CN1902988A - 能够确定灯类型的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

向灯丝208提供功率的电子镇流器，其具有用于电子镇流器的灯类型确定功能，该电子镇流器包括：灯丝电流感测电路220，其适于连接到灯丝208并产生所感测的灯丝电流信号150；和微处理器U2，其接收所感测的灯丝电流信号并适于被连接来控制提供给灯丝208的功率。该微处理器U2被编程来通过施加第一频率的功率而加热灯丝、测量灯丝特性以及从所测量的灯丝特性确定灯类型。该微处理器U2还被编程来更新用于电子镇流器的操作参数，以便适合于所确定的灯类型。

Description

说明书 能够确定灯类型的电子镇流器

本发明涉及一种用于气体放电灯的电子镇流器，特别涉及一种能确定所安装的灯类型的电子镇流器。

气体放电灯(如荧光灯)需要镇流器来限制提供给灯的电流。电子镇流器由于其具有很多优点而日益流行。电子镇流器提供比磁性镇流器系统更高的效率，其效率高出15％-20％。电子镇流器产生较少的热量，减少了建筑物冷却负载，并且更安静地操作，没有“嗡嗡声”。此外，电子镇流器提供更高的设计和控制灵活性。

电子镇流器必须以不同的供电电压、不同类型的灯和不同数量的灯操作。取决于电网，供电电压随着世界上的不同地区而变化，并且在单一地区内也可能变化。不同类型的灯可能具有相同的物理尺寸，从而使得不同类型的灯可以在单一夹具中使用，但是在电气上有所不同。电子镇流器可以与单个灯或者两个或更多个灯一起操作。电子镇流器必须在各种条件下可靠且高效地操作。

一个特别的挑战是确定连接到电子镇流器的灯的类型。大多数镇流器不能确定灯类型，并且使用复杂且昂贵的电路来测量特定灯参数，比如起动电压或灯丝电阻。在灯冷却时，这些测量结果是有用的，但是当灯是温热的或者已经明显老化时，这些测量结果则不准确。起动电压是灯类型的不可靠的指标，因为起动电压随着灯温度、使用时间和制造商而有很大变化。灯丝电阻也是不可靠的，因为灯丝电阻随着灯丝温度而变化：在灯预热和起动期间产生热离子发射的灯丝可能是热的或冷的，这取决于灯近来是否被操作过。授予Kakitani的美国专利No.5,039,921公开了一种放电灯照明设备，其根据点火时的起动电压识别放电灯的类型。授予Mirskiy等人的美国专利No.5,973,455公开了一种电子镇流器，其使用灯丝变压器间接地感测灯丝电阻，从而提供灯类型的指示。

希望具有一种能克服上述缺陷的能够确定灯类型的电子镇流器。

本发明的一个方面提供一种能与灯温度无关地确定灯类型的电子镇流器。

本发明的另一方面提供一种能与灯丝温度无关地确定灯类型的电子镇流器。

本发明的又一方面提供一种能使用简单且便宜的电路来确定灯类型的电子镇流器。

本发明的前述和其他特征以及优点将从下面结合附图对目前的优选实施例的详细说明中更进一步明显看出。详细的说明和附图只是用于说明本发明，而不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等效形式来限定。

附图中示出了本发明的各种实施例，其中：

图1是根据本发明设计的能确定灯类型的电子镇流器的方框图。

图2和3是根据本发明设计的能确定灯类型的电子镇流器的示意图。

图4是表示用于根据本发明设计的能确定灯类型的电子镇流器的作为时间函数的灯丝电流的曲线图。

图5是用于根据本发明的电子镇流器的灯类型确定方法的流程图。

图1是根据本发明设计的能确定灯类型的电子镇流器的方框图。电子镇流器100包括AC/DC转换器122、半桥124、谐振储能电路126、微处理器128、调整脉宽调制器(PWM)130、高压(HV)驱动器132、误差电路134和灯丝电流感测电路138。AC/DC转换器122接收干线电压120，储能电路126向灯136提供功率。

干线电压120是提供给电子镇流器100的AC线电压，比如是120V、127V、220V、230V或277V。干线电压120在AC/DC转换器122处被接收。AC/DC转换器122将AC干线电压120V转换成DC电压140，所述DC电压140被提供给半桥124。AC/DC转换器122通常包括EMI滤波器和整流器(未示出)。AC/DC转换器122还可以包括升压电路以提高DC电压的电压，比如从180V提高到470V。半桥124将DC电压140转换成高频AC电压142。谐振储能电路126将该AC电压提供给灯136。该高频AC电压通常具有在25到60kHz范围内的频率。

