帶有燈座防弧的鎮流器的製作方法
2023-05-23 03:03:06
專利名稱：帶有燈座防弧的鎮流器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及用於啟動和控制氣體放電燈或螢光燈的電子鎮流器，並且更具體涉及用於瞬時啟動螢光燈的帶有防弧(arcprotection)的電子鎮流器。
背景技術：
螢光燈是高效率的氣體放電燈，其使用通過低壓汞蒸汽的放電來產生紫外線(UV)能量。該紫外線能量激發在玻璃管的內部作為薄層施加的磷光材料，並且熒(磷)光物質將UV變換為可見光。用於螢光燈的鎮流器提供高的點火電壓來啟動該燈，並且在燈工作期間控制功率輸送。瞬時啟動類型鎮流器的點火電壓可以超過800伏峰值，並因此螢光燈常遭受輸出發弧光的問題。典型的螢光燈利用幾百伏、頻率通常高於30KHz的交流電壓工作。位於燈的兩端上構成電極的燈絲交替地在每個頻率周期中用作電子發射陰極。
瞬時啟動類型的螢光燈鎮流器被設計為只要施加電源，就啟動螢光燈。最初被開發以消除單獨的機械啟動機裝置的瞬時啟動電路在具有較長的燃燒周期(諸如連續24小時工作)或者具有有限的通斷開關(on-and-off switching)的照明應用中通常是更加適宜的。現今，T8型式的瞬時啟動鎮流器是市場上最流行的鎮流器類型，這是因為其高效率、安裝容易、費用適中以及獨立燈工作的特點，當單個燈停止工作的時候，後者通過從正在運行的燈中提供光來改善系統安全性。瞬時啟動鎮流器在螢光燈的每個末端上僅僅需要一個引腳(pin)，雖然可以與具有可加熱燈絲的燈一起使用，並且在由燈製造商相應地定額這些燈時在每個末端上需要二個引腳。
在瞬時類型鎮流器的燈座內可能的發弧光是一種有待減輕的被認為是不希望效果的現象。傳統的具有並聯燈工作的瞬時啟動鎮流器在輸出斷開的時候施加恆定的高電壓，並且例如在燈和燈插座之間出現斷續連接的時候，可能出現電弧。當替換出現故障的燈時，同時AC電源被施加到鎮流器上，有可能在螢光燈安裝中出現瞬間輸出發弧光，在固定插座和燈的引腳之間形成電弧。發弧光也許不僅導致在固定插座中觸點的老化和鎮流器內的元件上過度的壓力，而且也導致燈插座過熱的可能性。
近年來，照明行業已經正在研製技術來檢測潛在的發弧光條件，並且在發弧光變成問題之前，關閉照明系統。UnderwritersLaboratories(擔保人實驗室)對於具有抗弧光的鎮流器給予Class(類別)CC等級。
對於能夠在苛刻的環境條件下使用的螢光燈，已經設計了無弧的帽固定器(cap holder)。在2001年2月27日頒布的美國專利6193534「Non-Arcing Fluorescent Lamp Holder」中，Burwell等人公開了一種具有防水和絕緣特性的燈座組件。該螢光燈座組件適於容納各種各樣注模的端點封頭(end cap)結構，並且在一個優選實施例中包括被保護套圍繞的螢光燈。第一端點封頭覆蓋燈和套的第一末端，而包括管電源連接器帽的第二端點封頭結構覆蓋燈和套的第二末端。每個帽固定器的內部(也稱為接受器)可以被遮蔽，以阻止電弧，並允許接受器彎曲。這些端點封頭最好是水密的。
雖然已經使用更複雜和昂貴的解決方案來產生用於瞬時啟動鎮流器的抗電弧CC等級時，但是存在對於瞬時啟動CC分級的電子螢光燈的需要，其可以利用對鎮流器的其它特點和功能影響最小的方式被併入現有的鎮流器設計中。改進的鎮流器將包括好的壽命終止和自動重新啟動特點，消除在出現故障的燈被替換之後重置電源斷路器的需要。這也將提供所希望的鎮流器系統和方法，用於在放電燈和螢光燈中降低和防止電弧發生，其是有效率的、經濟有效的並且利用大多數電源電路工作。
