可調光發光設備的製作方法

2023-06-01 16:53:56 4

專利名稱：可調光發光設備的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及螢光燈領域，更具體地，涉及包括螢光燈的可調光發光設備。
背景技術：
總體上，存在將傳統白熾燈替換為其他類型的光源比如LED和氣體放電燈的趨 勢。LED和氣體放電燈彼此具有各自的某些優點和缺點，而設計者可以根據他的設計考慮來 選擇使用LED或者氣體放電燈。光源，無論是白熾燈、LED或者氣體放電燈，都針對使用額定燈電壓和額定燈電流 的額定操作而設計，從而產生額定燈功率和額定光輸出。如果，在某種情況下，使用者希望 具有更多的光，他可以用更高功率的燈或者具有更高光輸出的不同類型的燈來替換當前的 燈。相反，如果使用者希望具有較少的光，他可以用具有較小光輸出的另外的燈來替代當前 的燈。然而，這樣是非常繁瑣的，所以一般期望能夠對燈進行調光，即，以低於其額定功率的 功率來驅動燈，從而使其光輸出小於額定光輸出。本發明具體涉及以降低的功率(即在調暗的狀態下)驅動氣體放電燈的領域。氣體放電燈具有負電阻特性，並且因此需要鎮流器設備來驅動燈。雖然在原則上， 可以用DC(直流)電流驅動氣體放電燈，但電子鎮流器通常提供高頻率燈電流。調光可以， 譬如，通過降低燈電流的幅度來實現，或者通過以特定佔空比開關燈來實現。取決於具體用途以及其他因素，尤其是如果期望將燈調暗至額定光輸出的1 %以 下的非常低的水平時，用以對氣體放電燈進行調光的不同機制關聯有若干問題和缺點。本 發明涉及到的一種具體的發光設備是所謂的喚醒燈(wake-up light)，其是通過例如時 鍾進行觸發，將它的光輸出從零逐漸增大至最大的設備。這樣的應用的一個問題與點火 (ignition)相關。為了點火，氣體放電燈需要相對高的電壓。結果是，如果燈被點亮於具有 接近於零的光輸出的昏暗的條件中，那麼燈可能在點火時產生閃光並且隨後降低它的光輸 出至期望的調光水平。這樣的閃光是不適宜的。另一個問題是，在非常低的調光水平上保持燈的穩定性是非常困難的。另一個問題與顏色相關在實踐中發現，光輸出降低的燈可能改變其光輸出的顏 色。在具有燈絲電極的氣體放電燈的情況中，需要為電極提供電極加熱電流，以將電 極保持在最佳的操作溫度上。然而，在通常的電子鎮流器中，燈絲僅在點火階段被加熱，並 且燈絲的溫度在調光期間可能變得過低。因而，提供單獨的電極加熱電路可能是必要的，但 這樣的電路往往是複雜的並且相對昂貴。在相對簡單的實施方式中，電極加熱電路的功率 源自燈電壓，燈電壓通常包括獲取自整流電源的DC電壓並因此容易受到電源電壓變動的 影響。在通過降低燈電流的幅度進行調光的情況中，獲取的加熱功率也將減少。在佔空比調 光的情況中，燈電壓被有規律地中斷，其將會中斷電極加熱。因而，在實踐中電極加熱可能 發生變化，這是不適宜的。如果電極加熱過度，那麼陰極溫度將會過高，陰極將損失發射材 料(鋇)，而在一段時間之後燈將伴隨淡紅色的輝光而燒毀；如果電極加熱不充分，陰極溫度將會過低，而燈會非常快速地變黑。在全部兩種情況中，後果將是電極壽命的顯著縮短， 有可能縮短到僅幾小時(不充分加熱)或者幾百小時(過度加熱)。在線性氣體放電燈中，電極被布置在縱向燈管的相對端。在所謂的緊湊型氣體放 電燈的情況中，燈管可被看作是摺疊的，從而燈包含彼此相鄰平行布置的偶數個管分段，同 時具有燈電極的燈端部彼此相鄰地位於燈的同一縱向端上。在這種燈類型中，在如具有非 常低的調光水平的喚醒燈的應用的情況中，不穩定問題可能在於在喚醒序列開始後，燈將 僅從燈的靠近電極的部分發射光，此部分相對緩慢地在遠離電極的方向上朝向燈的另一端 擴展，而中間管分段不發射光。本發明特別地旨在為這些問題提供解決方案。特別是，本發明旨在提供針對氣體 放電燈的設計以及用於驅動此燈的驅動器的設計，從而使燈可被驅動以發射接近於零Iux 的極低的光水平，而額定光輸出可以在大約3001ux。

發明內容
美國專利申請2006/0214605公開了一種對螢光燈進行調光的方法。在額定操作 中(即，100%光輸出)，由恆定振幅和相對較高頻率的交流燈電流來驅動燈。在對燈進行調 光時，燈電流的振幅由具有低於該交流電流頻率的特定調製頻率的鋸齒來調製，從而使電 流振幅在每一鋸齒周期中緩慢地從最大值減小至最小值。在進一步調光時，所述最小值被 減小但所述最大值維持不變。為了進一步調光，一旦達到特定的調光水平，最大值和最小值 都被減小，同時調製深度維持恆定，直到最小值達到等於或接近於零的極限值。為了再進一 步調光，最小值維持恆定但最大值被減小，同時鋸齒的斜坡角度維持恆定，以使得在每一鋸 齒周期中具有最小值的電流部分的持續時間增大並且實際的鋸齒部分變窄。這種已知技術的一個缺點是，低於額定值的電流被使用在很大的調光範圍上，造 成顏色的偏差。另外，一個缺點是，這種已知技術需要振幅調製裝置。本發明的一個特定目的是使用相對簡單的實施手段，提供能夠在大的範圍上提供 調光並且獲得發射的光的基本上恆定的顏色的調光方法和裝置。本發明的另一個特定目的是提供用於對燈進行調光的設備，其具有相對簡單的裝 置，能夠獨立於調光水平支持對電極的基本上恆定的加熱。為此，本發明提出在額定光輸出與預設定的調光閥值之間的第一調光範圍中應 用具有恆定燈電流振幅的佔空比調光，並且在低於所述調光閥值的第二調光範圍中應用具 有恆定佔空比的振幅調光。調光閥值可以譬如為大約0.5%的光輸出水平，而第二調光範圍 可以譬如在調光閥值和0. 01%或者更低的光輸出水平之間。另外的有益的細節在從屬權利要求中提及。


