向嵌入式罐隔熱檢測器供電的電子hid鎮流器的製作方法

2023-06-08 01:04:16

專利名稱：向嵌入式罐隔熱檢測器供電的電子hid鎮流器的製作方法
向嵌入式罐隔熱檢測器供電的電子HID鎮流器
背景技術：
鎮流器在人工照明技術中使用以用於啟動燈並且控制施加於燈的電力，這樣的燈 例如螢光燈和高強度氣體放電(HID)燈等。這些類型的燈常常作為嵌入式面朝下的電燈 (也稱為嵌入式罐形電燈(recessed can light))安裝在所謂的嵌入式罐形器具中，這些罐 形器具嵌入在天花板或牆壁內以提供不顯眼的定向照明源。安裝在這樣的嵌入式罐形器具 中的鎮流器不是典型地被隔熱材料(insulation)覆蓋。如果隔熱材料不適當地安裝，那麼 熱量可能積累，從而增加由照明系統保留的熱量和溫度的升高。這構成火災危險和安全隱 患。為了防止該隱患，可採用檢測系統以檢測溫度升高並且在溫度增加和熱量積累構成安 全問題之前切斷電流。常規的隔熱檢測器包括與雙金屬開關熱耦合的電阻加熱元件，其中 該加熱元件跨接在電壓供應幹線上並且雙金屬開關與到鎮流器的輸入串聯連接。在隔熱材 料在器具中擠壓得太緊密的情況下，隔熱檢測器的內部溫度將升高並且使雙金屬斷開，由 此中斷到鎮流器電路的電力。然而，電阻加熱元件跨接在輸入供應幹線上的連接致使鎮流 器和關聯的隔熱檢測器僅適合於固定的額定輸入電壓。之前嘗試調整隔熱檢測器加熱元件 兩端的電壓使由鎮流器產生的總諧波失真(THD)變差。因此，仍然需要有改進的鎮流器和 技術用於向隔熱檢測器的加熱元件供電而不損害嵌入式罐形照明設備的THD水平。

發明內容
電子鎮流器提供用於操作在嵌入式罐形器具中的燈。該鎮流器包括可耦合於AC 電源的輸入和可耦合於至少一個燈的輸出，以及鎮流器電路，該鎮流器電路操作成從該輸 入接收AC電輸入功率並且提供AC輸出功率給該輸出以驅動該至少一個燈，以及經調整的 電流源/吸收器電路，其提供獨立於輸入電壓的調整量的加熱電流以向電阻加熱元件供 電。該電流源/吸收器電路的某些實施例提供RMS加熱電流以通過線性模式MOSFET或其 他基於半導體的開關器件(包括雙極、IGBT等)(其與電阻加熱元件和第一調整器電路(根 據第一參考電壓控制開關器件的阻抗)串聯耦合)向電阻加熱元件供電。該電流源/吸收 器電路可包括操作成將來自輸入的AC電輸入功率整流以提供整流總線的整流器電路，並 且其中開關器件跨接在該整流總線上且與電阻加熱元件串聯耦合，具有第二調整器電路以 獨立於輸入功率的電壓調整第一參考電壓。提供用於使用電子鎮流器向與嵌入式罐形器具關聯的隔熱檢測器的電阻加熱元 件供電的方法。該方法包括例如通過將提供給該鎮流器的AC輸入功率整流並且產生來自 該整流總線的加熱電流來在該電子鎮流器中產生加熱電流、以及提供該加熱電流給該電阻 加熱元件，並且獨立於提供給該電子鎮流器的輸入電壓來調整提供給該加熱元件的加熱電流量。


在下列詳細說明和附圖中闡述一個或多個示範性實施例，其中圖1是圖示在嵌入式罐形器具中具有用於向隔熱檢測器的電阻加熱元件供電的調整的電流源/吸收器電路的示範性電子鎮流器的簡化示意圖；圖2是圖示在圖1的鎮流器中的電流源/吸收器電路的示範性實施例的示意圖；圖3是示出獨立於鎮流器輸入電壓的電阻加熱元件電流的調整的圖表；圖4是圖示用於使用電子鎮流器向與嵌入式罐形器具關聯的隔熱檢測器的電阻 加熱元件供電的示範性方法的流程圖；以及圖5是圖示示範性驅動器裝置的示意圖，其具有用於提供加熱電流以向與嵌入式 罐形器具關聯的隔熱檢測器的電阻加熱元件和在嵌入式罐形器具中的電子鎮流器(其具 有用於向隔熱檢測器的電子加熱元件供電的調整的電流源/吸收器電路)供電的調整的電 流源/吸收器電路。
