具有頻率診斷燈故障保護電路的鎮流器的製作方法

2024-03-08 10:43:15 2

專利名稱：具有頻率診斷燈故障保護電路的鎮流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於向放電燈供電的電路的一般主題。具體而言，本發明 涉及一種包括燈故障保護電路的鎮流器。
相關申請
本申請的主題內容與通過引用將公開內容結合於此的以下專利和申
請有關美國專利6,720,739 B2(標題為"Ballast with Protection Circuit for Quickly Responding to Electrical Disturbances",授權於2004年4月13 日並且轉讓給與本申請相同的受讓人)、美國專利7,042,161 Bl (標題為 "Ballast with Arc Protection Circuit",授權於2006年5月9日並且轉讓 給與本申請相同的受讓人)、美國專利7，102，297B2 (標題為"Ballastwith End國of-Lamp國Life Protection Circuit",授權於2006年9月5日並且轉讓 給與本申請相同的受讓人)和系列號為11/532,277的美國專利申請(標題 為"Ballast with Arc Protection Circuit",與本申請同日提交並且轉讓給與 本申請相同的受讓人)。
背景技術：
電子鎮流器一般包括為了向氣體放電燈高效供電而提供高頻電流的 逆變器。逆變器通常根據切換拓樸結構(例如半橋或者推挽)和用來控制 逆變器開關換向的方法(例如驅動或者自振蕩)來分類。在許多類型的電 子鎮流器中，逆變器提供如下輸出電壓該輸出電壓由諧振輸出電路處理， 以提供用於點燃燈的高電壓和用於向燈供電的量值受限的電流。
當燈有故障、被拆卸或者以別的方式停止以正常方式運行(例如在所 謂的"二極體模式，，運行中出現的情況)時，非常希望逆變器被斷開或者至 少變換成不同(例如低功率)的運行模式。這是必要的，以便使功率耗散 最少、減少鎮流器中的發熱並且保護鎮流器的部件免受由於過量電壓、電 流和熱所致的損壞。響應於燈故障狀況來斷開逆變器或者更改逆變器的運行的電路慣稱為燈故障保護電路。
許多現有的燈故障保護方式依賴於檢測燈電壓或者燈電流的不對稱
性，該不對稱性作為已經出現燈故障狀況的指示。例如，美國專利5,777,439 公開一種布置，其中整流器件連接到燈的兩側以便檢測不平衡的電壓(已 知該電壓至少表明某些類型的燈故障模式，比如二極體模式運行)。這樣 的故障檢測方式對於具有非隔離輸出(即在諧振輸出電路和與燈的連接之 間沒有插入的輸出變壓器)的鎮流器是有效和經濟的，但是它沒有很好地 適合於如下那些類型的鎮流器(例如包括電流饋送自振蕩逆變器和具有輸 出變壓器的並聯諧振輸出電路的鎮流器)這些類型的鎮流器在鎮流器電 路和與燈的連接之間固有地提供電隔離。對於後一類鎮流器，表明燈故障
狀況的任何信號必須在它可以用來控制逆變器的運行之前經由適當的隔 離器件如光耦合器從輸出變壓器的次級側傳送到初級側。如可以預期的那 樣，隔離器件的額外存在增加了鎮流器的成本和複雜性。
具有燈故障保護電路的許多現有鎮流器通過斷開逆變器、然後只要功 率持續施加到鎮流器就保持逆變器關斷來對燈故障狀況做出響應。就這樣 的鎮流器而言，在用可運行的燈更換有故障的燈之後，要求關斷、然後再 次接通(即"循環")向鎮流器的供電以便實現燈架中的燈的點燃和供電。 這一要求在許多應用中、比如在大量鎮流器常常連接於同一支路電路中的
大型辦公區或者工廠中帶iM目當大的不便。在這樣的環境中，就許多現有 鎮流器而言，有必要短暫地中斷大型區域中的照明，以便在更換它的一個 或者多個燈之後使得甚至單個照明燈架恢復所需運行。因此希望有一種鎮 流器，其適應於換燈而無需去掉和重新施加向鎮流器的供電。
在某些運行時段，如逆變器啟動和燈點燃過程中，禁止燈故障檢測是 至關重要的。例如，逆變器和燈的正常起動過程一般伴隨有在燈故障狀況 中出現的相同類型的電擾動。因此，除非在逆變器啟動和燈點燃過程中禁 止燈故障檢測，否則可能阻止逆變器恰當地起動和/或可能阻止鎮流器恰 當地點燃燈。此外，雖然多數燈在理想M之下能夠在短暫時間段(例如 20毫秒)內正常地點燃和運行，但是一些燈由於老化或者低溫而要求長 得多的時間來點燃和穩定。因此，應當將燈故障檢測禁止足夠長的時段(例 如至少200亳秒左右)以適應在欠理想的M之下起動的燈。
希望的是，鎮流器具有某一類自動重啟能力，其中在繼檢測到燈故障 狀況和斷開逆變器之後的指定時間內進行周期性的嘗試，以重啟鎮流器和 點燃燈。希望有這一特徵，以便在由於瞬間的電力線瞬時現象或者對鎮流器可靠性或者安全性無實際威脅的多種異常現象(例如電噪聲)中的任何
異常現象所造成的誤檢情況下，防止鎮流器的"鎖定"斷開(這使得有必要
關斷、然後再次接通向鎮流器的供電以便重置鎮流器)。另外，由於燈多 少有些不可預測，所以有可能的是其它方面"良好"的燈可能在首次嘗試時
有時無法恰當地起動。在這樣的情況下，具有自動重啟能力的鎮流器將周 期性地嘗試起動燈，而不是將鎮流器或者它的逆變器簡單地鎖定於斷開狀 態直至比如向鎮流器的供電循環這樣的時間。
對於向多個燈供電並且包括自動重啟能力的鎮流器，在持續燈故障狀 況(即在例如小時、天、周、月等延續時間段中保持存在的燈故障狀況) 的情況下，對重啟鎮流器和點燃燈的周期性的(但是未成功的)嘗試引起 任何其餘運行的燈的定期(例如每秒一次)短暫閃光。在校正燈故障狀況 或者從鎮流器去掉功率之前持續出現的這一定期短暫閃光被認為在視覺 上幹擾在受影響的照明燈架附近的使用者。此外，周期性的重啟嘗試對鎮 流器內的部件產生應力。因此，需要一種不僅使對使用者的視覺幹擾最少 並且也避免給慎流器部件造成不必要的應力的燈故障保護方式。
用於氣體放電燈的鎮流器提供用於起動燈的高點燃電壓。由預熱型鎮
流器供應的點燃電壓通常為數百伏特級(例如500伏特峰值)，而由瞬間 起動型鎮流器提供的點燃電壓可以超過1000伏特峰值。由於這些高點燃 電壓，鎮流器遭受普遍稱為輸出放電弧的特殊一類燈故障狀況。
輸出放電弧可能以許多不同方式中的任何方式出現。例如，在螢光照 明設備中， 一種普遍做法是在向鎮流器施加交流功率之時更換有故障的 燈。這一做法稱為"帶電"換燈。在帶電換燈過程中，在拆卸或者插入燈時， 可能在燈架插座接觸與燈銷之間形成瞬時電弧。作為另一例子，可能由於 輸出接線或者燈插座中的不良或者失效連接，或者如果不恰當地安裝燈使 得在燈銷與燈架插座內的接觸之間存在小的間隙，則可能出現持續電弧 (與瞬時電J^目對)。如果由於有缺陷的燈插座或者有缺陷的接線而有損
於與燈的連接，則可能跨這些有故障的連接所造成的氣隙而產生高強度、 高溫度的電弧。
放電弧通常被認為造成燈架插座中的接觸退化和對鎮流器內的部件 的不適當應力。持續放電弧尤其是由於它往往產生潛在地有破壞性的加熱 而不受歡迎。為了使歸因於放電弧的任何有害效應最少，迅速地滅熄電弧 至關重要。這要求一種能夠快速和可靠,測電弧並且l^t採取適當舉措 以迅速地滅熄電弧的鎮流器。現有技術包括用於檢測和/或防範輸出放電弧的多種電路。在通過引
用將公開內容結合於此的美國專利申請第xx/xxx，xxx號(標題為"Ballast with Arc Protection Circuit"、與本申請同日提交並且轉讓給與本申請相同 的受讓人)中提供了對於與輸出放電弧有關的問題和現有技術的更透徹討 論。
用於燈故障保護的現有方式主要地限於防範更常規類型的燈故障(例 如燈的故障或者拆卸、二極體模式運行和脫氣燈(degassed lamp))，而 沒有提供對輸出放電弧的可靠防範。反言之，用於防範輸出放電弧的現有 方式一般沒有防範更常規類型的燈故障。因此，需要一種將對常規燈故障 的防範與對輸出放電弧的防範可靠地組合的方式。
