等離子照明系統及其控制方法
2023-11-30 18:36:01 1
專利名稱：等離子照明系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子照明系統(PLS)，更具體地，涉及一種能夠提高透光率的等離子照明系統及其控制方法。
背景技術：
通常，等離子照明系統(PLS)是指這樣一種照明裝置，其利用從高頻振蕩器(即磁電管)產生的電磁波而將燈泡內的惰性氣體變為等離子態並且由此連續地發光，從而即使沒有電極也能夠提供大量的光。
因為基於等離子發射原理髮光，所以等離子照明系統可長時間使用而不會發生光速降低。而且，因為使用了與自然白光相同的連續光譜，所以等離子照明系統還能夠保護使用者的視力，並且通過減少紫外或紅外射線的發射而能夠提供舒適的照明環境。
圖1為現有技術的等離子照明系統構造的框圖。
如圖1所示，現有技術的等離子照明系統包括電源裝置1、整流器2、半橋逆變器3、控制器4、變壓器5、高電壓產生裝置6和磁電管7。
電源裝置1將交流(AC)電壓提供到等離子照明系統，用於其工作。
整流器2對經電源裝置1輸入的AC電壓進行整流和濾波(smooth)，然後相應輸出直流(DC)電壓。
半橋逆變器3根據開關控制信號將從整流器2輸出的DC電壓逆變為AC電壓，然後輸出逆變的AC電壓。
半橋逆變器3的內部構造將在下文中詳細說明。
控制器4輸出開關控制信號，以交替地開關半橋逆變器3的第一和第二電晶體S1和S2。
變壓器5對從半橋逆變器3輸出的AC電壓進行變壓，即，基於初級線圈與次級線圈的特定匝數比，感應出通過對AC電壓進行變壓所獲得的電壓。
高電壓產生裝置6通過將已經被變壓器5感應至次級線圈的電壓放大(multiply)而產生高電壓。這裡，高電壓產生裝置6的內部構造將在下文中說明。
磁電管7通過接收高電壓產生裝置6產生的電壓作為驅動電壓而產生微波。
圖2為現有技術的等離子照明系統的電路圖，圖3為現有技術的等離子照明系統的工作波形圖。
參照圖2和圖3，控制器4將用於交替開關第一電晶體S1和第二電晶體S2的開關控制信號S1和S2分別施加到第一電晶體S1的柵極G1和第二電晶體S2的柵極G2。因此，根據開關控制信號S1和S2的開/關周期可增大或減小諧振電壓和電流。
這裡，在變壓器5的初級線圈上流動的電壓和電流分別表示為「V1」和「i1」。基於在初級線圈上流動的電壓V1和電流i1，由整流器2整流的電壓Vd被施加至第一電晶體S1，由整流器2整流的電壓Vd的負電壓-Vd被施加至第二電晶體S2。
在變壓器5的初級線圈上流動的電流i1如圖3所示。
接下來，高電壓產生裝置6經電容器C、二極體D1和D2以及電阻器R，將由變壓器5感應至次級線圈的電壓放大，再將由此而獲得的高電壓施加到磁電管7。
磁電管7隨後接收輸入的高電壓作為驅動電壓，從而產生微波。
磁電管7中振蕩的微波經波導和諧振器施加到燈泡。由此，燈泡內的氣體由於電子碰撞而變為等離子態，從而發光。
在利用脈衝信號運行等離子照明系統時，有效地提高了透光率。但是，使用諧振半橋逆變器的等離子照明系統無法利用脈衝信號工作，從而導致了透光率的下降。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種等離子照明系統(PLS)及其控制方法，在該等離子照明系統中，通過驅動脈衝而將高電壓瞬時施加到磁電管以使電磁波振蕩，並且振蕩的電磁波用於反覆地激活燈泡內物質的等離子態，從而能夠提高透光率。
為了實現這些以及其它優點並根據本發明的目的，如在此具體實施和廣泛描述的，本發明提供一種等離子照明系統，包括存儲器，用於存儲經試驗獲得的相應於燈泡內每種物質的第一和第二開關信號的佔空比；控制器，用於從存儲器檢測最佳佔空比，並且相應於檢測到的佔空比輸出相位相同的第一和第二開關信號；以及轉換器，用於根據第一和第二開關信號將直流電壓轉換為由正方波和負方波構成的交流電壓。
根據本發明的另一方案，提供一種等離子照明系統，包括電源裝置，用於產生交流電力；整流器，用於對從電源裝置產生的交流電力進行整流，並基於整流結果輸出直流電壓；控制器，用於根據燈泡內的物質檢測最佳佔空比，並相應於檢測到的佔空比輸出轉換控制信號；轉換器，用於利用所述轉換控制信號將從整流器輸出的直流電壓轉換為交流電壓；變壓器，用於根據特定的匝數比對從轉換器輸出的交流電壓進行變壓；高電壓產生裝置，用於根據特定的比率對由變壓器變壓後的電壓進行放大，並輸出放大後的高電壓；以及磁電管，用於利用從高電壓產生裝置輸出的高電壓產生微波。