具體實施例方式現在參照附圖，其中相似的標號始終用於指相似的元件，並且其中各種特徵不必 須按比例繪製，圖1和2圖示示範性電子鎮流器102，其對於AC電源104的不同輸入電壓 水平提供調整的RMS加熱電流給與嵌入式罐形器具200關聯的隔熱檢測器210的電阻加熱 元件RH，而不引入AC幹線的低或高頻斬波(chopping)，使得輸入電流總諧波失真(THD)將 不被顯著影響。公開的鎮流器和方法實施例在牽涉嵌入式罐形器具的其中隔熱檢測器電路 用於防火的應用中找到特定效用，儘管公開的鎮流器可在其他應用中使用並且公開的方法 可在其他應用中採用。在圖示的鎮流器中，電阻加熱元件RH可具有任何合適的大小和額定 值，例如在正常工作狀況下具有大約2W的額定供應功率水平的7. ^iOHM裝置，其中鎮流器 102供應RMS加熱電流IH(例如，在一個示例中大約17mA)。如在圖1中最佳示出的，加熱元件RH與常閉雙金屬開關SWl熱耦合以形成隔熱檢 測器210。該開關SWl與AC電源104串聯連接，並且該開關SWl和電阻加熱元件RH的熱 耦合可以是任何適當的機械結構或其的相對位置，由此在隔熱材料在器具200中擠壓得太 緊的情況下或另外當器具的給定安裝的熱狀況引起周圍安裝材料、電力接線過熱或鎮流器 102自身過熱的潛在性時開關SWl斷開。從而，在有潛在危險的情況下，隔熱檢測器210的 內部溫度升高到雙金屬開關SWl將斷開的點，由此去除到鎮流器102的電力。在常規鎮流 器/隔熱檢測器產品中，不同的電阻元件RH將需要在不同的源電壓的應用中使用，因為加 熱元件RH從AC幹線電壓自身來供電。圖示的鎮流器102反而包括具有整流器134和調整 的電流源電路132的內部調整電流源/吸收器電路130以獨立於由電源104供應的電壓水 平來提供調整的加熱電流IH給加熱元件RH。該新穎概念允許使用一個獨立於施加輸入電 壓的加熱元件電阻RH，由此該器具製造商可以對所有器具200使用相同的熱保護器210/鎮 流器102而不管輸入電壓如何。電子鎮流器102使用在耦合於AC電源104的輸入105處獲得的輸入功率操作耦 合於輸出106的任何給定類型的一個或多個燈108。鎮流器102在一個實施例中包括用於 與電源104和隔熱檢測器210連接的一對輸入端子105和一對電阻加熱元件端子107，儘管 其他接線配置是可能的。主鎮流器電路120通過可選EMI濾波器電路耦合於輸入105並且 操作成接收來自輸入105的AC電輸入功率並且提供AC輸出功率給輸出106以驅動燈108。 可以使用任何合適的鎮流器電路120，其提供適合於驅動一個或多個燈的輸出，非限制性地 包括瞬間啟動鎮流器電路、程序啟動鎮流器電路、調光鎮流器電路等。濾波器電路110在圖
5示的實施例中通過連接112從輸入105到鎮流器電路120耦合功率並且還耦合輸入功率到 調整的電流源/吸收器電路130，儘管其中省略濾波器電路110的其他實施例是可能的。調整的電流源/吸收器電路130與端子107耦合併且操作成接收來自輸入105的 AC電功率(通過可選濾波器110)並且提供調整量的加熱電流IH以向電阻加熱元件RH供 電，其中該調整量大致上獨立於輸入功率的電壓。在這點上，當AC源電壓為零時不提供加 熱電流IH，並且僅某個最大量電流可以由電路130供應，但在正常工作中電流IH是一般恆 定RMS值，不管鎮流器102和檢測器210由120伏特、240伏特還是277伏特AC電源104供 電。