許多現有保護方式的一個明顯弊端在於所用電路一般提供"模擬"型 檢測(與"數字"型檢測相對)。除了易受可歸因於電噪聲的問題所影響之 外，模擬方式一般還對部件容差和運行參數的變化敏感，因此常常很缺乏 魯棒性。具體而言，模擬方式一般不能補償鎮流器電路和燈的主要M往 往隨著時間和溫度而變化這一事實。例如，眾所周知氣體放電燈的運行電 壓和電流往往在燈"預熱，，時明顯地改變，作為另一例子，某些鎮流器部件 如集成電路在鎮流器環境溫度改變時易於有明顯的M變化(例如內部振 蕩器的頻率變化)。在一些應用中，可歸因於部件容差和^lt變化的一些 缺陷可以通過設計措施(例如使用具有"嚴格，，容差的部件)來減少，但是 幾乎必然以鎮流器的大量增加成本為代價。作為又一例子，照明燈架內的 接線的性質(例如引線長度、間距等)常常對鎮流器和燈的運行施加明顯 影響(由於寄生電容等)。因此，還需要如下保護方式該保護方式對電 子鎮流器、氣體放電燈和照明燈架中固有的至少一些更重要的部件容差和 參數變化以及電噪聲源基本上不敏感或者至少能夠很大程度地補償這些 部件容差和M變化以及電噪聲源，但是仍然能夠以經濟的方式來實施。
許多現有燈故障保護方式的又一弊端在於那些電路常常要求大量的 運行功率。通常，運行功率的要求隨著電路複雜性而增加，尤其是當廣泛 地利用模擬電路時更是如此。因而，那些電路明顯地降低鎮流器的整體能 量效率。因此，還需要一種與現有方式相比具有較為適度的運行功率要求 的電弧保護電路。
具有電流饋送自振蕩逆變器和並聯諧振輸出電路的鎮流器目前在北 美是主流的"瞬間起動"設計拓樸結構。然而，在這些類型的鎮流器內提供 可靠的燈故障保護帶來巨大的工程設計挑戰。如先前討論的那樣，基於模擬檢測的現有方式具有諸多缺陷，包括高成本/複雜的電路、易受電噪聲 影響、對參數變化和部件容差敏感、以及需要在燈故障保護電路的至少部
分與鎮流器電路的其^MP分之間提供電隔離。此外，許多現有技術方式易 受與檢測解析度有關的問題所影響，因此並不適合於向多個(例如三個或 者四個)燈供電的鎮流器。例如，在用於向三個或者四個燈供電的鎮流器 中以及在涉及到僅一個燈的燈故障狀況的情況下，旨在於表明燈故障狀況 的任何信號可能被其餘兩個或者三個燈在以實際上正常方式運行的事實 所"淹沒"。鑑於這一問題， 一種現有方式為由鎮流器供電的各燈提供單獨 的逆變器和輸出電路；這樣的方式具有成;^艮高的明顯不足，尤其是對於 向三個或者四個燈供電的鎮流器(在該情況下要求三個或者四個單獨的逆
變器和輸出電路) :如此。
因此，需要一種具有燈故障保護電路的鎮流器，該燈故障保護電路除 了防範常規燈故障狀況之外還能夠防範由輸出放電弧所致的(對鎮流器及 其關聯照明燈架的)損壞。也需要一種燈故障保護電路，該燈故障保護電 路能夠以可靠方式檢測燈故障狀況，並且對於電噪聲以及可歸因於鎮流 器、燈和照明燈架內的部件容差、燈架接線、燈數目和運行參數的問J^/ 變化基本上不敏感。也需要一種鎮流器和燈故障保護電路，該鎮流器和燈 故障保護電i^供起動(即禁止)時段，以便允許恰當的燈起動。還需要 一種鎮流器和燈故障保護電路，該鎮流器和燈故障保護電#供自動重啟 能力，以便適應誤檢和"良好的，，燈的異常起動故障。還需要一種鎮流器和 燈故障保護電路，該鎮流器和燈故障保護電#供自動重啟能力，但是也 使得在燈故障狀況在延續時間段中保持存在時對鎮流器部件的視覺幹擾 閃光和不必要的應力最小。還需要一種具有適度運行功率要求的燈故障保 護電路。還需要一種提供所有前述功能益處並且容易地和經濟地實施於現 有鎮流器內的燈故障保護電路。這樣的鎮流器和燈故障保護電路將表現出 較現有技術而言的明顯進步。


圖1是根據本發明優選實施例的具有燈故障保護電路的鎮流器的電 路框圖。
圖2是根據本發明一個優選實施例的具有燈故障保護電路和電流饋 送自振蕩半橋型逆變器的鎮流器的部分示意框圖。
16圖3是根據本發明一個優選實施例的用於在圖2的鎮流器中使用的燈 故障保護電路的具體示意圖。
具體實施例方式
參照圖l，用於向燈負載70(包括一個或者多個氣體放電燈)供電的 鎮流器20包括交流到直流轉換器100、逆變器200、輸出電路300和燈故 障保護電路400。交流到直流轉換器100具有用於接收交流電源電壓60 (例如60赫茲的277伏特均方值(RMS))的輸入102、 104。在運行過 程中，交流到直流轉換器100向逆變器200提供直流幹線電壓。逆變器 200的特徵在於具有依賴於負載的運行頻率；也就是說，逆變器200的運 行頻率隨著構成燈負載70的燈的數目、類型和運行IHf而改變。輸出電 路300耦合到逆變器200並且適於耦合到燈負載70。燈故障保護電路400 耦合到逆變器200;可選的，燈故障保護電路400也耦合到交流到直流轉 換器100。
在運行過程中，燈故障保護電路400監視逆變器200內用於表明燈故 障狀況的電信號的基頻。當鎮流器20和燈負載70在以正常方式運行時， 逆變器200內的電信號將是具有與逆變器200的正常運行頻率對應的預定 正常基頻(例如40千赫茲)的周期性信號。當電信號的基頻表現出超過 預定閾值變化(例如為數百赫茲量級、在逆變器200的正常運行頻率的大 約0.1%與1%之間等)的變化時，認為已經出現燈故障狀況。
優選地，燈故障保護電路400運行使得當電信號的基頻的預定閾值變 化是相對驟然的變化時認為已經出現燈故障狀況。具體而言，在本文中， "驟然的變化，，是指在比鎮流器和燈的運行參數以任何明顯方式改變而通 常需要的時間顯著更短的、相對短的時間幀(例如為約100毫秒或者更少 的量級)內出現的變化。例如，燈的正常預熱處理使燈電流和燈電壓隨著 時間而改變，但是那些變化在可有效測量之前通常需要相對長的時間段 (例如數十秒，數分鐘或者更長時間，等等)。作為另一例子，鎮流器20 的運行自然地伴隨有鎮流器20內的環境溫度增加，ilit成逆變器200內 的至少一些部件的與溫度相關的參數的對應變化；那些變化在對逆變器
200的運行頻率有任何明顯可測量的影響之前通常要求相當長的時間段 (例如當然比IOO亳秒左右多得多)。
有利地，由於燈故障保護電路400關注表明燈故障狀況的基頻變化
17(與關注基頻的絕對值並且隨後將該絕對值與基頻的某預定參考值比較
相對)，所以鎮流器20和燈故障保護電路400提供了 一種燈故障保護，該 燈故障保護對通常降低更常規故障保護方式的可靠性和準確性的部件容 差和其它變化源(例如燈架接線)在很大程度上不敏感。另外，由於燈故 障保護電路400優選地僅將基頻的驟然變化(與更逐漸的變化相對)視為 燈故障狀況，所以鎮流器20和燈故障保護電路400提供了一種有高魯棒 性和對在更長延續時間段中出現的參數變化基本上不敏感的燈故障保護。
在運行過程中，燈故障保護電路400提供如下起動時段在該起動時 段期間，無論燈故障狀況是否看起來存在，逆變器200都被啟用和允許嘗 試起動燈。因此，在起動時段期間有效地禁止燈故障保護。之所以希望在 起動時段期間禁止燈故障保護是因為燈的正常起動過程通常伴隨與合理 的燈故障狀況一般不可區分的擾動。優選地，起動時段被選擇為在約200 亳秒至約1秒之間，即使在涉及到老化燈或者低環境溫度的條件之下這通 常也提供了允許點燃和穩定燈的充足時間。
在完成起動時段之後，如果存在燈故障狀況(如通過皿視電信號的 基頻的驟然變化來表明的那樣)，則燈故障保護電路400禁用逆變器200， 並且在斷開時段中保持逆變器禁用。優選地，斷開時段被選擇為具有至少 起初為約l秒左右量級的持續時間；在持續燈故障的情況下，優選地將斷 開時段的持續時間增加實質性的數量(優選地為至少5秒左右的量級)。
當出現燈故障狀況時，燈故障保護電路400可靠地檢測燈故障狀況， 然後迅速地禁用逆變器200。燈故障保護電路400對其進行響應的典型燈 故障狀況包括(i) >^鎮流器斷開一個或者多個燈；(ii)至少一個燈無法 以實際上正常方式運行；以及(iii)在燈負載上的放電弧狀況。這些故障 狀況各自的特徵在於造成逆變器200內的 視信號的基頻的驟然變化。 燈故障保護電路400檢測基頻的這一驟然變化，禁用逆變器200，然後保 證逆變器200至少在斷開時段的持續時間內保持禁用。
