具有壽命終止早期識別的放電燈用工作電路的製作方法
2023-09-21 21:48:40 2
專利名稱：具有壽命終止早期識別的放電燈用工作電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於低壓放電燈的工作電路。
背景技術：
低壓放電燈具有燈電極，一般每個燈有兩個電極，它們有有限的壽命。燈的壽命終止一般由電極的壽命終止規定。
已經知道，當電極顯示出故障的跡象時應該儘可能更換低壓放電燈。這首先在於，一個電極快要壽命終止前在該電極上會出現異常高的電極衰竭(Elektrodenfall)，它導致電極以及放電燈周圍溫度升高。這在小的低壓放電燈和熱敏感組件的場合首先會引起安全的問題。
為此，使用識別電極壽命終止的識別電路(「壽命終止」識別，下面簡記為EOL識別)。一種已知的能用於EOL早期識別的方法是，測量一個所謂的耦合電容器上的電壓，該電容器的一個電極連接到電源的正接線端或負接線端，而燈耦合到直流電源和交流電源。這一耦合電容器在正常運行時加載到時間平均值的電源電壓的一半。可以通過一個比較器採集這值的偏差，並可以用於識別有威脅的壽命終止。
這種解決方法的缺點是其精確度和技術上存在困難。
發明內容
由此，本發明的目的是提供一種具有壽命終止識別電路的低壓放電燈用的工作電路，它的構成十分簡單並且允許燈可靠而安全地操作。
為此，根據本發明，提供一個工作電路，其中，EOL識別電路可以測量電極之間的直流電壓，以便根據測量的直流電壓實現早期識別，和可以通過一個偏置電壓以變電極之間的直流電壓，使得在用EOL識別電路測量電極之間直流電壓改變時只出現一個極性。
本發明的工作電路的特性在於，EOL識別電路現在測量低壓放電燈的電極之間的直流電壓。在完全無損的電極中操作時在理想方式下不出現任何直流電壓。為此，低壓放電燈純粹用交變電流操作，而根據直流方式從工作電路解耦合。
然而已經證實，隨著電極的退化增加會出現一個直流電壓，而且，在預測具有較短壽命的電極前建立一個較強的電極衰竭區。低壓放電燈因此整體有一個整流效果。這一不對稱隨著具有較短壽命的電極的不斷老化而加強，直到損壞為止。可以由經驗確定一個電壓閾值，由該閾值實現對可能出現的電極損壞的早期識別。
優點在於，可以使用半導體器件測量較小的電壓，不需要大的分壓比。使用具有大的分壓比的分壓電路意味著本質上與精確度相關，這種問題只有使用費用很高的器件才可能解決。另外，根據本發明，直接測量電極之間的直流電壓的優選方式簡單，幾乎與工作電路的其它單元無關。
此外，本發明方案實現直流電壓測量如下，即用一個偏置電壓，使在電極之間由燈內工作引起直流電壓前移，使得在EOL早期識別前允許的直流電壓的範圍內只出現一個極性的電壓值。由此可以明顯簡化測量直流電壓使用的測量設備結構。
此外，在本發明中還可以使用一個分壓電路，用於分割電極之間要測量的直流電壓，其中提供一個用於EOL識別電路的抽頭點。然而與所述現有技術的區別是，只需採集電極之間較小的電壓，它和在所謂的耦合電容器上常規使用的半波電源電壓相比需要的電壓特別弱。所使用的器件的靈敏度誤差也很小。
根據本發明這些優點與下面的事實相關，即EOL識別電路具有一個電極詢問功能。通過該電極詢問功能，通過EOL早期識別有利於工作電路的安全性，進一步改善了工作電路。也就是說，通過電極詢問確定與工作電路連接的燈座的接線是否與低壓放電燈所屬電極連接。當一個電極不存在時，那麼說明該低壓放電燈未正確裝入或者損壞。當不存在任何電極時，那麼推測根本未使用任何放電燈，由此需要中斷燈座的高壓供給，以便切斷對人的危險。
通過EOL識別電路可以採集各電極的一個參考電位來實現電極詢問功能。當對該參考電位的連接失敗時，則由EOL識別電路採集這一點，由此確認電極是否存在。
