操作氣體放電燈的系統和方法及其使用方法
2023-09-21 04:42:25 2
專利名稱：操作氣體放電燈的系統和方法及其使用方法
技術領域：
本發明涉及用於操作至少一個氣體放電燈的系統和方法，並且涉 及所說系統的使用。
背景技術：
常規的用於給多個燈供電的鎮流器系統，如在US6232726中公開 的系統，包括交流電壓源和多個用於隔離所說的燈與所說的電壓源直 接連接的變壓器。所說系統包括諧振電路，它是通過諧振電感器的阻 抗和變壓器的初級繞組形成的。燈的點火需要的諧振電路的諧振電容 是由每個變壓器的電容產生的。諧振電感是由諧振電感器形成的。每 個變壓器的次級繞組連接到所說的燈。
US6232726的鎮流器雖然在驅動多個燈方面功能良好，但它需要諧 振電路來點火這些燈。還有，燈的連接與斷開將影響其它燈上的電壓。
US4293799提供了一種操作螢光燈的電源系統。這種系統包括恆流 源，其用於給串聯連接在一起的變壓器的初級繞組供電。電容器與變 壓器初級繞組串聯連接。螢光燈連接到變壓器的每個次級繞組。所說 電源包括振蕩器，其提供調節的交流電壓。這個電壓加到具有幾個電 容器和線團的諧振電路。這個諧振電路與初級繞組之間的電容器組合 起來諧調到電壓源的電源頻率。
例如為了減小生產成本，或者為了改善壽命， 一直存在簡化鎮流 器系統的需要。例如通過減小部件的數目就可以實現這個目的。因此 期望，提供一種經過改善的鎮流器系統，其不再需要諧振電路。
發明內容
按照本發明的第一方面，用於操作至少一個氣體放電燈的系統包
括
-方波電流源，用於產生基本上為方波的電流； -具有初級繞組和次級繞組的至少一個變壓器； -次級繞組連接到一個或多個氣體放電燈；
-方波電流源直接耦合到所述至少一個變壓器的初級繞組，用於向其直接提供方波電流。
由於減少了部件數目，系統的簡化減小了生產和勞動成本。還有， 包括較少部件的系統被證明更加牢固可靠，並且具有較長的壽命。通 過使用電流源，初級繞組中的電流基本上是恆定不變的，因此不再需 要分開的監測電路來檢測燈負載的狀態。所述至少一個燈的啟動是通 過初級繞組的電感和方波電流發生的。在切換電流方向時在次級繞組 上產生電壓峰值，因為氣體放電燈在點火之前處在非導電狀態。通過 電流源給所述至少一個燈供電，就可以使燈連接或斷開，而不會影響 其它的燈。
在驅動多個燈的一個實施例中，所說的系統包括至少兩個變壓器， 所述至少兩個變壓器的初級繞組相互直接串聯耦合。按照本發明，不 再需要提供電容器或任何其它部件來形成諧振電路。沒有附加的諧振 電路就可以操作多個燈，因而不再需要初級繞組和諧振電感之間的電 容器。
在一個實施例中，所說的系統包括至少兩個燈。令人驚奇的是， 按照本發明，操作連接到同一個次級繞組的至少兩個燈是可能的，從 而進一步減少了部件的數目。
本發明的系統能夠操作具有不同的燈功率的燈。通過用恆定不變 的電流驅動初級繞組，至少一個燈的燈功率可以與另一個燈的燈功率 不同。
方波電流源可以包括全橋結構，所述全橋結構包括4個開關，這 些開關都連接到直流電源。
所說系統還可以包括控制器，所述控制器連接到開關，用於控制 開關的開關頻率。
在一個可替換實施例中，所述至少一個變壓器包括自耦變壓器。
在一個實施例中，開關頻率的範圍為50赫茲到1300千赫茲，優 選的範圍在90赫茲到500千赫茲。這些開關頻率被證明是有益的，因 為它們分別適合於驅動低壓和高壓氣體放電燈這兩者，例如螢光燈或 金屬囟素燈。優選的頻率可以相對較低，50赫茲到10千赫茲，以便防 止在高壓氣體放電燈中發生聲共振。可以使用較高的頻率，例如在阻 尼聲共振的頻率範圍內。這樣的頻率範圍包括在100千赫茲和1300千 赫茲之間的頻率。在螢光燈中，可以使用50赫茲到1300千赫茲的整個頻率範圍。等於或大於50赫茲的頻率被證明可以防止人眼可見的閃 爍。