在完成斷開時段之後，燈故障保護電路400再次提M動時段，在該 起動時段期間，無論燈故障狀況是否看起來(或者事實上)存在，都重新 啟用和允許逆變器200嘗試起動燈。這一特徵不僅適應換燈(其中可以更 換並且隨後點燃和運行有故障的燈，而無需去掉、然後重新施加向鎮流器 的供電)，而且允許鎮流器和燈從比如"誤檢"(其中合理的燈故障狀況看 起來存在、但是實際上並不存在)和異常起動故障(其中"良好的"燈在首 次嘗試時沒有點燃、但是在一次或者多次相繼嘗試之後點燃)這樣的情形復原。
優選地，燈故障保護電路400被配置成使得如果燈故障狀況在已經相 繼地提供預定數目(例如10個左右)的起動時段之後(例如第一起動時 段、繼而是第一斷開時段、繼而是第二起動時段、繼而是第二斷開時段、.... 繼而是第十起動時段)保持存在，則斷開時段從第一持續時間(例如約l 秒左右的正常初始斷開時段)增加到第二持續時間(例如約5秒左右)、 然後維持於第二持續時間直至至少比如不再存在燈故障狀況這樣的時間。
這一特徵用任何其餘運行燈的持續偶爾(即每5秒左右一次)閃光取代任 何其餘運行燈的持續急速(即每i秒左右一次)閃光，由此極大地減少對
使用者的視覺幹擾。此外，由於逆變器200的重啟頻率比之前低得多(例 如每5秒左右一次而不是每1秒左右一次)，所以這一特徵顯著地降低鎮 流器20內的部件遭受通常與逆變器啟動和燈點燃相伴的明顯電應力的頻 率；自然而然，這一特徵有望對提高鎮流器20的有用運行壽命起作用。
在運行過程中，燈故障保護電路400通過監#採樣時段期間在電信 號中出現的循環數目來監視電信號的基頻。採樣時段具有採樣持續時間 (例如10毫秒)。具體而言，燈故障保護電路400通過實施以下步驟來監 視電信號的基頻
(1) 拔:供至少第一採樣時段(T) 1和第二採樣時段(T2 )。第二採 樣時段(T2)在第一採樣時段(Tl)完成之後的某一時間點開始。第一 和第二採樣時段具有相同的釆樣持續時間。
(2) 測量第一脈衝數目(Nl),該第一脈衝數目表明在第一採樣時 段(Tl)期間在電信號中出現的循環數目。
(3) 測量第二脈衝數目(N2)，該第二脈衝數目表明在第二採樣時 段(T2)期間在電信號中出現的循環數目。
(4) 比較第二脈衝數目(N2)與第一脈衝數目(Nl)。如果第一脈 衝數目(Nl)和第二脈衝數目(N2)之差大於預定差異限制，則認為已 經出現燈故障狀況。
優選地，燈故障保護電路400提供在相繼採樣時段之間的停用時段。 該停用時段具有預定停用時間(例如10微秒)。在一個優選實施例中，第 二採樣時段在第一採樣時段和停用時段均結束之後開始。
在鎮流器20和燈負載70的正常運行過程中(即當不存在燈故障狀況 時)，電信號的基頻在第一採樣時段(Tl)的開頭與第二採樣時段(T2)的末尾之間流逝的很短時間量內沒有明顯地改變。例如，使用前述示例值，
在Tl的開頭與T2的末尾之間流逝的時間將是20.1亳秒(10亳秒+停用 時間的10微秒+ 10亳秒)，這短到足以保證基頻在該短暫時間內將出現 很少自然變化或者沒有自然變化(即由於正常運行變化，比如可歸因於燈 預熱、鎮流器20內的環境溫度增加等的正常運行變化)。因而，在正常運 行中，第一脈衝數目(Nl)和第二脈沖數目(N2)將大約相等，因而任 何Nl與N2之差將必然少於預定差異限制。
對於其中逆變器200在假如40千赫茲情況下運行並且其中採樣時段 為10毫秒的鎮流器，在各T1和T2期間在 視電信號中將出現約400 個循環。理想地，在正常運行條件之下，N1和N2將各自等於400 (或者 替選地為其某一固定分數)。然而，由於各釆樣時段的開始與電信號的循 環沒有時間同步，並且由於燈故障保護電路400內可能影響它的"脈衝計 數"準確性的其它可能變化/容差，所以Nl和N2的差異即使在基頻沒有 出現實際變化時通常仍然將為至少適度數量(例如為5或者更少量級的數 目)。因而在實施本發明時，重要的是將預定差異限制設置成足夠大(例 如至少假定為IO左右)的數字，從而在鎮流器和燈的正常運行過程中可 能出現的Nl與N2的任何自然差異不被誤解為表明燈故障狀況。
如果確實出現燈故障狀況，則 視信號的基頻將驟然改變以明顯數 量。例如在用於向四個燈供電的鎮流器(例如圖2中所示鎮流器)情況下， 即使四個燈中的僅一個燈突然地被斷開或者無法運行，逆變器200的運行 頻率仍然將明顯地增加(例如從40千赫茲到45千赫茲)。因而，Nl與 N2相差了如下數量(例如相差50左右)該數量足以確實地表明已經出 現燈故障狀況(即所述數量多於例如10的預定差異限制)。
當然應當理解燈故障保護電路400提供採樣時段的連續流，各採樣時 段與前一採樣時段和下一採樣時段通過停用時間段分隔(停用時間段的持 續時間優選地被選擇為與採樣時段的持續時間相比是短暫的)。也應當認 識到，關於脈衝數目的比較無需限於在兩個連續採樣時段期間測量的脈衝 數目的比較。例如在前例中，在第二釆樣時段中出現的脈衝數目與第一採 樣時段中出現的脈衝數目之間進行比較；在一個優選實施例中，第二釆樣 時段(在停用時間段之後)緊接地跟隨第一採樣時段，但是這並非必然通 常都成立(例如僅作為一種可能，假想第三採樣時段在時間上出現於第一 與第二採樣時段之間)。相應地，就此而言，燈故障保護電路400可以用 許多可選方式中的任何方式來實現，這些可選方式並非必然限於涉及到僅兩個獨立和/或連續釆樣時段的比較。例如， 一種設想的方式會涉及到比
較第一平均脈衝數目(針對第一組數個採樣時段而獲得)與第二平均脈衝 數目(針對第二組數個採樣時段而獲得)。在任何情況下，應當認識到無
論選擇何種特定方式，該方式都是以優化由燈故障保護電路400提供的故 障檢測的準確性和可靠性為目標來選擇和實施的。
現在參照圖2，在本發明的一個優選實施例中，交流到直流轉換器100 被實施為全波整流器電路110和增壓轉換器120、 130、 140、 150、 160的 組合。逆變器200優選地被實施為電流饋送自振蕩半橋型逆變器。輸出電 路300優選地被實施為並聯諧振輸出電路。
如圖2中所示，交流到直流轉換器100包括輸入端子102、 104、全 波二極體電橋IIO、電容器112、增壓控制電路120、增壓電感器130、增 壓電晶體140、增壓整流器150、大容量電容器(bulk capacitor) 160和 輸出端子106、 108。在運行過程中，交流到直流轉換器(經由輸入端子 102、 104)從交流電源60接收交流電源電壓(例如60赫茲的277伏特 RMS)並且(經由輸出端子106、 108)向逆變器200提供調節後的直流 幹線電壓(例如455伏特)。
逆變器200包括雙電流饋送電感器210、 212、第一和第二逆變器晶 體管220、 240、第一基極驅動電路230、 236、 324、第二^J^驅動電路 250、 256、 326和逆變器啟動電路270。第一基極驅動電路耦合到第一逆 變器電晶體220並且包括M驅動繞組324、 二極體230和電阻器236。 第二l^l驅動電路耦合到第二逆變器電晶體240並且包括基極驅動繞組 326、 二極體250和電阻器256。逆變器啟動電路270耦合到交流到直流 轉換器100、第二逆變器電晶體240和逆變器接地50，並且包括電阻器 272、 276、 280、電容器282、 二極體284和雙向觸發二極體(diac) 290。 在運行過程中，逆變器200從交流到直流轉換器100接收直流幹線電壓， 並且(經由逆變器電晶體220、 240的互補切換)向輸出電路300提供高 頻(例如大於20,000赫茲)交變電壓。
輸出電路300包括輸出連接302、 304、 306、 308、 310、諧振電容器 312、輸出變壓器320、 322、 324、 326、直流阻塞電容器314和鎮流電容 器(ballasting capacitor) 350、 352、 354、 356。輸出變壓器320、 322、 324、 326包括耦合到逆變器200的初級繞組320、耦合到輸出連接302、 304、 306、 308、 310的次級繞組322、第一輔助繞組324 (其為逆變器200 內第一^L驅動電路的部分)和第二輔助繞組326 (其為逆變器200內第二基極驅動電路的部分)。在運行過程中，輸出電路300接收逆變器200 提供的高頻交變電壓並且(經由輸出連接302、 304、 306、 308、 310)供 應用於點燃燈負載70內的燈72、 74、 76、 78的高電壓和用於運行這些燈 的、量值受限的電流。