當所述方法可以只詢問一個電極時是特別有利的。放電燈故障時就已經產生了阻止電壓衝擊的安全性。特別是此時可以詢問一個「近地」電極(詢問「冷端」)，這比觸摸「遠地」電極的危險更小。
然而優選詢問所有存在的電極，亦即通常是兩個電極。由此具有例如，在每種情況下都可以識別一個正在使用的燈的故障的優點。在本實施例中，EOL識別電路每次必須與所有電極中的每一個電極的第一接線端連接，此時它們中每一個電極的另一個接線端與各自的參考電位連接。
本發明的另一個實施方案是，使用的工作電路的參考電位或者至少一個參考電位用作地的參考電位，因為其結構簡單因而特別有利。
此外，提供一個實施例，使用電極詢問和EOL早期識別的直流電壓測量同樣能測量輸入，和有同樣的電極抽頭。
優選通過一個微控制器執行在電極之間的直流電壓-或者分電壓-的測量和電極詢問功能。該微控制器另外還可以提供一個用於產生偏置電壓的輸出電壓。優選微控制器用於偏置電壓的輸出通過一個電阻器連接到分壓電路的上述抽頭點。這一點參閱本實施例。
此外，根據本發明的工作電路可以構造為，只在EOL早期識別時動作，即在電極之間能觸發識別的直流電壓已經經過規定的最小時間時動作。因為經驗表明，在操作開始時和在操作持續期間，在放電燈內可以出現能導致EOL早期識別的短時現象，亦即在電極之間引起相應的高電壓。通過定義一個最小採集時間可以預防這樣的錯誤識別。在詢問中，可以由上述微控制器進行例如循環詢問，或者建立有關一定數目的測量平均值。由於放電燈自身具有的熱慣性，所以可以無危險地容忍這一時延。
另外，也可以為多個放電燈，例如，為兩個放電燈設置該工作電路。這時優選設計一個放電燈的電極與另一個放電燈的電極串聯連接。剩下的電極可以接地。這一點參閱本實施例。
圖1表示一個根據本發明用於低壓放電燈的工作電路的電路結構原理圖；圖2表示兩個低壓放電燈的工作電路的相應結構；圖3表示根據另一個可選擇的實施例的用於兩個低壓放電燈的工作電路的相應結構。
具體實施例方式
圖1中用1表示一個低壓放電燈，它包含兩個電極2和3。如在低壓放電燈中常用的，這裡是可預熱的螺線電極。電極2和3由一個未在這裡詳細表示，但具有高頻電源功率的常規半波橋式振蕩電路供電，使得能夠在放電燈1中觸發並保持放電。為預熱電極2和3，提供相應的預熱電路。預熱電路也可以是常規電路，因此不詳細說明。
圖1中電極2和3的各自左邊的接線端連接到由兩個電阻器4和5組成的分壓電路上，通過該分壓電路把在電極2和3之間存在的直流電壓分開。電極3的另一個接線端位於參考電位(地電位)。在電阻器4和5中間的抽頭點連接微控制器7的一個輸入6。該電壓輸入6通過一個電容器8接地，使得微控制器7隻分析直流電壓信號。
在電阻器4和5之間的抽頭點，也是微控制器7的電壓輸入6通過另外一個電阻器9與輔助電壓源10連接，在本實施例中該輔助電壓源10事實上同樣由微控制器7使用。此外，圖1中上電極2的未與分壓電路4和5連接的接線端通過電阻器11連接到另外一個輔助電壓源12。所有電壓對地定義。輔助電壓源12在本實施例中相應於模擬電子設備(例如由一個MOSFET驅動器的)本來就存在的電源，電壓範圍為12-18V。因此它的電位在本例中比微控制器7的輔助電壓源10略高。
當在放電燈1持續運行期間在電極2和3之間出現直流電壓時，則它相應地分配給在微控制器7的電壓輸入6上的電阻器4、5和9。考慮電壓輸入6，可以通過電阻器4、5和對微控制器7的技術先決條件進行電平匹配。因為，在電極2和3之間的高頻電源電壓部分通過具有較低阻抗的電容器8對地短路，另一方面電阻器4和5具有較大的值，因此，電壓輸入6實際上沒有這樣的高頻分量。
藉助輔助電壓源10，可以通過電阻器9使電極2和3之間的電平有效偏移。為此，輔助電壓源10規定一個偏置電壓，使得在考慮電阻器4，5和9之間的數值比在電極2和3之間的所有允許的直流電壓下在微控制器7的電壓輸入6上始終產生同樣的極性。此時在放電燈1上自身會不可避免地出現電位比的一定改變。然而，當電阻器4和5足夠大時，這一效應只是理論的。不會由此產生實際作用。如果在這裡出現幹擾的話，還可以把輔助電壓源10和12間斷操作，亦即只在規定的時間段激活，以便執行詢問。於是把對放電的實際影響限制在這一比較短的時間段內。
