TWI405503B - 用於螢光燈裝置之改良式控制系統（二） - Google Patents

Description

用於螢光燈裝置之改良式控制系統(二)

本發明涉及螢光裝置，更具體而言，涉及用於用於螢光燈裝置之控制系統。

現在參考圖1，螢光燈10包括密封的玻璃管體12，玻璃管體12中包含諸如水銀之類的第一物質和諸如氬之類的第一惰性氣體，其兩者被統一標識為14。管體12是加壓的。磷粉末16塗覆在管體12的內表面上。管體12包括位於管體12相對兩端的電極18A和18B(統稱為電極18)。功率藉著控制系統被提供到電極18，所述控制系統可以包括AC源22、開關24、安定模組(ballast module)26和電容器28。

當開關24閉合時，控制系統向電極18提供功率。電子藉著氣體14從管體12的一端遷移到對端。來自流動的電子的能量使某些水銀從液態改變到氣態。當電子和帶電的原子移動經過管體12時，某些將與氣態的水銀原子發生碰撞。該碰撞使原子激發，並致使電子移動到較高態。當電子返回較低能級時，它們釋放出光子或發光。水銀原子中的電子釋放出紫外線波長範圍內的光子。磷塗層16吸收紫外線光子，這致使磷塗層16中的電子躍遷到更高能級。當電子返回較低能級時，它們釋放出具有與白光相對應的波長的光子。

為了藉著管體12發送電流，螢光燈10需要自由電子和離子，並要求電極18之間的電荷存在差異。一般而言，在氣體14中幾乎不存在離子和自由電子，這是因為原子通常維持中性電荷。當螢光燈10被接通時，它需要引入新的自由電子和離子。

安定模組26在啟動期間藉著兩個電極18輸出電流。電流流動在兩個電極18之間造成電荷差。當螢光燈10被接通時，兩電極燈絲都非常快速地加熱。使管體12中的氣體14被游離化，而發出電子。一旦氣體被游離化，電極18之間的電壓差就建立電弧。流動的帶電粒子使水銀原子激發，這觸發了照明過程。當更多電子和離子流過特定區域時，它們撞擊更多原子，因而產生自由電子並生成更多帶電粒子。電阻降低而電流增大。安定模組26在啟動過程期間和啟動過程之後調節功率。

現在參考圖2，某些安定模組50包括控制模組54、一個或多個電解電容器56和其他元件58。電解電容器56可被用於過濾或平滑電壓。電解電容器56和/或其他系統元件可能易受高工作溫度的影響。如果工作溫度在一段足夠長的時間中超過閾值，電解電容器56和/或其他系統元件可能被損壞，並且螢光燈10可能變得無法工作。

當某些螢光燈已被切斷一段很長時間時，螢光燈需要花費一段時間才能提供正常或額定量的光輸出(與螢光燈已被接通一段時間時的情況相比)。換言之，螢光燈在被接通時，起初螢光光線輸出是昏暗的，這種情況可能是令人煩惱的。另外，螢光燈通常會在沒有向用戶提供任何指示的情況下出現故障或燒掉。如果用戶沒有替換的螢光燈，用戶則可能不具有光源，直到可以找到一個光源為止。

一種控制系統包括開關和控制模組，該控制模組與開關通信，並且在開關處於第一狀態時對螢光燈的燈絲電阻進行採樣，並在開關轉換到第二狀態時，基於燈絲電阻來有選擇地將提供到螢光燈的電流增大到大於額定電流值。

在其他特徵中，所述控制模組在開關處於第一狀態時確定穩態燈絲電阻值，並監控所述穩態燈絲電阻值的改變。指示器與控制模組通信。所述控制模組將穩態燈絲電阻值的改變與預定的燈絲電阻改變閾值相比較，並在所述穩態燈絲電阻值的改變超過所述預定的燈絲電阻改變閾值時改變指示器的狀態。所述控制模組將所述穩態燈絲電阻值與預定的燈絲電阻閾值相比較，並在所述穩態燈絲電阻值超過所述預定的燈絲電阻閾值時改變指示器的狀態。