優選的是，所述至少一個燈包括囟素氣體放電燈。所述至少一個 燈還可以包括焚光燈。例如，系統所包括的燈的耗電量範圍是約5瓦 到1200瓦，優選的範圍是20瓦到200瓦。
按照笫二方面，本發明提供了一種結構，其包括根據權利要求1 所述的系統。
按照第三方面，本發明提供了根據權利要求1所述的系統的使用。
根據以下所述的實施例，本發明的這些和其它方面都是顯而易見 的，並且將參照這些實施例進行闡述。 在附圖中
圖l表示按照本發明的系統的第一實施例的示圖2表示按照本發明的系統的笫二實施例的示圖3表示按照本發明的系統的第三實施例的示圖4表示按照本發明的系統的第四實施例的示圖5表示本發明的方波電流源的方波電流輸出的示意性表示；
圖6表示在點火所說燈的期間在一個燈上的電壓的示意性表示。
具體實施例方式
圖l表示用於操作至少一個氣體放電燈的系統l。圖l這個示圖表 示7個氣體放電燈2，以此作為一個例子。這個系統包括方波電流源4, 方波電流源4可以經過電線6、 8連接到外部電源。優選的是，電流源 連接到主電網。 一 系列變壓器的初級繞組10直接串聯連接到電流源4 。 變壓器的次級繞組12連接到對應的氣體放電燈2。
在圖2的這個改進實施例中，對於電流源4再一次地進行安排， 以便向例如2個變壓器20、 22直接提供方波電流。但在這種情況下， 變壓器是自耦變壓器。這些變壓器的初級繞組部分串聯連接。燈24、 26連接到變壓器的次級繞組部分。
圖3表示系統1的一個實施例，其中對於方波電流源4進行安排， 以便直接向至少一個變壓器的初級繞組提供方波電流。如果系統包括兩個或多個變壓器，那麼串聯連接這些變壓器的初級繞組40、 42，如 圖3所示。這些初級繞組再次直接彼此耦合。可以將幾個燈44-52，即 l個、兩個或多個燈，連接到對應的繞組54 - 62。繞組54 - 62作為次 級繞組可拆卸地連接到初級繞組40、 42。即，在任何時候，可以將包 括燈和繞組的單元從初級繞組之一上拆下來或者連接到初級繞組之一 上。
圖4表示的系統1的實施例所包括的方波電流源是相對簡單的形 式，適合於以上所述的實施例。安排直流電流源80向全橋結構提供直 流電流，所說的全橋結構包括4個開關82、 84、 86、 88。開關最好包 括電子開關，例如場效應電晶體或任何合適的半導體開關。開關按照 已知的方式連接到控制器，在圖4中沒有示出這個控制器，將這個控 制器安排成控制開關的切換。對於開關進行控制，以便當開關82和88 斷開時，開關86和84傳導電流。另一方面，當開關86和84斷開時， 開關82和88傳導電流源的電流。於是，例如為兩個變壓器的初級繞 組90、 92提供方波電流、交流電流，所述電流或者從開關82流到開 關88，或者從開關86流到開關84。例如，圖中所示的次級繞組94、 96連接到燈98、 100。然而，這種方波電流源的結構可以與上述實施 例中的任何一個組合起來。
在使用中，方波電流源為初級繞組提供基本上是方波的電流，如 圖5所示，其中在豎軸表示電流/，水平軸表示時間L每個氣體放電 燈在不同的時間提供兩種類型的負載，首先，在啟動之前是高阻抗， 然後當燈點亮時是相對較低的電阻。
可以通過以下的公式(1 )描述變壓器的初級繞組中和次級繞組中 消耗的功率
formula see original document page 7
