CN1942039A

CN1942039A - 微波硫灯电源系统及控制方法

Info

Publication number: CN1942039A
Application number: CNA2005101064764A
Authority: CN
Inventors: 古忠平; 吴文隆; 李丽玲
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-04

Abstract

一种微波硫灯电源系统及控制方法，利用数字信号处理器来控制激发一磁控管产生微波，通过软启动方式来减少微波硫灯启动时瞬间功率的变化；并且加入加速点灯功能，用以加速完全激发硫灯光源。同时，在启动成功后进行切断磁控管中阴极灯丝的预热或减小供应预热的电流以减少功率消耗，同时可视不同应用场所，进行调光输出。

Description

微波硫灯电源系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种微波硫灯电源系统及控制方法，特别涉及一种可以控制激发磁控管以产生微波的电源系统及控制方法。

背景技术

在1993年美国能源部大楼与宇航博物馆成功利用Fusion公司开发的第一代微波硫灯完成了照明改造工程，能源部大楼原有的280个200W高压汞灯，被两盏微波灯及84米长的导光管代替，节能50％，其照度水平为旧照明系统的4倍，因此微波硫灯立即引起世界照明领域的密切注意。

微波硫灯不含有毒卤素与汞，紫外线、红外线污染极小。灯泡制作过程及报废处理对环境无污染，寿命可长达六万小时，整机综合寿命超过2万小时，光线分布均匀，传输距离远，消耗能量为普通白炽灯的1/12、相同功率普通气体放电节能灯的1/4。

目前微波硫灯已被广泛应用于广场、运动场、体育馆、建筑物泛光、投光；大型车间、仓库、超市商业中心、造船行业、飞机场及机场维修处、博物馆、电影拍摄场所、火车站、码头、企业工地等场所照明。

微波硫灯其发光照明原理是由高压启动磁控管，用以产生微波，微波通过导光管传送到硫灯光源，用以激发出可见光源。微波硫灯启动时会先将磁控管中的阴极灯丝进行预热，接着通以高压电源进行点灯，通常在点灯成功后该灯丝即失去作用，若是没有将通往灯丝的电源切断或减小，无形中即产生功率的消耗，同时会让磁控管温度过高使之寿命相对减少。同时微波硫灯启动时其瞬间功率变化过大，若是启动频繁则相对的磁控管的寿命也会减少。此外，微波硫灯需耗费相当大的启动功率来完成启动，但是通常微波硫灯的启动系统中缺乏启动失败的保护功能，因此常常在启动失败后，电源侧仍然会供应高压及高功率的电源到磁控管，无形中产生功率的消耗，进而让电源系统过热。

发明内容

有鉴于此，本发明为一种微波硫灯电源系统及控制方法，利用数字信号处理器来控制激发一磁控管产生微波，通过软启动方式来减少微波硫灯启动时瞬间功率的变化；并且加入加速点灯功能，用以加速完全激发硫灯光源。同时，在启动成功后，则进行切断磁控管中阴极灯丝的预热或减小供应预热的电流以减少功率消耗，同时可视不同应用场所，进行调光输出。

根据本发明的微波硫灯电源系统用来激发一磁控管产生微波，利用一数字信号处理器进行整个系统的电源规划及控制。电源系统中包括有一整流电路连接到一电源侧，该整流电路将一市电电源转换为一直流电源；一第一输出电路，连接于该整流电路、该数字信号处理器与该磁控管的一阴极灯丝端，受控于该数字信号处理器，并依据该直流电源，用以提供电流到该磁控管的阴极灯丝端用以进行灯丝预热；及一第二输出电路，连接于该整流电路、该数字信号处理器与该磁控管的一阴极灯丝端与一阳极端，受控于该数字信号处理器，并依据该直流电源，用以提供高电压到该磁控管两端用来启动磁控管产生微波。

根据本发明所述的微波硫灯电源系统，还进一步包括有一功因修正器连接于该整流电路与该第一输出电路、该第二输出电路之间，用以补偿电源系统的谐波功率和无效功率。

根据本发明所述的微波硫灯电源系统，其中该第一输出电路为一直流-直流转换器。

根据本发明所述的微波硫灯电源系统，其中该直流-直流转换器具有一切换开关，该切换开关受控于该数字信号处理器，用以提供电流到该磁控管的阴极灯丝端。

根据本发明所述的微波硫灯电源系统，其中该第二输出电路为一直流-直流转换器。

根据本发明所述的微波硫灯电源系统，其特征在于，该直流-直流转换器具有一切换开关，该切换开关受控于该数字信号处理器，用以提供高电压到该磁控管两端。

本发明的微波硫灯电源控制方法，提供稳定电流到磁控管阴极端的灯丝，用以进行灯丝预热，然后，逐渐增加输入功率到该磁控管，用以进行软启动，接下来提供一超过稳定功率的输入功率到该磁控管，用来加速微波硫灯的点灯，最后则提供稳定功率到该磁控管以进行微波硫灯发光，同时该磁控管灯丝的稳定电流会开始调控下降甚至调控下降到零，并且可提供对微波硫灯进行调光，让微波硫灯在不同场所下，可以进行调光输出以符合其需求。