為了實現這些以及其它優點並根據本發明的目的，本發明提供一種等離子照明系統的控制方法，包括根據燈泡內的物質檢測最佳佔空比；相應於檢測到的佔空比產生轉換控制信號；對交流電力進行整流，並基於整流結果產生直流電壓；利用所述轉換控制信號，將該直流電壓轉換為交流電壓；根據特定的匝數比對轉換的交流電壓進行變壓，並對變壓後的電壓進行放大；以及根據放大後的電壓產生微波。
通過以下結合附圖對於本發明的詳細描述，本發明的前述以及其它目的、特徵、方案和優點將變得更為顯而易見。
附圖包含在說明書中並構成說明書的一部分，以提供對本發明的進一步理解；附圖示出了本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。
在附圖中圖1為現有技術的等離子照明系統構造的框圖；圖2為現有技術的等離子照明系統構造的電路圖；圖3為現有技術的等離子照明系統的工作波形圖；
圖4為根據本發明的等離子照明系統構造的框圖；圖5為根據本發明的等離子照明系統構造的電路圖；圖6為根據本發明的等離子照明系統的控制方法的工作流程圖；圖7為根據本發明的等離子照明系統的工作波形圖；以及圖8為根據本發明的等離子照明系統中磁電管的振蕩電流和振蕩電壓的波形圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發明。
以下，參照附圖，說明等離子照明系統(PLS)及其控制方法的實施例，該等離子照明系統在運行時，根據燈泡內的物質控制將DC電壓轉換為AC電壓的轉換時間，以驅動脈衝而將高電壓瞬時施加到磁電管，從而能夠提高透光率。
圖4為根據本發明的等離子照明系統構造的框圖，圖5為根據本發明的等離子照明系統構造的電路圖。
如圖4和圖5所示，根據本發明的等離子照明系統包括電源裝置41，用於產生AC電力；整流器42，用於對從電源裝置41產生的AC電力進行整流，並基於整流結果輸出DC電壓；控制器44，用於根據燈泡內的物質檢測最佳佔空比，並相應於檢測到的佔空比輸出轉換控制信號；轉換器43，用於根據轉換控制信號將從整流器42輸出的DC電壓轉換為AC電壓；變壓器45，用於根據特定的匝數比對從轉換器43輸出的AC電壓進行變壓；高電壓產生裝置46，用於根據特定的比率對經變壓器45變壓後的電壓進行放大，並輸出放大後的高電壓；磁電管47，用於利用從高電壓產生裝置46輸出的高電壓來產生微波；以及存儲器48，用於存儲經試驗獲得的相應於燈泡內每種物質的轉換控制信號的佔空比。
轉換器43用作半橋逆變器，其將相互串聯的第一電晶體S1和第一二極體D1以及相互串聯的第二電晶體S2和第二二極體D2並聯連接。
這裡，第一電晶體S1的發射極連接到第一二極體D1的陰極，在它們之間的連接點處輸出表示正脈衝電壓的第一轉換信號。
第二電晶體S2的集電極連接到第二二極體D2的陽極，在它們之間的連接點處輸出表示負脈衝電壓的第二轉換信號。
也就是說，轉換器43根據轉換控制信號將DC電壓轉換為具有脈衝波形的AC電壓。
轉換控制信號用作第一和第二開關信號，用於分別控制第一電晶體S1和第二電晶體S2的開/關狀態。
第一和第二開關信號具有相位相同的脈衝波。第一和第二開關信號被設定為具有等於或小於40％的佔空比。
變壓器45基於其初級線圈的匝數比對從轉換器43輸出的AC電壓進行變壓，並將變壓後的電壓感應到其次級線圈。
下面參照圖6說明根據本發明具有上述構造的等離子照明系統的控制方法。
圖6為根據本發明的等離子照明系統的控制方法的工作流程圖。
如圖6所示根據本發明的等離子照明系統的控制方法包括根據燈泡內的物質檢測最佳佔空比(SP1)，相應於檢測到的佔空比產生轉換控制信號(SP2)，對AC電力進行整流並基於整流結果產生DC電壓(SP3)，根據轉換控制信號將DC電壓轉換為AC電壓(SP4)，根據特定的匝數比對所轉換的AC電壓進行變壓並對變壓後的電壓進行放大(SP5)，以及根據放大後的電壓產生微波。
