CN1863426A - 等离子照明系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种等离子照明系统及其控制方法，该等离子照明系统包括：存储器，用于存储经试验获得的相应于灯泡内每种物质的第一和第二开关信号的占空比；控制器，用于从存储器检测最佳占空比，并且相应于检测到的占空比输出相位相同的第一和第二开关信号；以及转换器，用于根据第一和第二开关信号将直流电压转换为由正方波和负方波构成的交流电压。

Description

等离子照明系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种等离子照明系统(PLS)，更具体地，涉及一种能够提高透光率的等离子照明系统及其控制方法。
背景技术
通常，等离子照明系统(PLS)是指这样一种照明装置，其利用从高频振荡器(即磁电管)产生的电磁波而将灯泡内的惰性气体变为等离子态并且由此连续地发光，从而即使没有电极也能够提供大量的光。
因为基于等离子发射原理发光，所以等离子照明系统可长时间使用而不会发生光速降低。而且，因为使用了与自然白光相同的连续光谱，所以等离子照明系统还能够保护使用者的视力，并且通过减少紫外或红外射线的发射而能够提供舒适的照明环境。
图1为现有技术的等离子照明系统构造的框图。
如图1所示，现有技术的等离子照明系统包括电源装置1、整流器2、半桥逆变器3、控制器4、变压器5、高电压产生装置6和磁电管7。
电源装置1将交流(AC)电压提供到等离子照明系统，用于其工作。
整流器2对经电源装置1输入的AC电压进行整流和滤波(smooth)，然后相应输出直流(DC)电压。
半桥逆变器3根据开关控制信号将从整流器2输出的DC电压逆变为AC电压，然后输出逆变的AC电压。
半桥逆变器3的内部构造将在下文中详细说明。
控制器4输出开关控制信号，以交替地开关半桥逆变器3的第一和第二晶体管S1和S2。
变压器5对从半桥逆变器3输出的AC电压进行变压，即，基于初级线圈与次级线圈的特定匝数比，感应出通过对AC电压进行变压所获得的电压。
高电压产生装置6通过将已经被变压器5感应至次级线圈的电压放大(multiply)而产生高电压。这里，高电压产生装置6的内部构造将在下文中说明。
磁电管7通过接收高电压产生装置6产生的电压作为驱动电压而产生微波。
图2为现有技术的等离子照明系统的电路图，图3为现有技术的等离子照明系统的工作波形图。
参照图2和图3，控制器4将用于交替开关第一晶体管S1和第二晶体管S2的开关控制信号S1和S2分别施加到第一晶体管S1的栅极G1和第二晶体管S2的栅极G2。因此，根据开关控制信号S1和S2的开/关周期可增大或减小谐振电压和电流。
这里，在变压器5的初级线圈上流动的电压和电流分别表示为“V1”和“i1”。基于在初级线圈上流动的电压V1和电流i1，由整流器2整流的电压Vd被施加至第一晶体管S1，由整流器2整流的电压Vd的负电压-Vd被施加至第二晶体管S2。
在变压器5的初级线圈上流动的电流i1如图3所示。
接下来，高电压产生装置6经电容器C、二极管D1和D2以及电阻器R，将由变压器5感应至次级线圈的电压放大，再将由此而获得的高电压施加到磁电管7。
磁电管7随后接收输入的高电压作为驱动电压，从而产生微波。
磁电管7中振荡的微波经波导和谐振器施加到灯泡。由此，灯泡内的气体由于电子碰撞而变为等离子态，从而发光。
在利用脉冲信号运行等离子照明系统时，有效地提高了透光率。但是，使用谐振半桥逆变器的等离子照明系统无法利用脉冲信号工作，从而导致了透光率的下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种等离子照明系统(PLS)及其控制方法，在该等离子照明系统中，通过驱动脉冲而将高电压瞬时施加到磁电管以使电磁波振荡，并且振荡的电磁波用于反复地激活灯泡内物质的等离子态，从而能够提高透光率。
为了实现这些以及其它优点并根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种等离子照明系统，包括：存储器，用于存储经试验获得的相应于灯泡内每种物质的第一和第二开关信号的占空比；控制器，用于从存储器检测最佳占空比，并且相应于检测到的占空比输出相位相同的第一和第二开关信号；以及转换器，用于根据第一和第二开关信号将直流电压转换为由正方波和负方波构成的交流电压。