在其他特徵中，所述控制模組在所述開關轉換到所述第二狀態時，基於在開關轉換到第二狀態之前存儲的燈絲的已存儲的燈絲電阻值來使到燈絲的電流和電壓中的至少一個在額定電流水平上增大第一量。所述控制模組在開關處於第一狀態時確定和存儲穩態燈絲電阻值。所述控制模組在所述開關轉換到第二狀態時，基於在所述開關轉換到第二狀態之前存儲的燈絲電阻值和已存儲的穩態燈絲電阻值來使到燈絲的電流和電壓中的至少一個在所述額定水平上增大第一量。環境溫度估計器估計環境溫度。所述穩態燈絲電阻值的改變是基於環境溫度來調整的。所述環境溫度估計器包括溫度感測器。所述環境溫度估計器基於螢光燈已在第二狀態中保持一段預定時間之後測量出的燈絲電阻來估計環境溫度。

在其他特徵中，安定模組包括電解電容元件。溫度感測器感測所述電解電容元件的溫度。控制模組與所述溫度感測器通信，並且當感測到的溫度超過預定閾值時調整到螢光燈的功率輸出。所述控制模組基於感測到的溫度來調節功率輸出。

在其他特徵中，整流器模組具有有選擇地與電壓源通信的輸入端。電解電容元件和控制模組與整流器模組的輸出端通信。

在其他特徵中，溫度感測器感測第一電元件的溫度。所述控制模組與所述溫度感測器通信，並且當感測到的溫度超過預定閾值時調整到螢光燈的功率輸出。整流器模組具有有選擇地與電壓源通信的輸入端。所述控制模組與所述整流器模組的輸出端通信。

從下面提供的詳細描述中，本發明的其他應用領域將變得明顯。應該理解，該詳細描述和特定示例雖然指示本發明的優選實施例，但是，它們僅僅是出於說明目的的，並且不希望限制本發明的範圍。

以下對優選實施例的描述本質上僅僅是示例性的，並且決不希望限制本發明、其應用或用途。這裏使用的術語“模組”指的是執行一個或多個軟體或固件程式的專用積體電路(ASIC)、電子電路、處理器(共用的、專用的或群組)和記憶體、組合邏輯電路和/或其他提供所述功能的合適的元件。為了清楚，將在附圖中使用相同標號來標識類似元件。

現在參考圖3，示出了用於螢光燈10的控制系統98的功能框圖。安定模組100包括控制模組104、一個或多個電解電容器108和一個或多個統一標識為110的其他元件。安定模組100包括一個或多個溫度感測模組112和114，這些模組感測安定模組100的元件和/或螢光燈10的控制系統的工作溫度。在某些實現方式中，溫度感測器112感測電解電容器108的工作溫度，而溫度感測器114感測安定模組100的一個或多個其他元件110和/或控制系統的工作溫度。

控制模組104基於一個或多個感測到的工作溫度來調整螢光燈10的工作。例如，控制模組104在電解電容器108的工作溫度超過預定的溫度閾值時關閉螢光燈10。另外，控制模組104在重整前、無限期地和/或使用其他標準在一段預定時間中切斷螢光燈10。在其他實現方式中，控制模組104無限期地、在重整前和/或使用其他標準在一段預定時間中降低安定模組100的輸出電壓和/或電流。

現在參考圖4，安定模組100的示例性實現方式被示為包括全波或半波整流器120、電解電容器106和控制模組104。功率電晶體126的第一端子被連接到整流器120的第一輸出端。第二端子被連接到控制模組104、功率電晶體128的第一端子。控制模組104使功率電晶體在導通和截止狀態之間切換，以在啟動和/或工作期間改變對螢光燈10的電流和/或電壓。

