TW522758B - Electronic circuits for detecting filament breakage in gas discharge lamps - Google Patents

Description

522758 五、發明説明（1 ) 發明領域： 本發明係關於根據申請專利範圍第1項之前言之用 於操作一或更多個低壓力放電燈之電路配置。特別是， 這個電路檢測燈絲之斷裂並將電路配置放在安全模式。 習知技術：

具有燈絲之低壓放電燈之壽命主要由燈絲之壽命來 決定。假使燈絲被消耗掉，首先，燈電壓會增加，伴隨 在燈之燈絲區中之不良溫度增加。在這個階段，燈亦展 現整流效應。最後，燈絲斷裂，導致燈操作裝置之損毀 及燈端點過熱之危險。爲了燈之安全作業及保護作業裝 置，已知有一些斷接裝置。

燈電壓常常被使用，以獲得斷接操作裝置之要素， (例如EP 0 8 09 923 )。然而，即使在正常作業下，燈電 壓亦會強烈地震盪，所以在很多情況下並不能指定斷接 開始之獨特臨界値。操作裝置包括耦合電容，此耦合電 容吸收操作裝置中之AC電壓產生器之輸出電壓之直流 成份。橫跨耦合電容之電壓被用在US 5,493，181以偵 測上述之燈之整流效應。在這個情況下，需要得到這個 電壓之量化値並將其與臨界値比較。在此，欲被測量之 電壓値在正常作業下亦會強烈的振盪’所以通常不能指 定一獨特的臨界値。所以在很多情況下，可靠的斷接是 不可能的，或是技術上是很複雜的。 爲了確保燈系統及作業裝置能可靠地作業，監測燈 絲之斷裂是足夠的。在已知的方法中，CD測試電流是 522758 五、發明説明（2 ) 否可以流經欲被測試之燈絲（DE 3 8 0 5 5 1 0)被偵測。這個 方法之缺點是測試電流爲正常作業下所需電流之額外電 流，因此對燈絲構成一額外的負擔。 特別是在灰暗的作業期間，燈絲必須承受額外的熱 電流，高過氣體放電之電流。有幾個方法是用來偵測燈 絲斷裂的，其監測是否有額外熱電流的存在（EP 0 422 5 9 4)。然而，額外熱電流與氣體放電的電流比較下是很 小的，因此偵測是複雜而不可靠的。 發明槪述： 本發明之目的係提供一斷接裝置給根據本發明申請 專利範圍第1項之前言之作業裝置，此斷接裝置在燈絲 斷裂時可靠地完成作業裝置之斷接，而只要很少的支出。 本目的藉由申請專利範圍第1項之特徵部份之特徵 ，在具有申請專利範圍第丨項之前言之特徵之裝置的情 況下達成。有利的細節可在依附項中找到。 很多氣體放電燈之作業裝置包含AC電壓產生器，其 在輸出處輸出具有直流成份之電壓。包含兩個被控制的 串聯開關之半橋電路司用來實現AC電壓產生器。然而 ，燈不應該有直流電，且係藉由這些作業裝置的幫助而 作業。結果’除了其他的成份之外，燈被連接到A C電 壓產生器（經由-耦合電容）。對根據本發明之作業裝置 之斷接重要的是，氣體放電燈之它流只饋入燈絲之一端 。耦合電容器吸收AC電壓源之DC電壓成份。這個Dc 電壓成份可藉由一平均單元過濾掉，以達到根據本發明斷 -4- 522758 五、發明説明（3 ) 接作業裝置之目的。平均單元之一個簡單設計係一階低 通濾波器，其在最簡單的情況下，只包含一電阻及一電 容器。現在，耦合電容之D C電壓成份饋入一電路部份 (由SD表示），此電路部份負責斷接且在其輸入處具有 一臨界特徵。重要的是，這個饋入經由燈絲發生。當燈 絲斷裂時，耦合電容之D C電壓成份不存在於電路部份 SD之輸入處。在電路部份SD之輸入處之臨界特徵只 需要能夠偵測耦合電容器之DC電壓成份。這可以很可 靠地被實現’而不需要恨高的支出。