由於關於交流到直流轉換器100、逆變器200和輸出電路300的結構 和運行的大部分細節是電子鎮流器領域中的技術人員眾所周知的，所以這 裡並不給出那些電路的結構和運行的全面具體描述。然而，為了理解本發 明，應當認識到逆變器200的運行頻率(以及對應地，逆變器200和輸出 電路300內的電信號的基頻)依賴於燈72、 74、 76、 78的運行狀態。例 如，如果燈72、 74、 76、 78中的一個或者多個燈被斷開、有故障或者以 別的方式停止以實際上正常方式的運行，或者如果在輸出連接302、 304、 306、 308處或者附近(或者更一般地，在用於燈72、 74、 76、 78的燈架 中的一個或者多個插座中)出現放電弧狀況，則逆變器的運行頻率以明顯 方式改變。這是如下事實的結果在具有自振蕩逆變器的鎮流器中，以直 接地影響逆變器的運行頻率的方式有效地反映負載(即一個或者多個燈) 的阻抗(下文稱為"收良映的負載阻抗")。例如，在實質上如圖2中所示 地配置的鎮流器中，以下樣本數字反映逆變器運行頻率如何隨著連接到鎮 流器的可運行燈的數目而改變
全負載(存在所有4個燈) 拆卸l個燈(存在3個燈) 拆卸2個燈(存在2個燈) 拆卸3個燈(存在l個燈) 無負載(拆卸所有4個燈)
運行頻率-43kHz 運行頻率-48kHz 運行頻率-55kHz 運行頻率-64kHz 運行頻率-70kHz
在其它類型的燈故障狀況(比如在二極體模式燈的運行過程中或者在 輸出放電弧過程中出現的燈故障狀況)的情況下，逆變器運行頻率類似地 以實質(雖然遠沒有那麼有序和可預測)方式受影響。例如，作為二極體 模式運行特徵的"濺射(sputtering)"以數學術語而言實質上引入所謂的 "選通(gating)"函數(即以重複但是無規律方式有效地連接和斷開燈)， 該函數具有的最終結果是明顯地更改逆變器200所見的被反映的負載阻 抗；對應地，實際地影響逆變器的運行頻率。類似地，輸出放電弧通常具 有的效果是，顯著地增加受影響的燈的表觀阻抗、由此也明顯地更改逆變 器200)斤見的收良映的負載阻抗，並且以明顯方式對應地改變逆變器的運
22行頻率。燈故障保護電路400 (經由監視逆變器內的適當信號來)檢測運 行頻率中的這些變化，並且根據前述方法通過禁用逆變器200來做出響 應。
如圖2中所示，燈故障保護電路400具有多個連接402、 404、 406、 408、 410。第一連接402耦合到笫二逆變器電晶體240和第二J^驅動電 路250、 256、 326;具體而言，第一連接402耦合到電晶體240的基極242。 第二連接404耦合到逆變器啟動電路270;具體而言，第二連接404耦合 到逆變器啟動電路270內的位於電容器282和雙向觸發二極體2卯的連接 點處的節點278。第三和第四連接406、 408耦合到交流到直流轉換器100; 具體而言，第三和第四連接406、 408耦合到增壓電感器130的輔助繞組 132。最後，第五連接410耦合到逆變器接地50。
參照圖2，在運行過程中，燈故障保護電路400經由第一連接402監 視第二^L驅動電路250、 256、 326內的電壓信號(Vx)。 Vx代表由負責 將第二逆變器電晶體240換向的輔助繞組326提供的交變電壓。在起動時 段期間，無論Vx的基頻是否出現驟然變化，逆變器200都被啟用和允許 嘗試點燃燈72、 74、 76、 78。在起動時段結束之後，如果檢測到Vx的基 頻的驟然變化，則燈故障保護電路400通過在斷開時段的持續時間內將第 一和第二連接402、 404有效地並接到(燈故障保護電路400內的)負電 壓V順G來做出響應。將第一連接402並接到負電壓(即處於多少低於逆 變器接地50的電勢)保證迅速和可靠地禁用逆變器200。在斷開時段的 持續時間內將第二連接404並接到V^c防止了逆變器啟動電路270在斷 開時段期間嘗試重啟逆變器200。在斷開時段結束時，燈故障保護電路400 停止將第一和第二連接402、 404有效地並接到負電壓。因而，重新啟用 逆變器200 (即允許逆變器重啟並且至少在起動時段的持續時間內運行)。
現在參照圖3，在本發明的一個優選實施例中，燈故障保護電路400 包括微控制器420、濾波電路416、 418、第一併接電路414、 430、第二 並接電路440、 448和直流電壓電源電路450、 456、 458、 460、 470。微 控制器420包括輸入422、輸出424、直流電源輸入426和接地輸入428。 直流電源輸入426耦合到第五連接410 (該第五連接又耦合到逆變器接地 50)。接地輸入428耦合到參考節點412。正如這裡將更具體描述的那樣， 參考節點412具有相對於逆變器接地50為負的電壓VNEG(例如-5伏特左 右)。濾波電路416、 418耦合於第一連接402 (經由電容器414)與微控 制器420的輸入422之間。第一併接電路414、 430耦合到第一連接402、微控制器420的輸出424和參考節點412。第二並接電路440、 448耦合 於第二連接404、微控制器420的輸出424和參考節點412之間。直流電 壓電源電路450、 456、 458、 460、 470耦合到第三和第四連接406、 408、 微控制器420的直流電源輸入426和參考節點412。
優選地，如圖3中所示，第一併接電路414、 430包括第一電子開關 430和第一電容器414。第一電子開關430優選地由具有第一 (即^fr極) 端子432、第二 (即漏極)端子434和第三(即源極)端子436的N溝道 場效應電晶體(FET)實現。第一端子432耦合到微控制器420的輸出 424。第三端子436耦合到參考節點412。第一電容器414耦合於第一連 接402與第一電子開關430的第二端子434之間。在燈故障保護電路400 的運行過程中，第一併接電路414、 430用以響應於燈故障狀況通過經由 電容器414將逆變器電晶體240的基玟242有效地耦合到參考節點412來 禁用逆變器200。由於參考節點412具有負電壓(例如相對於逆變器接地 50為-5伏特)，所以繼激活第一電子開關430之後逆變器200被M地和 可靠地禁用。
如圖3中所示，濾波電路416、 418優選地包括第一電阻器416和第 二電容器418。第一電阻器416耦合於第一電容器414與微控制器420的 輸入422之間。第二電容器418耦合於微控制器420的輸入422與參考節 點412之間。在運行過程中，濾波電路416、 418作為低通濾波器來工作， 用以衰減在經由第一連接402監視的電壓信號中可能存在的任何高頻噪 聲。應當認識到的是，任何高頻噪聲的衰減是必要的，以便保證微控制器 420能夠準確地監視Vx的基頻。
優選地，如圖3中所示，第二並接電路440、 448包括第二電子開關 440和第二電阻器448。第二電子開關440優選地被實現為具有第一 (即 端子442、第二 (即集電極)端子444和第三(即射極)端子446 的NPN型雙極結電晶體(BJT)。第二端子444耦合到第二連接404。第 三端子446耦合到參考節點412。第二電阻器448耦合於微控制器420的 輸出424與第二電子開關440的第一端子442之間。在運行過程中，第二 並接電路440、 448用以保證逆變器200在斷開時段期間保持禁用。第二 並接電路440、 448通過防止(逆變器啟動電路270內的)電容器282充 電直至足以觸發逆變器啟動電路270內的雙向觸發二極體2卯的電壓(例 如32伏特)來實現這一點。
微控制器420優選地由可適當編程的集成電路如編號PIC10F200的
24零件(由Microchip公司製造)實現，其具有相對低成本和低運行功率要 求的優點。微控制器420被編程為提供如下功能用於監視電壓信號的基頻 以及用於對應地啟用或者禁用逆變器200的運行(1)對在第一採樣時段