電容器C1可被連接到整流器120的第一輸出端、功率電晶體126的第二端子、功率電晶體128的第一端子和電感器L的一端。電感器L的另一端可以與電極18A的一端通信。電極18A的另一端藉著電容器C3被耦合到電極18B的一端。整流器120的第一輸出端藉著電容器C2被耦合到電極18B的另一端。指示器140與控制模組104通信，並指示螢光燈的工作狀態。例如，指示器140可被接通以指示螢光燈可能將很快失效。於是，用戶可以在已安裝的螢光燈失效之前購買或以其他方式獲得替換的螢光燈。指示器140可以包括發光二極體(LED)、白熾燈、揚聲器和/或任意其他可視或可聽的輸出。雖然在圖4中示出了指示器，但是在這裏描述的任意實施例中都可以包括指示器。

現在參考圖5，示出了用於操作圖3的控制系統的步驟的流程圖。控制開始於步驟200。在步驟204中，控制判切斷關24是否接通。如果否，控制則返回步驟204。如果步驟204為真，控制則判斷螢光燈10是否已經接通。如果是，控制則繼續執行步驟208，並判斷感測到的溫度是否大於閾值溫度。感測到的溫度可以與電解電容器56和/或安定模組100的其他元件和/或控制系統的其他元件相關。如果步驟206為否，控制則在步驟214中啟動螢光燈，並繼續執行步驟208。如果步驟208為否，並且尚未超過閾值溫度，控制則在步驟210中判切斷關24是否切斷。如果開關24沒有切斷，控制則返回步驟204。

當步驟208為真，控制則在步驟216中切斷開關24和/或螢光燈10。在某些實現方式中，開關24可以受控於控制模組104。可替換地，控制模組104可以與開關24的位置相獨立地切斷螢光燈10。可替換地，控制模組104可以與三路開關24協作充當三路開關。當步驟210為真並且開關24處於切斷狀態時，控制在步驟218中切斷螢光燈10。

現在參考圖6，示出了用於操作圖3的控制系統的替換步驟的流程圖。當步驟208為否時，控制返回步驟204。當步驟208為真時，控制在步驟242中切斷螢光燈10。在步驟246中，控制啟動計時器。在步驟250中，控制判斷計時器是否期滿。如果在步驟250中為真，控制則返回步驟204。否則，控制返回步驟250。

現在參考圖7，示出了用於操作圖3的控制系統的替換步驟的流程圖。當步驟208為真時，控制在步驟282中減小被輸出對螢光燈10的功率。減小輸出對螢光燈10的功率可以包括減小由安定模組100輸出的電壓和/或電流。螢光燈10可以在這種模式中操作，直到使用開關24重整。可替換地，在步驟286中，控制啟動計時器。在步驟290中，控制判斷計時器是否期滿。如果步驟290為真，控制則返回步驟204。否則，控制返回步驟290。

現在參考圖8A，該時序圖示出了螢光燈的接通時間和切斷時間。螢光燈被示為處於接通狀態和切斷狀態。根據螢光燈處於切斷狀態的時間長短，來確定在啟動期間必須添加到燈絲的附加熱量的量。換言之，被輸出到燈絲的熱量或功率的量被暫時增大到大於額定級別，以減小光線輸出的時間量(即小於額定光線輸出)。藉著增大對燈絲的功率的量，燈絲將被更快速地加熱，並且燈絲的電阻將更快速地減小到額定電阻值。如果螢光燈被切斷的持續時間很短，那麽所需的熱量或功率的量(大於額定級別)小於，在螢光燈被切斷的持續時間很長時所需的熱量或功率的量(大於額定級別)。

藉著測量切斷狀態期間燈絲的電阻，可以估計出在啟動期間應該添加對燈絲的熱量的量。當燈被切斷時，燈絲的電阻被連續地和/或以隔開的間隔採樣。隨著切斷後時間量的增長，燈絲的電阻增大。在延長的切斷狀態期間，燈絲的電阻將趨向於到達穩態電阻值，該穩態電阻值關係到環境溫度和螢光燈的壽命。在某些實現方式中，環境溫度在延長的切斷狀態之後被記錄，並被存儲在記憶體中。環境溫度可以利用上述溫度感測器來測量。可替換地，可以從延長的切斷時間之後的燈絲電阻中估計出環境溫度。另外，電阻的一個或多個在先的穩態值被測量和存儲。電阻界限值也可以被存儲。