微处理器128控制电子镇流器100的操作。微处理器128存储编程指令并根据编程指令进行操作，并且感测来自整个电子镇流器100的参数，从而确定所希望的操作点。例如，微处理器128将所述AC电压设置为不同的频率，这取决于灯处于预热、点燃还是运行模式，或者是否不存在灯。微处理器128可以控制来自AC/DC转换器122的功率转换和电压输出。微处理器122还可以通过经由所述调整PWM 130和HV驱动器132控制半桥124的频率和占空比来控制来自谐振储能电路126的AC电压的电压和频率。误差电路134将所感测到的灯电流144和所希望的灯电流146进行比较，并向该调整PWM 130提供灯电流误差信号148，以用于经由该调整PWM 130和HV驱动器132来调节灯电流。

灯丝电流感测电路138检测灯预热序列期间的灯丝电流，并将感测到的灯丝电流信号150提供给微处理器128。微处理器128使用该灯丝电流信号来确定所安装的灯类型，并为该特定灯类型调节灯操作参数。

图2和3是根据本发明设计的能确定灯类型的电子镇流器的示意图。

参见图2，通过AC/DC转换器(未示出)将DC功率跨越高电压轨200和公共轨202提供给谐振半桥。晶体管Q2和Q3串联连接在高电压轨200和公共轨202之间，从而形成半桥电路。图3的HV驱动器U4驱动晶体管Q2和Q3，使得它们交替导通。电感器L5和电容器C33形成谐振储能电路，并将晶体管Q2和Q3之间的结上的输出平滑成正弦波形。当与单个灯一起使用时，灯206的第一灯丝204连接在端子T1和T2之间，第二灯丝208连接在端子T5和T6之间。当两个灯与该电子镇流器一起使用时，来自第一灯的一个灯丝连接在端子T1和T2之间，并且来自第二灯的一个灯丝连接在端子T5和T6之间。来自每个灯的其它灯丝串联或并联连接在端子T3和T4之间。

参见图3，微处理器U2适于从电子镇流器的内部和外部接收输入，并控制镇流器操作。微处理器U2确定所希望的灯操作频率，并设置驱动HV驱动器U4的调整PWM U3的振荡器频率。HV驱动器U4驱动晶体管Q2和Q3。在一个实施例中，微处理器U2可以是可从STMicroelectronics获得的ST7LITE2，调整PWM U3可以是可从National Semiconductor获得的LM3524D，HV驱动器U4可以是可从STMicroelectronics获得的L6387。本领域技术人员将会理解，也可以选择所述示例性部件以外的特定部件，从而实现所希望的结果。

误差电路经过电容器C37感测电阻器R58上的灯电流。电流运算放大器U8A和高电导率超快二极管D18与控制增益的电阻器R60和R58构成半波整流器。所感测的灯电流信号在线路210上被提供给微处理器U2，并被提供给误差运算放大器U8B。微处理器U2基于输入和所希望的操作条件产生所希望的灯电流信号，并沿着线路212将所希望的灯电流信号返回到误差运算放大器U8B。误差运算放大器U8B将所感测的灯电流信号和所希望的灯电流信号进行比较，从而在线路214上产生灯电流误差信号，线路214向调整PWM U3提供该灯电流误差信号。响应于该灯电流误差信号，调整PWM U3调节输出脉宽，从而通过利用HV驱动器U4循环晶体管Q2和Q3而调节灯电流。当所感测的灯电流信号在误差运算放大器U8B处等于所希望灯电流信号时，灯电流误差信号将为零输出，并且电子镇流器将处于稳定状态模式。

电子整流器在预热、点燃和运行模式下操作。预热模式向灯丝提供预热序列，从而感应出热离子发射，并提供经过灯的电通路。点燃模式施加高电压，从而点燃灯。运行模式控制在点燃后经过灯的电流。

参见图2，灯丝电流感测电路包括电容器C52和C51、电阻器R78和R79、以及二极管D23。灯丝电流感测电路220连接在谐振电感器L5A和DC阻挡电容器C36及C46之间的结上。灯丝电流感测电路220在线路216上将所感测的灯丝电流信号提供给微处理器U2的模拟输入。灯丝电流感测电路220测量与流过在端子T5和T6之间连接的灯丝的电流成正比的电压。由于不管连接到电子镇流器上的灯的数量有多少总有灯丝连接在端子T5和T6之间，因此灯丝电流感测电路220与连接到电子镇流器上的灯的数量无关地运行。本领域技术人员应该理解的是，可以使用附加的灯丝电流感测电路来监视连接在其它灯端子之间的灯丝。例如，可以使用另一灯丝电流感测电路来监视连接在端子T1和T2之间的灯丝，因为除了连接在端子T5和T6之间的灯丝之外，总要将灯丝安装在这些端子之间。

