用於高強度放電燈的燈壽終保護電路的製作方法

2023-09-19 14:24:30

專利名稱：用於高強度放電燈的燈壽終保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及照明裝置領域，尤其涉及一種用於高強度放電燈的鎮流器控制電路中 的燈壽終保護電路以及相應的鎮流器控制電路和高強度放電燈。
背景技術：
高強度放電燈(HID燈)由於壽命較長、並且能夠高效率地將電能轉化為光而得到 了廣泛的應用。典型的HID燈類型包括汞(蒸氣)燈、鈉燈和金屬滷化物燈。HID燈一般包 括燈頭、玻璃外殼、內電極、弧光管和外電極等，不同類型的燈的區別主要在於玻璃外殼內 的塗料、內外電極、弧光管的尺寸以及弧光管內填充的惰性氣體的類型的不同。對於HID燈的燈壽命終結，一般而言會存在三個原因1、內電極劣化；2、弧光管破 碎；以及3、弧光管內鹽(例如鈉鹽)的蒸發。上述原因1和3—般不會導致大的問題，這 是因為在上述1和3的情況下，燈電壓和/或再點火峰值電壓將會上升，並最終導致在將來 的某個時間燈不能正常使用，此時可以通過替換舊的HID燈來使包含HID燈的照明設備恢 復工作。然而，上述原因2可能會導致一些較嚴重的問題。例如在HID燈為鈉燈的情況下， 如果弧光管破碎了，則弧光管中的鈉鹽會進入到弧光管所處的玻璃外殼中，由於HID燈的 玻璃外殼中一般都填充有低壓的惰性氣體，因此在這種情形下會在HID燈的玻璃外殼中形 成某種類型的低壓汞燈，並且用來連接內電極與外部電路的且支撐弧光管的外電極將起內 電極的作用。在這個階段，存在大量所謂的「輝光-弧光」轉換現象。同時，在這個階段期 間，燈頭的溫度上升較慢，因此各項參數還在燈和鎮流器的臨界條件之內，但鎮流器必須經 受高電流變化率di/dt和大電流。但是，由於此時用作電極的金屬並不適於用作低壓汞燈 的電極，該電極會揮發出金屬顆粒。這些金屬顆粒將在玻璃外殼中靠近燈頭的位置處沉澱 出金屬薄膜。隨著「輝光_弧光」轉換的不斷進行，該金屬薄膜會不斷沉澱，並最終將外電 極短接，此時金屬薄膜起導體的作用。此時，HID燈進入了「白熾燈模式」。在該模式下，金 屬薄膜起電阻的作用，並且將從鎮流器獲得電能。在大多數情況下，金屬薄膜的阻抗較低， 因此，鎮流器能夠把大多數的能量都遞送到該金屬薄膜。由於大量的電流流過金屬薄膜，這 將導致燈頭由於發熱而溫度可能高達600°C，這大大超出了燈頭一般所能承受的溫度(通 常為350°C )。因此上述原因2會導致燈頭因為溫度過高而受損，而燈頭由於與安裝燈的燈 座直接接觸，因而燈座也會因溫度過高而受損。這樣，為了使包含HID燈的照明設備恢復工 作，就不僅需要替換HID燈，而且還需要替換燈座，這會導致成本的增加。通常，如果可以在HID燈進入以「輝光-弧光」轉換模式進行操作之後的4-6分鐘 之內斷開鎮流器，則HI D燈還沒有進入「白熾燈模式」，燈頭和燈座不會因為溫度太高而受 損，可以認為此時系統處於安全狀態下。

發明內容
本發明要解決的一個問題是如何在HID燈由於弧光管破碎而進入「輝光_弧光」轉換模式之後快速地斷開鎮流器以防止燈頭由於溫度過高而損壞。本發明要解決的另一個問題是如何利用一個定時器電路來同時實現用於熱燈點 火的定時和HID燈進入「輝光_弧光」轉換模式之後快速地斷開鎮流器所需的定時。現有的鎮流器控制電路中，已經存在一個用於熱燈點火的定時器，其定時值通常 為15-30分鐘。如果能夠將該定時器同時也用於如上所述的情況以便在較短的時間內，如 4-6分鐘的定時之內切斷鎮流器，則可以大大減少電路的規模並節約電路成本。為了解決上述問題，發明人對鎮流器控制電路在處於熱燈點火下以及處於「輝 光_弧光」轉換模式下的操作狀態進行了分析。發明人發現，當在熱燈點火操作狀態下時， 由於需要對熱燈進行點火，因此需要點火脈衝，而在「輝光_弧光」轉換模式下時，則不需要 點火脈衝。此外，在HID燈的正常操作模式下和在「輝光_弧光」轉換模式下，流過HID燈 的功率存在明顯不同，一般而言，正常操作模式的運行功率明顯大於「輝光-弧光」轉換模 式下的運行功率。基於上述特徵，發明人對現有用於熱燈點火操作的定時器進行了改進，使 該定時器在不同的操作模式下具有不同的定時值，從而解決了上述問題。具體而言，根據本發明的第一方面，提供了一種用於高強度放電燈的鎮流器控制 電路的燈壽終保護電路，包括反饋電路，用於檢測高強度放電燈的點亮狀態，並生成與該 狀態相對應的第一控制信號；以及定時電路，該定時電路可根據第一控制信號設定不同的 定時值，且在達到任一所述定時值時，輸出切斷信號來切斷所述高強度放電燈中的鎮流器 的操作。根據本發明的另一個方面，還提供了一種包括上述燈壽終保護電路的鎮流器控制 電路以及包括該鎮流器控制電路的高強度放電燈。


