CN1988751B

CN1988751B - 高压气体放电灯光强度控制方法及其装置

Info

Publication number: CN1988751B
Application number: CN2005101346900A
Authority: CN
Inventors: 黄耀德; 李清然; 陈燧宗; 钟辉雄; 李丽玲
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: CN1988751A

Abstract

一种高压气体放电灯光强度控制方法及其装置，此装置设置有调光控制机制来读取外部调光讯号后设定控制功率，再由功率控制单元来调整系统的功率控制，进而使电灯系统具有广阔的光强度调控范围，且可任意改变光强度的优点，同时本发明的光强度控制方法可于瞬时期间限制灯管的最大电流的大小，同时兼顾其安全性及电路组件与灯管的使用寿命。

Description

高压气体放电灯光强度控制方法及其装置

技术领域

本发明为一种灯光强度控制装置，具体地为一种针对高压气体放电灯光强度控制装置，特别是一种具有广阔的光强度调控范围，且可任意改变光强度的高压气体放电灯光强度控制装置及其控制方法。

背景技术

在一般的商业空间中，照明用电占总用电量约30％～40％左右，仅次于空调用电，所以照明设备的效率对于总用电量的影响甚巨，如能使用高效率的照明光源，提高照明效率，即可有效达到节约能源的目标，近年来由于许多高效率的照明光源不断地被开发完成，尤其是以高压气体放电灯(High-Intensity Discharging Lamp；HID Lamp)，如：复金属灯与高压钠灯等，若是以先进的电力电子来控制高压气体放电灯(HID Lamp)，将可使高压气体放电灯(HID Lamp)的应用将更为普及，如：投影机、展示橱窗、运动场及汽车头灯等；高效率的高压气体放电灯(HID Lamp)不但可达到省能的效果，亦可为使用者达到符合经济效能且节约能源的目的。

由于高压气体放电灯(HID Lamp)具有发光效率高、演色性佳、色彩多样化及功率范围广等优点，所以受到了使用者的喜爱与接受，可谓为一种高质量的照明光源，但由于时代不断进步，所以人类对于照明亮度的需求依所处的环境、时间及情绪等种种因素而有所不同，故如何有效设计可调控光强度的高压气体放电灯(HID Lamp)系统，实为一具有探讨价值的技术课题。

目前公知技术中亦有针对高压气体放电灯(HID Lamp)电子安定器，来设计其具有可调控光强度功能的专利，如美国专利证号：US-6094017、US-6329761B1、US-6369526B1、US-6489731B1、US-6639369B2及US-5623187，其中大都以频率调控或电压调控的方式来达成光强度的调控。

虽已有公知技术运用调频、相位移及调变电压(电流)等方式，来针对高压气体放电灯设计出调控光强度的功能，但似难与市场的产品结合且技术尚未成熟，故公知技术仍存在以下缺点：

*碍于高压气体放电灯本身的音频共振与填充气体等特性，故公知技术的方式容易产生弧光不稳定的现象；

*现有市场的调光器输出皆为0～10V(DC)数字或模拟讯号，难与前述的公知技术结合；及

*公知技术复杂度高，相对生产成本亦高，同时调光范围有限(或仅能阶段性调光)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压气体放电灯光强度控制方法及其装置。

为实现上述目的，本发明提供的高压气体放电灯光强度控制装置，该控制装置连接该高压气体放电灯光系统一功率控制单元，该控制装置包含有：

一侦测单元，该侦测单元包含有：

一电压侦测电路，该电压侦测电路用以侦测一放电光源体的管电压值；

一电流侦测电路，该电流侦测电路用以侦测该放电光源体的管电流值；

一运算单元，该运算单元与该侦测单元连接，该运算单元用以将该电压值与该电流值作一乘法运算，并产生一管功率值；

一接收单元，该接收单元用以接收一外部调光讯号；

一调光与保护控制器，该调光与保护控制器与该接收单元及该运算单元连接，该调光与保护控制器用以接收该外部调光讯号及该管功率值后，运算出一调整功率值并传送至该功率控制单元；及

一保护装置，该保护装置与该运算单元连接，该保护装置用以当该高压气体放电灯光系统产生一工作异常状态时，强制关闭该高压气体放电灯光系统。

所述的高压气体放电灯光强度控制装置，其中该运算单元包含有一运算放大器及一乘法器所组成。

所述的高压气体放电灯光强度控制装置，其中该接收单元为一模拟调光接口及一数字调光接口中任取其一。

所述高压气体放电灯光强度控制装置，其中该工作异常状态为该高压气体放电灯光系统处于一过电流状态。

本发明提供的高压气体放电灯光强度控制方法，包含有：

将一高压气体放电灯系统初始化，并于一点灯动作小于一安全时间，读取该系统一数据值；

于该点灯动作完成后重置该安全时间，并依该数据值计算一功率值，并启动计算一瞬时时间；

于该高压气体放电灯系统工作时间大于该瞬时时间时，读取一调光讯号，并运算一调整功率值；

延迟一变化时间，并于该高压气体放电灯系统功率过高时降低该系统功率；

于该高压气体放电灯系统功率过低时，侦测该系统的一过电流现象；及

于该高压气体放电灯系统电流小于一瞬时限制电流时提高该系统功率。

所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其中该点灯动作大于该安全时间时，还包含有一停止系统工作的步骤。