根据本发明的另一方案，提供一种等离子照明系统，包括：电源装置，用于产生交流电力；整流器，用于对从电源装置产生的交流电力进行整流，并基于整流结果输出直流电压；控制器，用于根据灯泡内的物质检测最佳占空比，并相应于检测到的占空比输出转换控制信号；转换器，用于利用所述转换控制信号将从整流器输出的直流电压转换为交流电压；变压器，用于根据特定的匝数比对从转换器输出的交流电压进行变压；高电压产生装置，用于根据特定的比率对由变压器变压后的电压进行放大，并输出放大后的高电压；以及磁电管，用于利用从高电压产生装置输出的高电压产生微波。
为了实现这些以及其它优点并根据本发明的目的，本发明提供一种等离子照明系统的控制方法，包括：根据灯泡内的物质检测最佳占空比；相应于检测到的占空比产生转换控制信号；对交流电力进行整流，并基于整流结果产生直流电压；利用所述转换控制信号，将该直流电压转换为交流电压；根据特定的匝数比对转换的交流电压进行变压，并对变压后的电压进行放大；以及根据放大后的电压产生微波。
通过以下结合附图对于本发明的详细描述，本发明的前述以及其它目的、特征、方案和优点将变得更为显而易见。
附图说明
附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，以提供对本发明的进一步理解；附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1为现有技术的等离子照明系统构造的框图；
图2为现有技术的等离子照明系统构造的电路图；
图3为现有技术的等离子照明系统的工作波形图；
图4为根据本发明的等离子照明系统构造的框图；
图5为根据本发明的等离子照明系统构造的电路图；
图6为根据本发明的等离子照明系统的控制方法的工作流程图；
图7为根据本发明的等离子照明系统的工作波形图；以及
图8为根据本发明的等离子照明系统中磁电管的振荡电流和振荡电压的波形图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明。
以下，参照附图，说明等离子照明系统(PLS)及其控制方法的实施例，该等离子照明系统在运行时，根据灯泡内的物质控制将DC电压转换为AC电压的转换时间，以驱动脉冲而将高电压瞬时施加到磁电管，从而能够提高透光率。
图4为根据本发明的等离子照明系统构造的框图，图5为根据本发明的等离子照明系统构造的电路图。
如图4和图5所示，根据本发明的等离子照明系统包括：电源装置41，用于产生AC电力；整流器42，用于对从电源装置41产生的AC电力进行整流，并基于整流结果输出DC电压；控制器44，用于根据灯泡内的物质检测最佳占空比，并相应于检测到的占空比输出转换控制信号；转换器43，用于根据转换控制信号将从整流器42输出的DC电压转换为AC电压；变压器45，用于根据特定的匝数比对从转换器43输出的AC电压进行变压；高电压产生装置46，用于根据特定的比率对经变压器45变压后的电压进行放大，并输出放大后的高电压；磁电管47，用于利用从高电压产生装置46输出的高电压来产生微波；以及存储器48，用于存储经试验获得的相应于灯泡内每种物质的转换控制信号的占空比。
转换器43用作半桥逆变器，其将相互串联的第一晶体管S1和第一二极管D1以及相互串联的第二晶体管S2和第二二极管D2并联连接。
这里，第一晶体管S1的发射极连接到第一二极管D1的阴极，在它们之间的连接点处输出表示正脉冲电压的第一转换信号。
第二晶体管S2的集电极连接到第二二极管D2的阳极，在它们之间的连接点处输出表示负脉冲电压的第二转换信号。
也就是说，转换器43根据转换控制信号将DC电压转换为具有脉冲波形的AC电压。
转换控制信号用作第一和第二开关信号，用于分别控制第一晶体管S1和第二晶体管S2的开/关状态。
第一和第二开关信号具有相位相同的脉冲波。第一和第二开关信号被设定为具有等于或小于40％的占空比。
变压器45基于其初级线圈的匝数比对从转换器43输出的AC电压进行变压，并将变压后的电压感应到其次级线圈。
下面参照图6说明根据本发明具有上述构造的等离子照明系统的控制方法。