現在將僅通過舉例的方式並參照附圖來描述本發明的實施例，其中圖1是根據本發明優選實施方式的鎮流器控制電路的電路原理圖；以及圖2是根據本發明優選實施方式、在圖1所示的鎮流器控制電路中使用的定時單 元105的示意電路圖。
具體實施例方式參見圖1，其中示出了根據本發明優選實施方式的鎮流器控制電路100的電路原 理圖。鎮流器控制電路100包括控制單元101、供電單元102、點火/維持單元103、反饋單 元104和定時單元105。控制單元101接收外界輸入信號Sin來控制其他各個單元的操作。供電單元102根據反饋單元104所提供的反饋信號Sr、在控制單元101的控制下 向點火/維持單元103供電。由於HID燈的特性，在HID燈被點亮前後，供電單元102向點 火/維持單元103供電的電壓Vp是不同的，優選地，在HID燈被點亮之前，供電電壓Vp為 500V，而在HID被點亮之後，供電電壓Vp降低為400V。點火/維持單元103在控制單元101的控制下，執行HID燈點火操作，以及在HID 燈被點亮之後執行HID燈正常工作控制操作。反饋單元104監測HID燈的點亮狀態並從點火/維持單元103獲得指示HID燈的 點亮狀態的信號Si，並據此產生反饋信號Sr。優選地，Sl和Sr均為電平信號，並且燈未被
4點亮時，Sl為低電平信號且Sr為高電平信號；而在燈被點亮之後，Sl為高電平信號且Sr為 低電平信號。另外，反饋單元104還監測HID燈的運行功率，並且從點火/維持單元103獲得指 示HID燈運行功率的信號Sp，並根據該信號產生用於控制定時單元105的控制信號Sc。優 選地，當HID燈處於正常操作狀態下時，此時的運行功率較大，因此所產生的控制信號Sc為 高電平，而HID燈處於「輝光-弧光」轉換模式下，此時運行功率較低，因此控制信號Sc為 低電平。定時單元105在控制單元101的控制下開始定時操作，而且定時單元105的定時 值取決於反饋單元提供的反饋信號Sr。優選地，如果反饋信號Sr為低電平，則定時單元105 的定時值較小，其優選適用於HID燈處於「輝光-弧光」轉換模式下所需的定時，如4-6分 鍾，優選為5分鐘。如果反饋信號Sr為高電平，則定時單元105的定時值較反饋信號Sr為 低電平時的定時值大，其優選適用於HID燈處於熱燈點火操作模式下所需的定時，如15-30 分鐘，優選為20分鐘。當定時單元105達到其定時值時，其輸出切斷控制信號Scut到控制 單元101，從而切斷控制單元的電源，並同時斷開鎮流器。同時，定時單元105還受由反饋單元104所提供的控制信號Sc的控制。優選地， 當控制信號Sc為高電平時，停止定時單元105的操作，並優選將其中的定時數據重置。而 當控制信號Sc為低電平時，啟動定時單元105的操作。也就是說，定時單元105還受HID 燈的操作模式的控制，當HID燈正常操作時，定時單元105不進行定時操作，因此也就是不 會輸出切斷控制信號Scut。而HID燈異常操作時，定時單元105才開始定時操作。下面詳細描述本發明優選實施例中的各個電路部件的操作過程。當鎮流器控制電路100處於熱點火操作模式中時，在點火開始時，由於HID燈還未 被點亮，所以S 1信號為低，由此Sr信號為高，供電單元102在Sr信號為高時，提供高的供 電電壓(例如500V)，高的供電電壓導致點火/維持單元103執行正常點火。在HID燈點火 階段，其運行功率也低於HID燈點亮後正常操作時的功率，因此，反饋單元104提供的控制 信號Sc保持為低電平，因此定時單元105處於工作狀態。