第二輔助電壓12可能對電極2電極詢問。當電極2存在並導通時，影響輔助電壓源12的電壓輸入6上的電位。當電極2不存在或者不再導通時，電壓輸入6上的電位僅由分壓電路9、4影響。電阻器11用於供電給測量分支中的輔助電流。
以相似的方式進行關於電極3的電極詢問，這裡，接地線為參考電位。如果電極3出現故障，則由分壓電路5、9和11以及輔助電壓源10和12決定在電壓輸入6上的電位。當根本不使用放電燈1或者兩個電極2、3都損壞時，則輔助電壓源10單獨規定電壓輸入6的電平。
使用兩個輔助電壓源10和12(理論上也可以只用一個輔助電壓源)可以只用微控制器78中的一個唯一的電壓輸入6，既執行非常簡單的EOL識別，也執行雙電極詢問。
當該作用只在短時出現時，微控制器7可以通過簡單的數字過程，例如通過規定數目的測量過程建立的平均值(例如0.5秒或更長一些)或者循環詢問來用於不考慮EOL早期識別。除了微控制器以外，只需要4個附加的電阻器(當偏置電壓和雙電極詢問同時存在時的每一場合)。由於分壓電路比較適度的分壓比，電阻器的精度不會產生與實踐相關的問題。通過適當選擇輔助電壓和電阻值，在要確定的不同操作狀態，電壓測量輸入6上的電壓直接值為1∶1關係。典型的數值是電壓測量輸入6的測量範圍是0-5V；輔助電壓源10的電壓值是1V-5V；和輔助電壓源12的電壓值是5V-500V。電阻值例如可以是電阻器4的電阻值為3.9kΩ到1MΩ；電阻器5的電阻值為47kΩ到2.2MΩ；電阻器9的電阻值為3.9kΩ到330kΩ；對於電阻器11為47kΩ到10MΩ，而對於電容器8為100pF到1μF。
作為一個例子，電阻器4為56kΩ，電阻器5為330kΩ和電阻器9的電阻值為47kΩ，電阻器11的電阻值為470kΩ和電容器8的容量為100μF。輔助電壓源10和12的值是5V或者15V。於是在不同操作狀態和在電壓測量輸入6上的電壓值之間產生下面的示例性分配在尚未起動未損壞的燈的場合，在點6的電壓是3.10V。
當尚未起動燈和上螺線損壞時，測量值是2.72V，當下螺線損壞時它超過5V，可以限制測量輸入6。當燈1被起動並且正常時測量值是2,52V。當燈1被起動並且在電極之間產生例如20V的正向直流電壓時，測量值是3.96V，在同樣的直流電壓在負方向是1.09V。由此可以知道，適當確定測量輸入6上的電壓值的大小可以產生與不同操作狀態唯一的對應關係。
上面的結論對相應於圖2中的第二實施例也適用，圖2較於圖1的特徵在於提供了兩個放電燈1和1』。電極相應用2、3、2』、3』表示。圖2表示，電極2、3和2』藉助另一個電阻13(防止電極2和3之間短路)連接到輔助電壓源12，而電極3』再次連接到地。其餘的結構同(除了實際的供電電路的大小)圖1。可以看出，既可以採集電極2和3之間的直流電壓，也可以採集電極2』和3』之間的直流電壓，因為它們在分壓電路4、5內相加。理論上可想像的情況是，一方面在電極2和3之間、另一方面，在時間上平行地以精確配合的反相產生電極2』和3』之間的直流電壓，使得它們完全補償，但是還要首先考慮到在電極之間的直流電壓產生的時間變化，這種理想情況不可能發生，以致它在實際應用沒有多少用處。
此外，電極2、3和2』可以通過輔助電壓源12詢問。在該實施例中還可以檢測每一電極是否損壞或者不存在。
然而不能通過電極詢問決定電極2、3和2』哪一個損壞。
