氣體放電燈的燈壽命控制方法、氣體放電燈驅動器電路、氣體放電燈和氣體放電燈與燈驅...的製作方法

2023-12-01 14:26:51

專利名稱：氣體放電燈的燈壽命控制方法、氣體放電燈驅動器電路、氣體放電燈和氣體放電燈與燈驅 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及操作氣體放電燈的方法，氣體放電燈，和燈驅動器電 路。具體來說，本發明涉及用於控制氣體放電燈的燈壽命的方法，並 且涉及氣體放電燈，燈驅動器電路，以及裝配起來用於實現所說方法 的其組合。
背景技術：
眾所周知，低壓氣體放電螢光燈如TL燈或CFL燈的燈壽命尤其 取決於燈的電極的惡化，因為在工作期間電極的狀態變壞。然而，電 極的損傷大小主要取決於電極的工作溫度。決定電極的惡化的兩種類 型的損傷是濺射損傷和蒸發損傷。在電極相對較冷時濺射損傷速率一般很大，但隨著溫度的上升， 這種損傷的速率下降。當溫度升高到足以產生熱離子發射時，濺射損 傷速率變小。蒸發損傷速率隨著溫度的增加而增加。在某個溫度，濺射損傷速 率相對於蒸發損傷速率來說變得可以忽略。當減射損傷速率和蒸發損傷速率的總和，即總損傷速率，最小時， 電極溫度就燈的壽命來說處於最佳值。在實踐中，對於由巻繞的鎢絲 製成的並且覆蓋有Ca、 Ba和Sr的氧化物的電極，當溫度處在工作溫 度範圍，即在某些邊界T,和T2之間時，總損傷速率相對較小。對於點 火，工作溫度可以在約900K-1000K的範圍內，總損傷在約9S0K的溫度時最小。對於上述的這種電極，眾所周知的是，發生熱離子發射的溫度對 應於鴒的電阻之比Rh。t/Rcold^4，其中的Re。W代表室溫下的電阻，Rh。t代表工作溫度下的電阻。
按照常規，使用上述技術考慮，將燈驅動器電路和氣體放電燈標 準化，並且進4亍設計以4吏電極在點火之前可以預熱，從而使電阻比約為4.75。類似的考慮導致穩態工作的類似的規則。然而，溫度範圍可以是 不同的。對於上述的有塗層的鶴絲，合適的點溫度範圍在1400-1600K， 而電極的其餘的部分可以在較低的溫度。按照經驗的發現，當燈電流 Ilamp在電流Ir4的1 - 1.5倍範圍內，沒有額外的加熱電流的燈，燈壽 命是高的；電流ir4是在上述的電阻比是4的情況下的電流(對於沒有 放電的電極測得的)。雖然具有這樣一種標準化的燈和驅動器電路的燈的平均壽命是可 以接受的，但例如由於存在製造容差和廠家的不同，個別的燈的壽命 可能比預期的要短些。發明內容期望得到優化氣體放電燈的壽命的方法。進而，期望得到實現所 說方法的氣體放電燈和燈驅動器電路。按照本發明的一個方面，提供一種控制氣體放電燈的燈壽命的方 法，所說的方法包括向操作所說燈的燈驅動器電路提供溫度信號，所 說溫度信號代表所說氣體放電燈的電極溫度；和，響應所說溫度信號， 控制由所說燈驅動器電路向所說燈提供的至少一個操作信號，從而把 電極溫度控制在預定的溫度範圍內。具體來說，在替換有缺陷的燈有困難和/或昂貴的應用中，有益 的做法是控制電極溫度，因為受控的電極溫度有可能增加燈壽命。在本方法的一個實施例中，溫度信號對應於陰極電壓降(cathode fall voltage)。在一個實施例中，陰極電壓降可能由位於燈周圍的 一個導電帶確定的，所說的陰極電壓降是通過測量所說導電帶的電位 確定的。