(Tl)期間在輸入422的電壓信號中出現的第一脈衝數目(Nl)進行計 數；(2)對在第二採樣時段(T2)期間在輸入422的電壓信號中出現的 第二脈沖數目(N2)進行計數；(3)將第二脈衝數目(N2)與第一脈衝 數目(Nl)進行比較，其中如果第一脈衝數目(Nl)與第二脈衝數目(N2) 之差多於預定差異限制(例如10或者更多)，則i^為已經出現燈故障狀況；
(4)在起動時段期間，將輸出424的控制電壓設置在不足以激活第一和 第二電子開關430、 440的第一電平(例如相對於參考節點412為零伏特)， 並且在起動時段的持續時間上將控制電壓維持在第一電平；(5)在起動時 段結束之後，如果不存在燈故障狀況，則將輸出424的控制電壓維持在第 一電平；(6)在起動時段結束之後，如果存在燈故障狀況，則將輸出424 的控制電壓"&置在足以激活第一和第二電子開關430、440的第二電平(例 如相對於參考節點412為+5伏特)，並且在斷開時段的持續時間上將控制 電壓維持在第二電平；以及(7)在斷開時段結束之後，將輸出424的控 制電壓設置在第一電平並且在起動時段的持續時間上將控制電壓維持在 第一電平。優選地，響應於在已經相繼地提供預定數目的起動時段之後仍 然保持存在的燈故障狀況，微控制器420也用以將斷開時段從第一持續時 間(例如l秒左右)增加至第二持續時間(例如5秒左右)，並且將斷開 時段維持於第二持續時間，直至至少比如不再存在燈故障狀況這樣的時 間。
再次參照圖3，在本發明的一個優選實施例中，直流電壓電源電路 450、 456、 458、 460、 470包括整流器電路450、第三電容器456、第三 電阻器458、電壓調節器460和第四電容器470。整流器電路450優選地 由耦合到第三和第四連接406、 408 (它們又耦合到輔助繞組132，該輔助 繞組磁性耦合到增壓電感器的初級繞組130)、第一節點454和第二節點 454的全波二極體電橋(即具有四個二極體)實現。第一節點452耦合到 微控制器420的直流電源輸入426和第五連接410。第三電容器456耦合 於第一節點452與第二節點454之間。第三電阻器458耦合於第二節點 454與微控制器420的接地輸入428之間。電壓調節器460優選地被實現 為耦合於直流電源輸入426與微控制器420的接地輸入428之間的齊納二 極管。最後，第四電容器470耦合於第五連接410與參考節點412之間。 在運行過程中，直流電壓電源電路450、 456、 458、 460、 470對跨增壓電感器130的輔助繞組132的高頻交變電壓進4亍整流、濾波和調節，以提供 用於向^t控制器420供電的直流運行電壓(例如相對於參考節點412為+5 伏特)。有利的是，由於增壓轉換器即使在逆變器200被禁用時仍繼續運 行(雖然佔空比顯著減小)，直流運行電壓將繼續提供給微控制器420, 由此允許微控制器420繼續控制對逆變器200的禁用和啟用進行控制的定 時功能和其它邏輯功能。就此而言，優選的是電壓調節器460由齊納二極 管(例如編號1N4688的零件)實現，該齊納二極體具有適當低的齊納電 流以及適當低的漏電流，以便使如下時間段最大在該時間段期間直流電 壓電源電路450、 456、 458、 460、 470在逆變器200被禁用之時繼續提供 直流運行電壓。直流電壓電源電路450、 456、 458、 460、 470也用以保證 在參考節點412的電壓相對於逆變器接地50為負(例如-5伏特)；如先前 說明的那樣，提供負電壓對於在檢測到燈故障狀況時iSit地和恰當地禁用 逆變器200這一 目標至關重要。
燈故障保護電路400在用圖3中所示結構來實施時能夠以成本有效和 能量高效的方式來實現。由於定時功能和邏輯功能由微控制器420處理， 所以只需適度數量的關聯分立電路。此外，由於只需適度數量的分立電路 這一事實，以及由於微控制器420可以由具有相對低運行功率要求的器件 (例如Microchip公司的編號PIC10F200的零件)實現這一事實，所以 燈故障保護電路400消擬艮少功率(例如約100亳瓦左右)並且因此對鎮 流器20的蒼體能量效率產生最小影響。
鎮流器20和燈故障保護電路400的具^il行現在參照圖2和圖3說 明如下。在以下描述中，除非另有指明，所有電壓都是相對於逆變器接地 50來提及的。
在(經由輸入連接102、 104)向鎮流器20施加交流功率之後的短時 間段內，增壓控制電路120接通並且開始提供增壓電晶體140的切換。一 旦增壓控制電路120接通並且開始導通和切斷增壓電晶體140,跨增壓電 感器130和輔助繞組132生成對應電壓。甚至在增壓轉換器開始運4於之前， 在逆變器啟動電路270內，電容器282開始經由電阻器272、 276充電； 電阻器280用以限制電容器28可以被充電至的峰電壓。一M電容器282 的電壓達到預定電平(例如32伏特)，雙向觸發二極體2卯變為導通並且 將起動脈沖(來自電容器282中存儲的能量)遞送到逆變器電晶體240 的基極242。起動脈衝使逆變器電晶體240接通，由此以本領域技術人員 眾所周知的方式j^逆變器200的自振蕩運行。燈故障保護電路400在繼施加交流功率到鎮流器20之後的短時間段 內開始運行。具體而言，幾乎緊接在交流功率施加到鎮流器20之後，存 在於交流到直流轉換器100的輸出106、 108之間的直流幹線電壓迅速地 達到交流線電源電壓(例如277伏特RMS)的《%值(例如390伏特)、然 後在增壓轉換器開始運行之後增加至甚至更高的值(例如455伏特)。一 旦增壓轉換器開始運行，跨輔助繞組132生成的電壓用以提供用於燈故障 保護電路400的運行功率源。具體而言，跨輔助繞組132的交變電壓由燈 故障檢測電路400內的直流電源電路450、 456、 458、 460、 470處理，以 向微控制器420的直流電源輸入426提供調節後的直流電源電壓(例如+5 伏特)，由此向微控制器420供電並且也在參考節點412提供負電壓(例 如相對於逆變器接地50為-5伏特)。一旦激活微控制器420，起動時段(具有在例如200亳秒左右至1秒 左右之間的持續時間)開始。在起動時段期間，在微控制器420的輸出 424的控制電壓為低(例如相對於參考節點412約為零伏特)；對應地， FET 430和BJT 440保持關斷。因而，允許逆變器200運行以便點燃燈 72、 74、 76、 78並且為這些燈供電。在燈72、 74、 76、 78的正常點燃過程中，當燈點燃時，與在燈故障 狀況期間出現的信號和頻率變化相似的信號和頻率變化通常可能在逆變 器200內出現。如先前討論的那樣，重要的是這樣的出現基本上為燈故障 保護電路400所忽視，以便允許逆變器200和輸出電路300運行足夠長的 時間段(例如在200亳秒左右至1秒左右之間)，以便成功地點燃燈72、 74、 76、 78。因而，微控制器420被編程為有效地忽略在起動時段期間出 現的任何頻率變化。在起動時段結束時(在此刻假定所有燈被點燃並且已經開始以實質上 正常的方式運行)，燈故障保護電路400開始主動地監視逆變器電晶體240 的J^J軀動電壓(Vx)的基頻。如先前說明的那樣，Vx的基頻的任何明 顯驟然變化被燈故障保護電路400視為表明燈故障狀況。Vx的基頻的監 視如下文描述的那樣實現。在微控制器420的輸入422的電壓實質上是Vx的低通濾波後的負半 波整流版本。具體而言，FET430固有地包括體二極體(正極連接到源極 436而負g合到漏極434 )，該體二極體工作用以允許Vx的負半循環(經 由濾波電路416、 418)傳送到微控制器420的輸入422。應當^人識到Vx 的正半循環由逆變器電晶體240的基極到射極的結(base-to-emitterjunction)箝位(即限於峰量值)。微控制器420被編程為使得每當在輸入422的電壓超過預定值(例如 大致地對應於Vx的每個負半循環的峰值)時，對應地遞增微控制器420 內的計數器。以這一方式，微控制器420監視代表Vx的基頻的量。換而 言之，微控制器420測量表示在給定採樣時段期間在Vx中出現的循環數 目的脈衝數目。