否，控制则返回步骤204。如果步骤204为真，控制则判断荧光灯10是否已经接通。如果是，控制则继续执行步骤208，并判断感测到的温度是否大于阈值温度。感测到的温度可以与电解电容器56和/或镇流模块100的其他组件和/或控制系统的其他组件相关。如果步骤206为否，控制则在步骤214中启动荧光灯，并继续执行步骤208。如果步骤208为否，并且尚未超过阈值温度，控制则在步骤210中判断开关24是否断开。如果开关24没有断开，控制则返回步骤204。

当步骤208为真，控制则在步骤216中断开开关24和/或荧光灯10。在某些实现方式中，开关24可以受控于控制模块104。可替换地，控制模块104可以与开关24的位置相独立地断开荧光灯10。可替换地，控制模块104可以与三路开关24协作充当三路开关。当步骤210为真并且开关24处于断开状态时，控制在步骤218中关断荧光灯10。

现在参考图6，示出了用于操作图3的控制系统的替换步骤的流程图。当步骤208为否时，控制返回步骤204。当步骤208为真时，控制在步骤242中关断荧光灯10。在步骤246中，控制启动计时器。在步骤250中，控制判断计时器是否期满。如果在步骤250中为真，控制则返回步骤204。否则，控制返回步骤250。

现在参考图7，示出了用于操作图3的控制系统的替换步骤的流程图。当步骤208为真时，控制在步骤282中减小被输出到荧光灯10的功率。减小输出到荧光灯10的功率可以包括减小由镇流模块100输出的电压和/或电流。荧光灯10可以在这种模式中操作，直到使用开关24复位。可替换地，在步骤286中，控制启动计时器。在步骤290中，控制判断计时器是否期满。如果步骤290为真，控制则返回步骤204。否则，控制返回步骤290。

现在参考图8A，该时序图示出了荧光灯的接通时间和关断时间。荧光灯被示为处于接通状态和关断状态。根据荧光灯处于关断状态的时间长短来确定在启动期间必须添加到灯丝的附加热量的量。换言之，被输出到灯丝的热量或功率的量被暂时增大到大于标称级别以减小灯输出小于标称灯输出的时间量。通过增大到灯丝的功率的量，灯丝将被更快速地加热，并且灯丝的电阻将更快速地减小到标称电阻值。如果荧光灯被关断的持续时间很短，那么所需的大于标称级别的热量或功率的量小于在荧光灯被关断的持续时间很长时所需的(大于标称级别的)热量或功率的量。

通过测量关断状态期间灯丝的电阻，可以估计出在启动期间应该添加到灯丝的热量的量。当灯被关断时，灯丝的电阻被连续地和/或以隔开的间隔采样。随着关断后时间量的增长，灯丝的电阻增大。在延长的关断状态期间，灯丝的电阻将趋向于到达稳态电阻值，该稳态电阻值依赖于环境温度和荧光灯的寿命。在某些实现方式中，环境温度在延长的关断状态之后被记录，并被存储在存储器中。环境温度可以利用上述温度传感器来测量。可替换地，可以从延长的关断时间之后的灯丝电阻中估计出环境温度。另外，电阻的一个或多个在先的稳态值被测量和存储。电阻界限值也可以被存储。

当在关断之后的电阻值达到稳态电阻值时，可以将新的稳态电阻值与一个或多个已存储的稳态电阻值相比较。稳态值之间的差异或变化可被计算出。在某些实现方式中，已存储的稳态电阻值可以是两个或更多个在先稳态电阻值的平均或加权平均。可以使用其他函数(例如自然log函数)来确定灯丝电阻的变化率。如果该变化率超过预定的变化率值和/或预定的电阻界限，控制模块则可以指示荧光灯将很快失效并接通指示器140。

现在参考图8B，该时序图示出了对灯丝电阻的采样。当采样使能信好为高时，灯丝的电阻被采样。虽然采样间隔被示为以预定间隔被隔开，但是该间隔可以有所不同。例如，可以在电阻值快速改变时减小间隔，并在电阻值不快速变化时增大间隔，反之亦然。将容易发现其他变化。在某些实施例中，灯丝的电阻在荧光灯从接通状态转换到关断状态时被测量。可以在电阻值达到稳态值时、在灯被接通时和/或利用任意其他标准终止对灯丝电阻的采样。