然而應注意的是， 除了耦合電容之直流成份外，沒有其他的DC電壓成份 被饋入電路部份S D之輸入。 臨界特徵可由一電晶體實現。假使電壓存在其輸入 處，則它避免電容器（由C7表示）之充電，此電容器經 由其輸出端點連接。假使在燈絲斷裂時，沒有輸入電壓 ’則電容器C7被充電且觸發作業裝置之斷接。電容器 C7在作業裝置被使用時放電。因此，它避免在燈之啓 動作業期間發生不想要的斷接。電容器C 7之電容値必 須夠大使得斷接只有在耦合電容器之DC電壓成份在完 整的燈下穩定後才觸發。假使DC電壓成份被建立，這 也是f、已正確地開始的一信號。因此，耦合電容器之 DC電壓成份亦可用來偵測”燈燃燒”（“lamp burning”）。 作業裝置之斷接可以由另一被控制的開關來執行。 當另一開關被觸發時，上述AC電壓產生器被關閉。這 可以以多種方式執行。大多數而言，輔助電壓需要在 522758 五、發明説明（4 ) AC電壓產生器中產生觸發信號。靠著此另一開關的幫 助，AC電壓產生器的輔助電壓可被壓制，因而達到作 業裝置的斷接。一些AC電壓產生器具有另一輸入，在 此輸入處存在一信號以便爲了安全目的而斷接AC電壓 產生器之輸出信號（安全斷接信號）。安全斷接信號亦可 爲了斷接之目的，藉由另一開關的幫助而被抑制。 根據本發明用於偵測燈絲斷裂之上述電路配置係適 用於單一燈絲或並聯且在同一電位上之複數個燈之燈絲 。假使位於不同電位之燈絲需要被監測，這可以不同的 方式完成，包括使用在習知技術中之方法。爲了能確保 燈之作業絕對安全，需要監測所有的燈絲，這是因爲不 能預知那個燈絲會先斷裂。因爲屬於一燈之燈絲在非常 不同的電位，特別是開始的時候，因此不可能同時對所 有的燈絲施加省錢的燈絲監測實現。在這裏，根據本發 明之燈絲監測允許與其他監測方法結合。因此，例如， 不根據本發明藉由偵測在耦合電容器上之DC電壓成份 被監測的燈絲可以不同的方式監測。假使AC電壓產生 器需要輔助電壓這可藉由尙未被監測之燈絲執行。當這 些燈絲斷裂時，中斷輔助電壓之饋入且AC電壓產生器 被斷接。 另一監測尙未被監測之燈絲之方法包含在燈終端偵 測AC電壓成份。如偵測DC電壓成份一般，燈之氣體 放電所需之電流只在欲被偵測之燈絲之一端被饋入。在、 燈絲另一端之AC電壓藉由電容器耦合出去。假使燈絲 522758 五、發明説明（ 5 ) 斷 裂 牵禹 合 出 去 之 A C電壓之大小被大大地減少。根據 本 發 明 y 這 可 被 利 用，以允許電容器被充電到可導致作 業 裝 置 斷 接 之 値 〇 這可藉由利用另一被控制之開關擾亂 電 容 器 C7之方電而執行。 此外 斷 接 作 業 裝置通常有下列的要求：假使在斷 接 兀 成 後 變 換 了 燈 泡，則目標爲反轉斷接而允許新燈泡 作 業 〇 根 據 本 發 明 ，這是藉由電容器C7之充電電流係 經 -- 或 多 個 燈 絲 導 電之事實而完成。假使燈泡被移除， 則 電 容 器 C7被放電。假使橫跨電容器C7之電壓下沖 至 —* 指 定 値 則 斷 接被反轉。 實 現 這 個 發 明 性 觀念需要分辨外部激發或自我激發 之 AC ^ 電J 壓i 產： 生: 器 。外部激發之AC電壓產生器，爲了 觸 發 斷 路 器 具 有 需要輔助電壓之振盪器。爲了不以偵 測 橫 跨 輔 合 電 容 器 之DC電壓來執行燈絲斷裂之偵測， 可 以 藉 由 欲 被 檢 查 之燈絲來導通輔助電壓。電容器C7 (其電壓係月 3來斷接）之充電亦可藉由相同的燈絲來執行 〇 首 先 ， 當 燈 絲 斷 裂時，振盪器被關閉，使得作業裝置 斷 接 第 二 5 當 換 燈時，電容器C7之充電會被中斷， 而 斷 接 會 反 轉 Ο 白 我 激 發 之 作 業 裝置並沒有另一振盪器。