根据本发明所述的微波硫灯电源控制方法，其特征在于，在提供稳定功率到该磁控管步骤中，提供给该磁控管灯丝的稳定电流会同时下降。

根据本发明所述的微波硫灯电源控制方法，其特征在于，在提供稳定功率到该磁控管步骤中，同时可提供对微波硫灯进行调光。

附图说明

图1为本发明第一实施例微波硫灯电源系统结构示意图；

图2A～图2C为本发明电源系统启动时系统各部分波形示意图；

图3为本发明第二实施例微波硫灯电源系统结构示意图；及

图4为本发明控制方法流程示意图。

其中，附图标记说明如下：

11电源侧 12整流电路 14功因修正器

17数字信号处理器 18第一输出电路 19第二输出电路

2磁控管

具体实施方式

请参考图1，为本发明第一实施例微波硫灯电源系统结构示意图，用来激发一磁控管2产生微波，包括有：一数字信号处理器17进行整个系统的电源规划及控制；一整流电路12，连接于一电源侧11，取得一市电电源并将之转换为一直流电源；一第一输出电路18，连接于该整流电路12、该数字信号处理器17与该磁控管2的一阴极灯丝端，受控于该数字信号处理器17，并依据该直流电源，用以提供电流到该磁控管2的阴极灯丝端；及一第二输出电路19，连接于该整流电路12、该数字信号处理器17与该磁控管2的一阴极灯丝端与一阳极端，受控于该数字信号处理器17，并依据该直流电源，用以提供高电压到该磁控管2两端。数字信号处理器17还连接到第一输出电路18与第二输出电路19的输出端用来反馈取得磁控管2的灯丝预热电流以及工作电流的状况，以进行预热电流及工作电流的输出控制。

再参考图1，其中该第一输出电路18为一具有切换开关(未示出)的直流-直流转换器(DC to DC converter)，该数字信号处理器17控制该切换开关进行切换，使得整流电路12输出的直流电源可以周期性的通过变压器(未示出)提供电流到该磁控管2的阴极灯丝端以进行灯丝的预热。此外，该第二输出电路19为一具有切换开关(未示出)的直流-直流转换器(DC to DCconverter)，该数字信号处理器17控制该切换开关进行切换，使得整流电路12输出的直流电源可以周期性的通过变压器(未示出)提供高电压到该磁控管2两端以进行启动磁控管2产生微波。

请参考图2A～图2C，图2A～图2C为本发明电源系统启动时系统各部分波形示意图。图2A为该数字信号处理器17传送到第二输出电路19的控制信号工作周期(Duty)波形图。图2B为灯丝预热电流波形图。图2C为第二输出电路19输出功率波形图。请同时参照图2A～图2C，在时间t1期间，在数字信号处理器17控制第一输出电路18提供到磁控管2的灯丝预热电流IH固定不变的情况下，数字信号处理器17传送到第二输出电路19的控制信号工作周期(Duty)逐渐增加，此时第二输出电路19输出的功率正比于该工作周期(Duty)逐渐上升到所需的功率点，这样在系统启动时，采用软启动方式用来减少磁控管2瞬间的功率变化。

再参考图2A～图2C，在时间t2期间，灯丝预热电流IH仍为固定不变的情况下，在数字信号处理器17控制该控制信号工作周期(Duty)迅速增加，此时第二输出电路19输出的功率P一样正比于该工作周期(Duty)，将输出过功率(over power，即超过稳态工作的功率)用做加速点灯功能以加速完全激发硫灯光源。在时间t3期间，系统完成点灯工作，数字信号处理器17从磁控管2取得一完成点灯信号后，控制该控制信号的工作周期(Duty)调控下降到一稳定工作周期值DS，用以利用此稳定工作周期值DS持续供应第二输出电路19输出功率P到磁控管2，来维持硫灯光源的激发以保持发光照度。同时，灯丝预热电流IH在完成点灯后，数字信号处理器17会控制第一输出电路18减少或切断该灯丝预热电流IH，用以减少微波硫灯正常工作时的功率消耗。

再参考图2A～图2C，在启动完成后数字信号处理器17可通过第一输出电路18与第二输出电路19的输出端用来反馈取得磁控管2的灯丝预热电流IH以及工作电流的状况，以达到间控和程序排成的功能，来进行灯丝预热电流IH及工作电流的输出控制，让微波硫灯在不同场所下，可以进行调光输出以符合其需求。

综上所述，本发明可以利用调整数字信号处理器17输出控制信号的工作周期(Duty)来调整一阳极高压源的输出功率P，而调整输出功率P即为调整微波硫灯的光输出(即调光控制)，同时，数字信号处理器17反馈取得第二输出电路19的输出电流用作电流控制。此外，调整数字信号处理器17控制第一输出电路18即一灯丝电流源输出一较大的控制量，让灯丝预热电流较大，加速点灯时间，等稳态后，再给一个较小的控制量，降低灯丝预热电流或降到零，减少灯丝电流源的功率损耗。如此，本发明提供微波硫灯启动三个部份，区分有启动区、加速点灯区和稳态调光区，即利用数字信号处理器17来控制电源系统中第一输出电路18与第二输出电路19的切换开关以达到驱动的目的。