在這裡，Uli、 Uu和i Ll、 1匕2 分另"代表在第一和第二繞組中的電壓和電流。 在燈點火前，可以使用以下的公式(2)估算在對應的初級繞組上的電 壓
formula see original document page 7在這裡，Uu是電感L,上的電壓，電感L,代表變壓器初級繞組，di/dt 是在某一段時間期間電流iu的變化。
從上述公式(1)和(2)可以看出，在電流方向切換期間，向初 級繞組直接提供方波電流，將在次級繞組上產生電壓峰值。圖6表示 的是在燈啟動期間在任何一個次級繞組上的電壓&。水平軸代表時間 "即由於在點火燈之前對應的燈處於高阻抗狀態，因而在次級繞組中 的iu可以忽略。在燈點火之後，在次級繞組上的電壓較低，這是由於 燈的阻抗的電阻特性引起的。
除了提供啟動低壓氣體放電燈(例如螢光燈)所需的1千伏量級 的電壓峰值以外，按照本發明的系統還能提供5千伏量級的相對較高 的電壓峰值，這個相對較高的電壓峰值是啟動高壓氣體放電燈(例如 高強度放電燈)所需要的。電壓峰值的高度由公式(2)調控。由於變 壓比L,/L2的存在，在初級繞組上的電壓峰值將在次級繞組上引起電 壓峰值，這個電壓峰值要乘以n2/n,。這裡，L,是初級繞組的電感，L是 次級繞組的電感。n,和ri2分別代表初級繞組和次級繞組的匝數。通過 提供方波電流，電流方向的切換是如此之快，以致電壓峰值可以在幾 個千伏的數量級。
本發明的實際實施例可以包括任何數目的變壓器和任何數目的 燈，這取決於電流源實際可用的功率。燈的數目實際上可以是從1到 50的任何數目。變壓器的數目可以等於燈的數目，或者可以小於燈的 數目，只要被證明是比較方便即可。方波電流的頻率可以是幾個赫茲 直到幾個千赫茲或者甚至於兆赫茲之間的任何一個頻率。通常根據燈 的特性來確定這個頻率。
用於操作7個20瓦、100伏的氣體放電燈的一個實際的實施例包 括7個變壓器，例如參見圖1。電流源的最大容量是150瓦，並且提供 150赫茲的方波電流。初級繞組中的電流約為3安培。燈電流約為200 毫安。初級繞組與次級繞組之比是1伏24伏。開關頻率約為220赫 茲。變壓器初級繞組的阻抗約為12毫亨，電流方向的切換約需10微 秒。由於電流幅度約為2.6安培，所以在連接燈時產生的電壓峰值估 算為6.24千伏左右。在實踐中，電壓峰值被證明約為4. 5千伏，其足 夠啟動大多數氣體放電燈。在另一個實際的實施例中，所說的系統包括一個與一個次級繞組
相連的70瓦、IOO伏的燈和一個與另一個次級繞組相連的150瓦、100 伏的燈。電流源的最大容量是150瓦，通過初級繞組的電流約為3安 培。對於70瓦的燈，初級繞組和次級繞組之比是17.5伏100伏；對 於150瓦的燈，初級繞組和次級繞組之比是35伏100伏。即，變壓 比是根據與次級繞組相連的燈來決定的。
與現有技術相比，按照本發明的系統提供了幾種改進。所說的系 統包括較少的部件，因此使它更加牢固，更加成本有效。由於電流方 向基本上是瞬時切換的，因而方波電流與變壓器的初級繞組的組合， 在點火燈之前在燈上提供的電壓峰值足夠高，可以點火低壓氣體放電 燈和高壓氣體放電燈這兩者。所說的電壓峰值可以分別約為1千伏和4 -5千伏。因此，本發明不再需要反饋系統來根據燈的功率控制電源的 輸出。用於控制圖4所示開關的開關頻率的振蕩器就能令人滿意。此 外，調節向初級繞組提供的方波電流的幅度，調節了 (dims)燈的輸
出功率。