發明內容
本發明的一個方面是一種用於螢光燈的電子鎮流器，包括螢光燈鎮流器電路、電弧檢測電路和燈切斷裝置。螢光燈鎮流器電路提供電源給螢光燈。電弧檢測電路被電連接到螢光燈鎮流器電路。燈切斷裝置與螢光燈串聯連接，並且電耦合到電弧檢測電路。當電弧檢測電路檢測到發弧光的時候，燈切斷裝置被斷開。
本發明的另一個方面是一種用於螢光燈的防弧電路，包括電弧檢測電路以及與螢光燈串聯並且電耦合到電弧檢測電路的燈切斷裝置。當電弧檢測電路檢測到發弧光的時候，燈切斷裝置被斷開。
本發明的另一個方面是一種操作螢光燈的方法，具有步驟監視發弧光條件，並且在檢測到發弧光條件的時候，斷開到螢光燈的電源。
本發明的另一個方面是一種用於螢光燈的防弧電路，包括電弧檢測電路和用於降低提供給螢光燈的燈功率的裝置。該電弧檢測電路是與螢光燈串聯連接，並且響應於作為發弧光指示的經過螢光燈的電流的中斷。當檢測到經過螢光燈的電流的中斷的時候，降低給螢光燈的燈功率。
從下面結合伴隨的附圖一起閱讀的目前優選的實施例的詳細描述中，本發明的上述和其他的特點及優點將變得進一步清晰可見。詳細的描述和附圖僅僅是說明本發明，而不是限制本發明，本發明的範圍由所附的權利要求及其等效物來限定。
本發明的各種各樣的實施例利用附圖來舉例說明，其中圖1是按照本發明一個實施例的用於螢光燈的電子鎮流器的方框圖；圖2是按照本發明一個實施例的用於螢光燈的防弧電路的示意圖；圖3是按照本發明一個實施例的用於帶有燈座防弧的電子鎮流器的定時圖；和圖4是按照本發明的一個實施例的操作螢光燈的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出按照本發明的一個實施例的用於螢光燈20的電子鎮流器10的方框圖。電子鎮流器10包括螢光燈鎮流器電路30以及包含電弧檢測電路40和燈切斷裝置50的防弧電路33，防弧電路33被串聯電連接在螢光燈鎮流器電路30和螢光燈20之間。燈切斷裝置50被電耦合到電弧檢測電路40。帶有電弧檢測電路40和燈切斷裝置50的電子鎮流器10可用於對於利用瞬時啟動、編程啟動、快速啟動及其他類型的鎮流器電路操作的螢光燈提供電弧保護。電子鎮流器10可以連接到一個或者一組螢光燈20。在一個實施例中，電子鎮流器10在燈插座中檢測到發弧光，採取適宜的行動來消除弧光，並且隨後在為了消除電弧已過去足夠的時間之後，又將該燈電源接通。
螢光燈20可以在每個末端上具有一個或者二個引腳；對於瞬時啟動操作，需要在每個末端上的單個引腳，而在每個末端上的一組引腳用於電連接到燈絲和用於在螢光燈20的終端引腳上施加高電壓。燈座22和24位於螢光燈20的每個末端上，在螢光燈20的末端上提供到這些引腳的電接觸。燈座22、24允許螢光燈20依照要求進行安裝和拆除，並且對於螢光燈20提供機械支持。因為在燈座22、24內的電接觸可以氧化或鬆開，所以在高電壓施加到螢光燈20上的時候，有時在燈座22、24和螢光燈20的末端上的引腳之間形成局部化電弧。
螢光燈鎮流器電路30提供電源給一個或多個螢光燈20，以或瞬時啟動或者編程啟動模式啟動螢光燈20，並且隨後控制電源，以使燈承受住電弧。如本領域中所公知的，這種類型的電路包括用於從AC(交流)線路電源12產生DC(直流)電壓的AC-DC變換器，和在指定的電壓和頻率上驅動螢光燈的受控頻率反相器電路。輸出電路包括限制到燈的電流的阻抗元件。鎮流器電容器32被連接在螢光燈鎮流器電路30的輸出和螢光燈20之間，以便在圖1的實施例中起著限制到燈的電流的阻抗元件的作用。