在第一採樣時段(具有假設10亳秒的持續時段)期間，微控制器420 對第一脈衝數目(Nl)進行計數。在第一釆樣時段結束時，微控制器420 具有其中沒有執行脈衝計數的停用時間段(具有假設10微秒的持續時 間)。繼停用時間段之後，微控制器420提供其中微控制器420對第二脈 衝數目(N2)進行計數的第二採樣時段(具有與第一採樣時段基本上相 等的持續時間，例如10亳秒)。第一和第二採樣時段的持續時間在這裡已 經描述為"基本上"相等，因為與微控制器420關聯的與定時有關的相關容 差會引入不同採樣時段的持續時間的少量差異(雖然理想上優選的是所有 釆樣時段具有相同持續時間)；因而，如先前說明的那樣，重要的是將預 定差異限制設置為大到足以適應這些差異而不影響由燈故障保護電路 400提供的檢測可靠性和準確性的值(例如10左右)。在第二採樣時段結束時，微控制器420比較Nl與N2。只要Nl與 N2之差沒有多於預定差異限制(例如10左右)，在輸出424上的控制電 壓保持為低，由此允許逆變器200繼續以正常方式運行。另一方面，如果 Nl與N2之差超過預定差異限制，則微控制器420將這解釋為表明已經 出現燈故障狀況。對應地，在輸出424上的控制電壓變高(例如相對於參 考節點412為+5伏特)，由此接通FET 430和BJT 440。在FET 430接通 的情況下，逆變器電晶體240的基統242 (經由電容器414)耦合到參考 節點412的負電壓(例如-5伏特)；因而，逆變器電晶體240將被關斷， 或者如果當前為關斷則被防止再次接通，由此禁用逆變器200。同時，在 BJT 440接通的情況下，(逆變器起動電路270內的)電容器282耦合到 參考節點412的負電壓(例如-5伏特)；因而，將防止電容器282充電直 至足以觸發雙向觸發二極體2卯並且重新JL^逆變器200的運行的電壓 (例如+32伏特)。在微控制器420的輸出424上的電壓在斷開時段的持 續時間(例如1秒)上保持為高(例如相對於參考節點412為+5伏特)。 以這一方式，燈故障保護電路400通iti5t速地禁用逆變器200並且隨後在 至少預定時間段(例如1秒)中防止逆變器200嘗試重啟來對燈故障狀況在斷開時段(例如在已經檢測到故障之後的1秒)到期時，在微控制器420的輸出424上的電壓從高(例如相對於參考節點412為+5伏特) 變為低(例如相對於參考節點412約為零伏特)，由此關斷FET 430和BJT 440。因而，在斷開時段結束時，燈故障保護電路400停止將第一和第二 連接402、 404有效地並接到參考節點412，由此重新啟用逆變器200 (即 允許逆變器啟動電路270重啟逆變器200 )、然後再次允許逆變器200繼 續運行至少定時的起動時段的持續時間(例如200亳秒或者更多)，在該 持續時間期間再次允許時間逆變器200和輸出電路300嘗試點燃並且開始 運行燈72、 74、 76、 78。通過這種方式，燈故障保護電路400提供用以 適應換燈而無需循環向鎮流器的供電的自動重啟能力，並且也提供對任何 燈故障誤檢/異常檢測的有用抗擾程度。在持續燈故障狀況(即在延長時間段、如假設數秒或者更長時間內持 續的故障狀況)的情況下，燈故障保護電路400將提供有限次數的重啟嘗 試(例如根據先前描述為10次左右)，但是然後轉變成其中斷開時段明顯 地增加(例如從約1秒增加至約5秒至約1分鐘或者更長)的不同運行模 式。斷開時段的這一增加不僅用以防止任何運行的燈的頻繁(和幹擾性) 的閃光，而且減少對逆變器200和輸出電路300中的部件的不必要應力。 只要燈故障狀況保持存在，斷開時段將保持於增加的值。在假設當燈故障 狀況不再存在時的某一將來時刻，燈故障保護電路400將回到它的正常運 行模式(即FET 430和BJT 440將被關斷並且保持關斷)，由此允許逆變 器200以正常方式運行，直至至少比如隨後出現燈故障狀況這樣的時間 (在該情況下將重複前述事件)。用於實施燈故障保護電路400的優選部件值列舉如下電容器414: 電阻器416: 電容器418: 微控制器420: 電晶體430: 電晶體440: 電阻器448:0.22微法拉、50伏特 3千歐姆330皮法拉、50伏特零件編號PIC10F200 (由Microchip公司製造) 2N7002或者FDC301N 2，04 47千歐姆29二極體電橋450: 1N4148 (4個二極體) 電容器456: 100微法拉、50伏特電阻器458: 並聯連接的兩個30.1千歐姆電阻器齊納二極體460: 4.7伏特(零件編號1N4688 ) 電容器470: 33微法拉、50伏特雖然已經參照某些優選實施例描述了本發明，但是本領域技術人員可 以進行許多修改和變化而不脫離本發明的新穎精神和範圍。
權利要求
1.一種用於向至少一個氣體放電燈供電的鎮流器，所述鎮流器包括逆變器，其具有依賴於負載的運行頻率；輸出電路，其耦合到逆變器，所述輸出電路包括適於耦合到包括至少一個氣體放電燈的燈負載的輸出連接；以及燈故障保護電路，其耦合到所述逆變器，其中所述燈故障保護電路能夠運行用以(a)監視所述逆變器內用於表明燈故障狀況的電信號的基頻，其中當所述電信號的基頻表現出超過預定變化閾值的變化時，認為已經出現燈故障狀況；(b)提供起動時段，在所述起動時段中所述逆變器與燈故障狀況的出現無關地被啟用和允許嘗試起動燈；(c)響應於在所述起動時段結束之後出現燈故障狀況而(i)禁用所述逆變器並且在斷開時段中保持所述逆變器禁用；以及(ii)在所述斷開時段結束之後再次提供起動時段，由此所述逆變器與燈故障狀況的出現無關地被啟用和允許嘗試起動燈。
2. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路能夠運 行用以響應於以下各項中的至少 一項而禁用所述逆變器燈從所述鎮流器斷開；至少一個燈無法以實質上正常的方式運行；以及 在所述燈負載上的放電弧狀況。
3. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中預定閾值變化為至少以下量 級中的至少之一在所述逆變器的正常運行頻率的約0.1%至1%之間；以及約數百赫茲。
4. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路通過監 其中所述採樣時段具有採樣持續時間
5. 根據權利要求4所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路能夠運 行用以提供至少第一採樣時段和第二採樣時段，其中所述第二採樣時段在所述第 一採樣時段結束之後的某一時間點 開始；以及所述第 一和第二採樣時段具有基本上相同的採樣持續時間；測量第一脈衝數目，所述第一脈衝數目表明在所述第一採樣時段期間 在電信號中出現的循環數目；測量第二脈沖數目，所述第二脈衝數目表明在所述第二採樣時段期間 在電信號中出現的循環數目；將所述第二脈衝數目與所述第一脈衝數目比較，其中如果所述第一脈 衝數目與所述第二脈衝數目之差多於預定差異限制，則認為已經出現燈故 障狀況。
6. 根據權利要求5所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路還能夠 運行用以提供在相繼採樣時段之間的停用時段，所述停用時段具有預定停 用時間。
7. 根據權利要求6所述的鎮流器，其中所述第二採樣時段在所述第 一採樣時段和所述停用時段結束之後開始。
8. 根據權利要求6所述的鎮流器，其中 所述採樣持續時間為約10亳秒的量級；以及 所述預定停用時間為約10微秒的量級。
9. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路還能夠 運行用以響應於在已經相繼地提供預定數目的起動時段之後保持存在的 燈故障狀況，將所述斷開時段從第一持續時間增加至第二持續時間，並且 將所述斷開時段維持在所述第二持續時間，直至至少比如不再存在燈故障 狀況這樣的時間。
10. 根據權利要求9所述的鎮流器，其中 所述第一持續時間為約1秒的量級； 所述第二持續時間為至少數秒的量級；以及 所^動時段的預定數目為約10個的量級。
11. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中所述逆變器是以下逆變器中的至少之一(i) 自振蕩型逆變器；(ii) 電流饋送型逆變器；以及(iii) 電橋型逆變器。
12. 根據權利要求l所述的鎮流器，其中 所述逆變器是電流饋送自振蕩逆變器；以及 所述輸出電路包括並聯諧振電路。
13. 根據權利要求l所述的鎮流器，其中所述鎮流器還包括交流到直流轉換器，其具有用於接收交流電源電 壓的輸入和用於向所述逆變器提供直流幹線電壓的輸出；所述逆變器包括(i)第一和第二逆變器電晶體；(ii)第一J^驅動 電路，其耦合到第一逆變器電晶體；(iii)第二基極驅動電路，其耦合到 第二逆變器電晶體；(iv)逆變器接地；以及(v)逆變器啟動電路，其耦 合到所述交流到直流轉換器、第二逆變器電晶體和所述逆變器接地；所述燈故障保護電路(400)包括多個連接，所述多個連接包括耦合 到所述第二逆變器電晶體和所述第二J^l驅動電路的第一連接(402 )、耦 合到所述逆變器啟動電路的第二連接(404 )、耦合到所述交流到直流轉換 器的第三和第四連接(406， 408)以^合到所述逆變器接地的第五連接 (410);以及所述燈故障保護電路還能夠運行使得由所述燈故障保護電路監視的電信號包括所述第二基極驅動電 路內經由所述第 一連接監視的電壓信號；在所i^動時段期間，無論在所述第一連接的電壓信號的性質如 何，所述逆變器都被啟用和允許起動燈；響應於在所^動時段結束之後出現燈故障狀況，在斷開時段的 持續時間內通過將所述第一連接和所述第二連接有效地並接到負電壓來 禁用所述逆變器；以及在所述斷開時段結束時，通過在所述起動時段的持續時間內停止 將所述第一和第二連接有效地並接到所述負電壓，來在所i^動時段上重新啟用所述逆變器。
14. 根據權利要求13所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路還包括微控制器(420 )，其具有輸入(422 )、輸出(424 )、直流電源輸入(426) 和接地輸入(428 )，其中所述直流電源輸入(426)耦合到所述第五連接， 而所述接地輸入(428)耦合到參考節點(412);濾波電路(416， 418)，其耦合於所述第一連接(402)與所述微控制 器(422)的輸入(422)之間；第一併接電路(414， 430)，其耦合到所述第一連接(402)、所述微 控制器的輸出(424)和所述參考節點(412);第二並接電路(440， 448)，其耦合到所述第二連接(404)、所述微 控制器(Ul)的輸出(424)和所述參考節點(412);以及直流電壓電源電路(450， 456， 458， 460， 470)，其耦合到第三和第 四連接(406， 408)、所述微控制器的直流電源輸入(426)、所述第五連 接(410)和所述參考節點(412)。
15. 根據權利要求13所述的鎮流器，其中所述負電壓相對於所述逆 變器接地為約-5伏特量級。
16. 根據權利要求14所述的鎮流器，其中所述第一併接電路包括第一電子開關(430 )，其具有第一、第二和第三端子(432， 434， 436)， 其中所述第一端子(432)耦合到所述微控制器(420)的輸出(424)，而 所述第三端子(436)耦合到所述參考節點(412);以及第一電容器(414),其耦合於所述第一連接(402)與所述第一電子 開關(430)的第二端子(434)之間。
17. 根據權利要求16所述的鎮流器，其中所述第一電子開關(430) 是N溝道場效應電晶體，其中所述第一端子(432)是柵極端子，所述第 二端子(434)是漏極端子，而所述第三端子(436)是源極端子。
18. 根據權利要求16所述的鎮流器，其中所述濾波電路包括第一電阻器(416),其耦合於所述第一電容器(414)與所述微控制 器(420)的輸入(422)之間；以及第二電容器(418),其耦合於所述微控制器(420)的輸入(422)與所述參考節點(412)之間。
19. 根據權利要求18所述的鎮流器，其中所述第二並接電路包括第二電子開關(440)，其具有第一、第二和第三端子(442， 444， 446)， 其中第二端子(444)耦合到所述第二連接(404),而第三端子(446)耦 合到所述參考節點(412);以及第二電阻器(448)，其耦合於所述第二電子開關(440)的第一端子 (442)與所述孩t控制器(420)的輸出(424)之間。
20. 根據權利要求19所述的鎮流器，其中所述第二電子開關(440) 是NPN型雙極結電晶體，其中所述第一端子U42)A1^L端子，所述第 二端子(444)是集電極端子，而所述第三端子(446) AiL射極端子。
21. 根據權利要求19所述的鎮流器，其中所述微控制器能夠運行用以對第一脈沖數目進行計數，所述第一脈衝數目表明在第一釆樣時段期 間在電壓信號中出現的第 一循環數目；對第二脈衝數目進行計數，所述第二脈衝數目表明在第二採樣時段期 間在電壓信號中出現的第二循環數目，其中第一採樣時段和第二採樣時段 具有基本上相同的採樣持續時間；將所述第二脈衝數目與所述第一脈衝數目比較，其中如果所述第一脈 衝數目與所述第二脈衝數目之差多於預定差異限制，則認為已經出現燈故障狀況；在所ii^動時段期間，將在所述微控制器的輸出的控制電壓設置在不 足以激活第一和第二電子開關的第一電平，並且在所^動時段的持續時 間上將所述控制電壓維持在所述第 一 電平；在所i^動時段結束之後如果不存在燈故障狀況，則將所述控制電壓維持在所述第一電平；以及如果存在燈故障狀況，則將在所述微控制器的輸出的所述控制電 壓設置在足以激活第一和第二電子開關的第二電平，並且在所述斷開時段 的持續時間上將所述控制電壓維持在所述第二電平；以及在所述斷開時段結束之後，將在所述微控制器的輸出的所述控制電壓設置在所述第一電平，並且在所i^動時段的持續時間上將所述控制電壓 維持在所述第一電平。
22. 根據權利要求21所述的鎮流器，其中所述控制電壓的第一電平被設置為相對於所述參考節點約零伏特；以及所述控制電壓的第二電平被設置為相對於所述參考節點約+5伏特。
23. 根據權利要求21所述的鎮流器，其中所述微控制器還能夠運行 用以響應於在已經相繼地提供預定數目的起動時段之後保持存在的燈故 障狀況，將所述斷開時段從第一持續時間增加至第二持續時間，並且將所 述斷開時段維持於所述第二持續時間，直至至少比如不再存在燈故障狀況 這才羊的時間。
24. 根據權利要求19所述的鎮流器，其中所述直流電壓電源電路包括整流器電路(450),其耦合到所述第三和第四連接(406， 408)、第 一節點(452)和第二節點(454)，其中所述第一節點(452)耦合到所述 微控制器(420)的直流電源輸入(426)和第五連接(410);第三電容器(456),其耦合於第一與第二節點(452， 454)之間；第三電阻器(458)，其耦合於所述第二節點(454)與所述微控制器 (420)的接地輸入(428)之間；電壓調節器(460)，其耦合於所述^L控制器(420)的直流電源輸入 與接地輸入(426， 428)之間；以及第四電容器(470)，其耦合於所述第五連接(410)與所述參考節點 (412)之間。
25. 根據權利要求24所述的鎮流器，其中所述交流到直流轉換器包括全波整流器(110)和增壓轉換器(120， 130， 140， 150， 160),其中所述增壓轉換器包括增壓電感器，其具有 初級繞組(130)和磁性耦合到所述初級繞組的輔助繞組(132);以及所述燈故障保護電路的第三和第四連接(406， 408 )耦合到所述增壓 電感器的所述輔助繞組(132 )。