所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其中该点灯动作失败后，还包含有重置该瞬时时间的步骤。

所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其中该高压气体放电灯系统工作时间小于该瞬时时间时，则使该系统以一满载功率工作。

所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其中该过电流现象产生时，还包含有该停止系统工作的步骤。

所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其中该高压气体放电灯系统电流大于该瞬时限制电流时，还包含有降低该系统功率的步骤。

所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其中该数据值为一管电压值及一管电流值。

由本发明的实施，可以使电灯系统具有广阔的光强度调控范围，且可任意改变光强度的优点，同时本发明的光强度控制方法可于瞬时期间限制灯管的最大电流的大小，使其兼顾安全性及电路组件(与灯管)的使用寿命。

附图说明

图1A、1B为本发明高压气体放电灯光强度控制装置架构示意图；

图2A为本发明高压气体放电灯光强度控制方法步骤流程图；

图2B为本发明高压气体放电灯光强度控制方法步骤流程图；

图3A为本发明高压气体放电灯光强度控制方法的功率调整步骤流程图；及

图3B为本发明高压气体放电灯光强度控制方法的功率调整步骤流程图。

具体实施方式

有关本发明的详细内容及技术，配合附图说明如下：

本发明为一种高压气体放电灯光强度控制方法及其装置，此控制方法是依据定功率的方式有效来调整灯管的光强度，并于电子安定器产生异常状态(过电流等)时，保护高压气体放电灯系统，而高压气体放电灯系统中包含有接收交流电源AC的滤波器20、功因修正器30、功率控制单元40、驱动单元50、放电光源体60及辅助启动器70，首先请参照图1A、1B，为本发明高压气体放电灯光强度控制装置架构示意图。

本发明高压气体放电灯光强度控制装置10可包含有调光讯号接收单元11、调光与保护控制器12、保护装置13、运算单元及侦测单元16，当放电光源体60于工作时，侦测单元16会针对放电光源体60的加以侦测，此侦测单元16中可包含电压侦测电路及电流侦测电路，电压侦测电路用于侦测管电压值，而电流侦测电路则侦测管电流值，并将此管电压值及管电流值传送至运算单元，此运算单元还包含有运算放大器15及乘法器14所组成，当管电压值及管电流值传送至乘法器14时，乘法器14则将其数据作一乘法演算并得到放电光源体60的管功率值，并传送至调光与保护控制器12。

调光与保护控制器12与调光讯号接收单元11，调光讯号接收单元11于接收一外部调光讯号后传送至调光与保护控制器12，此调光讯号接收单元11可为模拟调光(VCD 0～10V)或是数字调光(DALI)接口，而调光与保护控制器12于接收此外部调光讯号与管功率值后，则运算出一调整功率值，并调变功率控制单元40中脉冲宽度调节(PWM)电路的责任周期(DutyCycle)，以达到定功率调光控制，保护装置13则与运算放大器15连接，用于当高压气体放电灯光系统产生工作异常状态时，强制关闭高压气体放电灯光系统，其主要管制并监控瞬时期间灯管的最大电流。

除了以上光强度控制装置架构外，接下来就本发明高压气体放电灯光强度控制方法步骤流程加以详细说明，请参照图2A，为本发明高压气体放电灯光强度控制方法步骤流程图。

首先于启动工作时，会将高压气体放电灯系统及控制机制初始化(步骤200)，然后侦测点灯动作是否超过一安全时间(步骤210)，如果点灯动作大于安全时间，则视同系统产生异常，将直接强迫系统停止工作(步骤297)，以维护系统整体安全；如果点灯动作小于安全时间，则侦测系统数据(步骤220)，此系统数据包含有管电压值及管电流值，并同时侦测点灯动作是否失败(步骤230)，若是点灯动作失败，则必须重置计算一瞬时时间(步骤240)，并回到步骤210继续执行。