同時由於Sr信號為高電平，使得 定時單元105的定時值較大，以適用於HID燈處於熱燈點火操作模式下所需的定時，以便優 選如果燈無法被點亮時、在20分鐘之後切斷鎮流器。在HID被點亮之後，Sl信號變高，由 此Sr信號變低，供電單元102提供低供電電壓(例如，400V)，因此點火/維持單元103不 再執行點火操作，而是執行正常的維持操作。此時，HID燈處於正常操作狀態，所以反饋單 元104所提供的控制信號Sc為高電平，因此中斷了定時單元105的操作，使得鎮流器繼續 正常工作。當由於HID燈由於弧光管破碎而進入「輝光_弧光」轉換模式中時，由於此時HID 燈的運行功率低於正常操作時的功率，所以，反饋單元104提供的控制信號Sc變為低電平， 因此定時單元105開始工作。同時燈仍然保持為點亮狀態，因此，Sl信號為高，Sr信號為 低，以使得定時單元105的定時值較小，以適用於HID燈處於「輝光-弧光」轉換模式下所 需的定時，以便優選在5分鐘之後切斷鎮流器。由此可見，通過檢測HID燈的點亮狀態和運行功率，根據HID燈的運行功率來開關 定時單元105，並根據該點亮狀態來相應設定定時單元105的定時值，原先僅僅用於熱燈點 亮定時的定時單元105現在也可以用於在「輝光-弧光」轉換模式下快速切斷鎮流器。
應當注意的是，在附圖中，僅僅以電路模塊圖的形式示出了與本發明的主題密切 相關的部分，除定時單元105外，這些電路模塊的各自內部具體結構在現有技術中是已知 的，因此為了使本發明的描述更加簡潔，沒有在此示出這些模塊的具體結構。圖2示出了根據本發明的優選實施例的定時單元105的示意電路結構。如圖2所 示，定時單元105中的主要部件為定時器201和振蕩電容器202。定時器201包括一個輸入 引腳CEOL和輸出引腳E0L，輸入引腳CEOL外接振蕩電容器202以接收其發出的振蕩脈衝， 並外接反饋單元104以接收反饋單元104提供的控制信號Sc。可選擇地，定時器201包括 分頻器211和計數器212。定時器201利用其分頻器211和計數器212對來自振蕩電容器 202的振蕩脈衝進行分頻和計數，並且在計數達到一定量的時候，在輸出引腳EOL輸出高電 平信號Scut來切斷控制單元101的電源並同時斷開鎮流器。優選地，在定時器201中使用 的分頻器211為17級分頻器，並且在計數器212計數達一定數目後，如滿12萬個振蕩脈衝 之後，在輸出引腳EOL輸出高電平信號Scut。振蕩電容器202包括並聯連接的第一電容器C120和第二電容器C121。第一電容 器C120耦接在定時器201的輸入引腳CEOL和地之間。可選擇地，第一電容器C120通過一 電阻元件Rl36耦接在定時器201的輸入引腳CEOL和地之間，該電阻元件Rl36可防止定時 器201的輸入引腳CEOL上的電流過大。進一步地，振蕩電容器202還包括一開關，如電晶體Q122。電晶體Q122與第二電 容器C121相串聯後再耦接在定時器201的輸入引腳CEOL和地之間，從而第二電容器C121 可在電晶體Q122控制下與第一電容器C120相併聯或斷開。可選擇地，控制信號Sr經電阻 R123和R124分壓後再送到電晶體Q122的基極，從而電晶體Q122在該控制信號Sr的控制 下工作，即根據該控制信號Sr而導通或者斷開。可選擇地，電晶體Q122的集電極和發射極 之間並聯著一二極體D125，起續流作用。可選擇地，一電容C126並聯在電晶體Q122的基極 和發射極之間，以濾除該控制信號Sr上的幹擾脈衝。對於定時器201，可以通過調整輸入引腳CEOL外接的振蕩電容器202的電容大小 來調整振蕩頻率，來改變在輸出引腳EOL輸出高電平信號Scut的定時值。如圖2所示，C120 耦接在輸入引腳CEOL和地之間，另外，C121和電晶體Q122也串聯連結在輸入引腳CEOL和 地之間。電晶體Q122由信號Sr所控制，當Sr為高電平時，電晶體Q122導通，此時C120和 C121並聯連接，CEOL的外接電容的大小等於C120的電容和C121的電容之和，CEOL的外接 電容較大，則振蕩頻率較低，因此定時器201定時值較大，例如20分鐘。而當Sr為低電平 時，電晶體Q122斷開，CEOL的外接電容僅僅為C120，此時CEOL的外接電容較小，振蕩頻率 較高，因此定時器201定時值較小，例如為5分鐘。