在另一個實施例中，確定電極附近的一個燈帽的電位以確定 陰極電壓降。在另一個實施例中，通過測量電極屏蔽罩(electrode shield)的電位來確定陰極電壓降。在某些已知的燈中設有這樣的電 極屏蔽罩。在另一個實施例中，溫度信號對應於電極線圏電壓。提到的電極 線圏即例如線團式鴒電極。對於給定的i丈電電流和給定的加熱電流， 電極線團上的電壓降是有效線團電阻的度量值，因此是有效線團溫度 的度量值。於是，在這個實施例中，使用電極線團上的電壓作為溫度信號。在下一個實施例中，組合使用陰極電壓降和電極線圏電壓作為溫 度信號。陰極電壓降對於確定冷電極溫度可以更準確，而電極線團電 壓可以更加適合於確定熱電極的溫度。使用這兩個信號可實現冷電極 和熱電極這兩者的準確測量。響應冷或熱電極，燈驅動器電路的控制電路控制至少一個操作信 號。在一個實施例中，至少一個操作信號是提供給燈的加熱電流。加 熱電流是本技術中公知的操作信號，用於加熱電極和保持電極在合適 的溫度。如果由溫度信號指示的溫度不在期望的水平，控制電路可以 調節加熱電流以調節溫度。具體來說，如果溫度低於期望的溫度，增大加熱電流；如果溫度高於期望的溫度，減小加熱電流，如果可能的話。在另一個實施例中，響應溫度信號來控制電極屏蔽罩和載流導線 之間的電氣連接。對於給定的放電電流，當電極屏蔽罩連接到導線時， 具體來說即連接到載流導線時，電極溫度與沒有連接的情況相比是較 低的。導線向電極提供電流(放電和加熱電流)。載流導線是兩條導 線中攜載最大電流的一條導線(放電電流和加熱電流)；另一條導線 攜載最小電流，可能只是加熱電流(如果存在的話)。如以上所述， 在載流導線和電極屏蔽罩之間建立連接對於降低電極溫度是特別合適 的。在下一個實施例中，燈驅動器電路控制一個連接在電極屏蔽罩和 載流導線之間的可變阻抗元件。通過控制阻抗的變化可以控制溫度。 具體來說，如果溫度高於預定溫度，減小阻抗(如果可能的話)。在 本發明的下一個方面，提供了低壓氣體放電螢光燈和燈驅動器電路的 組合用於實現按照本發明的方法。燈驅動器電路和氣體放電燈進行電 氣連接，以便從燈驅動器電路向燈提供至少一個操作信號並且從燈向 燈驅動器電路提供至少一個代表電極溫度的溫度信號。燈驅動器電路 包括一個控制電路，用於響應所說溫度信號控制至少一個操作信號， 以便控制電極溫度，使其處在預定的溫度範圍內。在另一方面，本發明提供一種在所說組合中使用的氣體放電燈。
在一個實施例中，這樣一種燈可以包括一個導電帶，導電帶定位在燈 的周圍，用於通過測量所說導電帶的電壓確定陰極電壓降。在燈的另一個實施例中，在燈的電極周圍提供一個電極屏蔽罩， 一條饋通導線在燈的外側的一個終端和電極屏蔽罩之間提供電氣連 接，從而對於燈驅動器電路和電極屏蔽罩實現了電氣連接。在燈的另一個實施例中，在電極屏蔽罩和一條導線之間連接一個 開關元件，開關元件可以電氣連接到燈驅動器電路，以便響應由燈驅 動器電路提供的操作信號在電極屏蔽罩和導線之間進行電氣連接。在按照本發明的燈的下一個實施例中，在電極屏蔽罩和導線之間 連接一個可控的可變阻抗元件，所i兌的可控的可變阻抗元件電氣連接 到燈驅動器電路，以便通過燈驅動器電路控制可變阻抗元件的阻抗在 電極屏蔽罩和導線之間進行電氣連接。在燈的另一個實施例中，為氣體放電燈提供了饋通導線，用於連 接電極屏蔽罩和燈驅動器電路，並且為氣體放電燈提供可變阻抗元 件，可變阻抗元件連接在電極屏蔽罩和載流導線之間。