请同时配合图1，参考图3，为本发明第二实施例微波硫灯电源系统结构示意图。第二实施例与第一实施例其结构差异处在于第二实施例还进一步包括有一功因修正器14连接于该整流电路12与该第一输出电路18、该第二输出电路19之间，用以补偿电源系统的谐波功率和无效功率。可修正电源侧输入电压与输入电流的相位关系，用以达到台湾电力公司用电的规范要求，减少功率的浪费。

接下来说明本发明微波硫灯电源的控制方法，请参考图4，为本发明控制方法流程示意图。首先提供稳定电流到磁控管阴极端的灯丝，用以进行灯丝预热(步骤100)；然后，逐渐增加输入功率到该磁控管，用以进行软启动(步骤102)；接下来提供一超过稳定功率的输入功率到该磁控管，用来加速微波硫灯的点灯(步骤104)；最后则提供稳定功率到该磁控管(步骤106)以进行微波硫灯发光。在步骤106中，由于微波硫灯已完成启动，所以此时提供给该磁控管灯丝的稳定电流开始调控下降(步骤108)，甚至调控下降到零，用来减少灯丝电流源的功率损耗。并且在步骤106中，同时可提供微波硫灯的调光(步骤110)，让微波硫灯在不同场所下，可以进行调光输出以符合其需求。

综上所述，本发明微波硫灯电源系统及控制方法，利用数字信号处理器来控制激发一磁控管产生微波，通过软启动方式来减少微波硫灯启动时瞬间功率的变化；并且加入加速点灯功能，用以加速完全激发硫灯光源。同时，在启动成功后，则进行切断磁控管中阴极灯丝的预热或减小供应预热的电流以减少功率消耗，同时可视不同应用场所，进行调光输出。因此，本发明可以改善公知在微波硫灯正常发光下所产生的功率消耗，并且降低磁控管工作温度使之寿命延长。同时在微波硫灯启动时降低其瞬间功率变化过大的缺点以延续磁控管寿命。此外，本发明还提供启动失败的保护功能、过温度保护功能及磁控管异常保护等功能，可在系统启动失败、过温度或异常情况下进行系统控制信号的切断，以达到系统的保护。

以上所述仅为本发明最佳之一的具体实施例的详细说明与附图，然而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求所界定的范围为准，凡符合本发明权利要求所界定范围的精神与其类似变化的实施例，都应包含在本发明的范畴中，本领域的技术人员可轻易想到的变化或修改皆可涵盖在本发明权利要求所界定的范围内。

Claims

1.一种微波硫灯电源系统，用来激发一磁控管产生微波，其特征在于，包括有：

一整流电路，连接于一电源侧，取得一市电电源并将之转换为一直流电源；

一数字信号处理器；

一第一输出电路，连接于该整流电路、该数字信号处理器与该磁控管的一阴极灯丝端，受控于该数字信号处理器，并依据该直流电源，用以提供电流到该磁控管的阴极灯丝端；及

一第二输出电路，连接于该整流电路、该数字信号处理器与该磁控管的一阴极灯丝端与一阳极端，受控于该数字信号处理器，并依据该直流电源，用以提供高电压到该磁控管两端。

2.如权利要求1所述的微波硫灯电源系统，其特征在于，还进一步包括有一功因修正器连接于该整流电路与该第一输出电路、该第二输出电路之间，用以补偿电源系统的谐波功率和无效功率。

3.如权利要求1所述的微波硫灯电源系统，其特征在于，该第一输出电路为一直流-直流转换器。

4.如权利要求3所述的微波硫灯电源系统，其特征在于，该直流-直流转换器具有一切换开关，该切换开关受控于该数字信号处理器，用以提供电流到该磁控管的阴极灯丝端。

5.如权利要求1所述的微波硫灯电源系统，其特征在于，该第二输出电路为一直流-直流转换器。

6.如权利要求5所述的微波硫灯电源系统，其特征在于，该直流-直流转换器具有一切换开关，该切换开关受控于该数字信号处理器，用以提供高电压到该磁控管两端。

7.一种微波硫灯电源控制方法，用来激发一磁控管产生微波，其特征在于，包括如下步骤：

提供稳定电流给该磁控管的灯丝，用以进行灯丝预热；

逐渐增加输入功率到该磁控管，用以进行软启动；

提供一超过稳定功率的输入功率到该磁控管，用来加速点灯；及

提供稳定功率到该磁控管。

8.如权利要求7所述的微波硫灯电源控制方法，其特征在于，在提供稳定功率到该磁控管步骤中，提供给该磁控管灯丝的稳定电流会同时调控下降。

9.如权利要求7所述的微波硫灯电源控制方法，其特征在于，在提供稳定功率到该磁控管步骤中，同时可提供对微波硫灯进行调光。