本發明的這些以及其他方面、特徵以及優點將通過參照附圖的一種或者多種優選 實施方式的以下描述而進一步解釋，在附圖中相同的參考標號表示相同或相似的部分，並 且其中圖1為示意性地說明電子驅動器的框圖；圖2為示意性地說明用於驅動器的主電源的框圖3A-圖3B為示意性地說明依照本發明的驅動器的燈電流源的操作的示圖；圖4A-圖4E為說明依照本發明的驅動器的調光操作的時間示圖；圖5為說明在電橋臂之間具有可變相位差的電橋器的操作的時間示圖；圖6為說明依照本發明的喚醒燈的操作的時間示圖；圖7為示意性地說明具有電極加熱裝置的電子驅動器的優選實施方式的框圖；圖8為示意性地說明具有電極加熱裝置的電子驅動器的另一優選實施方式的框 圖；圖9A示意性地示出緊湊型氣體放電燈的透視圖；圖9B為依照本發明的外部電極的優選實施方式的示意性透視圖。
具體實施例方式圖1為示意性地說明用於驅動氣體放電燈10的電子驅動器1的一些特徵的框圖。 燈10為熱陰極螢光燈，並且包括燈管11，燈管11具有內部空間12以及布置於內部空間12 內的兩個電極燈絲13、14，其分別表示為第一電極燈絲13和第二電極燈絲14。每個電極燈 絲分別擁有延伸至燈管11外部的兩個電極端子15、17以及16、18。驅動器1具有分別連接至燈電極端子15、16、17、18的輸出端子21、22、23、24。具 體地，第一輸出端子21連接至第一燈電極燈絲13的第一電極端子15，第二輸出端子22連 接至第二燈電極燈絲14的第一電極端子16，第三輸出端子23連接至第一燈電極燈絲13的 第二電極端子17，並且第四輸出端子24連接至第二燈電極燈絲14的第二電極端子18。驅動器1包括主電源100用以產生燈電流，特別地是脈衝燈電流，其中脈衝寬度可 以變化，以便改變佔空比並且由此改變平均光輸出。主電源100的第一主輸出端子101連 接至第一驅動器輸出端子21並由此連接至第一燈電極燈絲13的第一電極端子15，而主電 源100的第二主輸出端子102連接至第二驅動器輸出端子22並且由此連接至第二燈電極 燈絲14的第一電極端子16。驅動器1進一步包括電極加熱裝置30、40，用於加熱燈電極燈絲13、14。具體地，用 於為第一燈電極燈絲13產生電極加熱電流的第一電極加熱電源30具有第一輸出端子31、 32，其分別連接至第一驅動器輸出端子21和第三驅動器輸出端子23，用以向第一燈電極燈 絲13供應電極加熱電流。類似地，用於為第二燈電極燈絲14產生電極加熱電流的第二電 極加熱電源40具有第二輸出端子41、42，其分別連接至第二驅動器輸出端子22和第四驅動 器輸出端子24，用以向第二燈電極燈絲14供應電極加熱電流。圖2為示意性地說明主電源100的實施方式的細節的框圖。在圖2中，為了簡單 起見，所述兩個電極加熱電源30、40未示出。注意，用於產生電極加熱電流的電極加熱電源 本身是已知的。主電源100具有布置於第一 DC電源線107和第二 DC電源線108之間的全電橋拓 撲結構。第一電橋臂110包括連接於所述第一 DC電源線107和第二 DC電源線108之間的 兩個可控開關111、112的第一串聯布置，並在這兩個開關之間具有第一電橋輸出節點A。第 二電橋臂120包括連接於所述第一 DC電源線107和第二 DC電源線108之間的兩個可控開 關121、122的第二串聯布置，並在這兩個開關之間具有第二電橋輸出節點B。電橋斜杆130 連接於所述兩個輸出節點A和B之間，並且包括電感性裝置131、132和電容性裝置133的串聯布置。為對稱起見，電感性裝置包括第一電感器131和第二電感器132的串聯布置，而 電容性裝置133布置於所述兩個電感器之間。主電源100的主輸出端子101、102與所述電 容性裝置133並聯布置。第一和第二 DC電源線107、108連接至DC電壓源106，其通常為經 整流的電源。主電源100進一步包括控制器90，其具有控制輸出端91、92、93、94，連接至相應的 開關111、112、121、122的控制端子。控制器90為第一電橋臂110的兩個可控開關111、112 產生控制信號，從而使得第一開關111打開(不導通)同時第二開關112閉合(導通)，或 者第一開關111閉合同時第二開關112打開。這些開關基本上同時打開/閉合，具有輕微 的延遲以防止這兩個開關在同一時刻全部處於閉合狀態。這兩個開關都操作在50%的佔空 比上，從而使得它們打開的時間和它們關閉的時間一樣長。開關頻率，以下表示為電橋開關 頻率，例如可以為大約IOOkHz。控制器90以類似的方式產生用於第二電橋臂120的兩個可控開關121、122的控 制信號。第二電橋臂120的開關頻率與第一電橋臂110的開關頻率完全相同。作為操作 參數，控制器90能夠改變兩個臂110、120之間的相位差Δφ。如果兩個臂110、120完全同 相(Δφ=0ο )操作，則節點A和B將總是具有彼此相同的電勢，所以將沒有電流在燈10中 流動；這種情況在圖3Α中說明。