可以通過燈驅 動器電路控制阻抗。如以上所述，上述措施的組合提供了更加準確的 控制，並因此可得到更長的燈壽命。在另一方面，本發明提供了在所說組合中使用的燈驅動器電路。 該燈驅動器電路包括一個控制電路，用於產生響應溫度信號的操作信 號。在燈驅動器電路的一個實施例中，操作信號是加熱電流。在燈驅 動器電路的另一個實施例中，操作信號是一個開關信號，用於控制連 接在電極屏蔽罩和導線之間的燈的開關。在下一個實施例中，操作信 號是一個阻抗信號，用於控制連接在電極屏蔽罩和導線之間的燈的可 變阻抗元件。本發明的這些和其它方面參照下述實施例將變得顯而易見並將被 闡述。


附圖表示非限制性典型實施例，其中圖1表示說明電極發生的損傷隨電極溫度的變化的曲線圖；圖2示意地表示按照本發明的燈驅動器電路和燈的組件的電路圖3A和3B示意地表示用於確定陰極電壓降的燈的實施例； 圖4示意地表示能在電極屏蔽罩和導線之間進行電氣連接的燈的 實施例；在附圖中，相同的標號表示相似的部件或具有相似功能的部件。
具體實施方式
圖1表示電極工作溫度相對於電極損傷的，從而即相對於低壓氣 體放電燈的壽命的關係。電極損傷(垂直軸)是相對於電極溫度(水 平軸)畫出的。圖中示出了兩種類型的損傷。在低溫時，電極大多是 由濺射損傷的。在高溫時，電極線圏塗層的蒸發導致電極損傷。在溫 度範圍TVT2，總損傷速率相對較小，在最佳溫度T。pt，損傷速率最小。 如以上所述，眾所周知的是，在一個實際的實施例中，溫度範圍T廣T2 是約900K-約1000K,點火的最佳溫度T申約950K，穩態工作時電極 熱點溫度範圍T廣T2是約1400K-約1600K。圖2表示按照本發明的一個電路2，其包括燈驅動器電路4和低壓 氣體放電燈6。燈驅動器電路4連接到一個電壓源8，例如電網電壓源 或者任何其它合適的電壓源。燈驅動器電路4連接到燈6，用於向燈6 提供至少一個操作信號10，如電源電壓或電源電流，並且用於從燈6 接收至少一個溫度信號。燈驅動器電路4包括一個控制電路42，控制 電路42配置成接收至少一個溫度信號12並且響應溫度信號12控制至 少一個操作信號10。可以將燈驅動器電路4配置成能夠執行一系列與 燈的工作有關的操作，例如在燈6點火前預熱燈6的電極。在操作中， 燈驅動器電路4向氣體放電燈6提供電源電壓或電源電流，以此作為 操作信號10。為了實現燈壽命的控制，檢測燈6的一個或多個電極的 溫度並且產生代表一個或多個電極溫度的溫度信號12，並且將所說信 號12提供給燈驅動器電路4。溫度信號12提供給包括在燈驅動器電路4中的控制電路42。響應 溫度信號12，控制電路42可以調節至少一個操作信號10。使用不同的實際可行的實施例都可以確定電極溫度。在圖3A、 3B 和圖4中表示出許多這樣的典型實施例。圖3A表示氣體放電燈6的端部，氣體放電燈6具有兩個接觸終端61、 62，用於接收作為笫一操作信號的電源電壓或電源電流。終端61