當在切斷之後的電阻值達到穩態電阻值時，可以將新的穩態電阻值與一個或多個已存儲的穩態電阻值相比較。穩態值之間的差異或變化可被計算出。在某些實現方式中，已存儲的穩態電阻值可以是兩個或更多個在先穩態電阻值的平均或加權平均。可以使用其他函數(例如自然log函數)來確定燈絲電阻的變化率。如果該變化率超過預定的變化率值和/或預定的電阻界限，控制模組則可以指示螢光燈將很快失效並接通指示器140。

現在參考圖8B，該時序圖示出了對燈絲電阻的採樣。當採樣使信號為高時，燈絲的電阻被採樣。雖然採樣間隔以預定間隔被隔開，但是該間隔可以有所不同。例如，可以在電阻值快速改變時減小間隔，並在電阻值不快速變化時增大間隔，反之亦然。將容易發現其他變化。在某些實施例中，燈絲的電阻在螢光燈從接通狀態轉換到切斷狀態時被測量。可以在電阻值達到穩態值時、在燈被接通時和/或利用任意其他標準終止對燈絲電阻的採樣。

現在參考圖8C，燈絲的電阻和溫度被示為時間的函數。燈絲的溫度被示為接通和切斷狀態的函數。圖8C示出的圖涉及這樣的螢光燈，該螢光燈在圖8A中的時刻320處從接通狀態轉換到切斷狀態，並保持在切斷狀態中。燈絲的溫度將從額定接通溫度值322下降到環境溫度值324。燈絲的電阻將隨其冷卻而從額定接通值326增大到額定切斷值328。可以意識到，隨著螢光燈老化，額定接通和切斷溫度和電阻的值將變化。

現在參考圖9，該流程圖示出了用於採樣燈絲電阻並識別燈絲電阻改變的方法的步驟，其中燈絲電阻的改變指示出即將發生的失效。控制開始於步驟350。在步驟352中，控制判斷開關是否從接通狀態轉換到切斷狀態。如果否，控制則返回步驟352。如果步驟352為真，控制則在步驟356中判斷開關是否保持切斷。如果不是，控制則返回步驟352。如果步驟356為真，控制則在步驟358中測量和存儲燈絲電阻。在步驟362中，控制等待採樣周期，該採樣周期可以是可變的、適應性的和/或固定的。在步驟366中，控制判斷是否已經達到穩態電阻值。穩態值的確定可以基於任意合適的標準。例如，在一個實現方式中，可以在N個連續樣本的電阻值的彼此之差在預定差值內時確定穩態值。用於識別穩態值的其他方法可以被使用。

當步驟366為真時，控制繼續執行步驟368，並存儲穩態電阻值。在某些實現方式中，穩態電阻值可以基於環境溫度來調整。在步驟372中，控制計算穩態值的變化。該變化是基於當前穩態值和一個或多個在先的穩態值來確定的。在步驟374中，控制判斷穩態電阻的變化是否大於電阻變化界限，或者該穩態值是否大於電阻界限。如果步驟374為真，控制則例如藉著在步驟376中接通指示器來改變電感器的狀態。如果步驟374為否，控制則返回步驟352。

現在參考圖10，該流程圖示出了用於在接通期間調整功率以減小加熱燈絲所需時間量的方法的步驟。控制開始於步驟400。在步驟402中，控制判斷開關是否從切斷狀態轉換到接通狀態。如果步驟402為否，控制則返回步驟402。如果步驟402為真，控制則在步驟406中將上次存儲的電阻值(該值可以是穩態值，也可以不是穩態值)與一個或多個在先的穩態電阻值相比較。假設螢光燈將工作在一般恒定的環境溫度中，這些值之間的差異是對螢光燈是否已被完全冷卻以及快速加熱燈絲需要多少熱量的測量。在步驟410中，控制模組向燈絲提供持續預定時間的額外電流，以快速加熱燈絲。電流水平和/或持續時間中的至少一個基於在步驟406中執行的比較。在步驟412中，控制結束。