如果兩個臂110、120完全異相(Δφ=180° )操作，則節點 A和B將在相反的供電線電壓勢上交替，並且具有所述開關頻率的交流燈電流I將在燈10 中流動；這種情況在圖3Β中說明。在第一狀態中，第一開關111和第四開關122是閉合的 (通導的；開)，而第二開關112和第三開關121是打開的(關)在這種情況下，燈電流將 從節點A流向節點B(在圖3Β中表示為正電流)。在第二狀態中，第一開關111和第四開關 122是打開的，而第二開關112和第三開關121是閉合的，從而使燈電流從節點B流向節點 A(在圖3Β中表示為負電流)。電感器131和132以及電容器133操作為諧振電路，並且燈 電流的振幅IM取決於開關頻率。注意，這個電流被示出為塊狀電流，這是為了簡單起見而 不是展示實際的表現。圖4Α為示意性地說明在最大光輸出的情況下的燈的操作的示圖。橫軸代表時間； 縱軸代表燈電流。兩個電橋臂110、120持續地操作於180°相位差，從而持續地產生基本上 恆定幅度Im的高頻率燈電流。控制器90具有輸入端子95，用於接收指示期望的燈的調光水平的輸入信號Sin。 在一個說明性範例中，輸入信號Sin可以由包括譬如電位計之類的使用者激勵的轉動設備 96所產生。注意，可選地，輸入信號Sin可以由在控制器90外部或者與控制器90集成在一 起的控制設備例如計時器來產生。在喚醒燈的情況中，期望的輸入水平將在通常為30分鐘 左右的預設的時間內從零逐漸升高至100%。如果使用者希望降低光輸出，控制器90按照圖4B中說明的佔空比模式開始操作， 圖4B是可與圖4A相比的示圖。在這種佔空比模式中，控制器以低於電橋開關頻率(譬如 大約IOOkHz的量級)的重複頻率(譬如大約IOOHz的量級)周期性地在0°和180°之間 改變相位差Δφ，以使得燈交替地具有為零的燈電流(Δφ=0ο )和等於額定電流幅度Im的 基本上恆定的電流幅度的交流燈電流的突發51 ( Δφ=180° )。在圖4Β中，開關周期的持 續時間表示為Τ，而交流燈電流的電流突發51的持續時間表示為Τ。。佔空比Δ定義為Δ=Tc/T0注意，在當相位差Δφ等於180°的電流突發期間，佔空比等於50%，這意味著電流 在一個方向上流動的時間和在相反方向上流動的時間相等。在較大的時間範圍上，平均電 流Iav可被表達為Iav= Δ ·Ιμ。由於平均光輸出與平均電流成正比，所以平均光輸出Lav可 以表示為Lav = Δ · LM，其中Lm表示額定或最大光輸出。因此，光輸出可通過改變(降低)佔空比Δ而改變(變暗)。本發明的重要優點 是，光輸出僅在電流突發期間產生，而在電流突發之間的時間段中基本上沒有光輸出。由於 在電流突發中電流總是維持額定幅度，在電流突發期間的光輸出特性總是等於額定光輸出 特性；特別是光的顏色保持恆定。通過將燈操作於間隔開的電流突發中，光實際上被時間 「削弱(diluted) 」，即，在亮度上變暗，但在一切其他方面保持不變。進一步的調光通過降低佔空比來實現。圖4C為可與圖4B相比的示圖，其示出了 具有進一步降低的光輸出的情況。進一步的調光通過降低佔空比Δ來執行，直到佔空比Δ達到預設定的閥值Δτ。 這種情況在圖4D中示意性地說明。閥值佔空比Δτ不是關鍵的，但可以在譬如的量級， 或者甚至更低，譬如0.5%。當Δ = Δ 1時，平均光輸出Lav可以表達為Lav = Δτ·、。在一種可能的實施方式中，閥值Δτ對應於只貫穿一個完整的換向周期的燈電流， 如圖4D中所示。在一個實際的實施方式中，其中電橋開關頻率為IOOkHz並且重複頻率為 100Hz，閥值Δτ可以被挑選為等於1%，其對應於包含10個電橋開關循環的突發51。隨著 佔空比的進一步降低，由於譬如控制器的準確度所引起的難以避免的佔空比的微小變化可 能會造成光輸出的可見變化。如果使用者希望再進一步降低光輸出，則控制器90將佔空比保持等於Δ = Δτ， 但是降低電流幅度I至低於額定值Im的值Ik，如圖4Ε中所示。任何光輸出特性的偏差，特 別是光的顏色，由此僅相對於非常小的光輸出發生，在該情況下這樣的偏差更容易被接受。降低電流幅度可通過降低電源106的輸出來實現。然而這需要可控電源。在一個 優選實施方式中，電流幅度通過改變兩個電橋臂110、120之間的相位差Δφ而改變。這個原 理在圖5中說明。在該示圖的上部，可見第一電橋臂110的開關111、112以50%的佔空比 進行開關並且相對於彼此相位差180°，第二電橋臂120的開關121、122以50%的佔空比 進行開關並且相對於彼此相位差180°，並且在兩個臂110、120之間存在相位差Δφ。該示 圖進一步示出在節點A上的電壓在第一 DC電源線107和第二 DC電源線108的電壓之間交 替，並且示出在節點B上的電壓也在第一 DC電源線107和第二 DC電源線108的電壓之間 交替，其中這兩個電壓之間存在相同的相位差Δφ。該示圖進一步示出這兩個節點A和B之 間的電壓差Va-Vb,該電壓差驅動燈電流I。由於燈電壓的非常小的佔空比，燈沒有獲得點火的機會，而只能電容性地操作。因 而，燈提供相對大的阻抗，而電路的特性主要由諧振迴路(圖2中的131、132、133)來確定。 因為節點A和B之間的電路是諧振的，同時電橋臂的開關頻率接近於諧振頻率，所以在節點 A和B之間的電橋斜杆130中的電流是與節點A和B上的電壓大致同相的正弦形電流。