接地。第一操作信號提供給電極63。第一操作信號可以是沿所示箭頭 方向流動的方丈電電流和可能出現的加熱電流。另外，例如由銅製成的導電帶70定位在燈6的外部靠近電極63的地方，但導電帶70也可以 定位在離電極63更遠的地方，例如更接近燈的端部。在一個實施例中， 導電帶70可以是燈帽的一部分，或者可以是燈帽。終端71電氣連接 到導電帶70，以便實現與燈驅動器電路的電氣連接。在工作中，在導電帶70上產生一個電位。燈驅動器電路可以檢測 所說的電位，它是一個對地的電壓，或者更加準確地說，它是一個相 對浮地即不接地的接觸終端62的電壓。檢測到的電壓是陰極電壓降的 一個度量值。這個陰極電壓降是電極63的溫度的度量值。於是，在這 個實施例中，導電帶70可以產生一個合適的溫度信號，以便提供給燈 驅動器電路。與圖3A類似，圖3B表示氣體放電燈6的端部，氣體放電燈6具 有兩個接觸終端61、 62，用於接收作為第一操作信號的電源電壓或電 源電流。終端61接地。第一操作信號經過連接到終端61和62的導線 提供給電極63。在圖3B的實施例中，在電極63的周圍存在一個電極 屏蔽罩75。提供另外一個終端76以實現到燈驅動器電路的電氣連接。 饋通導電線77連接終端76和電極屏蔽罩75。圖3B的實施例的功能與圖3A的實施例相似。在工作中，在電極 屏蔽罩75上產生一個電位。燈驅動器電路可以檢測所說的電位，它是 一個對地的電壓，或者更加準確地說，它是一個相對浮地接觸終端62 的電壓。檢測到的電壓是陰極電壓降的一個度量值。這個陰極電壓降 是電極63的溫度的度量值。於是，在這個實施例中，電極屏蔽罩75 可以產生一個合適的溫度信號給燈驅動器電路。參照圖3A和3B，在下一個實施例中，電極63的溫度可以從接觸 終端61和62上的電壓降確定。導電帶"70和/或電極屏蔽罩"不是一 定要存在的，但它們中的一個或兩個還是可以存在的。在給定的放電 電流和給定的加熱電流下，接觸終端61和62上的電壓降是電極線圏 63的電阻的度量值。電極線團63的電阻如以上所述取決於電極線圏的 溫度。例如，如果電極線圏63是由鎢製成的，則電極線圏在點火時的 電阻優選至少高達室溫下的電阻的4倍，如以上說明過的(Rh/R24)。 於是，這個電阻就是電極線圏63的溫度的度量值。因此，可以對於燈 驅動器電路進行配置，以便經過如圖3A和3B所示的向燈6提供第一 操作信號的布線來確定電極線圈的電阻。陰極電壓降是溫度的一個更加準確的度量值，用於確定電極是否 是冷的，即確定電極是否具有在操作中導致或多或少的嚴重的濺射損 傷的溫度。電極線圏電阻是溫度的一個更加準確的度量值，用於確定 電極是否是熱的，即確定電極是否具有在操作中導致或多或少的嚴重 的蒸發損傷的溫度。因此，在實際的實施例中，可以分別使用按照圖 3A和3B的實施例中的一個來確定陰極電壓降和電極電阻，以確定冷 或熱的電極。包括在燈驅動器電路中的接收一個或多個上述溫度信號(陰極電 壓降信號和電極電阻信號)的控制電路可能需要加熱或冷卻氣體放電燈的電極，以使電極溫度在期望的溫度。所說期望的溫度，例如，可 以是在預定的溫度範圍T廣T2內的一個溫度，或者可以是一個預定的最 佳的或接近最佳的溫度Tupt。為了加熱電極，公知的是要向電極提供加熱電流。於是，控制電 路可控制加熱電流。加熱電流的增大導致溫度的升高，加熱電流的減 小導致溫度的降低。圖4表示按照本發明的燈6的一個實施例。燈6包括元件65，元 件65用於在燈6的電極63附近存在的電極屏蔽罩75和載流導線。 之間進行電氣連接。元件65有一個控制端66，控制端66可以連接到 例如包括在燈驅動器電路中的控制電路上。在實踐中，已經表明，在電極屏蔽罩75和栽流導線61之間進行 連接，將導致電極63的溫度的降低。