電路130的該操作在下文連同圖3進一步圖示和描述。儘管示範性電流源/吸收器電 路130提供調整量的RMS加熱電流以向電阻加熱元件RH供電，其中電路130提供具有獨立 於來自電源104的輸入AC電壓而調整的值的時間變化電流(例如，AC電流或其他形式的 時間變化電流)的其他實施例是可能的。特別參照圖2，調整的電流源/吸收器電路130包括分別地整流器134以及第一 和第二調整器電路13 和132b，連同開關器件Q2，例如MOSFET (可以使用其他開關器件類 型，例如雙極，IGBT等)等，其耦合於與電阻加熱元件RH串聯的端子107並且採用線性模 式操作而操作成提供隨調整器電路13 施加於其柵極端子的柵-源電壓Vgs而變化的串 聯阻抗。該第一調整器電路13 進而提供柵極控制信號以根據第一參考電壓CREF控制開 關器件Q2的阻抗。整流器電路134包括全二極體橋D1-D4以整流來自輸入105的AC電輸 入功率(在一個實施例中通過EMI濾波器110接收)並且提供整流總線。上部總線連接到 第一端子107a並且電路路徑跨接在整流總線上而形成，其包括檢測器210的電阻加熱元件 RH、線性模式開關器件Q2和電阻R5到下部整流總線(接地)的串聯連接。從而配置的加 熱電流IH流過跨接在整流器電路134提供的整流總線上的該串聯電路路徑。第一調整器 電路13 接收R5兩端的電壓作為輸入並且提供用於開關器件Q2的柵極控制信號作為輸 出以便根據參考CREF調整R5兩端的電壓(並且因此調整電流IH)。在圖示的實施例中，第 一調整器13 包括op-amp (誤差amp) U4，其具有耦合於參考CREF的非反相輸入和通過電 阻器R6耦合於Q2和R5的連接節點的反相輸入。U4的輸出通過由兩個電路分支的並聯連 接形成的反饋電路耦合於該反相輸入，其中一個電路分支包括電阻R7和電容Cl的串聯組 合併且另一個電路分支包括電容C2。U4的輸出通過電阻R8耦合以驅動開關器件Q2的柵 極控制信號。電路13 從而基於參考電壓CREF控制Q2的阻抗，使得施加到電阻加熱元件 RH的加熱電流IH量獨立於AC電源104的電壓而被調整。如也在圖2中示出的，參考電壓CREF在包括上部電阻Rl和下部電阻R2的電阻分 壓器電路的中心節點處產生，其中R2與第二調整器電路132b的電阻R3和JFET Ql的串聯 組合併聯耦合。第二調整器電路132b操作成通過控制JFET Ql作為可變電阻以採用閉合 環路方式調節獨立於輸入電源104的電壓的CREF節點電壓而調整第一參考電壓CREF。柵 極控制信號從誤差amp U3通過電阻R4提供給JFETQ1。在電路132b中的第一緩衝放大器 Ul緩衝參考電壓值CREF並且Ul的緩衝輸出信號提供給由電阻器R9和具有並聯在RlO兩 端的濾波電容器C3的RlO形成的電阻分壓器電路，並且R9和RlO的聯接節點連接到第二 緩衝放大器U2的非反相輸入。U2提供輸出通過電阻Rll給U3的反相輸入，其中U3的非反 相輸入耦合於第二參考VREF(VREF等於當Ql關斷時CREF的DC值)。U3的輸出通過電阻 器R4驅動JFET Ql的柵極，其中輸出通過反饋網絡與反相輸入耦合，該反饋網絡包括與電阻R12和電容C4的串聯組合併聯的C5。從而，示範性第二調整器電路132b控制Ql的阻抗 以通過閉環操作調節獨立於輸入電源104的電壓的CREF節點電壓。還參照圖3，圖表300和310分別圖示電路130的調整操作，其隨時間示出電源104 的AC輸入電壓302和加熱電流IH 312。