因 而，在並聯電容器133上施加的電壓(圖2)是與節點A和B上的電壓大致同相的正弦形電 壓；由於此電壓確定燈電流，所以電容性燈電流也是與節點A和B上的電壓大致同相的正弦 形電流，如在圖5中由最下面一個曲線所示意性地說明的那樣。電容性燈電流確實引起一些要生成的光。本領域的技術人員應當清楚，用這種方法獲得的最大電流幅度(電流曲線的頂點)與相位差Δφ成正比，其中Δφ在80。 的範圍內。類似的，電流幅度的平均值與相位差Δφ成正比。因而，通過改變相位差Δφ,可 以改變平均電流幅度並因此改變光輸出。注意，在更高的佔空比以及由此的更高的光輸出的情況下，燈確實實現點火，在此 情況中燈電流的形狀更接近於三角形。在喚醒燈的情況中，控制器90的操作正好相反。燈在初始狀態中是關閉的。在譬 如由時鐘確定的某個時刻，控制器開始它的操作，其中佔空比被設置為Δ =八1並且通過 設置臂相位差至接近於0°而使電流幅度接近於零(圖4Ε)。作為時間的函數，控制器通過 增大臂相位差Δφ同時維持佔空比恆定來增大電流幅度，直到電流幅度因為臂相位差Δφ達 到180°而達到額定值Im(圖4D)。從那一刻以後，還是作為時間的函數，控制器增大佔空 比同時維持電流幅度恆定(圖4C和4Β)，直到最終佔空比變得等於100%。這種喚醒操作 在圖6中示意性地說明，在其中上部示圖示出作為時間的函數的相位差Δφ，而下部示圖示 出作為時間的函數的佔空比。注意，在圖6中，相位差Δφ和佔空比被示出為根據時間線性地增大。然而，依照設 計考慮，這些參數的二階時間導數可以不等於零；譬如，相位差Δφ和佔空比可能指數地增 大。另外還應當注意，如上所述的調光過程或者喚醒過程的實施可以容易地並且低成 本地通過控制器90的合適的程序來實現，即軟體實施。如前所述，電極加熱電源30、40可以實施為分開的恆定電流源。在那種情況下，在 沒有燈電流流動的時間段期間，控制器90可以保持全部開關111、112、121、122在關閉狀 態。然而，對於當如上所述的通過臂相位差的變化實施佔空比的變化和電流幅度的變化的 情況，本發明針對電極加熱電源提供相對簡單的實施方式，其相應地從節點A或B獲取它的功率。圖7為可與圖2相比的依照本發明而適配的驅動器2的框圖，其中特別地電極加 熱電源30、40依照本發明實施。為簡單起見，控制器90和DC電源106未在圖7中示出。注 意，與燈10並聯的電容性裝置被實現為兩個電容器133、134的串聯布置。第一電極加熱電源30包括第一變壓器50，其具有耦合於第一輸入端子33和第二 輸入端子34之間的初級變壓器繞組51，並且具有耦合至第一電極加熱電源30的輸出端子 31、32的次級變壓器繞組52。在示出的優選實施方式中，電壓調節器71耦合於次級變壓器 繞組52和輸出端子31、32之間。第二輸入端子34經由電容器35與地線108耦合，其被設 計用於DC去耦。此去耦電容器35的電容率被選擇為就開關頻率和初級變壓器繞組51的 電感率而言相對較高，從而在實踐中在此電容器上的任何電壓波紋都將會幾乎為零。類似地，第二電極加熱電源40包括第一變壓器60，其具有耦合於第一輸入端子43 和第二輸入端子44之間的初級變壓器繞組61，並且具有耦合至第二電極加熱電源40的輸 出端子41、42的次級變壓器繞組62。在示出的優選實施方式中，電壓調節器72耦合於次級 變壓器繞組62和輸出端子41、42之間。第二輸入端子44經由第二去耦電容器45與地線 108耦合。因為燈沒有直接連接到電橋節點A和B，兩個HF變壓器50、60充當電平位移器。串聯電容器35、45具有使得DC偏移對於驅動初級變壓器繞組51、61不構成任何問題的效^ οHF變壓器50、60將在電橋節點A、B的高電壓轉換為適合於燈陰極加熱的低得多 的電壓。對於26W PL-C燈，通常陰極加熱額定值為4V和320mA。將陰極加熱功率儘可能地 保持恆定在取決於燈的正確值上是非常重要的。如果加熱輸出電壓過高，陰極溫度將會過 高，陰極將會損失發射材料(通常為鋇)，而燈的壽命將會縮短至幾百小時。如果加熱輸出 電壓過低，陰極溫度將會過低，使得陰極變黑並且燈的壽命縮短至僅僅幾個小時。注意，如 圖5中所示，電橋節點A和B連續不斷地輸送高頻高電壓，以使得變壓器50、60被供應以恆 定電壓以及由此燈電極14被供應以恆定電壓。為了增加陰極加熱電壓的準確度，如示出的，每個電極加熱電源30、40優選地包 括電壓調節器71、72，每個電壓調節器都包括整流器(譬如二極體電橋)、緩衝器(譬如電 容器)以及穩定器。這對於消去DC電源106的輸出電壓的可能變化而言可能是可取的。然 而，如果DC電源106提供足夠穩定的電壓，那麼可以不需要這樣的電壓調節器。在依照本發明的驅動器中，無論控制器為了設置調光水平而設置的佔空比如何， 無論控制器為了設置調光水平而設置的燈電流幅度如何，電極加熱功率保持基本上恆定。在上文中，開關111、112、121、122的操作僅著眼於燈電流的產生以及著眼於加熱 電流的產生而被描述。就此而言，除了在串聯布置的兩個開關的「開(ON)」時期之間必須有 一些「空載時間(deadtime)」以防止短路的事實以外，開關的精確定時不是必要的。如果滿 足該條件，則下一個開關於何時切換成導通狀態的精確定時不是必要的。然而，在優選實施 方式中，保證在開關調至導通狀態之前開關上的電壓已經變為零，因為否則會由於開關動 作而發生功率損耗。