图6为根据本发明的等离子照明系统的控制方法的工作流程图。
如图6所示根据本发明的等离子照明系统的控制方法包括：根据灯泡内的物质检测最佳占空比(SP1)，相应于检测到的占空比产生转换控制信号(SP2)，对AC电力进行整流并基于整流结果产生DC电压(SP3)，根据转换控制信号将DC电压转换为AC电压(SP4)，根据特定的匝数比对所转换的AC电压进行变压并对变压后的电压进行放大(SP5)，以及根据放大后的电压产生微波。
下面更详细地说明根据本发明的等离子照明系统的控制方法。
首先，通过试验设定相应于灯泡内物质的最佳占空比，然后将其存储在存储器48中。
这样，控制器44从存储器48选取(检测)对应于灯泡内某种物质的最佳占空比(SP1)，并相应于选取的占空比产生转换控制信号(SP2)。
这里，电源装置41提供AC电压以运行等离子照明系统。整流器42将从电源装置41输出的AC电压整流为DC电压，并将整流后的DC电压施加到转换器43(SP3)。
由此，转换器43根据转换控制信号将DC电压转换为AC电压，然后将转换的AC电压施加到变压器45(SP4)。
这里，转换器43用作半桥逆变器，其内部构造将在下文中详细说明。
接下来，变压器45基于其初级线圈的匝数比对从转换器43输出的AC电压进行变压，并将变压后的电压感应到其次级线圈，以施加到高电压产生装置46。
高电压产生装置46随后对经变压器45感应到次级线圈的电压进行放大，从而产生高电压(SP5)。
这里，磁电管47随后通过接收从高电压产生装置46产生的高电压作为驱动电压，而产生微波(SP6)。磁电管47中振荡的微波经波导和谐振器被施加到灯泡。因此，灯泡内的气体通过电子碰撞而处于等离子态，从而发光。
这里，图7为根据本发明的等离子照明系统的工作波形图。
下面参照图5和图7详细说明作为本发明主要部件之一的转换器的工作。
首先，转换器43用作半桥逆变器，其通过将相互串联的第一晶体管S1和第一二极管与相互串联的第二晶体管S2和第二二极管并联连接而构成。
这里，第一晶体管S1的发射极连接到第一二极管的阴极，在它们之间的连接点处输出第一转换信号。第一转换信号表示正脉冲电压。
第二晶体管S2的集电极连接到第二二极管的阳极，在它们之间的连接点处输出第二转换信号。第二转换信号表示负脉冲电压。
也就是说，转换器43根据转换控制信号将DC电压转换为具有脉冲波形的AC电压。
这里，如图7所示，转换控制信号用作第一和第二开关信号，用于分别控制第一晶体管S1和第二晶体管S2的开/关状态。
第一和第二开关信号由具有相同相位的脉冲波构成。根据本发明，第一和第二开关信号被设定为具有等于或小于40％的占空比。
也就是说，控制器44根据第一和第二开关信号同时导通转换器43的第一晶体管S1和第二晶体管S2。在同时导通第一晶体管S1和第二晶体管S2时，转换器43对从整流器42输出的DC电压进行转换，并将AC电压(即Vd和-Vd)施加到变压器45的初级线圈，如图7所示。
施加到变压器45的初级线圈的AC电压(Vd和-Vd)随后根据特定的匝数比而被变压，从而感应到变压器45的次级线圈。高电压产生装置46对感应到变压器45的电压进行放大，从而输出高电压。
这里，施加到变压器45的初级线圈的电流i1的波形示于图7。
在导通转换器43的第一晶体管S1和第二晶体管S2时，变压器45中积聚的能量经二极管D1和D2自由地转向电源。二极管D3电连接至变压器45的次级线圈。因此，直到变压器45的能量完全耗尽为止，电容器C中都充有电压。
这里，如果变压器45的能量未完全耗尽，那么当转换器43的第一晶体管S1和第二晶体管S2导通时，变压器45可能由于能量积累而成问题地损坏。控制器44相应地应对此类问题来设定用于导通/截止第一晶体管S1和第二晶体管S2的每个开关信号的占空比。
继而，为了使磁电管47振荡，将约10A的电流通入位于变压器45的次级线圈处的阴极加热器(未示出)。
然后，磁电管47可具有振荡电流ibm和振荡电压Ebm的波形特性，如图8所示。因此，通过分别控制转换器43中的第一晶体管S1和第二晶体管S2的导通时间可驱动脉冲。
如上所述，在根据本发明的等离子照明系统及其控制方法中，该等离子照明系统在运行时，根据灯泡内的物质控制将DC电压转换为AC电压的转换时间，以驱动脉冲而将高电压瞬时施加到磁电管，从而能够提高透光率。