26. —種用於向至少一個氣體放電燈供電的鎮流器，所述鎮流器包括自振蕩型逆變器；輸出電路，其耦合到逆變器，所述輸出電路包括適於耦合到包括至少 一個氣體放電燈的燈負載的輸出連接；以及燈故障保護電路，其耦合到所述逆變器，其中所述燈故障保護電路能 夠運行用以(a) 監視所述逆變器內用於表明燈故障狀況的電信號的基頻， 其中當所述電信號的所H^頻表現出超過預定變化閾值的變化時，認為已 經出現燈故障狀況，其中所述燈故障保護電路通過以下方式來監視所述電 信號的基頻(i) 提供至少第一採樣時段(Tl)和第二釆樣時段(T2)， 其中所述第二採樣時段在所述第 一採樣時段結束之後的某一時間點開始；(ii) 測量第一脈衝數目(Nl),所述第一脈衝數目(Nl) 表示在所述第一採樣時段(Tl)期間在所述電信號中出現的循環數目；(iii) 測量第二脈衝數目(N2)，所述第二脈衝數目(N2) 表示在所述第二釆樣時段(T2)期間在所述電信號中出現的循環數目； 以及(iv) 將所述第二脈沖數目(N2 )與所述第 一脈衝數目(Nl) 比較，其中如果所述第一脈衝數目(Nl)與所述第二脈衝數目(N2)之 差多於預定差異限制，則認為已經出現燈故障狀況；(b) 提供起動時段，在所述起動時段中所述逆變器與燈故障狀 況的出現無關地被啟用和允許嘗試起動燈；(c) 響應於在所述起動時段結束之後出現燈故障狀況而(i) 禁用所述逆變器並且在斷開時段中保持所述逆變器禁用；以及(ii) 在完成所述斷開時段之後再次提供起動時段，由此所 述逆變器與燈故障狀況的出現無關地被啟用和允許嘗試起動燈。
27.根據權利要求26所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路能夠 運行用以響應於以下各項中的至少之一 而禁用所述逆變器燈從所述鎮流器斷開；至少一個燈無法以實質上正常的方式運行；以及在所述燈負載上的放電弧狀況。
28. 根據權利要求26所述的鎮流器，其中所述燈故障保護電路還能 夠運行用以(a) 提供在相繼採樣時段之間的停用時段，所述停用時段具有預定 停用時間；以及(b) 響應於在已經相繼地提供預定數目的起動時段之後保持存在的 燈故障狀況，將所述斷開時段從第一持續時間增加至第二持續時間，並且 將所述斷開時段維持於所述第二持續時間，直至至少比如不再存在燈故障 狀況這才羊的時間。
29. 根據權利要求28所述的鎮流器，其中 所述預定閾值變化為約數百赫茲的量級； 所述採樣持續時間為約10毫秒的量級； 所述預定停用時間為約IO微秒的量級； 所述第一持續時間為約1秒的量級； 所述第二持續時間為至少約數秒的量級；以及 所i^動時段的預定數目為約10個的量級。
30. —種用於向至少一個氣體放電燈供電的鎮流器，所述鎮流器包括交流到直流轉換器(100),其具有用於接收交流電源電壓(60)的輸 入(102， 104)和用於提供直流幹線電壓的輸出(106， 108);電流饋送自振蕩電橋型逆變器(200 )，其耦合到所述交流到直流轉換 器的輸出，所述逆變器包括(i)第一和第二逆變器電晶體(220， 240); (ii)第一M驅動電路(230， 236， 324),其耦合到所述第一逆變器晶 體管；(iii)第二基極驅動電路(250， 256， 326)，其耦合到所述第二逆 變器電晶體；(iv)逆變器接地(50 );以及(v)逆變器啟動電路(270), 其耦合到所述交流到直流轉換器、所述第二逆變器電晶體和所述逆變器接 地；輸出電路(300)，其耦合到所述逆變器，所述輸出電路包括適於耦合 到包括至少一個氣體放電燈(72， 74， 76, 78)的燈負載(70)的輸出連 接(302, 304， 306， 308， 310);以及燈故障保護電路(400),其耦合到所述逆變器，所述燈故障保護電路包括多個連接，其包括耦合到所述第二逆變器電晶體和所述第二M 驅動電路的第一連接(402)、耦合到所述逆變器啟動電路的第二連接 (404)、耦合到所述交流到直流轉換器的第三和第四連接(406， 408)以 及耦合到所述逆變器接地的第五連接(410);微控制器(420)，其具有輸入(422)、輸出(424)、直流電源輸 入(426)和接地輸入(428 )，其中所述直流電源輸入(426)耦合到所述 第五連接(410)，而所述接地輸入(428)耦合到參考節點(412);濾波電路(416， 418),其耦合於所述第一連接(402)與所述微 控制器(420)的輸入(422)之間；第一併接電路(414， 430)，其耦合到所述第一連接(402)、所 述微控制器(420)的輸出(424)和所述參考節點(412);第二並接電路(440， 448)，其耦合到所述第二連接(404)、所 述微控制器(420)的輸出(424)和所述參考節點(412);以及直流電壓電源電路(450， 456， 458， 460， 470),其耦合到所述 第三和第四連接(406, 408)、所述微控制器(420)的直流電源輸入(426)、 所述第五連接(410)和所述參考節點(412)。
31.根據權利要求30所述的鎮流器，其中所述第一併接電路包括第一電子開關(430)，其具有第一、第二和第三端子(432， 434， 436 )，其中所述第 一端子(432)耦合到所述微控制器(420 )的輸出(424 )， 而所述第三端子(436)耦合到所述參考節點(412);以及第一電容器(414)，其耦合於所述第一連接(402)與所述第一 電子開關(430)的第二端子(434)之間；所述濾波電路包括第一電阻器(416)，其耦合於所述第一電容器(414)與所述微 控制器(420)的輸入(422)之間；以及第二電容器(418 )，其耦合於所述微控制器(420)的輸入(422 ) 與所述參考節點(412)之間；以及所述第二並接電路包括第二電子開關(440),其具有第一、第二和第三端子(442， 444， 446)，其中所述第二端子(444)耦合到所述第二連接(404)，而所述第 三端子(446)耦合到所述參考節點(412);以及第二電阻器(448)，其耦合於所述第二電子開關(440)的第一 端子(442)與所述^t控制器(420)的輸出(424)之間。
32.根據權利要求31所述的鎮流器，其中所述直流電壓電源電路包括整流器電路(450)，其耦合到第三和第四連接(406， 408)、第 一節點(452)和第二節點(454),其中所述第一節點(452)耦合到所述 微控制器(420)的直流電源輸入(426)和所述第五連接(410);第三電容器(456)，其耦合於所述第一與第二節點(452, 454)之間；第三電阻器(458)，其耦合於所述第二節點(454)與所述微控 制器(420)的接地輸入(428)之間；電壓調節器(460),其耦合於所述微控制器(420)的直流電源 輸入與接地輸入(426, 428)之間；以及第四電容器(470),其耦合於所述第五連接(410)與所述參考 節點(412)之間；所述交流到直流轉換器包括全波整流器(110)和增壓轉換器(120， 130， 140， 150， 160)，其中所述增壓轉換器包括增壓電感器，其具有 初級繞組(130)和磁性耦合到所述初級繞組的輔助繞組(132);以及所述燈故障保護電路的第三和第四連接(406， 408 )耦合到所述增壓 電感器的輔助繞組(132 )。
全文摘要
一種用於向一個或者多個氣體放電燈供電的鎮流器(20)，包括逆變器(200)和燈故障保護電路(400)。逆變器(200)具有依賴於負載的運行頻率。燈故障保護電路(400)監視逆變器內的電信號。響應於電信號的基頻的變化，比如響應於在拆卸燈時、當燈接近它的運行壽命結束時或者當在一個或者多個鎮流器輸出連接處出現放電弧狀況時發生的變化，燈故障保護電路(400)將逆變器(200)禁用達預定斷開時段。燈故障保護電路(400)還提供用於周期性地嘗試點燃和運行燈的重啟功能。此外，響應於持續故障狀況，燈故障保護電路(400)增加預定斷開時段，以便使由於重啟功能所致的任何所不希望的影響最小。
文檔編號H05B41/36GK101518157SQ200780033808
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月28日 優先權日2006年9月15日
發明者於清紅, 約瑟夫·L·帕裡塞拉 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司