作為解釋，將會給出開關111和112的開關動作的更加詳細的描述。假設保證在第一階段第一開關111為開而第二開關112為關。電流流經第一開關 111和初級變壓器繞組51，節點A在線107的高電壓上。在第二階段，開關111和112全都為關。電流繼續在初級變壓器繞組51中流動， 電流路徑通過MOSFET 112的體二極體(或者與開關112並聯布置的單獨的二極體)而閉 合。結果是造成在節點A的電壓的降低。注意，這可以被視為對與第二開關112並聯的負 載電容器(未示出)進行放電。此負載電容器可由MOSFET 112的漏極與源極之間的寄生 電容或者連接到節點A的負載的電容性部件(即與初級變壓器繞組51的電容器)所構成。 注意，負載電容器與節點A處看見的電感形成諧振電路，節點A處看見的電感可以等於初級 變壓器繞組51的電感率，儘管優選地應該存在與初級變壓器繞組51串聯布置的小電感器 (未示出)以便增大在節點A處看見的電感率。優選地，此電感器(提供漏電感)被包括在 變壓器設備中，以免除必需具有與變壓器初級繞組串聯連接的額外部件。在一定的時間延遲(由所述節點A處看見的電感和所述負載電容器的LC時間所 確定)之後，在節點A處的電壓達到零。如果此時間延遲不過分短，那將會是有益的，因為 在節點A的dV/dt的高數值造成無線電噪聲的發射。隨後，或者稍晚些，第二開關112被調 到開，第一開關111保持關。因而，在第二開關上沒有電壓的時候，該第二開關112被調到 開。現在，在第一開關111為關而第二開關112為開的第三階段中，電流流經第二開關112 和初級變壓器繞組51，其中節點A處於線107的高電壓。電流在相較於第一階段相反的方 向流動。
在第四階段中，開關111和112都為關。電流繼續在初級變壓器繞組51中流動，電 流路徑通過MOSFET 111 (或者與開關111並聯布置的單獨的二極體)的體二極體而閉合。 結果是造成在節點A的電壓升高。注意，這可以被視為對與第二開關112並聯的所述負載 電容器(未示出)進行放電。在一定的時間延遲(再一次，由所述節點A處看見的電感和所述負載電容器的LC 時間所確定)之後，在節點A處的電壓達到線107的高電壓電平。隨後，或者稍晚些，第一 開關111被調為開(同時在此開關上沒有電壓)，並且所述情況被重複。在開關上的電壓等於零的時候將開關從非導通調為導通將被表示為「零電壓開關 切換」。在上文中，電橋開關111、112和121、122的高頻切換(見圖5)獨立於電流突發51 的切換(見圖4B)而描述。特別是在接近於閥值佔空比Δτ的低佔空比上，在一個突發51 中的電橋切換循環的數量相當低。這個數量可以等於10(Δ = 1%)或者5(Δ =0.5%)。 即使是在突發51開始處的確切定時相對於高頻電橋切換的相位的微小變化，也將造成燈 以及它的諧振箱系統的起始條件的變化，其可導致平均燈電流的微小變化並且因此導致燈 的光輸出的微小但可見的變化(閃爍)。為了避免這個問題，電橋的佔空比切換優選地與電橋的高頻切換同步。如果確定電橋的佔空比切換的低頻時鐘信號與確定電橋的高頻切換的高頻時鐘 信號獲取自相同的源，則這樣的同步是可實現的。在確定電橋的高頻切換的高頻時鐘信號自由運行的情況下，如果響應於確定突發 51在何時將要起始的低頻時鐘信號而對突發51的實際起始進行延遲，直到高頻時鐘信號 的預設定相位，譬如高/低過渡或者低/高過渡，則這樣的同步是可實現的。不適宜的閃爍的另一個源頭可通過電源106呈現。這個電源106可能提供穩定的 並且無紋波的真正的DC電壓；在這種情況下，電源不引起閃爍。然而，如果電源106從市電 電源獲取它的功率，那麼在整流和緩衝之後，電源106的輸出在實際中可能不可避免的表 現出具有兩倍於市電頻率的小紋波。在突發51的起始的精確時間處，電源106的輸出電壓 的瞬時值影響燈點火所需的時間如果這個瞬時值稍高，那麼燈可能會稍早點火併且燈電 流會出現較長時間，總而言之造成稍高的光輸出。這些變化在低佔空比時可能是可見的，考 慮到此，在0. 5%的佔空比上，1 μ s的微小點火延遲可能對應於高達2%的突發時長，即，光 輸出的2%的變化。為了避免這個問題，電橋的佔空比切換優選地與市電頻率同步。圖9Α示意性地示出概括地以參考標號901指示的緊湊型氣體放電燈的透視圖。燈 901包括燈座902，以及相互平行布置的四個管分段911、912、913、914。在圖中，管的軸向方 向被垂直定向；此方向也將被指示為縱向方向。所述管從燈座902的上表面903垂直地向 上延伸。每個燈分段具有兩個端，即，靠近燈座902的近端和離燈座902 —段距離的遠端。 第一燈電極燈絲921位於第一燈分段911的近端。第一燈分段911和第二燈分段912在靠 近它們的遠端處通過第一電橋分段931互連。第二管分段912和第三管分段913在靠近它 們的近端處通過第二電橋分段932互連。第三管分段913和第四管分段914在靠近它們的 遠端處通過第三電橋分段933互連。第二電極燈絲922布置在第四管分段914的近端。每 個電極燈絲具有穿過燈座902向下延伸的兩個電極端子，並且每個都耦合到從燈座902的底面延伸的相應的連接器，為簡單起見而未在圖9A中示出所述連接器。這樣的燈的一個範 例為商業銷售的Philips的PL-C燈。因此，在這裡不需要對這種燈的設計進一步解釋。