本发明可具体实施为多种形式而不脱离发明的精神或实质，因此应当理解，除非另外指明，上述实施例不被前述说明的任何细节所限制，而应当在随附的权利要求书所限定的精神和范围内宽泛地解释；因此，落入权利要求书范围内的所有变化和修改或其等效范围都涵盖于随附权利要求书中。

Claims (22)

1、一种等离子照明系统，包括：
存储器，用于存储经试验获得的相应于灯泡内每种物质的第一和第二开关信号的占空比；
控制器，用于从存储器检测最佳占空比，并且相应于检测到的占空比输出相位相同的第一和第二开关信号；以及
转换器，用于根据第一和第二开关信号将直流电压转换为由正方波和负方波构成的交流电压。
2、如权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二开关信号设定为具有等于或小于40％的占空比。
3、如权利要求1所述的系统，其中该转换器用作半桥逆变器。
4、一种等离子照明系统，包括：
电源装置，用于产生交流电力；
整流器，用于对从电源装置产生的交流电力进行整流，并基于整流结果输出直流电压；
控制器，用于根据灯泡内的物质检测最佳占空比，并相应于检测到的占空比输出转换控制信号；
转换器，用于利用所述转换控制信号将从整流器输出的直流电压转换为交流电压；
变压器，用于根据特定的匝数比对从转换器输出的交流电压进行变压；
高电压产生装置，用于根据特定的比率对由变压器变压后的电压进行放大，并输出放大后的高电压；以及
磁电管，用于利用从高电压产生装置输出的高电压产生微波。
5、如权利要求4所述的系统，其中还包括：
存储器，用于存储经试验获得的相应于灯泡内每种物质的转换控制信号的占空比。
6、如权利要求4所述的系统，其中该转换器用作半桥逆变器。
7、如权利要求6所述的系统，其中该转换器将相互串联的第一晶体管和第一二极管以及相互串联的第二二极管和第二晶体管并联连接。
8、如权利要求7所述的系统，其中该转换器在第一晶体管的发射极与第一二极管的阴极连接的连接点处输出第一转换信号。
9、如权利要求8所述的系统，其中该第一转换信号为正脉冲电压。
10、如权利要求7所述的系统，其中该转换器在第二晶体管的集电极与第二二极管的阳极连接的连接点处输出第二转换信号。
11、如权利要求10所述的系统，其中该第二转换信号为负脉冲电压。
12、如权利要求4所述的系统，其中该转换器根据所述转换控制信号将直流电压转换为具有脉冲波形的交流电压。
13、如权利要求4所述的系统，其中所述转换控制信号用作第一和第二开关信号，用于分别控制第一和第二晶体管的开/关状态。
14、如权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二开关信号具有相位相同的脉冲波。
15、如权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二开关信号设定为具有等于或小于40％的占空比。
16、如权利要求4所述的系统，其中该变压器基于其初级线圈的匝数比对交流电压进行变压，并将变压后的电压感应到其次级线圈。
17、一种等离子照明系统的控制方法，包括：
根据灯泡内的物质检测最佳占空比；
相应于检测到的占空比产生转换控制信号；
对交流电力进行整流，并基于整流结果产生直流电压；
利用所述转换控制信号，将该直流电压转换为交流电压；
根据特定的匝数比对转换的交流电压进行变压，并对变压后的电压进行放大；以及
根据放大后的电压产生微波。
18、如权利要求17所述的方法，其中还包括：
通过试验设定相应于灯泡内每种物质的最佳占空比，并存储设定的最佳占空比。
19、如权利要求18所述的方法，其中相应于灯泡内每种物质的最佳占空比设定为等于或小于40％，并被存储。
20、如权利要求17所述的方法，其中所述转换控制信号用作第一和第二开关信号，其具有相位相同的脉冲波。
21、如权利要求17所述的方法，其中转换步骤包括：根据所述转换控制信号将直流电压转换为具有脉冲波形的交流电压。
22、如权利要求21所述的方法，其中转换步骤还包括：分别与第一和第二开关信号同步，连续地产生正脉冲电压和负脉冲电压。
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