電弧檢測電路40檢測可能出現在燈座22、24和螢光燈20之間的電弧。電弧檢測電路40檢測燈座發弧光條件，諸如燈過壓條件或中斷的燈電流條件。例如，當在螢光燈20與燈座22、24之間出現間歇電弧的時候，可能出現燈過壓條件，並且在螢光燈20的末端上產生的電壓能夠超過600伏或更大。例如，當出現間斷電弧並且燈電流被中斷的時候，可能出現中斷的燈電流條件。例如，當藉助於電弧檢測電路40檢測到電弧的時候，燈切斷裝置50被斷開。
將控制信號從防弧電路33施加到燈切斷裝置50，以允許接通燈或者保持該燈為關斷。施加到燈切斷裝置50的輸入控制終端上的燈接通控制信號例如接通燈切斷裝置50，並且允許電流流動，而燈關斷控制信號將燈切斷裝置50關斷，並且阻塞電流流過螢光燈20。在一個例子中，燈切斷裝置50包括高電壓三端雙向可控矽開關。在另一個例子中，燈切斷裝置50包括功率金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、二極體電橋布置的電晶體或者其它的功率器件或者功率器件結構。電子器件諸如電阻器、電容器、二極體和電晶體被用於偏置和提供適宜的信號電平和定時給燈切斷裝置50。藉助於三端雙向可控矽開關，例如，在該三端雙向可控矽開關的輸出端上在相對高的鎮流器輸出頻率上，隨著大的鎮流器電壓，出現高的電流變化比率(di/dt)，保持該三端雙向可控矽開關處於接通或者閉合條件之中，同時燈電流繼續流動，起著燈接通控制信號的作用。當電流被中斷的時候，電流的缺乏起著用於三端雙向可控矽開關導通的燈關斷控制信號的作用。
電弧檢測和電弧保護可以使用其它類型的雙向開關裝置來實現，這些雙向開關裝置具有電路來檢測電流的中斷和/或超出燈的正常工作範圍的燈電壓的增加。
在可選擇的結構中，在阻塞在螢光燈20和螢光燈鎮流器電路30之間的燈切斷裝置50以保證恰當點燃螢光燈20之前，在首先接通電子鎮流器10之後，電路使螢光燈20的連接保持預定的時間周期。
防弧電路33可以包含燈切斷延遲電路60。燈切斷延遲電路60被電連接到燈切斷裝置50。燈切斷延遲電路60提供燈接通控制信號給燈切斷裝置50，以便在預定的啟動周期期間使燈切斷裝置50保持在閉合條件中。在初始啟動期間，例如，燈切斷延遲電路60對於100毫秒或更長的時間時期提供燈接通控制信號給燈切斷裝置50，以確保螢光燈20具有足夠長的時間周期來點燃和接通，即使出現間斷的燈座電弧。燈切斷延遲電路60可以包括例如充電網絡、單穩多諧振蕩器或者定時晶片，以實現所需要的延遲周期。
防弧電路33還可以包含燈重新啟動電路70。燈重新啟動電路70被電連接到燈切斷裝置50。當預定的燈重新啟動延遲周期已經期滿的時候，燈重新啟動電路70提供燈接通控制信號給燈切斷裝置50。例如，在已經檢測到電弧並且已除去給螢光燈20的電源之後，可以自動地試圖重新啟動該燈。燈重新啟動延遲周期可以超過例如十秒，以允許燈座中的電弧衰減和燈座中產生的任何熱量耗散。該延遲周期例如可以藉助於定時電路或者定時晶片來生成。
在另一個實施例中，包括與螢光燈20串聯的電弧檢測電路40的防弧電路對於指示發生電弧的經過螢光燈20的電流的中斷進行響應。當檢測到通過螢光燈20的電流的中斷時，提供給螢光燈20的燈功率被降低，諸如當檢測到發生電弧條件的時候，通過藉助於燈切斷裝置50阻塞到螢光燈20的電源，或者通過降低從螢光燈鎮流器電路30施加給螢光燈20的電壓，降低提供給螢光燈20的燈功率。