在極低調光的情況中，譬如在啟動喚醒燈時，另一個問題可能是會出現下述情況 光僅在第一管分段911的近端和第四管分段914的近端，靠近於相應的電極921和922處 產生。這被認為是由於操作條件不足以產生正確的放電，並且電容性電流經由管分段的玻 璃封殼流動的事實所造成的。這些發光部分緩慢地向第一管分段911和第四管分段914的 遠端增長，並且隨後第二管分段912和第三管分段913可能開始發光，但是也可能第二管分 段912和第三管分段913根本不貢獻光輸出。總而言之，燈可能展現出古怪的和不穩定的 特性。為了消除或者至少降低這一問題，依照本發明的燈901具有外置於管分段911、 912、913、914的外部輔助電極950。所述輔助電極為電傳導的，具有對應於管分段的軸向長 度的軸向延伸，並且起電容性耦合的作用，將四個管分段911、912、913、914彼此耦合，促進 在全部管分段的整個長度上產生氣體放電。如果輔助電極與全部管分段911、912、913、914 機械接觸，那麼該電容性耦合為最佳。輔助電極950可以是電浮動的，S卩，不與電子驅動器的任何構件電氣連接。然而， 如果將輔助電極950連接至參考電壓，則將會獲得改善的效果。這樣的參考電壓的合適的 源為地電位，或者燈電極之一。在一種優選實施方式中，輔助電極950連接至燈電極電勢之 間的中間的電壓。優選地，輔助電極950連接至前述的兩個電容器133和134之間的節點。對於輔助電極，若干形狀都是可行的。在圖9A的實施方式中，輔助電極950具有帶 有用於容納第二電橋分段932的凹槽的矩形框的形狀。它可被確定尺度以使得它的兩個主 表面與全部管分段相接觸。圖9B為輔助電極的優選實施方式的示意性透視圖，其在此由參 考標號960所指示，形成為平面板911，其被旨在和圖9A的板形實施方式類似地放置，即，在 一側上在第一和第二管分段911、912之間延伸而在另一側上在第三和第四管分段913、914 之間延伸。板960具有用於容納第二電橋分段932的凹槽965。板961具有略小於第一和 第四管分段911、914之間的距離的厚度。為了將輔助電極960牢固地固定到燈，板961擁 有延伸自凹槽965對面的前豎直邊緣966的凸舌962、963、964，這些凸舌基本上依照與管分 段的半徑相對應的半徑在同一方向折回。所述凸舌可以具有相同的尺寸。在示出的實施方 式中，電極960具有圍繞管分段蓋上超過約180°的兩個較小的U形凸舌962，以及延伸至 鄰近的管分段的兩個較大的J形凸舌964。電極960的最低凸舌963具有彎向板961的末 端，以使得這個凸舌963圍繞管分段蓋上超過約180°。輔助電極960被放置為使得它的凸舌圍繞第一或者第四管分段，S卩，包含電極的 管分段，該選擇取決於凸舌彎入的方向；在示出的實施方式中，這將是第四管分段914。凸 舌將輔助電極960牢固地鉗制到這個管分段914，其中板961與這個管分段914基本上在它 的整個長度上機械接觸。板961另外與相鄰的管分段913機械接觸，由J形凸舌964支撐 入位，但幾乎不具有任何橫向力。輔助電極可以具有起伏的而不是基本上平坦的截面，以使得它在沿管分段的長度 上的離散數目的點上觸及它們。在可選實施方式中，輔助電極可具有基本上為圓形的外橫 截面，實施為實心棒或空心棒，如說明的那樣，置於管分段之間的中央空間。輔助電極也可 以實施為螺旋地纏繞管分段的周徑的導線。輔助電極也可以包括每條都螺旋地纏繞相應的管分段的四條電極導線。輔助電極也可以實施為置於管分段之間的中央空間中的圓柱狀電 刷。雖然在附圖和前面的描述中已經詳細地說明和描述了本發明，但是本領域的技術 人員應當清楚，該說明和描述應當被視為說明性或範例性的而不是限制性的。本發明不局 限於公開的實施方式；相反，在本發明的保護性範圍之內可以存在若干變化和修改，本發明 的保護範圍定義於隨附的權利要求中。譬如，驅動器的電源可以包括用於對AC市電電源進行整流的整流器，以及布置於 整流器與第一和第二 DC電源線之間的預調節器和轉換器級，用以將整流後的AC電源轉換 成穩定的DC電源。另外，在描述和說明的優選實施方式中，驅動器包括全電橋拓撲結構。然而也可以 使用其他拓撲結構實施本發明，譬如與比如可通過使用返馳式轉換器或者降壓轉換器改變 其輸出電壓的電源106相結合的半電橋拓撲結構。另外，在描述和說明的優選實施方式中，燈輸出端子101、102在電橋斜杆130中連 接，以使得每個燈電極接收相對於地電位變化的電壓。為了防止無線電幹擾，將一個燈電極 保持在固定的電壓電平(優選地為地電位)是理想的。這可以在圖8的實施方式中實現， 其中燈輸出端子101、102通過耦合變壓器810耦合至電橋斜杆130。在示出的實施方式中， 電橋斜杆130包括耦合變壓器810的初級繞組811和DC去耦電容器820的串聯布置。耦 合變壓器810的次級繞組812的一端連接到地電位，並且另一端通過諧振電感器131連接 到一個主輸出端子101。其他主輸出端子連接到地電位。從對附圖、公開內容，以及隨附的權利要求的學習中，本領域技術人員在實踐所要 求保護的本發明的過程中能夠理解和實現對公開的實施方式的其他改變。在權利要求中， 詞語「包括」不排除其他元件或步驟，而不定冠詞「一個」、「一」不排除複數。單個處理器或 者其他單元可能實現記載於權利要求中的多個項目的功能。