下面更詳細地說明根據本發明的等離子照明系統的控制方法。
首先，通過試驗設定相應於燈泡內物質的最佳佔空比，然後將其存儲在存儲器48中。
這樣，控制器44從存儲器48選取(檢測)對應於燈泡內某種物質的最佳佔空比(SP1)，並相應於選取的佔空比產生轉換控制信號(SP2)。
這裡，電源裝置41提供AC電壓以運行等離子照明系統。整流器42將從電源裝置41輸出的AC電壓整流為DC電壓，並將整流後的DC電壓施加到轉換器43(SP3)。
由此，轉換器43根據轉換控制信號將DC電壓轉換為AC電壓，然後將轉換的AC電壓施加到變壓器45(SP4)。
這裡，轉換器43用作半橋逆變器，其內部構造將在下文中詳細說明。
接下來，變壓器45基於其初級線圈的匝數比對從轉換器43輸出的AC電壓進行變壓，並將變壓後的電壓感應到其次級線圈，以施加到高電壓產生裝置46。
高電壓產生裝置46隨後對經變壓器45感應到次級線圈的電壓進行放大，從而產生高電壓(SP5)。
這裡，磁電管47隨後通過接收從高電壓產生裝置46產生的高電壓作為驅動電壓，而產生微波(SP6)。磁電管47中振蕩的微波經波導和諧振器被施加到燈泡。因此，燈泡內的氣體通過電子碰撞而處於等離子態，從而發光。
這裡，圖7為根據本發明的等離子照明系統的工作波形圖。
下面參照圖5和圖7詳細說明作為本發明主要部件之一的轉換器的工作。
首先，轉換器43用作半橋逆變器，其通過將相互串聯的第一電晶體S1和第一二極體與相互串聯的第二電晶體S2和第二二極體並聯連接而構成。
這裡，第一電晶體S1的發射極連接到第一二極體的陰極，在它們之間的連接點處輸出第一轉換信號。第一轉換信號表示正脈衝電壓。
第二電晶體S2的集電極連接到第二二極體的陽極，在它們之間的連接點處輸出第二轉換信號。第二轉換信號表示負脈衝電壓。
也就是說，轉換器43根據轉換控制信號將DC電壓轉換為具有脈衝波形的AC電壓。
這裡，如圖7所示，轉換控制信號用作第一和第二開關信號，用於分別控制第一電晶體S1和第二電晶體S2的開/關狀態。
第一和第二開關信號由具有相同相位的脈衝波構成。根據本發明，第一和第二開關信號被設定為具有等於或小於40％的佔空比。
也就是說，控制器44根據第一和第二開關信號同時導通轉換器43的第一電晶體S1和第二電晶體S2。在同時導通第一電晶體S1和第二電晶體S2時，轉換器43對從整流器42輸出的DC電壓進行轉換，並將AC電壓(即Vd和-Vd)施加到變壓器45的初級線圈，如圖7所示。
施加到變壓器45的初級線圈的AC電壓(Vd和-Vd)隨後根據特定的匝數比而被變壓，從而感應到變壓器45的次級線圈。高電壓產生裝置46對感應到變壓器45的電壓進行放大，從而輸出高電壓。
這裡，施加到變壓器45的初級線圈的電流i1的波形示於圖7。
在導通轉換器43的第一電晶體S1和第二電晶體S2時，變壓器45中積聚的能量經二極體D1和D2自由地轉向電源。二極體D3電連接至變壓器45的次級線圈。因此，直到變壓器45的能量完全耗盡為止，電容器C中都充有電壓。
這裡，如果變壓器45的能量未完全耗盡，那麼當轉換器43的第一電晶體S1和第二電晶體S2導通時，變壓器45可能由於能量積累而成問題地損壞。控制器44相應地應對此類問題來設定用於導通/截止第一電晶體S1和第二電晶體S2的每個開關信號的佔空比。
繼而，為了使磁電管47振蕩，將約10A的電流通入位於變壓器45的次級線圈處的陰極加熱器(未示出)。
然後，磁電管47可具有振蕩電流ibm和振蕩電壓Ebm的波形特性，如圖8所示。因此，通過分別控制轉換器43中的第一電晶體S1和第二電晶體S2的導通時間可驅動脈衝。
如上所述，在根據本發明的等離子照明系統及其控制方法中，該等離子照明系統在運行時，根據燈泡內的物質控制將DC電壓轉換為AC電壓的轉換時間，以驅動脈衝而將高電壓瞬時施加到磁電管，從而能夠提高透光率。
本發明可具體實施為多種形式而不脫離發明的精神或實質，因此應當理解，除非另外指明，上述實施例不被前述說明的任何細節所限制，而應當在隨附的權利要求書所限定的精神和範圍內寬泛地解釋；因此，落入權利要求書範圍內的所有變化和修改或其等效範圍都涵蓋於隨附權利要求書中。
權利要求