斷路器之 觸 發 信 號 係 白 負 載 電路獲得。結果’在燈絲斷裂時，不 能 藉 由 中 斷 輔 助 電 壓來斷接振盪器。根據本發明，在這 種 情 況 下 當 燈 絲 斷裂時（其並不由橫跨耦合電容之DC 電 壓 所 監 測 )， 斷接可由前面所解釋之AC電壓成份之 -7- 522758 五、發明説明（（ 偵 測 來 執行 。然而，這個 燈絲不應獨自承受電容器C7 之 充 電 電流 。然後，會偵 測到燈絲斷裂，但是電容器 C7 接下來的充電會被打斷，因此，不會有斷接。結果 根 據 本發 明.，兩個燈絲 都被使用，以提供充電電流給 電 容 器 C7。 因此，不論那個燈絲斷裂，都確保提供給 C1 『導致斷接之充電電流。 這個燈絲電流之AND作業係 藉 由 以 下事 實而達到：沒 有AC電壓產生器饋入之燈端 點 係 藉 由一 二極體連接到 電容器C7。 在 此 ，需 要提到具有自 我激發AC電壓產生器之作業 裝 置 之 一方 面。特別是， 在具有半橋之AC電壓產生器 的 情 況 下， 重要的是，當 斷路器第一次被關閉時，電容 器 有 什 麼狀 態之電荷。電 容器的充電必須使斷路器之第 一 次 關 閉流 動一電流而使 AC電壓產生器自我激發。電 容 器 之 電荷 關係可在藉由 用於AND作業之兩個二極體 開始 AC電; 壓產生器之前: 被置換。如果適合的話，需要 修 正 啓 動電 路（其任務係關閉兩個半橋開關之——次）。 追 個 修 正可 以是，不再是 下半橋開關，而是上半橋開關 先 被 關 閉。 圖 式 之 簡單 說明： 第 1 圖顯 示根據本發明 ，在兩個燈絲之一斷裂時， 爲 斷 接 狀況 之氣體放電燈 之作業裝置之電路圖，並具有 外 部 激 發AC電壓產生器 ，及 第 2 圖顯 示根據本發明 ，在兩個燈絲之一斷裂時， 爲 斷 接 狀況 之氣體放電燈 之作業裝置之電路圖，並具有 -8- 522758 五、發明説明（7 ) 自我激發AC電壓產生器，及 第3圖顯示根據本發明，在兩個燈絲之一斷裂時， 爲斷接狀況之氣體放電燈之作業裝置之電路圖，並具有 外部激發之AC電壓產生器，及增加之干擾免疫性。 以下，電容器由字母C代表，電阻電R代表，電感 由L代表，電晶體由T代表，二極體由D代表，每一 個字母後面都有一數字。 在第1圖中之作業裝置係設計成在AC電壓網路上作 業。例如，23 0Veff之系統電壓係連接到終端AC1及 AC2。Dl，D2，D3及D4形成一全波整流器，其在輸 出P(正）及Μ(框架）處可獲得一 DC電壓，稱爲供應電 壓。電容器C 1連接於P及Μ之間，以便平順化供應電壓 。AC電壓產生器G經由Ρ及Μ吸取能量。AC電壓產 生器G在輸出0供應AC電壓，其包含用於使氣體放 電燈作業之直流成份。AC電壓產生器G要求輔助電壓 Η。輔助電壓Η係經由R 1直接自供應電壓取得，用於 啓動。爲了作業，輔助電壓Η經由C3產生'，其係連接 到燈絲W1之終端J2。D5，D6及C2用於整流及穩定 化經由C3饋入AC電壓。燈電感L1連接AC電壓產生 器G之輸出0至在端點Π處之燈絲W1。流經燈Lp之 氣體放電電流之電路經由耦合電容C5藉由在端點J3 之燈絲W2連接至框架Μ。在燈不連接到AC電壓產生 器G之一側，共振電容器C4係連接到在端點J2之燈 絲W 1及在端點J4之燈絲W2。 』 522758 五、發明説明（8 ) 包括下列組件之電路部份SD係用於斷接：T3，R2， D7，T4，C7，R5及R6。T4之基極連接到SD之輸入 EDC。