當AC輸入電壓曲線302從120伏特的初始值變 化到240伏特並且然後到277伏特時，提供給電阻加熱元件RH的電流IH基本上保持恆定。 注意到鎮流器102從而理想地適合於廣泛的應用，而不必須向不同的輸入電源電壓水平提 供不同的RH值。此外，不像其他方式，第一和第二調整器電路13 和132b不牽涉AC開關 操作並且因此不造成電源104處的THD (總諧波失真)。還參照圖4，圖示用於使用電子鎮流器102向與嵌入式罐形器具200關聯的隔熱檢 測器210的電阻加熱元件RH供電的方法400。該方法包括在410在該電子鎮流器102中產 生加熱電流IH，在420提供該加熱電流IH給該電阻加熱元件RH，並且在430獨立於提供給 該電子鎮流器102的輸入電壓調整提供給該電阻加熱元件RH的加熱電流IH量。在該圖示 的方法400中在410處產生加熱電流包括在412整流提供給該電子鎮流器102的AC電輸 入功率以提供整流總線，並且在414從該整流總線產生加熱電流IH。這在一個實施例中可 以通過在跨接於整流總線上與電阻加熱元件RH串聯地耦合線性模式MOSFET或其他合適的 開關器件(例如在上文圖2中的Q2)來完成。在該實施例中在430調整加熱電流量IH包 括根據可使用來自整流總線的電功率產生的參考電壓CREF控制開關器件Q2的阻抗。圖5圖示在不同的實施例中的示範性驅動器裝置130，其中調整的電流源/吸收器 電路130與鎮流器102分開。該驅動器裝置130通過合適的端子得到來自輸入電源104的 電力並且包括具有用於連接到隔熱檢測器210的電阻加熱元件RH的合適端子的輸出107。 該驅動器裝置130如上文連同圖1和2的電路130描述的那樣操作成使用上文描述的調整 的電流源/吸收器電路提供加熱電流IH以向電阻加熱元件RH供電。上文的示例僅說明本公開的各種方面的可能實施例，其中當本領域內技術人員閱 讀並且理解該說明書和附圖時其將想到等同的改動和/或修改。特別關於由上文描述的部 件(組件、裝置、系統、電路等)執行的各種功能，用於描述這樣的部件的術語(包括對「手 段(means) 」的引用)意在對應於(除非另外指出)執行描述的部件的指定功能的(即，其 在功能上等同的)任何部件，例如硬體、軟體或其的組合等，即使在結構上不等同於執行在 本公開的圖示實現中的功能的公開結構。另外，儘管本公開的特定特徵可能已經關於若干 實現中的唯一一個來圖示和/或描述，這樣的特徵可與其他實現中的一個或多個其他特徵 結合，如對於任何給定或特定應用可能是期望和有利的。此外，對單數部件或項的引用(除 非另外指定)意在包含兩個或多個這樣的部件或項。同樣，就術語「包括」、「具有」、「有」或 其的變化形式在詳細說明和/或在權利要求中使用來說，這樣的術語意為在某種意義上與 術語「包括」相似地是包括性的。本發明已經參照優選實施例描述。顯然，當其他人閱讀並 且理解前面的詳細說明時其將想到修改和改動。意圖是本發明解釋為包括所有這樣的修改 和改動。部件列表
權利要求
1.一種電子鎮流器(102)，用於操作在嵌入式罐形器具O00)中的燈(108)，所述電子 鎮流器(10 包括可耦合於AC電源(104)的輸入(105)；可耦合於至少一個燈(108)的輸出(106)；鎮流器電路(120)，其操作成從所述輸入(105)接收AC電輸入功率並且提供AC輸出功 率給所述輸出(106)以驅動所述至少一個燈(108)；至少一個端子(107)，其可耦合於與所述器具(200)關聯的隔熱檢測器(210)的電阻加 熱元件(RH)；以及與所述端子(107)耦合的調整的電流源/吸收器電路(130)，其操作成從所述輸入 (105)接收AC電功率並且提供調整量的加熱電流(IH)以向所述電阻加熱元件(RH)供電， 所述調整量獨立於所述輸入功率的電壓。