圖2示出按照本發明的一個實施例的用於螢光燈20的防弧電路的示意圖。該防弧電路包括起著電弧檢測電路40的作用和起著燈切斷裝置50作用的三端雙向可控矽開關52，以及燈切斷延遲電路60。當鎮流器電路30經由鎮流器電容器32施加電源的時候，其經由電容器C1、二極體D1、二極體D2和齊納二極體D4在電容器C2上產生DC電壓。這個DC電壓經由電阻器R3提供電流給三端雙向可控矽開關52的柵極，使其導通。MOSFET電晶體M1最初處於允許電流流動的斷開狀態中。在由電阻器R2和電容器C3的時間常數確定的預定時間周期之後，電容器C3上的電壓達到電晶體M1的導通閾值，使其接通。這除去了來自三端雙向可控矽開關52的柵電流，並且三端雙向可控矽開關52現在將只保持導通，同時電流繼續流過它。當經由三端雙向可控矽開關52的電流被中斷的時候，諸如在燈20和其燈座之一之間存在發弧光時的情況，三端雙向可控矽開關52斷開，從而除去來自燈的電源。燈接通控制信號可以是利用齊納二極體D3而電壓受限的。偏置電阻器R1限制通過齊納二極體D3和三端雙向可控矽開關柵極的電流。
防弧電路包括燈切斷延遲電路60，如返回在圖1中所示的。燈切斷延遲電路60被電連接到燈切斷裝置50。示範性的燈切斷延遲電路60提供燈接通控制信號給燈切斷裝置50，以便在螢光燈20被首次點燃時在預定的啟動周期期間，或者在檢測到電弧並且電源被從螢光燈20除去之後將被點燃的後續試圖期間，保持燈切斷裝置50處於閉合狀態之中。例如，在啟動周期期間，不管在燈座中是否存在發弧光，將燈接通控制信號施加到三端雙向可控矽開關或者用作燈切斷裝置50的功率MOSFET的柵極，從而給螢光燈20提供足夠的時間來點燃。在一個例子中，柵電流在電子鎮流器10被接通時被提供給三端雙向可控矽開關，並且繼續被提供至少數百毫秒的周期，直至這樣的時間，即在螢光燈20上檢測到高電壓，並且柵電流被除去。
防弧電路可以包括燈重新啟動電路70，如返回在圖1中所示的。燈重新啟動電路70被電連接到燈切斷裝置50。當預定的燈重新啟動延遲周期已經期滿時，燈重新啟動電路70提供燈接通控制信號給燈切斷裝置50。例如，燈關斷控制信號在燈重新啟動延遲周期期間被施加到三端雙向可控矽開關或者用作燈切斷裝置50的功率MOSFET的柵極，以允許由發弧光燈座產生的任何熱量消散，然後在已結束燈重新啟動延遲周期之後，施加燈接通控制信號。
圖3示出按照本發明的一個實施例的用於螢光燈的防弧電路的定時圖。該定時圖示出在本發明的特徵操作模式期間提供給燈切斷裝置的燈電壓42和燈控制信號44。
在時間t0上，電源被施加於該電子鎮流器。高頻燈電壓被施加在螢光燈上，並且燈接通控制信號被施加給與螢光燈串聯的燈切斷裝置。在啟動周期期間的某個點上，螢光燈被點燃。在瞬時啟動電子鎮流器的情況下，在啟動周期期間，升高的電壓被施加到螢光燈的終端上，其隨後在螢光燈被點燃時在時間t1上所示出的正常操作期間被降低。電弧檢測電路監視燈座中發弧光。
當如在時間t2上所示在燈座中檢測到電弧時，生成燈關斷控制信號並且將之施加給燈切斷裝置，除去給該螢光燈的電源，並且燈重新啟動延遲周期被啟動。
在燈重新啟動延遲周期結束時，可以嘗試重新啟動。在時間t3上，生成燈接通控制信號並且將其施加給燈切斷裝置。鎮流器電壓被施加給該螢光燈，並且該螢光燈被重新啟動。在時間t4上所示的重新啟動周期結束時，假定該螢光燈已經重新啟動，並且正常操作繼續經過時間t5，此時提供給螢光燈鎮流器電路的電源被除去，並且該螢光燈被斷開。