T4之發射極連接到框架Μ。C7係連接於T4之 放射極及收集極之間。Τ4之收集極處之電壓係經由齊 納（Zener)二極體D7饋入Τ3之閘極。D7之陰極指向 T4。T3之源極連接到框架Μ。T3之閘極經由R2連接 到框架Μ。Τ3之汲極連接到AC電壓產生器G之輔助 電壓終端Η。R5及R6形成電壓分割器。電壓分割器在 R6之一端連接到框架Μ。Τ4之收集極連接到R5及R6 之連接點，C7亦是如此。C7之充電電流係饋入電壓分 割器之R5之端點。這是自供應電壓之正極Ρ經由燈絲 W1及R7執行。在正常作業下，在SD之輸入EDC處 之電位很大（>0.7V)，使得Τ4在導電狀態。結果，C7 維持放電而在Τ4之收集極處之電位很低，使得齊納二 極體不在反轉方向上導通。假使EDC之電位降到很低 (<0.7 V)，使得 Τ4 進入阻擋狀態（blocking state)，貝 ij C7經由R7，燈絲W1及R5充電。一旦橫跨C7之電壓 高到使D7開始在反轉方向上導通時，T3被觸發且進入 導電狀態。這個使AC電壓產生器G之輔助電壓Η短 路，因而斷接作業裝置。 SD之輸入EDC係自R3及R4的連接點被控制。R4 之另一端點係連接到框架Μ，而R3之另一端點係連接 到燈絲W2之端點J4。C6與R4並聯。這個包含R3， R4及C6之電路配置做爲一低通濾波器。因此，在C5 •10- 522758 五、發明説明（9 ) 處存在之電壓之D C電壓成份經由燈絲W 2導通至S D 之輸入EDC。結果，在正常作業下，在輸入EDC之電 位高到使作業裝置不被斷接。假使燈絲w 2斷裂，則在 燈絲W2之端點J4處不再有DC電壓，在輸入EDC之 電位降低至T4仍爲導通狀態之臨界値以下’而作業裝 置被斷接。在變換燈泡之狀況下，因爲缺乏燈絲W1， 使得C 7之充電電流被中斷。在T4之收集極處之電位 下降，T3阻擋，且AC電壓產生器由所需的輔助電壓 (H)重新供應以便重新啓動。 當燈絲W1斷裂時，操作AC電壓產生器G所需且經 由C 3饋入之輔助電壓Η被中斷，因此，作業裝置被斷 接。 第2圖顯示根據本發明之斷接實施例’斷接是在具 有自我激發AC電壓產生器G之作業裝置的情況下，藉 由偵測燈絲斷裂而達成。此裝置經由端點DC +及DC-被 供應有D C電壓。這對應到第1圖之供應電壓。兩個半 導體開關T6及T7(在此設計爲MOSFET)之串聯電路係 連接於DC +及DC-之間。在電晶體之間之連接點形成由 半導體開關T6及T7實施之半橋之輸出〇。負載電流 在輸出〇流出，且由回饋配置FB所偵測’並分別饋入 觸發電路DR1及DR2。觸發電路DR1及DR2分別連接 於半導體開關T6及T7之閘極及源極之間’並造成這 些半導體之關及開，結果，參考DC-由DC電壓成份造 成的AC電壓存在於半橋之輸出處〇。電路元件R20， -11- 522758 五、發明説明（10 ) D20，D2 1及C20係用來第一次啓動半橋振盪。R20及 $20之串聯電路係連接於DC +及半橋輸出處0之間。 二端交流開關元件D21被連接至連接點。二端交流開 關元件D2 1之另一側被連接至上半橋電晶體T6之閘極 。C20係在裝置啓動時由R20充電。假使橫跨C20之 電壓超過二端交流開關元件D2 1之觸發電壓，則上半 橋電晶體T6被觸發且半橋之振盪開始。在作業期間之 C 2 0放電係經由D 2 0來確保。 電路兀件 LI，C4，C5，C6，C7，Jl，J2，R2，R3， R4，R6及D7與第1圖者一樣地被連接。與第1圖比 較，T 3被設計成雙極電晶體。T 3之收集極係經由二極 體D26連接到下半橋電晶體（T7)之閘極。