此外，元件65可以是一個開關， 用於提供連接或斷開，或者，元件65可以是一個可變阻抗元件。在電 極屏蔽罩75和載流導線61之間的連接的可變阻抗(電阻)提供一個 控制範圍，用於調節電極63的溫度。以上針對圖3A、 3B和4描述了確定電極溫度的兩種方法以及調節 電極溫度的兩種方法。在一個實施例中，可以組合這四種方法，獲得 如以上所述的期望精度。在這樣一種實施例中，使用陰極電壓降來確 定冷電極，使用電極(電極電阻)上的電壓降來確定熱電極。為了加 熱電極要向電極提供加熱電流，並且，為了冷卻電極要在電極屏蔽罩 和載流導線之間提供連接。當然，為了實現這樣一種組合的方法，要
對燈和燈驅動器電路這兩者都進行依據以下的設計-所說的燈設有用於確定陰極電壓降的裝置，例如導電帶、燈帽、 或經過饋通導線連接到電極屏蔽罩的終端；該燈設有用於連接電極屏 蔽罩和載流導線的連接元件。-對於燈驅動器電路進行配置，以便可以檢測溫度信號，即代表 所提供的陰極電壓降的信號和代表在電極上的電壓降的信號;和-對於燈驅動器電路進行配置，以便可以控制加熱電流並且控制 燈中提供的連接元件以便在電極屏蔽罩和載流導線之間進行連接。在一個實施例中，用於連接電極屏蔽罩和栽流導線的連接元件可 以包括在燈驅動器電路內。利用電極屏蔽罩和燈驅動器電路之間的電 氣連接以便確定陰極電壓降，能連接配置為接收電源電壓或電流的接 觸終端之一和燈驅動器電路中的電極屏蔽罩。於是，在這樣一個實施 例中，所說的燈設有連接到饋通導線的終端，用於實現燈驅動器電路 和電極屏蔽罩之間的電氣連接；所說的燈驅動器電路或者它的控制電 路設有連接元件，用於在載流導線和電極屏蔽罩之間進行連接。通過確定溫度的上限和下限，就可以實現所說的方法，並且只當 溫度不在由所說的上限和下限確定的範圍內時，才調節操作信號。還 有，通過連續地控制操作信號以控制電極的溫度從而使所說電極的溫 度在任何時候都在預定的最佳溫度或接近這個最佳溫度，就可以實現 所說方法。本領域的普通技術人員容易認識到，這些和其它的方法作 為實施按照本發明的方法的合適控制方法。在以上的描述以及所附的權利要求書中，"包括"應該被理解為 不排斥其它的元件或步驟，並且，"一個"不排除多個。另外，在權利要求書中的任何參考標號將不構成對發明範圍的限制。
權利要求
1、一種控制氣體放電燈的壽命的方法，所說的方法包括向操作所說燈的燈驅動器電路提供至少一個溫度信號，所說溫度信號代表所說氣體放電燈的電極溫度；和響應所說溫度信號，控制由所說燈驅動器電路向所說燈提供的至少一個操作信號，從而把電極溫度控制在預定的溫度範圍內。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中溫度信號對應於陰極電壓降。
3、 根據權利要求2所述的方法，其中導電帶定位在所說燈的周 圍，所說陰極電壓降是通過測量所說導電帶的電位確定的。
4、 根據權利要求2所述的方法，其中所說燈設有電極屏蔽罩， 所說陰極電壓降是通過測量電極屏蔽罩的電位確定的。
5、 根據前述權利要求中任何一個所述的方法，其中溫度信號對 應於電極線圏電阻。
6、 根據權利要求5所述的方法，其中電極線圏電阻是通過確定 電極線圏電壓確定的。
7、 根據前述權利要求中任何一個所述的方法，其中燈驅動器電 路響應至少一個溫度信號來控制向燈提供的加熱電流。