电容器C52和电阻器R79串联连接在谐振电感器L5A和电容器C36及C46的结与公共轨202之间。二极管D23与低通滤波器、电容器C51和电阻器R78串联连接在电容器C52和电阻器R79的结与公共轨202之间。在预热序列期间，电容器C51两端的电压与流过连接在端子T5和T6之间的灯丝的电流成正比。线路216向微处理器U2提供所感测的灯丝电流信号。电容器C52和电阻器R79将来自灯丝的信号耦合到对该信号进行整流的二极管D23、电容器C51和电阻器R78对该信号进行滤波，所述信号在线路216上被传递到微处理器U2。

图4是表示根据本发明设计的能确定灯类型的电子镇流器的作为时间的函数的灯丝电流的曲线图。电子镇流器向灯丝施加预热电流，使得灯丝发射电子，从而利于对灯进行点火。随着灯丝加热，灯丝电阻增加，从而灯丝电流随着灯丝温度而变化。

曲线A表示对于典型的26瓦紧凑型荧光灯(CFL)、比如飞利浦PL-C 26W/27/4P的作为时间函数的灯丝电流，曲线B表示对于典型的13瓦CFL、比如飞利浦PL-C 13W/41/4P的作为时间函数的灯丝电流。如图所示，灯丝电流指数地衰退，即初始地快速衰退，然后更缓慢地以近似线性的方式接近最终灯丝电流。通过将在预热序列期间发生的曲线分类来识别灯类型。在本例中，可以用在近似线性部分(A1-A2；B1-B2)中的预热序列的斜率和最终灯丝电流(A2；B2)来表征所述曲线。

灯类型还可以通过灯丝电流曲线的相对大小或形状来识别。曲线A的更高瓦灯具有比曲线B的较低瓦灯更大的灯丝电流。曲线B的较低瓦灯在直到点B1的初始周期中的斜率比曲线A的较高瓦灯在直到点A1的初始周期中的斜率更陡峭。曲线A的较高瓦灯在近似线性部分A1-A2中的斜率比该较低瓦灯在近似线性部分B1-B2中的斜率更陡峭。本领域技术人员应理解的是，作为时间函数的灯丝电流曲线的各个特征可以被分开使用或者彼此结合使用，以便确定灯类型。此外，本领域技术人员应该理解的是，作为时间函数的灯丝电流曲线提供了作为温度函数的灯丝电阻的指示，并且也可以使用灯丝电阻的其它指标来代替灯丝电流。

图5表示用于根据本发明的电子镇流器的灯类型确定方法的流程图。在250，电子镇流器执行对灯丝的初始加热，其向灯丝施加第一频率的电压。初始加热提供用于灯确定的一致的起动条件，而与灯的操作历史无关。如果灯最近被操作，则灯丝可能仍然是暖和的或热的。初始电压产生通过灯丝的电流，由于存在电阻，该电流将灯丝加热。初始加热使灯确定更一致，而与开始的灯丝温度无关。在一个实施例中，初始加热进行1000ms。然后在252，电子镇流器测量被加热灯丝的灯丝特性，并且在254根据所述灯丝特性来确定灯类型。一旦确定了灯类型，微处理器中的操作参数可以被更新，以便反映所使用的特定灯类型。本领域技术人员应该理解的是，测量被加热灯丝252的灯丝特性可以通过很多方法执行，比如测量灯丝电流、测量灯丝电阻和测量灯丝电压。

在另一实施例中，电子镇流器通过在预热序列中的不同时间感测灯丝电流来测量灯丝特性。在该实施例中，初始加热是预热序列的一部分。对于整个预热序列施加相同电压和频率，预热序列持续预定时间，比如1000ms。

作为初始加热步骤，电子镇流器在预定频率(比如50kHz)下在灯丝两端施加初始电压。然后电子镇流器在相同电压和频率下继续预热序列。在预热序列的中途和初始加热之后，微处理器记录在图2的线路216上提供给微处理器的第一灯丝电流。在预热序列末尾的预定时间，该微处理器记录第二灯丝电流。灯丝电流的斜率可以从第一和第二灯丝电流计算出来。第二灯丝电流是最终灯丝电流。通过将所测量的灯丝电流斜率和第二灯丝电流与存储在微处理器中的表进行比较来确定灯类型，该表提供由灯类型索引的斜率和最终灯丝电流。