假使T3被觸 發’則抑制T7觸發之電流流經D26。電阻R5並不直 接連接到燈絲W1之端點J2，而是連接到】2及燈絲W2 之端點J4，且分別由一電阻及一二極體（R21，D22， R2 2，D2 3)之幫助而達成。因此，上述C7之充電電流 之AND作業被實現。 電路部份SD之AC電壓輸入EAC亦經由C2 1連接到 J2 ◦ C2 1只將在J2電位之AC電壓成份導電至EAC。 因此，下游係在EAC及DC-之間包含電阻R25及R26 之電壓分割器。D25之陽極及D24之陰極係連接到R25 及R26之連接點。D24之陽極係在供應電壓（DC-)之低 電位，且是必須的，以便評估在E A C處之A C電壓之 負成份。C22之另一端點係在供應電壓（DC-)之低電位 -12- 522758 五、發明説明（n ) ，且C22係用來對由D24及D25整流之AC電壓積分 ，且存在於EAC處。存在於C22之電壓被饋入由電阻 R 27及R 28形成之電壓分割器。R2 7及R28之連接點係 連接至電晶體T 5之基極。與第1圖及第2圖不问的是 ，電晶體T4之發射極並不直接連接到供應電壓（DC-)之 低電位，而是經由T5之收集極-發射極路徑。當AC電 壓不存在於EAC時，T5及T4不再被觸發，結果，C7 被充電且斷接被觸發。 第1圖之電路圖之變化例係示於第3圖。耦合電容 器C5之信號有時會受到干擾。這個干擾的原因通常是 零散的接觸，其爲已斷裂之燈絲本身常常做的。這個干 擾爲第3圖中之延伸所阻擋（參考第1圖）。在平均化 C6之電容器及T4之基極之間之連接不再直接，而是經 由R3 1之串聯電路及電晶體T3 1之發射極-收集極路徑 。T3 1之收集極係連接到T4之基極，且爲了進一步抑 制干擾，係經由R3 4及C3 1之並聯電路連接到框架（M) 。丁3 1之基極係經由R33連接到框架（M)，並經由R32 及R3 5連接到正極（P)。這個電路只用來評估耦合電容 器C5之信號，其與正極（P)之電壓比較下，超過由電阻 値 R3，R4，R5，R6，R3 2，R3 3，R35 所設定之値。假 如不想使所評估的信號成爲在正極（P)處之電壓之函數 ’則使用在C6及T4之基極之間之齊納二極體，以取 代電晶體T3 1。 參考第1圖，在第3圖中之另一變化爲R5之端點。 -13- 522758 五、發明説明) 它不像第1圖連接到燈絲W1之端點J2，而是經由R3 5 連接到正極（P)。結果，在換燈時，斷接並不反轉’而 是在系統中斷時反轉。 符號之說明 A C 1 , A C 2 終端 D 1 〜D7， D20 〜D26 二極體 C 1 〜C7， C20 〜C22 電容器 R1 〜R6， R3 1 〜R3 5 電阻器 T3 〜T7， Τ3 1 電晶體 G AC電壓產生器 L1 電感器 J1〜J4 終端 W 1，W 2 燈絲 DR1，DR2觸發電路 -14-

Claims (1)

1. 522758 7丨年θ月/ 1曰 修正 六、申請專利範圍 第90 1 2 1 29 1號「用於檢測氣體放電燈燈絲斷線之電子電 路」專利案 （9 1年1 1月修正） A申請專利範圍： 1· 一種用於檢測氣體放電燈燈絲斷線之電子電路，其 具有下列特徵： --第一電路部份（SD)，其在輸出處（EDC)使用一信 號，使得在上沖或下沖超過指定臨界値一指定之 時間時，作業裝置被放在安全狀態，以避免作業 裝置之超負載，及/或燈過熱，及/或使人有觸 電的危險， --AC電壓產生器（G)，其在其輸出處（0)輸出具有 DC電壓成份之AC電壓，及 一一負載電路，其至少包括一電容器（C5)，此電容 器至少部份吸收該DC電壓成份， 其中，橫跨電容器（C5)之電壓被饋入第一電路部 份（SD )之輸入處（EDC )，特別是經由至少一燈絲及經 由第二電路部份（AV )，第二電路部份（AV )供應一信 號，此信號至少大約對應於橫跨電容器（C5)之電壓 之平均値，該第一電路部分（SD)之輸入（EDC)除了經 由燈以外，沒有電氣連接到AC電壓產生器（G)之輸 出。 