具有频率诊断灯故障保护电路的镇流器制造技术

一种用于向一个或者多个气体放电灯供电的镇流器(20)，包括逆变 器(200)和灯故障保护电路(400)。逆变器(200)具有依赖于负载的运 行频率。灯故障保护电路(400)监视逆变器内的电信号。响应于电信号 的基频的变化，比如响应于在拆卸灯时、当灯接近它的运行寿命结束时或 者当在一个或者多个镇流器输出连接处出现放电弧状况时发生的变化，灯 故障保护电路(400)将逆变器(200)禁用达预定断开时段。灯故障保护 电路(400)还提供用于周期性地尝试点燃和运行灯的重启功能。此外， 响应于持续故障状况，灯故障保护电路(400)增加预定断开时段，以便 使由于重启功能所致的任何所不希望的影响最小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于向放电灯供电的电路的一般主题。具体而言，本专利技术 涉及一种包括灯故障保护电路的镇流器。相关申请本申请的主题内容与通过引用将公开内容结合于此的以下专利和申请有关美国专利6,720,739 B2(标题为Ballast with Protection Circuit for Quickly Responding to Electrical Disturbances,授权于2004年4月13 日并且转让给与本申请相同的受让人)、美国专利7,042,161 Bl (标题为 Ballast with Arc Protection Circuit,授权于2006年5月9日并且转让 给与本申请相同的受让人)、美国专利7，102，297B2 (标题为Ballastwith End國of-Lamp國Life Protection Circuit,授权于2006年9月5日并且转让 给与本申请相同的受让人)和系列号为11/532,277的美国专利申请(标题 为Ballast with Arc Protection Circuit,与本申请同日提交并且转让给与 本申请相同的受让人)。
技术介绍
电子镇流器一般包括为了向气体放电灯高效供电而提供高频电流的 逆变器。逆变器通常根据切换拓朴结构(例如半桥或者推挽)和用来控制 逆变器开关换向的方法(例如驱动或者自振荡)来分类。在许多类型的电 子镇流器中，逆变器提供如下输出电压该输出电压由谐振输出电路处理， 以提供用于点燃灯的高电压和用于向灯供电的量值受限的电流。当灯有故障、被拆卸或者以别的方式停止以正常方式运行(例如在所 谓的二极管模式，，运行中出现的情况)时，非常希望逆变器被断开或者至 少变换成不同(例如低功率)的运行模式。这是必要的，以便使功率耗散 最少、减少镇流器中的发热并且保护镇流器的部件免受由于过量电压、电 流和热所致的损坏。响应于灯故障状况来断开逆变器或者更改逆变器的运行的电路惯称为灯故障保护电路。许多现有的灯故障保护方式依赖于检测灯电压或者灯电流的不对称性，该不对称性作为已经出现灯故障状况的指示。例如，美国专利5,777,439 公开一种布置，其中整流器件连接到灯的两侧以便检测不平衡的电压(已 知该电压至少表明某些类型的灯故障模式，比如二极管模式运行)。这样 的故障检测方式对于具有非隔离输出(即在谐振输出电路和与灯的连接之 间没有插入的输出变压器)的镇流器是有效和经济的，但是它没有很好地 适合于如下那些类型的镇流器(例如包括电流馈送自振荡逆变器和具有输 出变压器的并联谐振输出电路的镇流器)这些类型的镇流器在镇流器电 路和与灯的连接之间固有地提供电隔离。对于后一类镇流器，表明灯故障状况的任何信号必须在它可以用来控制逆变器的运行之前经由适当的隔 离器件如光耦合器从输出变压器的次级侧传送到初级侧。如可以预期的那 样，隔离器件的额外存在增加了镇流器的成本和复杂性。具有灯故障保护电路的许多现有镇流器通过断开逆变器、然后只要功 率持续施加到镇流器就保持逆变器关断来对灯故障状况做出响应。就这样 的镇流器而言，在用可运行的灯更换有故障的灯之后，要求关断、然后再 次接通(即循环)向镇流器的供电以便实现灯架中的灯的点燃和供电。 这一要求在许多应用中、比如在大量镇流器常常连接于同一支路电路中的大型办公区或者工厂中带iM目当大的不便。在这样的环境中，就许多现有 镇流器而言，有必要短暂地中断大型区域中的照明，以便在更换它的一个 或者多个灯之后使得甚至单个照明灯架恢复所需运行。因此希望有一种镇 流器，其适应于换灯而无需去掉和重新施加向镇流器的供电。在某些运行时段，如逆变器启动和灯点燃过程中，禁止灯故障检测是 至关重要的。例如，逆变器和灯的正常起动过程一般伴随有在灯故障状况 中出现的相同类型的电扰动。因此，除非在逆变器启动和灯点燃过程中禁 止灯故障检测，否则可能阻止逆变器恰当地起动和/或可能阻止镇流器恰 当地点燃灯。此外，虽然多数灯在理想M之下能够在短暂时间段(例如 20毫秒)内正常地点燃和运行，但是一些灯由于老化或者低温而要求长 得多的时间来点燃和稳定。因此，应当将灯故障检测禁止足够长的时段(例 如至少200亳秒左右)以适应在欠理想的M之下起动的灯。希望的是，镇流器具有某一类自动重启能力，其中在继检测到灯故障 状况和断开逆变器之后的指定时间内进行周期性的尝试，以重启镇流器和 点燃灯。希望有这一特征，以便在由于瞬间的电力线瞬时现象或者对镇流器可靠性或者安全性无实际威胁的多种异常现象(例如电噪声)中的任何异常现象所造成的误检情况下，防止镇流器的锁定断开(这使得有必要关断、然后再次接通向镇流器的供电以便重置镇流器)。