圖4示出按照本發明的一個實施例的操作螢光燈的方法的流程圖。
如在方框80上看到的，確定啟動條件。確定是否存在啟動條件，諸如從牆壁開關的翻動(flipping)中檢測施加給螢光燈鎮流器電路的線路電壓，檢測房間中的居住者和施加線路電壓給電子鎮流器，或者在完成夜間操作之後循環。
當確定啟動條件時，電源被施加給該螢光燈，如在方框82上看到的。在啟動周期期間，在螢光燈被點燃之前，瞬時啟動電子鎮流器可以施加升高的電壓給在螢光燈具中的一個或多個螢光燈。雖然在啟動期間可以檢測到發弧光條件，但是提供給螢光燈的電源被保持預定的啟動周期。
該燈點燃，如在方框84上看到的。沿著螢光燈的長度的放電在螢光燈管內生成，並且通過持續給螢光燈施加燈電壓來維持。
在螢光燈正在工作的同時，電弧檢測電路監視發弧光條件，如方框86上看到的。監視發弧光條件可以包括例如測量螢光燈電壓，以及比較測量的電壓與一個閾值，或者監視螢光燈電流的中斷。
當檢測到發弧光時，提供給該螢光燈的電源被阻塞，如在方框88上看到的。阻塞提供給螢光燈的電源可以包括例如發送燈關斷控制信號給與該螢光燈串聯的燈切斷裝置，或者檢測燈電流中的中斷，並且由於降低在燈切斷裝置上的di/dt而斷開與螢光燈串聯的燈切斷裝置。在一些情況下，施加給該螢光燈的所有電源被阻塞；在其它情況下，阻塞該電源的顯著部分。
當燈電流被阻塞時，可以啟動燈重新啟動延遲周期，如在方框90上看到的。例如，當檢測到發弧光條件時，可以啟動燈重新啟動延遲周期。可以選擇該燈重新啟動延遲周期，以允許時間來使發弧光衰減，以及使電弧附近產生的任何熱量消散。
當燈重新啟動延遲周期期滿時，可以將燈接通控制信號提供給與螢光燈串聯的燈切斷裝置，如在方框92上看到的。然後，將電源施加給該螢光燈，如返回在方框82上看到的，並且在該螢光燈上保持，直至該燈重新點燃，如在方框84上看到的。在該螢光燈被關斷之前，可以重複從方框82至方框92的步驟。
當電源被從該螢光燈鎮流器電路中除去時，該螢光燈被斷開，如在方框94上看到的。
雖然在此處公開的本發明的實施例目前被認為是優選的，但是不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種各樣的變化和修改。本發明的範圍表示在所附的權利要求中，並且在等效的含義和範圍內的所有變化意欲包含在其中。
權利要求
1.一種用於螢光燈(20)的電子鎮流器，包括螢光燈鎮流器電路(30)；電弧檢測電路(40)，電連接到螢光燈鎮流器電路(30)；和燈切斷裝置(50)，與螢光燈(20)串聯並且電耦合到電弧檢測電路(40)，其中螢光燈鎮流器電路(30)提供電源給螢光燈(20)，並且其中當由電弧檢測電路(40)檢測到發弧光時，斷開燈切斷裝置(50)。
2.根據權利要求1的鎮流器，其中電弧檢測電路(40)檢測燈座發弧光條件。
3.根據權利要求2的鎮流器，其中燈座發弧光條件包括燈過壓條件或中斷燈電流條件之一。
4.根據權利要求1的鎮流器，其中燈切斷裝置(50)包括三端雙向可控矽開關。
5.根據權利要求1的鎮流器，其中燈切斷裝置(50)包括功率金屬氧化物半導體場效應電晶體。
6.根據權利要求1的鎮流器，進一步包括燈切斷延遲電路(60)，電連接到燈切斷裝置(50)，其中燈切斷延遲電路(60)提供燈接通控制信號給燈切斷裝置(50)，以便在預定的啟動周期期間保持燈切斷裝置(50)處於閉合條件中。