現在參考圖11，該流程圖示出了用於確定環境溫度的一種方法的步驟。控制開始於步驟430。在步驟434中，控制判斷開關是否已經被切斷了一段預定時間。該預定時間段被選擇，以確保電解電容器和/或其他元件處於環境溫度。在步驟436中，控制利用上述溫度感測器之一或其兩者來測量和存儲環境溫度。環境溫度被存儲在控制模組中，並在前述方法中被使用。控制在步驟440結束。

現在參考圖12，該流程圖示出了用於確定環境溫度的另一方法的步驟。控制開始於步驟450。在步驟454中，控制判斷開關是否已經被切斷了一段預定時間。在步驟456中，控制測量和存儲燈絲電阻。在步驟460中，基於燈絲電阻來估計環境溫度。環境溫度被存儲在控制模組中，並在前述方法中被使用。控制在步驟464結束。

本領域技術人員現在可以從前面的描述中意識到，可以以各種形式來實現本發明的廣泛教導。例如，元件的溫度可以被感測，而電流輸出可以據此來調節。滯後、平均和/或其他技術可被用於減小可能出現的閃動和/或其他明顯的光強度方面的改變。因此，雖然已經結合特定示例描述了本發明，但是不應該如此限制本發明的範圍，因為在閱讀了附圖、說明書和所附權利要求書之後，本發明技術人員將清楚其他修改。

10．．．螢光燈

12．．．管體

14．．．氣體

16．．．磷塗層

18A、18B．．．電極

22．．．AC源

24．．．開關

26．．．安定模組

50．．．安定模組

54．．．控制模組

56．．．電解電容器

58．．．其他元件

98．．．控制系統

100．．．安定模組

104．．．控制模組

106、108．．．電解電容器

110．．．其他元件

112、114．．．溫度感測器

120．．．整流器

126、128．．．功率電晶體

140．．．指示器

320．．．時刻

322、324．．．溫度值

326．．．接通值

328．．．切斷值

圖1是用於根據現有技術的螢光燈的示例性控制系統的功能框圖；圖2是圖1中的用於螢光燈的控制系統的更詳細的系統框圖；圖3是用於圖1中的螢光燈的改良的控制系統的功能框圖；圖4是圖3中的控制系統的示例性實現方式的電氣示意圖和功能框圖；圖5是示出用於操作圖3的控制系統的步驟的第一示例性流程圖；圖6是示出用於操作圖3的控制系統的步驟的第二示例性流程圖；以及圖7是示出用於操作圖3的控制系統的步驟的第三示例性流程圖；圖8A是示出螢光燈接通時間和切斷時間的時序圖；圖8B是示出螢光燈的燈絲的電阻採樣的時序圖；圖8C示出了作為時間的函數的燈絲的溫度和電阻；圖9是示出用於對燈絲的電阻採樣並識別指示失效的電阻變化的方法的步驟的流程圖；圖10是示出用於調整接通期間提供的電流以減小加熱和提供額定光輸出所需時間量的方法的步驟的流程圖；圖11是示出用於確定環境溫度的一種示例性方法的步驟的流程圖；以及圖12是示出用於確定環境溫度的另一示例性方法的步驟的流程圖。

10．．．螢光燈

12．．．管體

14．．．氣體

16．．．磷塗層

18A、18B．．．電極

22．．．AC源

24．．．開關

100．．．安定模組

104．．．控制模組

106．．．電解電容器

112．．．溫度感測器

120．．．整流器

126、128．．．功率電晶體

140．．．指示器

Claims (21)