2.如權利要求1所述的鎮流器(102)，進一步包括將來自所述輸入(105)的輸入功 率耦合於所述鎮流器電路(120)和所述調整的電流源/吸收器電路(130)的濾波器電路 (110)。
3.如權利要求1所述的鎮流器(102)，其中所述調整的電流源/吸收器電路(130)提 供調整量的RMS加熱電流以向所述電阻加熱元件(RH)供電。
4.如權利要求1所述的鎮流器(102)，其中所述調整的電流源/吸收器電路(130)包 括線性模式開關器件(Q2)，其耦合於與電阻加熱元件(RH)串聯的所述至少一個端子(107) 和根據第一參考電壓(CREF)控制所述開關器件的阻抗的第一調整器電路(132a)。
5.如權利要求4所述的鎮流器(102)，其中所述調整的電流源/吸收器電路(130)包 括操作成將來自所述輸入(105)的所述AC電輸入功率整流以提供整流總線的整流器電路 (134)，並且其中所述線性模式開關器件0^2)在跨接於所述整流總線上與所述電阻加熱元 件(RH)串聯耦合。
6.如權利要求5所述的鎮流器(102)，其中所述調整的電流源/吸收器電路(130)包括 操作成獨立於所述輸入功率的電壓來調整所述第一參考電壓(CREF)的第二調整器電路。
7.如權利要求4所述的鎮流器(102)，其中所述調整的電流源/吸收器電路(130)包括 操作成獨立於所述輸入功率的電壓來調整所述第一參考電壓(CREF)的第二調整器電路。
8.一種用於使用電子鎮流器(102)向與嵌入式罐形器具(200)關聯的隔熱檢測器 (210)的電阻加熱元件(RH)供電的方法G00)，所述方法包括在所述電子鎮流器(102)中產生010)加熱電流(IH)；提供(420)所述加熱電流(IH)給所述電阻加熱元件(RH)；以及獨立於提供給所述電子鎮流器(10 的輸入電壓來調整(430)提供給所述電阻加熱元 件(RH)的加熱電流(IH)量。
9.一種用於提供加熱電流(IH)以向與電子鎮流器(10 和嵌入式罐形器具(200)關 聯的隔熱檢測器Ο ο)的電阻加熱元件(RH)供電的驅動器裝置(130)，所述驅動器裝置 (130)包括可耦合於AC電源(104)的輸入(130a)；可耦合於與所述器具(200)關聯的隔熱檢測器O10)的電阻加熱元件(RH)的輸出 (107)；以及與所述輸出(107)耦合的調整的電流源/吸收器電路，其操作成從所述輸入(104)接 收AC電功率並且提供調整量的加熱電流(IH)以向所述電阻加熱元件(RH)供電，所述調整 量獨立於所述輸入功率的電壓。
10.如權利要求9所述的驅動器裝置(130)，其中所述調整的電流源/吸收器電路提供 調整量的RMS加熱電流以向所述電阻加熱元件(RH)供電。
全文摘要
提供電子鎮流器(102)、驅動器裝置(130)和方法，其中加熱電流(IH)由該驅動器使用調整的電流源/吸收器電路產生以向與嵌入式罐形器具(200)關聯的隔熱檢測器(210)的電阻加熱元件(RH)供電。
文檔編號H02M3/156GK102111943SQ20101061613
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者J·G·埃萊克, J·G·費爾蒂 申請人:通用電氣公司