本领域技术人员应该理解，灯丝电流数据可以在附加时间获得，从而在预热序列期间获得多个数据点。所述附加数据点可以用于更好地定义灯丝特性。在一个数据分析方案中，可以将所述数据点拟合一条曲线，将该曲线与按照灯类型存储在微处理器中的曲线表相比较，或者可以将其与数学公式的结果相比较。

在另一实施例中，电子镇流器通过在预热序列期间、在两个不同频率下感测灯丝电流来测量灯丝特性。预热序列包括在第一预定时间内向灯丝施加第一频率的电压，然后在第二预定时间内向灯丝施加第二频率的电压。在施加第一频率期间发生初始加热。在一个例子中，第一频率是50kHz，第二频率是100kHz，并且第一预定时间是1000ms，第二预定时间是10ms。

作为初始加热步骤，电子镇流器在灯丝两端施加第一频率(比如50kHz)的初始电压。然后，电子镇流器在相同的电压和频率下继续预热序列。在初始加热之后并且在第一预定时间处，微处理器记录在图2的线路216上提供给该微处理器的第一灯丝电流信号。然后，电子镇流器在灯丝两端施加第二频率(比如100kHz)的第二电压。在第二预定时间处，微处理器记录在图2的线路216上提供给该微处理器的第二灯丝电流信号。通过将第一和第二灯丝电流信号与被存储在微处理器中的表进行比较来确定灯类型，该表提供由灯类型索引的灯丝电流。

在一个例子中，这种比较可以通过一种算法来进行。灯类型可以按照瓦数分类为13W、18W和26W。如果微处理器检测到第一灯丝电流信号大于3.00V，并且第二灯丝电流信号大于1.25V，则确定灯类型为26W。如果微处理器检测到第一灯丝电流信号小于2.05V，并且第二灯丝电流信号小于0.90V，则确定灯类型为13W。如果第一和第二灯丝电流信号在13W和26W值之间，则确定灯类型为18W。

一旦确定了灯类型，就可以使用该信息来增强电子镇流器和灯的操作。微处理器中的操作参数可以被更新，以便反映所使用的特定灯类型。例如，可以设置变暗曲线以便匹配所检测到的特定灯类型。可以为所检测到的特定灯类型设置的其他操作参数包括对于给定变暗级别的最大操作电流、最小操作电流、操作频率和作为频率的函数的操作电流。

灯类型信息可以在电子镇流器中使用，或者被电子镇流器外部的系统使用。可以将灯类型信息存储在微处理器中，比如存储在微处理器板上的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中，或者可以存储在微处理器外部的存储器中。对于与中央控制和监视系统通信的电子镇流器，灯类型信息可以被提供给该中央控制和监视系统，以使得它可以盘点和高效控制遍及建筑物的灯。如果所检测到的灯类型不是电子镇流器的正确类型，则电子镇流器可以提供视觉的或听得见的失配指示。例如，微处理器可以使灯闪动，从而令维修人员意识到失配并知道该更换灯。

所存储的灯类型可以从一次起动到下一次使用，以便避免在确定灯类型时出现错误。灯丝特性可能随着使用时间、制造变异和灯使用而变化，并且这些变异可能导致灯类型确定错误。为了减少这种错误，先前确定的灯类型可以作为所存储的灯类型而存储起来，以用于与当前确定的灯类型进行比较。如果当前确定的灯类型与所存储的灯类型相比发生变化，则可以重复进行灯确定，从而重新检查当前确定的灯类型并确认该变化。在另一实施例中，所存储的灯类型可以是对从最近几次灯起动先前确定的灯类型的加权平均。

虽然这里所公开的本发明的实施例被认为是优选的，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做各种改变和修改。本发明的范围在所附权利要求书中表示，并且落入其含义和等效范围内的所有变化都应被包括在本发明范围内。

Claims (26)

1、一种用于电子镇流器的灯类型确定方法，包括：

通过向灯丝施加第一频率的电压来加热灯丝250；

测量被加热的灯丝的灯丝特性252；以及

从所测量的灯丝特性确定灯类型254。

2、根据权利要求1的方法，包括更新灯操作参数，以便适合于所确定的灯类型。

3、根据权利要求2的方法，其中所述灯操作参数是从由下面各项构成的组中选择的：对于给定变暗级别的变暗曲线、最大操作电流、最小操作电流、操作频率和作为频率的函数的操作电流。