7.根據權利要求1的鎮流器，進一步包括燈重新啟動電路(70)，電連接到燈切斷裝置(50)的，其中當預定的燈重新啟動延遲周期已經期滿時，燈重新啟動電路(70)提供燈接通控制信號給燈切斷裝置(50)。
8.一種用於螢光燈(20)的防弧電路，包括電弧檢測電路(40)；和燈切斷裝置(50)，與螢光燈(20)串聯並且電耦合到電弧檢測電路(40)，其中當由電弧檢測電路(40)檢測到發弧光時，燈切斷裝置(50)被斷開。
9.根據權利要求8的防弧電路，其中電弧檢測電路(40)檢測燈座發弧光條件。
10.根據權利要求9的防弧電路，其中燈座發弧光條件包括燈過壓條件或者中斷燈電流條件之一。
11.根據權利要求8的防弧電路，其中燈切斷裝置(50)包括三端雙向可控矽開關。
12.根據權利要求8的防弧電路，其中燈切斷裝置(50)包括功率金屬氧化物半導體場效應電晶體。
13.根據權利要求8的防弧電路，進一步包括電連接到燈切斷裝置(50)的燈切斷延遲電路(60)，其中燈切斷延遲電路(60)提供燈接通控制信號給燈切斷裝置(50)，以便在預定的啟動周期期間將燈切斷裝置(50)保持在閉合條件中。
14.根據權利要求8的防弧電路，進一步包括電連接到燈切斷裝置(50)的燈重新啟動電路(70)，其中在預定的燈重新啟動延遲周期已期滿時，燈重新啟動電路(70)提供燈接通控制信號給燈切斷裝置(50)。
15.一種操作螢光燈(20)的方法，包括監視發弧光條件；和當檢測到發弧光條件的時候，阻塞提供給螢光燈(20)的電源。
16.根據權利要求15的方法，其中監視發弧光條件包括測量螢光燈電壓和將測量的電壓與閾值進行比較。
17.根據權利要求15的方法，其中監視發弧光條件包括監視螢光燈電流的中斷。
18.根據權利要求15的方法，其中阻塞提供給螢光燈(20)的電源包括發送燈關斷控制信號給與螢光燈(20)串聯的燈切斷裝置(50)。
19.根據權利要求15的方法，進一步包括確定是否存在啟動條件；和根據該確定，對於預定的啟動周期，保持提供給螢光燈(20)的電源。
20.根據權利要求15的方法，進一步包括當檢測到發弧光條件時，啟動燈重新啟動延遲周期；和當燈重新啟動延遲周期已經期滿時，提供燈接通控制信號給與螢光燈(20)串聯的燈切斷裝置(50)。
21.一種用於螢光燈的防弧電路，包括電弧檢測電路(40)，其中電弧檢測電路(40)與螢光燈(20)串聯連接，並且其中電弧檢測電路(40)對作為發弧光指示的經過螢光燈(20)的電流的中斷進行響應；和用於降低提供給螢光燈(20)的燈功率的裝置，其中當檢測到經過螢光燈(20)的電流的中斷時，降低提供給螢光燈(20)的燈功率。
全文摘要
本發明提供一種用於螢光燈(20)的電子鎮流器，包括螢光燈鎮流器電路(30)、電連接到螢光燈鎮流器電路(30)的電弧檢測電路(40)以及與螢光燈(20)串聯並且電耦合到電弧檢測電路(40)的燈切斷裝置(50)。螢光燈鎮流器電路(30)提供電源給螢光燈(20)。當由電弧檢測電路(40)檢測到電弧的時候，燈切斷裝置(50)被斷開。
文檔編號H05B41/285GK1849849SQ200480026412
公開日2006年10月18日 申請日期2004年9月9日 優先權日2003年9月12日
發明者R·A·埃爾哈德特, E·門多扎 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司