僅憑某些措施在彼此不同的從 屬權利要求中記載的單純事實不表明不能使用這些措施的組合以獲益。電腦程式可以存 儲/分布在合適的介質上，比如與其他硬體一起或者作為其他硬體的一部分提供的光存儲 介質或者固態介質，但也可以分布在其他形式中，比如經由網際網路(Internet)或者其他有 線或無線通信系統。權利要求中的任何參考標記都不應當被詮釋為對範圍的限制。在上文中，本發明參考說明依照本發明的功能模塊的框圖而進行解釋。應當理解， 這些功能模塊中的一個或多個可以實施於硬體中，其中這樣的功能模塊的功能由各個硬體 部件執行，但也可以在軟體中實施這些功能模塊中一個或多個，以使得這樣的功能模塊的 功能由電腦程式或者比如微處理器、微控制器、數位訊號處理器等可編程設備的一條或 多條程序行所執行。
權利要求
一種驅動氣體放電燈(10)的方法，所述氣體放電燈(10)具有在額定光輸出水平(LM)和最低光輸出水平之間的範圍內可變化的光水平，所述方法包括步驟產生具有恆定電流振幅的交流燈電流(I)；在產生額定光輸出水平(LM)時，持續地向燈(10)供應具有額定電流振幅(IM)的交流燈電流(I)；在產生具有在低於所述額定光輸出水平(LM)的第一範圍內的光輸出水平的光時，向所述燈(10)供應具有突發持續時間TC和突發重複周期T的間隔開的電流突發(51)，其中在每個電流突發中，向所述燈持續供應具有額定電流振幅(IM)的交流燈電流(I)，並且其中在相繼的電流突發之間的間隔中基本上不向燈供應電流，並且其中光輸出水平通過在100％與最小突發佔空比值(ΔT)的範圍內改變突發佔空比(Δ)而改變，所述突發佔空比(Δ)定義為Δ＝TC/T；在產生具有在低於所述第一範圍的第二範圍內的光輸出水平的光時，向所述燈(10)供應間隔開的電流突發(51)，其中在每個電流突發中，向所述燈持續供應具有低於額定電流振幅(IM)的降低的電流振幅(IR)的交流燈電流(I)，並且其中在相繼的電流突發之間的間隔中基本上不向燈供應電流，並且其中光輸出水平通過在保持突發佔空比(Δ)恆定在所述最小突發佔空比值(ΔT)的同時，在零與額定電流振幅(IM)的範圍內改變降低的電流振幅(IR)而改變。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述最小突發佔空比值(ΔΤ)為1 %的量級，或者 甚至更低，例如0.5%。
3.根據權利要求1所述的方法，為了將光輸出水平從零逐漸增大到額定光輸出水平， 包括步驟首先向燈(10)供應具有所述預設定的最小突發佔空比值(Δτ)的間隔開的電流突發 (51)，其中在每個電流突發中，向燈持續供應具有接近於零的降低的電流振幅(Ik)的交流 燈電流⑴；隨後，在保持突發佔空比(Δ)恆定在所述最小突發佔空比值(Δτ)的同時，通過逐漸 提高降低的電流振幅直到電流振幅達到額定電流振幅(Im)，逐漸增高光輸出水平；隨後，在保持電流振幅恆定在所述額定電流振幅(Im)的同時，通過逐漸增大突發佔空 比(Δ)來進一步逐漸增大光輸出水平。
4.根據權利要求1所述的方法，其中突發重複周期為IOOHz的量級。
5.根據權利要求1所述的方法，其中交流燈電流具有恆定的電流頻率，這個頻率優選 地為約IOOkHz的量級。
6.根據權利要求1所述的方法，其中交流燈電流具有等於50%的恆定的電流佔空比。
7.一種用於驅動氣體放電燈(10)的驅動器(1)，包括能夠產生在具有突發持續時間TC 和突發重複頻率1/Τ的間隔開的電流突發(51)中的燈電流(I)的主電源(100)，其中在每 個電流突發中，燈電流為具有高於突發重複頻率的恆定電流頻率、恆定電流振幅，以及優選 地等於50%的恆定電流佔空比的交流電流；所述驅動器能夠在保持電流振幅恆定在額定電流振幅值(Im)的同時，在100%與最小 突發佔空比值(Δτ)的範圍內改變突發佔空比(Δ)，所述突發佔空比(Δ)定義為Δ =Tc/ T ；並且驅動器能夠在保持突發佔空比(Δ)恆定為所述最小突發佔空比值(Δτ)的同時， 在零與額定電流振幅(Im)的範圍內改變電流振幅。
8.根據權利要求7所述的驅動器，適合於執行權利要求1到6中的任意一種所述的方法。
9.根據權利要求7所述的驅動器，進一步包括電極加熱電源(30、40)，其適合於獨立於 突發佔空比(△)並且獨立於電流振幅，提供恆定的燈絲加熱電流或者恆定的燈絲加熱電壓。
10.根據權利要求7所述的驅動器，包括 DC電壓源(106)；第一 DC電源輸出線和第二 DC電源輸出線(107、108)，其連接至DC電壓源(106)的相 應的輸出端子；第一電橋臂(110)，其包括連接於所述第一 DC電源線和第二DC電源線(107、108)之間 的兩個可控開關(111、112)的第一串聯布置，在這兩個開關之間有第一電橋輸出節點(A)； 第二電橋臂(120)，其包括連接於所述第一 DC電源線和第二 DC電源線(107、108)之間 的兩個可控開關(121、122)的第二串聯布置，在這兩個開關之間有第二電橋輸出節點(B)。 連接於所述兩個輸出節點(Α、Β)之間的電橋斜杆(130)； 用於控制所述開關的切換操作的控制器(90)。