圖3表示的第三實施例具有一個同樣通過兩個放電燈1和1』設置的工作電路。在該實施例中，所述螺線每次只詢問下電極3和3』，因為它是通過使用燈1或者1』的「冷端」構造的。為此，在這裡可以把兩個並聯工作的燈1和1』以特別簡單的方式用一個統一的電路監視。通過已經說明的電阻器4和5或者4』和5』實現EOL早期識別。當在電極2和3或者在電極2』和3』之間的直流電壓過大時，這一點完全和圖1的實施例1。區別僅在於，可以察覺在電壓測量輸入6上的兩個燈1和1』的兩個電極之間的直流電壓。理論的情況是，在同樣的燈內，產生相反的精確直流電壓，它們在電壓測量輸入6上完全補償，但是與實際不相關，因為在實際上根本不可能。當然也可以當兩個直流電壓沒有一個精確對應於該閾值時，在兩個燈1和1』上各建立一個電壓並因此在超過一個閾值時觸發。另一方面，在實際中閾值的精確大小並不重要，所以圖3概略描繪的方式實際上可以很好地工作。
權利要求
1.工作電路，用於具有燈電極(2，3，2』，3』)和EOL識別電路(4-13)的低壓放電燈(1，1』)和，所述EOL識別電路用於早期識別預計會出現的電極故障，其特徵在於，EOL識別電路(4-13)可以測量電極(2，3，2』，3』)之間直流電壓，以便根據測量的直流電壓執行早期識別，可以通過一個偏置電壓(10)改變電極(2，3，2』，3』)之間的直流電壓，使得在由EOL識別電路(4-13)測量電極之間改變了直流電壓時只出現一個極性。
2.根據權利要求1的工作電路，其中，在電極(2，3，2』，3』)之間提供一個用於EOL識別電路的具有一個抽頭點的分壓電路(4，5)。
3.根據權利要求1或者2的工作電路，其中，EOL識別電路(4-13)與螺線詢問功能結合，這裡，EOL識別電路(4-13)分別與至少一個電極(2，3，2』，3』)的第一接線連接，另一個第二接線與一個參考電位(12)連接，使得可以通過檢驗經電極到參考電位(12)的電連接執行螺線詢問。
4.根據權利要求3的工作電路，其中，EOL識別電路(4-13)分別與兩個電極(2，3，2』，3』)中的第一接線連接，各電極的第二接線與各自的一個參考電位(12)連接，因而，可以通過檢驗經各電極(2，3，2』，3』)到各參考電位(12)的電連接而執行螺線詢問。
5.根據權利要求3或者4的工作電路，其中，參考電位或兩個參考電位之一是地。
6.根據前述權利要求之一的工作電路，其中，EOL識別電路(4-13)通自己的測量輸入(6)和自己的電極抽頭執行螺線詢問，如測量電極(2，3，2』，3』)之間的直流電壓。
7.根據前述權利要求之一的工作電路，其中，EOL識別電路(4-13)具有一個微控制器(7)，用於測量電極(2，3，2』，3』)之間的直流電壓和在需要時用於螺線詢問功能。
8.根據權利要求7的工作電路，其中，微控制器(7)可以提供一個輸出電壓(10)，其用於產生偏置電壓。
9.根據權利要求2和8的工作電路，其中，微控制器的用於偏置電壓的輸出(10)通過一個電阻器(9)連接到分壓電路(4，5)的抽頭點。
10.根據前述權利要求之一的工作電路，其中，EOL識別電路(4-13)為下述設置，在電極(2，3，2』，3』)之間的直流電壓超過一定值時僅在該直流電壓已經出現一個規定的最少時間時才產生表示早期識別的信號。
11.根據前述權利要求之一的工作電路，它為兩個放電燈(1，1』)設置，這裡一個放電燈(1)的電極(2，3)和另一個放電燈(1』)的一個電極(2』)經一個阻抗(13)串聯，並且連接到一個電極抽頭上，另一個放電燈的另一個電極(3』)與地連接。
全文摘要
本發明涉及一種新的用於低壓放電燈1的工作電路，它具有一個通過測量電極2、3之間的直流電壓的EOL早期識別電路。其中可以由一個偏置電壓10這樣改變直流電壓，使得在測量時只必須考慮一個極性。
文檔編號H05B41/28GK1443031SQ0311072
公開日2003年9月17日 申請日期2003年3月5日 優先權日2002年3月5日
發明者M·格拉布納, M·赫克曼 申請人:電燈專利信託有限公司