当点灯动作成功时，则重置计算安全时间(步骤250)，以备下一次系统启动时重新计数，然后计算功率程序(步骤260)，此计算功率程序则为将前述的管电压值及管电流值作一乘法运算后，取得一管功率值，并侦测是否超过瞬时时间(步骤270)，若是未超过瞬时时间，则视为灯管仍于启动瞬时期间，则直接决定调整的工作功率(步骤290)，不接收外部调光讯号，暂时以满载功率工作来保护系统，若是已经超过瞬时时间，则读取一调光讯号(步骤280)，然后运算调光讯号与管功率来决定调整的工作功率(步骤290)，并进入功率调整的程序请参照图2B，为本发明高压气体放电灯光强度控制方法步骤流程图。

接下来就调整功率程序作一详细说明，请继续参照图3A，为本发明高压气体放电灯光强度控制方法的功率调整步骤流程图。

当控制机制决定调整的工作功率(步骤290)后，则进入功率控制程序，首先延迟变化时间(步骤291)，并侦测系统功率是否过高(步骤292)，若是系统功率过高，则执行降低系统功率程序(步骤293)，并回到侦测系统数据(步骤220)继续执行，以再次侦测降低功率的成效，若是系统功率并未过高，则进一步侦测系统功率是否过低(步骤294)，若是系统功率亦无过低现象，则视为目前系统的表现功率处于一良好状态，然后回到侦测系统数据(步骤220)继续执行。

若是系统功率产生过低现象，则首先侦测系统是否有过电流现象(步骤295)，若是系统产生过电流状态，则为一异常现象，保护装置则会强迫系统停止工作(步骤297)并结束流程，若是系统无过电流状态，则侦测系统电流是否大于一瞬时限制电流(步骤296)，若是系统电流大于瞬时限制电流，则必须执行降低系统功率程序(步骤293)，并回到侦测系统数据(步骤220)继续执行，若是系统电流小于瞬时限制电流，则表示系统可能功率不足，此时执行增加系统功率程序(步骤298)，并回到侦测系统数据(步骤220)继续对系统执行侦测，请参照图3B，为本发明高压气体放电灯光强度控制方法的功率调整步骤流程图。

由前述的实施方法与架构中，可以了解本发明有几项重要的依据参数，可进而保护高压气体放电灯系统，现提出加以说明：

*管功率系用以判定系统是否过功率或是欠功率的重要依据；

*过电流现象系为判断是否要强迫中断(shut down)系统的重要依据；及

*限制瞬时时间电流，以改善公知定功率控制在瞬时时期电流过大伤害灯管的缺点。

同时本发明依据外部调光讯号，来决定调光的功率，再经由功率控制单元来达成定功率控制的目的，如此不论是灯管厂牌、新旧或是设置的角度，皆可顺利的达成光强度的控制。

虽然本发明以前述较佳实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定内容为准。

Claims

1.一种高压气体放电灯光强度控制装置，该控制装置连接一高压气体放电灯光系统的一功率控制单元，该控制装置包含有：

一侦测单元，该侦测单元包含有：

一运算单元，该运算单元与该侦测单元连接，该运算单元用以将该管电压值与该管电流值作一乘法运算，并产生一管功率值；

一接收单元，该接收单元用以接收一外部调光讯号；

2.如权利要求1所述的高压气体放电灯光强度控制装置，其特征在于，其中该运算单元包含有一运算放大器及一乘法器。

3.如权利要求1所述的高压气体放电灯光强度控制装置，其特征在于，其中该接收单元为一模拟调光接口及一数字调光接口中任取其一。

4.如权利要求1所述高压气体放电灯光强度控制装置，其特征在于，其中该工作异常状态为该高压气体放电灯光系统处于一过电流状态。

5.一种高压气体放电灯光强度控制方法，包含有：

将一高压气体放电灯系统初始化，并于一点灯动作的时间小于一安全时间时读取该系统的管电压值和管电流值；

于该点灯动作完成后重置该安全时间，并依该管电压值和管电流值计算一功率值，并启动计算一瞬时时间；

于该高压气体放电灯系统工作时间大于该瞬时时间时，读取一调光讯号，并依据该调光讯号和该功率值运算一调整功率值；

于该高压气体放电灯系统功率过低时，侦测该系统的一过电流现象，若有过电流现象产生，则停止系统工作；

于该高压气体放电灯系统电流小于一瞬时限制电流时提高该系统功率；及

于该高压气体放电灯系统电流大于该瞬时限制电流时降低该系统功率。

6.如权利要求5所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其特征在于，其中该点灯动作的时间大于该安全时间时，还包含有一停止系统工作的步骤。

7.如权利要求5所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其特征在于，其中该点灯动作失败后，还包含有重置该瞬时时间的步骤。

8.如权利要求5所述的高压气体放电灯光强度控制方法，其特征在于，其中该高压气体放电灯系统工作时间小于该瞬时时间时，则使该系统以一满载功率工作。