8、 根據前述權利要求中任何一個所述的方法，其中燈驅動器電 路響應至少一個溫度信號來控制電極屏蔽罩和載流導線之間的電氣連 接。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中響應溫度信號，控制電極屏蔽罩和載流導線之間的連接阻抗。
10、 氣體放電燈和燈驅動器電路的組件，其中將燈和燈驅動器 電路進行可操作的連接，以便從燈驅動器電路向燈提供至少一個操作 信號，並且從燈向燈驅動器電路提供至少一個代表電極溫度的溫度信 號，燈驅動器電路包括控制電路，用於響應所說至少一個溫度信號控 制至少 一個操作信號，以控制電極溫度在預定的溫度範圍內。
11、 在根據權利要求10所述的組件中使用的氣體放電燈，其中 導電帶定位在燈的周圍，用於通過測量所說導電帶的電位確定陰極電 壓降。
12、 根據權利要求11所述的氣體放電燈，其中導電帶是燈帽。
13、 在根據權利要求10所述的組件中使用的氣體放電燈，其中 電極屏蔽罩設置在燈電極的周圍，饋通導線提供燈外部的一個終端和 電極屏蔽罩之間的電氣連接，以便電氣連接燈驅動器電路和電極屏蔽罩。
14、 在根據權利要求10所述的組件中使用的氣體放電燈，其中 在電極屏蔽罩和導線之間連接一個開關元件，所說開關元件可電氣連 接到燈驅動器電路，用於在電極屏蔽罩和導線之間響應燈驅動器電路 提供的操作信號而進行電氣連接。
15、 在根據權利要求10所述的組件中使用的氣體放電燈，其中 在電極屏蔽罩和導線之間連接一個可控的可變阻抗元件，所說可變阻 抗元件可電氣連接到燈驅動器電路，用於在電極屏蔽罩和導線之間進 行電氣連接，可變阻抗元件的阻抗可由燈驅動器電路控制。
16、 在根據權利要求10所述的組件中使用的燈驅動器電路，其中 燈驅動器電路包括一個控制電路，將控制電路配置成響應至少一個溫 度信號來控制至少一個操作信號。
17、 根據權利要求16所述的燈驅動器電路，其中操作信號是加熱電；泉。
18、 根據權利要求16所述的燈驅動器電路，其中操作信號是開 關信號，用於控制連接在電極屏蔽罩和導線之間的燈的開關。
19、 根據權利要求16所述的燈驅動器電路，其中操作信號是阻 抗信號，用於控制連接在電極屏蔽罩和導線之間的燈的可變阻抗元件。
20、 根據權利要求16所述的燈驅動器電路，其中所述至少一個溫度信號包括陰極電壓降信號。
21、 根據權利要求16所述的燈驅動器電路，其中所述至少一個溫度信號包括電極線圏電壓信號。
全文摘要
氣體放電燈(6)的燈壽命尤其取決於燈的電極在工作期間的惡化。這種惡化取決於電極的工作溫度。一種按照本發明的用於控制燈壽命的方法包括通過產生代表電極溫度的溫度信號(12)控制工作期間的電極溫度及向操作所說燈的燈驅動器電路(4)提供所說信號。燈驅動器電路控制提供給燈(6)的操作信號(10)，從而將電極溫度控制在預定的溫度範圍內，藉此將工作期間電極損傷減至最小。
文檔編號H05B41/295GK101156502SQ200680011203
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月27日 優先權日2005年4月4日
發明者G·W·范德維恩, J·J·德格魯特, L·R·C·沃曼斯, T·H·斯託門 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司