開關頻率的範圍是50赫茲到1300千赫茲，優選的範圍是90赫茲 到500千赫茲。這些頻率被證明是有益的，因為它們適合於驅動低壓 氣體放電燈和高壓氣體放電燈這兩者。優選的頻率相對較低，50赫茲 到10千赫茲，以防止在高壓氣體放電燈中發生聲共振。如果頻率高於 一定的水平，聲共振將受到阻尼。還可以使用相對較高的頻率，其範 圍為100千赫茲到1300千赫茲。為了驅動低壓燈(例如螢光燈)，可 以使用50赫茲到1300千赫茲的整個頻率範圍。50赫茲或者高於50赫 茲的頻率被證明足夠高，可以防止人眼可見的閃爍。
所說的燈可以包括低壓氣體放電燈，例如螢光、SOX、氖、氬、和 硫燈。所說的燈進一步還可包括高壓氣體放電燈，例如汞蒸汽燈、鈉 燈、無汞燈、金屬卣素燈、氙弧燈、陶瓷放電金屬滷素燈、石英高強 度放電燈等等。
通過向初級繞組提供電流，任何一個燈的斷開或連接都不影響在 其它燈上的電壓。還有，由於向初級繞組提供電流，對應的燈可以有 不同的燈功率。
本發明不限於上述的典型實施例。在所附權利要求書的範圍內， 可以設想出這些實施例的各種改進。
權利要求
1、用於操作至少一個氣體放電燈的系統，包括-方波電流源，用於產生基本上為方波的電流；以及-具有初級繞組和至少一個次級繞組的至少一個變壓器；-所述至少一個次級繞組可連接到至少一個氣體放電燈；-方波電流源直接耦合到所述至少一個變壓器的初級繞組，用於向其直接提供方波電流。
2、 權利要求l的系統，所說的系統包括至少兩個變壓器，這些變 壓器的初級繞組相互直接串聯耦合。
3、 權利要求1或2的系統，其中每個氣體放電燈連接到對應的 次級繞組。
4、 根據前述權利要求中任何一個所述的系統，其中所述至少一 個變壓器包括自耦變壓器。
5、 權利要求l的系統，其中方波電流源包括全橋結構，全橋結 構包括4個開關，這些開關都連接到直流電源。
6、 權利要求5的系統，包括控制器，控制器連接到開關，用於控 制開關的開關頻率。
7、 權利要求6的系統，其中開關頻率的範圍為50赫茲到1300 千赫茲，優選的範圍在90赫茲到500千赫茲。
8、 權利要求1的系統，包括至少兩個氣體放電燈。
9、 權利要求8的系統，其中 一個氣體放電燈的燈功率不同於另 一個氣體放電燈的燈功率。
10、 權利要求8或9的系統，其中兩個氣體放電燈連接到所述 至少一個變壓器的一個次級繞組。
11、 權利要求1的系統，其中電流源包括用於調節方波電流的 幅度的裝置。
12、 權利要求1的系統，其中所述至少一個燈包括滷素氣體放 電燈。
13、 權利要求1或12的系統，其中所述至少一個燈包括螢光燈。
14、 用於操作氣體放電燈的方法，所說的方法包括如下步驟 -提供具有初級繞組和次級繞組的至少一個變壓器；-連接至少一個氣體放電燈到次級繞組；-從電流源向初級繞組直接提供電流；-切換電流方向，以便由於在初級繞組上的電壓峰值，並且因此 由於次級繞組上的電壓峰值，而點火所述至少一個氣體放電燈。 15、根據權利要求1 - 14中任何一個所述的系統的使用。
全文摘要
本發明涉及用於操作至少一個氣體放電燈的系統，該系統包括方波電流源，用於產生基本上為方波的電流；具有初級繞組和至少一個次級繞組的至少一個變壓器；所述至少一個次級繞組可連接到至少一個氣體放電燈；方波電流源直接耦合到所述至少一個變壓器的初級繞組，用於向其直接提供方波電流。
文檔編號H05B41/28GK101322445SQ200680045322
公開日2008年12月10日 申請日期2006年11月16日 優先權日2005年12月2日
發明者B·辛佩拉爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司