1. 一種控制系統，包括：開關，該開關切換到螢光燈的燈絲的功率，並且具有第一狀態和第二狀態，所述第一狀態與從所述燈絲去除功率相關聯，並且所述第二狀態與向所述燈絲提供功率相關聯；以及控制模組，該控制模組與所述開關通信，並且在所述開關處於所述第一狀態時對所述螢光燈的燈絲電阻進行採樣，並在所述開關轉換到所述第二狀態時基於所述燈絲電阻來有選擇地將提供到螢光燈的電流增大到大於額定電流值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中所述控制模組在所述開關處於所述第一狀態時確定穩態燈絲電阻值，並監控所述穩態燈絲電阻值的改變。
3. 如申請專利範圍第2項所述的控制系統，其中進一步包含與所述控制模組通信的指示器，該指示器指示所述螢光燈的工作狀態。
4. 如申請專利範圍第3項所述的控制系統，其中所述控制模組將所述穩態燈絲電阻值的改變與預定的燈絲電阻改變閾值相比較，並在所述穩態燈絲電阻值的改變超過所述預定的燈絲電阻改變閾值時改變所述指示器的狀態。
5. 如申請專利範圍第3項所述的控制系統，其中所述控制模組將所述穩態燈絲電阻值與預定的燈絲電阻閾值相比較，並在所述穩態燈絲電阻值超過所述預定的燈絲電阻閾值時改變所述指示器的狀態。
6. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中所述控制模組在所述開關接通時，基於在所述開關接通前存儲的所述燈絲的已存儲的燈絲電阻值使到所述燈絲的電流和電壓中的至少一個在所述額定電流水平上增大第一量。
7. 如申請專利範圍第6項所述的控制系統，其中所述控制模組在所述開關處於所述第一狀態時確定和存儲穩態燈絲電阻值，並且其中所述控制模組在所述開關轉換到所述第二狀態時，基於在所述開關轉換到第二狀態之前存儲的燈絲電阻值和所述已存儲 的穩態燈絲電阻值來使到所述燈絲的電流和電壓中的至少一個在所述額定水平上增大第一量。
8. 如申請專利範圍第4項所述的控制系統，其中進一步包含估計環境溫度的環境溫度估計器。
9. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中所述穩態燈絲電阻值的改變是基於所述環境溫度來調整的。
10. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中所述環境溫度估計器包括溫度感測器。
11. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中所述環境溫度估計器基於所述螢光燈已在所述第一狀態中保持一段預定時間之後測量出的燈絲電阻來估計所述環境溫度。
12. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中進一步包含：安定模組，包括：電解電容元件；以及第一溫度感測器，該溫度感測器感測所述電解電容元件的第一溫度，其中所述控制模組與所述第一溫度感測器通信，並且當感測到的第一溫度超過預定閾值時調整到螢光燈的功率輸出。
13. 如申請專利範圍第12項所述的控制系統，其中所述控制模組基於所述感測到的第一溫度來調節所述功率輸出。
14. 如申請專利範圍第12項所述的控制系統，其中進一步包含整流器模組，該整流器模組具有有選擇地與電壓源通信的輸入端，其中所述電解電容元件和所述控制模組與所述整流器模組的輸出端通信。
15. 如申請專利範圍第12項所述的控制系統，其中進一步包含：第一電元件；以及感測所述第一電元件的第二溫度的第二溫度感測器；其中，所述控制模組與所述第二溫度感測器通信，並且當感測到的第二溫度超過預定閾值時調整到螢光燈的功率輸出。
16. 如申請專利範圍第15項所述的控制系統，其中進一步包含整流器模組，該整流器模組具有有選擇地與電壓源通信的輸入 端，其中所述控制模組與所述整流器模組的輸出端通信。
17. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中，所述控制模組基於所述開關的狀態做出反應。
18. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中，所述開關從電源接收功率。
19. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中，所述開關被耦合在電源和整流器之間。
20. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中，所述開關被耦合在電源和控制模組之間。
21. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中，當所述開關處於所述第一狀態時，所述燈絲關閉。