2.如申請專利範圍第1項之用於檢測氣體放電燈燈絲 斷線之電子電路，其中AC電壓產生器包括一半橋電 522758 六、申請專利範圍 路，其具有以串聯連接之兩個被控制開關（T6，T7) 〇 3. 如申請專利範圍第1項之用於檢測氣體放電燈燈絲 斷線之電子電路，其中第二電路部份（AV )包括一第 一階RC低通濾波器，用於形成平均値。 4. 如申請專利範圍第1項之用於檢測氣體放電燈燈絲 斷線之電子電路，其中該第一電路部份（SD)包括一 被控制的開關（T4 )，其允許電容器（C7 )在控制電極 處發生下沖一電壓臨界値時被充電，而在橫跨此電 容器（C7)之電壓上沖超過一指定値時，此電子電路 進入安全狀態，如申請專利範圍第1項所指出者。 5. 如申請專利範圍第4項之用於檢測氣體放電燈燈絲 斷線之電子電路，其中AC電壓產生器（G)需要一輔 助電壓（H)及/或一安全斷接信號，電子電路的安全 狀態係藉由輔助電壓（H)及/或安全斷接信號係由被 控制的開關去激活（deactivation)而達成。 6. 如申請專利範圍第1項之用於檢測氣體放電燈燈絲 斷線之電子電路，其中AC電壓產生器需要一輔助電 壓（H)及/或一安全斷接信號，且輔助電壓（H)及/ 或安全斷接信號係經由至少與申請專利範圍第1項 之特徵部份中之燈絲不同的燈絲而導通。 7. 如申請專利範圍第1項之檢測氣體放電燈燈絲斷線 之電子電路，其中第一電路部份（SD)具有一第二輸 522758 六、申請專利範圍 入（EAC)，且由AC電壓產生器（G)供應之電壓之AC 電壓成份經由至少一與申請專利範圍第1項之特徵 部份中之燈絲不同的燈絲，饋入第一電路部份（SD ) 之第二輸入（EAC)，電子電路在第一電路部份（SD)之 第二輸入處（EAC)之AC電壓位準下沖低於一指定値 時，根據申請專利範圍第1項被放至安全狀態。 8. 如申請專利範圍第4項之檢測氣體放電燈燈絲斷線 之電子電路，其中第一電路部份（SD)具有一第二輸 入（EAC)，且由AC電壓產生器（G)供應之電壓之AC 電壓成份經由至少一與申請專利範圍第1項之特徵 部份中之燈絲不同的燈絲，饋入第一電路部份（SD) 之第二輸入（EAC)，電子電路在第一電路部份（SD)之 第二輸入處（EAC )之AC電壓位準下沖低於一指定値 時，根據申請專利範圍第1項被放至安全狀態。 9. 如申請專利範圍第4項之檢測氣體放電燈燈絲斷線 之電子電路，其中在電容器（C7)之充電可藉由複數 個燈絲（W 1，W2 )同時執行’這些燈絲在燈的不同端 ，每一個燈絲連接到電容器（C7)及二極體（D2 2，D2 3) 之每個引線中之燈絲，其被極化以允許電容器（C7 ) 之充電。 10. 如申請專利範圍第8項之檢測氣體放電燈燈絲斷線 之電子電路，其中被控制開關（T4)串聯連接的是另 一開關（Τ5) ’此開關（Τ5)在第一電路部份（SD)之第 522758 六、申請專利範圍 二輸入（EAC)處之AC電壓下沖低於一指定値時開啓 〇 11.如申請專利範圍第4項之檢測氣體放電燈燈絲斷線 之電子電路，其中只有在第一電路部份（SD)之輸入 處（EDC)之電壓被評估，其超過AC電壓產生器（G)之 供應電壓之指定部份。 -4-