现在参考图8C，灯丝的电阻和温度被示为时间的函数。灯丝的温度被示为接通和关断状态的函数。图8C示出的图涉及这样的荧光灯，该荧光灯在图8A中的时刻320处从接通状态转换到关断状态，并保持在关断状态中。灯丝的温度将从标称接通温度值322下降到环境温度值324。灯丝的电阻将随其冷却而从标称接通值326增大到标称关断值328。可以意识到，随着荧光灯老化，标称接通和关断温度和电阻的值将变化。

现在参考图9，该流程图示出了用于采样灯丝电阻并识别灯丝电阻改变的方法的步骤，其中灯丝电阻的改变指示出即将发生的失效。控制开始于步骤350。在步骤352中，控制判断开关是否从接通状态转换到断开状态。如果否，控制则返回步骤352。如果步骤352为真，控制则在步骤356中判断开关是否保持断开。如果不是，控制则返回步骤352。如果步骤356为真，控制则在步骤358中测量和存储灯丝电阻。在步骤362中，控制等待采样周期，该采样周期可以是可变的、适应性的和/或固定的。在步骤366中，控制判断是否已经达到稳态电阻值。稳态值的确定可以基于任意合适的标准。例如，在一个实现方式中，可以在N个连续样本的电阻值的彼此之差在预定差值内时确定稳态值。用于识别稳态值的其他方法可以被使用。

当步骤366为真时，控制继续执行步骤368，并存储稳态电阻值。在某些实现方式中，稳态电阻值可以基于环境温度来调整。在步骤372中，控制计算稳态值的变化。该变化是基于当前稳态值和一个或多个在先的稳态值来确定的。在步骤374中，控制判断稳态电阻的变化是否大于电阻变化界限，或者该稳态值是否大于电阻界限。如果步骤374为真，控制则例如通过在步骤376中接通指示器来改变电感器的状态。如果步骤374为否，控制则返回步骤352。

现在参考图10，该流程图示出了用于在接通期间调整功率以减小加热灯丝所需时间量的方法的步骤。控制开始于步骤400。在步骤402中，控制判断开关是否从断开状态转换到接通状态。如果步骤402为否，控制则返回步骤402。如果步骤402为真，控制则在步骤406中将上次存储的电阻值(该值可以是稳态值，也可以不是稳态值)与一个或多个在先的稳态电阻值相比较。假设荧光灯将工作在一般恒定的环境温度中，这些值之间的差异是对荧光灯是否已被完全冷却以及快速加热灯丝需要多少热量的测量。在步骤410中，控制模块向灯丝提供持续预定时间的额外电流，以快速加热灯丝。电流水平和/或持续时间中的至少一个基于在步骤406中执行的比较。在步骤412中，控制结束。

现在参考图11，该流程图示出了用于确定环境温度的一种方法的步骤。控制开始于步骤430。在步骤434中，控制判断开关是否已经被断开了一段预定时间。该预定时间段被选择，以确保电解电容器和/或其他组件处于环境温度。在步骤436中，控制利用上述温度传感器之一或其两者来测量和存储环境温度。环境温度被存储在控制模块中，并在前述方法中被使用。控制在步骤440结束。

现在参考图12，该流程图示出了用于确定环境温度的另一方法的步骤。控制开始于步骤450。在步骤454中，控制判断开关是否已经被断开了一段预定时间。在步骤456中，控制测量和存储灯丝电阻。在步骤460中，基于灯丝电阻来估计环境温度。环境温度被存储在控制模块中，并在前述方法中被使用。控制在步骤464结束。

本领域技术人员现在可以从前面的描述中意识到，可以以各种形式来实现本发明的广泛教导。例如，组件的温度可以被感测，而电流输出可以据此来调节。滞后、平均和/或其他技术可被用于减小可能出现的闪动和/或其他明显的光强度方面的改变。因此，虽然已经结合特定示例描述了本发明，但是不应该如此限制本发明的范围，因为在阅读了附图、说明书和所附权利要求书之后，本发明技术人员将清楚其他修改。