1.一種等離子照明系統，包括存儲器，用於存儲經試驗獲得的相應於燈泡內每種物質的第一和第二開關信號的佔空比；控制器，用於從存儲器檢測最佳佔空比，並且相應於檢測到的佔空比輸出相位相同的第一和第二開關信號；以及轉換器，用於根據第一和第二開關信號將直流電壓轉換為由正方波和負方波構成的交流電壓。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述第一和第二開關信號設定為具有等於或小於40％的佔空比。
3.如權利要求1所述的系統，其中該轉換器用作半橋逆變器。
4.一種等離子照明系統，包括電源裝置，用於產生交流電力；整流器，用於對從電源裝置產生的交流電力進行整流，並基於整流結果輸出直流電壓；控制器，用於根據燈泡內的物質檢測最佳佔空比，並相應於檢測到的佔空比輸出轉換控制信號；轉換器，用於利用所述轉換控制信號將從整流器輸出的直流電壓轉換為交流電壓；變壓器，用於根據特定的匝數比對從轉換器輸出的交流電壓進行變壓；高電壓產生裝置，用於根據特定的比率對由變壓器變壓後的電壓進行放大，並輸出放大後的高電壓；以及磁電管，用於利用從高電壓產生裝置輸出的高電壓產生微波。
5.如權利要求4所述的系統，其中還包括存儲器，用於存儲經試驗獲得的相應於燈泡內每種物質的轉換控制信號的佔空比。
6.如權利要求4所述的系統，其中該轉換器用作半橋逆變器。
7.如權利要求6所述的系統，其中該轉換器將相互串聯的第一電晶體和第一二極體以及相互串聯的第二二極體和第二電晶體並聯連接。
8.如權利要求7所述的系統，其中該轉換器在第一電晶體的發射極與第一二極體的陰極連接的連接點處輸出第一轉換信號。
9.如權利要求8所述的系統，其中該第一轉換信號為正脈衝電壓。
10.如權利要求7所述的系統，其中該轉換器在第二電晶體的集電極與第二二極體的陽極連接的連接點處輸出第二轉換信號。
11.如權利要求10所述的系統，其中該第二轉換信號為負脈衝電壓。
12.如權利要求4所述的系統，其中該轉換器根據所述轉換控制信號將直流電壓轉換為具有脈衝波形的交流電壓。
13.如權利要求4所述的系統，其中所述轉換控制信號用作第一和第二開關信號，用於分別控制第一和第二電晶體的開/關狀態。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述第一和第二開關信號具有相位相同的脈衝波。
15.如權利要求14所述的系統，其中所述第一和第二開關信號設定為具有等於或小於40％的佔空比。
16.如權利要求4所述的系統，其中該變壓器基於其初級線圈的匝數比對交流電壓進行變壓，並將變壓後的電壓感應到其次級線圈。
17.一種等離子照明系統的控制方法，包括根據燈泡內的物質檢測最佳佔空比；相應於檢測到的佔空比產生轉換控制信號；對交流電力進行整流，並基於整流結果產生直流電壓；利用所述轉換控制信號，將該直流電壓轉換為交流電壓；根據特定的匝數比對轉換的交流電壓進行變壓，並對變壓後的電壓進行放大；以及根據放大後的電壓產生微波。
18.如權利要求17所述的方法，其中還包括通過試驗設定相應於燈泡內每種物質的最佳佔空比，並存儲設定的最佳佔空比。
19.如權利要求18所述的方法，其中相應於燈泡內每種物質的最佳佔空比設定為等於或小於40％，並被存儲。
20.如權利要求17所述的方法，其中所述轉換控制信號用作第一和第二開關信號，其具有相位相同的脈衝波。
21.如權利要求17所述的方法，其中轉換步驟包括根據所述轉換控制信號將直流電壓轉換為具有脈衝波形的交流電壓。
22.如權利要求21所述的方法，其中轉換步驟還包括分別與第一和第二開關信號同步，連續地產生正脈衝電壓和負脈衝電壓。
全文摘要
本發明公開一種等離子照明系統及其控制方法，該等離子照明系統包括存儲器，用於存儲經試驗獲得的相應於燈泡內每種物質的第一和第二開關信號的佔空比；控制器，用於從存儲器檢測最佳佔空比，並且相應於檢測到的佔空比輸出相位相同的第一和第二開關信號；以及轉換器，用於根據第一和第二開關信號將直流電壓轉換為由正方波和負方波構成的交流電壓。
文檔編號H05B41/24GK1863426SQ20061007369
公開日2006年11月15日 申請日期2006年4月19日 優先權日2005年5月11日
發明者崔畯植, 鄭潤撤 申請人:Lg電子株式會社