當然，電晶體Q122也可以由任何可以完 成類似功能的開關元件所替代，如繼電器或Mosfet管。在一實施例中，為了獲得適用於熱燈點火模式的20分鐘定時和適用於「輝光_弧 光」轉換模式的5分鐘定時，C120的電容可選為33nF，而C121的電容為68nF。由此，通過根據信號Sr的電平來相應修改定時器201的輸入引腳CEOL的外接電 容大小，可以使定時器201可同時應用於上述兩種不同操作模式。因此，通過對現有的計時 電路進行少量修改，可以實現在HID燈由於弧光管破碎而進入「輝光-弧光」轉換模式中之 後快速地斷開鎮流器以防止燈頭和燈座由於溫度過高而損壞。應當指出的是，上述實施例說明了而不是限制了本發明，本領域技術人員將能設計出許多可替換的實施例而不偏離由所附權利要求限定的本發明的範圍。在權利要求中， 任何置於括號中的附圖標記都不應當被視為限制了這些權利要求。措詞「包括」、「包含」等 等並不排除存在任何權利要求或者整個說明書中未列出的元件或步驟。對元件的單數引用 並不排除對這類元件的複數引用，反之亦然。本發明可以藉助於包括了若干不同的元件的 硬體和藉助於經過適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的設備權利要求中，這些 裝置中的一些可以由同一硬體項實施。在相互不同的從屬權利要求中重複引用某些技術措 施這一起碼的事實並不意味著不可以利用這些技術措施的組合。
權利要求
一種在用於高強度放電燈的鎮流器控制電路中的燈壽終保護電路，包括反饋電路，用於檢測高強度放電燈的點亮狀態，並生成與該狀態相對應的第一控制信號；以及定時電路，所述定時電路可根據所述第一控制信號的不同值而設定不同的定時值，且在達到任一所述定時值時，輸出切斷信號來切斷所述高強度放電燈中的鎮流器的操作。
2.如權利要求1所述的燈壽終保護電路，其中，所述反饋電路還生成與高強度放電燈 的運行功率相關的第二控制信號，所述第二控制信號用於開關所述定時電路。
3.如權利要求1所述的燈壽終保護電路，其中，所述定時電路包括振蕩電容器，所述振蕩電容器的電容值根據所述第一控制信號的不同值而改變；以及，定時器，所述定時器具有輸出引腳和輸入引腳，所述輸入引腳連接所述振蕩電容器，所 述定時器對來自所述振蕩電容器的振蕩脈衝進行計數，以在所述振蕩脈衝計數達到一定量 時，在所述輸出引腳輸出所述切斷信號。
4.如權利要求3所述的燈壽終保護電路，其中，所述振蕩電容器包括第一電容器，耦接在所述輸入引腳和地之間；以及串聯連接的第二電容器和開關，所述第二電容器和所述開關耦接在所述輸入引腳和地 之間，且所述開關根據第一控制信號值而導通或者斷開。
5.如權利要求4所述的燈壽終保護電路，其中，所述開關為電晶體，其基級與所述反饋 電路相連，以獲取所述反饋電路所生成的第一控制信號。
6.如權利要求1所述的燈壽終保護電路，其中，所述定時電路具有兩個定時值，該所述 兩個定時值分別對應燈未被點亮和燈被點亮兩種不同的狀態，且一個定時值較另一個定時 值大。
7.一種用於高強度放電燈的鎮流器控制電路，具有如權利要求1-6中任一個所述的燈 壽終保護電路。
8.一種高強度放電燈，包括鎮流器控制電路，所述鎮流器控制電路具有如權利要求 1-6中任一個所述的燈壽終保護電路。
全文摘要
本發明公開了一種用於高強度放電燈的鎮流器控制電路中的燈壽終保護電路，包括反饋電路，用於檢測高強度放電燈的點亮狀態，並生成與該狀態相對應的第一控制信號；以及定時電路，定時電路可根據第一控制信號的不同值而設定不同的定時值，且在達到任一定時值時，輸出切斷信號來切斷所述高強度放電燈中的鎮流器的操作。本發明還公開了一種包括該燈壽終保護電路的鎮流器控制電路，以及包括該鎮流器控制電路的高強度放電燈。
文檔編號H05B41/292GK101978790SQ200980109528
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月17日 優先權日2008年3月19日
發明者俞宏 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司