本申请是2005年4月22日递交的美国专利申请No.11/112,808的继续申请。本申请要求2005年4月18日递交的美国临时申请No.60/672,250的优先权。这里通过参考并入了上述申请的公开的全部内容。

Claims (21)

1.一种控制系统，包括：

开关，该开关切换到荧光灯的灯丝的功率，并且具有第一状态和第二状态，所述第一状态与从所述灯丝去除功率相关联，并且所述第二状态与向所述灯丝提供功率相关联；以及

控制模块，该控制模块与所述开关通信，并且在所述开关处于所述第一状态时对所述灯丝的灯丝电阻进行采样，并在所述开关转换到所述第二状态时基于所述灯丝电阻将提供到荧光灯的电流增大到大于标称电流值。

2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述控制模块在所述开关处于所述第一状态时确定稳态灯丝电阻值，并监控所述稳态灯丝电阻值的改变。

3.如权利要求2所述的控制系统，还包括与所述控制模块通信的指示器，该指示器指示所述荧光灯的工作状态。

4.如权利要求3所述的控制系统，其中所述控制模块将所述稳态灯丝电阻值的改变与预定的灯丝电阻改变阈值相比较，并在所述稳态灯丝电阻值的改变超过所述预定的灯丝电阻改变阈值时改变所述指示器的状态。

5.如权利要求3所述的控制系统，其中所述控制模块将所述稳态灯丝电阻值与预定的灯丝电阻阈值相比较，并在所述稳态灯丝电阻值超过所述预定的灯丝电阻阈值时改变所述指示器的状态。

6.如权利要求1所述的控制系统，其中所述控制模块在所述开关接通时，基于在所述开关接通前存储的所述灯丝的已存储的灯丝电阻值使到所述灯丝的电流和电压中的至少一个在标称电流水平上增大第一量。

7.如权利要求6所述的控制系统，其中所述控制模块在所述开关处于所述第一状态时确定和存储稳态灯丝电阻值，并且其中所述控制模块在所述开关转换到所述第二状态时，基于在所述开关转换到第二状态之前存储的灯丝电阻值和所述已存储的稳态灯丝电阻值之间的差异来使到所述灯丝的电流和电压中的至少一个在所述标称电流水平上增大第一量。

8.如权利要求4所述的控制系统，还包括估计环境温度的环境温度估计器。

9.如权利要求8所述的控制系统，其中所述稳态灯丝电阻值的改变是基于所述环境温度来调整的。

10.如权利要求8所述的控制系统，其中所述环境温度估计器包括温度传感器。

11.如权利要求8所述的控制系统，其中所述环境温度估计器基于所述荧光灯已在所述第一状态中保持一段预定时间之后测量出的灯丝电阻来估计所述环境温度。

12.如权利要求1所述的控制系统，还包括：

镇流模块，包括：

电解电容元件；以及

第一温度传感器，该温度传感器感测所述电解电容元件的第一温度，其中所述控制模块与所述第一温度传感器通信，并且当所述第一温度超过预定阈值时调整到荧光灯的功率输出。

13.如权利要求12所述的控制系统，其中所述控制模块基于所述第一温度来调节所述功率输出。

14.如权利要求12所述的控制系统，还包括整流器模块，该整流器模块具有与电压源通信的输入端，其中所述电解电容元件和所述控制模块与所述整流器模块的输出端通信。

15.如权利要求12所述的控制系统，还包括：

电组件；以及

感测所述电组件的第二温度的第二温度传感器，其中所述控制模块与所述第二温度传感器通信，并且当所述第二温度超过预定阈值时调整到荧光灯的功率输出。

16.如权利要求15所述的控制系统，还包括整流器模块，该整流器模块具有与电压源通信的输入端，其中所述控制模块与所述整流器模块的输出端通信。

17.如权利要求1所述的控制系统，其中所述控制模块基于所述开关的状态作出反应。

18.如权利要求1所述的控制系统，其中所述开关从电源接收功率。

19.如权利要求1所述的控制系统，其中所述开关被耦合在电源和整流器之间。

20.如权利要求1所述的控制系统，其中所述开关被耦合在电源和控制模块之间。

21.如权利要求1所述的控制系统，其中当所述开关处于所述第一状态时所述灯丝关闭。

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