4、根据权利要求1的方法，还包括存储所确定的灯类型。

5、根据权利要求1的方法，还包括将所确定的灯类型与所存储的灯类型相比较。

6、根据权利要求5的方法，其中所存储的灯类型是从由下面各项构成的组中选择的：在先确定的灯类型和先前确定的灯类型的加权平均。

7、根据权利要求5的方法，还包括：如果所确定的灯类型与所存储的灯类型不同，则重新检查所确定的灯类型。

8、根据权利要求1的方法，其中测量被加热的灯丝的灯丝特性252包括：

在预定时间内向灯丝施加第一频率的电压；

在已经加热灯丝之后并且在该预定时间之前测量第一灯丝电流；以及

在该预定时间处测量第二灯丝电流。

9、根据权利要求8的方法，其中在已经加热灯丝之后并且在所述预定时间之前测量第一灯丝电流包括：在该预定时间的一半处测量第一灯丝电流。

10、根据权利要求8的方法，其中从所测量的灯丝特性确定灯类型254包括：

计算作为时间的函数的连接第一灯丝电流和第二灯丝电流的线的斜率；以及

将该斜率和第二灯丝电流与由灯类型索引的斜率和电流值相比较。

11、根据权利要求1的方法，其中测量被加热的灯丝的灯丝特性252包括：

在第一预定时间内向灯丝施加第一频率的电压；

在该第一预定时间处测量第一灯丝电流；

在第二预定时间内向灯丝施加第二频率的第二电压；以及

在该第二预定时间处测量第二灯丝电流。

12、根据权利要求11的方法，其中从所测量的灯丝特性确定灯类型254包括：将第一灯丝电流和第二灯丝电流与由灯类型索引的不同频率下的电流值进行比较。

13、根据权利要求1的方法，还包括：如果所确定的灯类型对于电子镇流器来说是不正确的，则提供指示。

14、根据权利要求1的方法，其中测量被加热的灯丝的灯丝特性252是通过从由下面各项构成的组中选择的方法来执行的：测量灯丝电流、测量灯丝电阻和测量灯丝电压。

15、一种用于电子镇流器的灯类型确定系统，包括：

用于通过向灯丝施加第一频率的电压来加热灯丝的装置；

用于测量被加热的灯丝的灯丝特性的装置；以及

用于从所测量的灯丝特性确定灯类型的装置。

16、根据权利要求15的系统，还包括用于更新灯操作参数以适合所确定的灯类型的装置。

17、根据权利要求15的系统，还包括用于存储所确定的灯类型的装置。

18、根据权利要求15的系统，还包括用于将所确定的灯类型与所存储的灯类型相比较的装置。

19、根据权利要求15的系统，其中用于测量被加热的灯丝的灯丝特性的装置包括：

用于在预定时间内向灯丝施加第一频率的电压的装置；

用于在已经加热灯丝之后并且在该预定时间之前测量灯丝电流的装置；以及

用于在该预定时间处测量第二灯丝电流的装置。

20、根据权利要求19的系统，其中用于从所测量的灯丝特性确定灯类型的装置包括：

用于计算作为时间的函数的连接第一灯丝电流和第二灯丝电流的线的斜率的装置；以及

用于将该斜率和第二灯丝电流与由灯类型索引的斜率和电流值进行比较的装置。

21、根据权利要求15的系统，其中用于测量被加热的灯丝的灯丝特性的装置包括：

用于在第一预定时间内向灯丝施加第一频率的电压的装置；

用于在该第一预定时间处测量第一灯丝电流的装置；

用于在第二预定时间内向灯丝施加第二频率的第二电压的装置；以及

用于在该第二预定时间处测量第二灯丝电流的装置。

22、根据权利要求21的系统，其中用于从所测量的灯丝特性确定灯类型的装置包括：用于将第一灯丝电流和第二灯丝电流与由灯类型索引的不同频率下的电流值进行比较的装置。

23、根据权利要求15的系统，还包括：用于在所确定的灯类型对于电子镇流器来说不正确的情况下提供指示的装置。

24、一种能够确定灯类型的电子镇流器，该电子镇流器向灯丝提供功率，该电子镇流器包括：

灯丝电流感测电路138，其适于连接到灯丝并产生所感测的灯丝电流信号150；以及

微处理器128，其接收所感测的灯丝电流信号150并适于被连接来控制提供给灯丝的功率；

其中该微处理器128被编程来通过施加第一频率的功率而加热灯丝、测量灯丝特性以及从所测量的灯丝特性确定灯类型。

25、根据权利要求24的电子镇流器，其中所述微处理器128被编程来更新用于电子镇流器的操作参数，以适合于所确定的灯类型。

26、根据权利要求24的电子镇流器，其中所述微处理器128包括存储器并且被编程来将所确定的灯类型存储在该存储器中。

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