11.根據權利要求10所述的驅動器，其中所述控制器適合以如下方式來控制開關使 得每個開關(111、112、121、122)以等於電流頻率的切換頻率在通導和非通導狀態之間不 斷地交替，其中第一電橋臂(110)的兩個開關(111、112)總是以180°的互相位差進行切 換；其中第二電橋臂(120)的兩個開關(121、122)總是以180°的互相位差進行切換；所述 控制器適合在0°到180°的範圍內選擇性地設置第一電橋臂(110)和第二電橋臂(120)之間的相位差(Δφ)。
12.根據權利要求10所述的驅動器，其中控制器適合於在相繼的電流突發的間隔中將 所述相位差(Δφ )設置為等於0°，以使得所述燈基本上不獲得電流。
13.根據權利要求10所述的驅動器，其中控制器適合於在電流突發期間將所述相位差 (Δφ )設置為等於180°，以產生具有額定電流振幅(IM)的交流燈電流⑴。
14.根據權利要求10所述的驅動器，其中控制器適合於在電流突發期間設置所述相位 差以使其具有0°到180°之間的值，以產生具有降低的電流振幅(Ik)的交流燈電流(I)。
15.根據權利要求10所述的驅動器，其中電橋斜杆(130)包括燈輸出端子(101、102) 和電感性裝置(131、132)的串聯布置，其中與所述燈輸出端子(101、102)並聯布置有電容 性裝置133、134。
16.根據權利要求10所述的驅動器，進一步包括耦合變壓器(810)，其中電橋斜杆 (130)包括所述耦合變壓器(810)的初級繞組(811)，優選地與DC去耦電容器(820)相串 連，並且其中所述燈輸出端子(101、102)與所述耦合變壓器(810)的次級繞組(812)串聯布置。
17.根據權利要求10所述的驅動器，用於驅動包括具有內部空間(12)以及布置於所述3內部空間之內的兩個電極燈絲(13 ； 14)的燈管(11)的類型的熱陰極螢光燈(10)，每個電 極燈絲(13 ； 14)具有延伸至燈管的外部的兩個電極端子(15、17 ；16,18)；驅動器進一步包 括至少一個電極加熱電源(30、40)，其用於向燈電極燈絲(13 ； 14)提供電極加熱電流；所述電極加熱電源(30 ；40)具有耦合至電橋輸出節點(A ；B)的第一輸入端子(33)，其 用於從主電源獲取輸入輸入功率，。
18.根據權利要求17所述的驅動器，其中所述電極加熱電源(30；40)包括變壓器(50 ； 60)，變壓器(50 ；60)的初級繞組連接至它的輸入端子(33 ；43)，並且變壓器(50 ；60)的次 級繞組(52 ；62)耦合至它的加熱輸出端子(31,32 ；41,42) 0
19.根據權利要求18所述的驅動器，其中所述電極加熱電源(30;40)進一步包括布置 於所述初級變壓器繞組(51 ；61)與參考電勢之間的電容器(35 ；45)。
20.根據權利要求18所述的驅動器，其中所述電極加熱電源(30；40)進一步包括耦合 於所述次級變壓器繞組(52 ；62)與所述加熱輸出端子(31、32 ；41,42)之間的電壓調節器 (71 ；72)。
21.—種喚醒燈設備，其包括氣體放電燈(10)以及燈驅動器(1 ；2)，所述燈驅動器(1 ； 2)包含能夠產生交流燈電流(I)的間隔開的電流突發(51)的電源(100)，其中所述設備能 夠操作於關閉模式中，在關閉模式中不產生燈電流，並且其中所述設備適合於從它的關閉 模式調至喚醒模式，在喚醒模式中電源(100)如下操作_首先產生具有最小佔空比值(Δτ)和接近於零的降低的電流振幅(Ik)的交流燈電流⑴；-隨後在保持佔空比(Δ)恆定在最小佔空比值(Δτ)的同時逐漸增大電流振幅，直到 電流振幅達到額定電流振幅(Im)；-隨後在保持電流振幅恆定在額定電流振幅(Im)的同時逐漸增大佔空比(Δ)。
22.根據權利要求21所述的喚醒燈設備，其中所述氣體放電燈包括多個基本上彼此平 行布置的管分段(911、912、913、914)，所述管分段具有軸向長度，管分段的數量為偶數，每 個管分段具有內部空間，所述管分段通過橫向管分段(931、932、933)彼此耦合，以使得一 個管分段的內部空間總是與至少另一個管分段的內部空間相通；所述設備進一步包括布置於管分段(911、912、913、914)外部的電傳導的外部輔助電 極(950 ;960)，其具有對應於管分段的軸向長度的軸向延伸，電容性地耦合至所有管分段， 並且耦合至參考電壓電平。
全文摘要
描述了一種喚醒燈設備，其包括氣體放電燈(10)以及燈驅動器(1；2)，燈驅動器(1；2)包含能夠產生交流燈電流(I)的間隔開的電流突發(51)的電源(100)。喚醒燈設備能夠操作於在其中不產生燈電流的關閉模式中，並且適合於從它的關閉模式調到喚醒模式，在喚醒模式中電源(100)如下操作首先產生具有最小佔空比值(ΔT)和接近於零的降低的電流振幅(IR)的交流燈電流(I)；隨後在保持佔空比(Δ)恆定在最小佔空比值(ΔT)的同時逐漸增大電流振幅，直到電流振幅達到額定電流振幅(IM)；隨後在保持電流振幅恆定在額定電流振幅(IM)的同時逐漸增大佔空比(Δ)。
文檔編號H05B41/392GK101897239SQ200880120883
公開日2010年11月24日 申請日期2008年12月12日 優先權日2007年12月14日
發明者J·迪傑克斯特拉, P·J·布裡默, S·赫林加, W·埃特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司