另外，由于灯多 少有些不可预测，所以有可能的是其它方面良好的灯可能在首次尝试时有时无法恰当地起动。在这样的情况下，具有自动重启能力的镇流器将周 期性地尝试起动灯，而不是将镇流器或者它的逆变器简单地锁定于断开状 态直至比如向镇流器的供电循环这样的时间。对于向多个灯供电并且包括自动重启能力的镇流器，在持续灯故障状 况(即在例如小时、天、周、月等延续时间段中保持存在的灯故障状况) 的情况下，对重启镇流器和点燃灯的周期性的(但是未成功的)尝试引起 任何其余运行的灯的定期(例如每秒一次)短暂闪光。在校正灯故障状况 或者从镇流器去掉功率之前持续出现的这一定期短暂闪光被认为在视觉 上干扰在受影响的照明灯架附近的使用者。此外，周期性的重启尝试对镇 流器内的部件产生应力。因此，需要一种不仅使对使用者的视觉干扰最少 并且也避免给慎流器部件造成不必要的应力的灯故障保护方式。用于气体放电灯的镇流器提供用于起动灯的高点燃电压。由预热型镇流器供应的点燃电压通常为数百伏特级(例如500伏特峰值)，而由瞬间 起动型镇流器提供的点燃电压可以超过1000伏特峰值。由于这些高点燃 电压，镇流器遭受普遍称为输出放电弧的特殊一类灯故障状况。输出放电弧可能以许多不同方式中的任何方式出现。例如，在荧光照 明设备中， 一种普遍做法是在向镇流器施加交流功率之时更换有故障的 灯。这一做法称为带电换灯。在带电换灯过程中，在拆卸或者插入灯时， 可能在灯架插座接触与灯销之间形成瞬时电弧。作为另一例子，可能由于 输出接线或者灯插座中的不良或者失效连接，或者如果不恰当地安装灯使 得在灯销与灯架插座内的接触之间存在小的间隙，则可能出现持续电弧 (与瞬时电J^目对)。如果由于有缺陷的灯插座或者有缺陷的接线而有损于与灯的连接，则可能跨这些有故障的连接所造成的气隙而产生高强度、 高温度的电弧。放电弧通常被认为造成灯架插座中的接触退化和对镇流器内的部件 的不适当应力。持续放电弧尤其是由于它往往产生潜在地有破坏性的加热 而不受欢迎。为了使归因于放电弧的任何有害效应最少，迅速地灭熄电弧 至关重要。这要求一种能够快速和可靠,测电弧并且l^t采取适当举措 以迅速地灭熄电弧的镇流器。现有技术包括用于检测和/或防范输出放电弧的多种电路。在通过引用将公开内容结合于此的美国专利申请第xx/xxx，xxx号(标题为Ballast with Arc Protection Circuit、与本申请同日提交并且转让给与本申请相同 的受让人)中提供了对于与输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向至少一个气体放电灯供电的镇流器，所述镇流器包括：　逆变器，其具有依赖于负载的运行频率；　输出电路，其耦合到逆变器，所述输出电路包括适于耦合到包括至少一个气体放电灯的灯负载的输出连接；以及　灯故障保护电路，其耦合到 所述逆变器，其中所述灯故障保护电路能够运行用以：　（ａ）监视所述逆变器内用于表明灯故障状况的电信号的基频，其中当所述电信号的基频表现出超过预定变化阈值的变化时，认为已经出现灯故障状况；　（ｂ）提供起动时段，在所述起动时段中所述逆 变器与灯故障状况的出现无关地被启用和允许尝试起动灯；　（ｃ）响应于在所述起动时段结束之后出现灯故障状况而：　（ｉ）禁用所述逆变器并且在断开时段中保持所述逆变器禁用；以及　（ｉｉ）在所述断开时段结束之后再次提供起动时段，由此 所述逆变器与灯故障状况的出现无关地被启用和允许尝试起动灯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.15 US 11/532,2351.一种用于向至少一个气体放电灯供电的镇流器，所述镇流器包括逆变器，其具有依赖于负载的运行频率；输出电路，其耦合到逆变器，所述输出电路包括适于耦合到包括至少一个气体放电灯的灯负载的输出连接；以及灯故障保护电路，其耦合到所述逆变器，其中所述灯故障保护电路能够运行用以(a)监视所述逆变器内用于表明灯故障状况的电信号的基频，其中当所述电信号的基频表现出超过预定变化阈值的变化时，认为已经出现灯故障状况；(b)提供起动时段，在所述起动时段中所述逆变器与灯故障状况的出现无关地被启用和允许尝试起动灯；(c)响应于在所述起动时段结束之后出现灯故障状况而(i)禁用所述逆变器并且在断开时段中保持所述逆变器禁用；以及(ii)在所述断开时段结束之后再次提供起动时段，由此所述逆变器与灯故障状况的出现无关地被启用和允许尝试起动灯。2. 根据权利要求1所述的镇流器，其中所述灯故障保护电路能够运 行用以响应于以下各项中的至少 一项而禁用所述逆变器灯从所述镇流器断开；至少一个灯无法以实质上正常的方式运行；以及 在所述灯负载上的放电弧状况。3. 根据权利要求1所述的镇流器，其中预定阈值变化为至少以下量 级中的至少之一在所述逆变器的正常运行频率的约0.1%至1%之间；以及约数百赫兹。4. 根据权利要求1所述的镇流器，其中所述灯故障保护电路通过监 其中所述采样时段具有采样持续时间5. 根据权利要求4所述的镇流器，其中所述灯故障保护电路能够运 行用以提供至少第一采样时段和第二采样时段，其中所述第二采样时段在所述第 一采样时段结束之后的某一时间点 开始；以及所述第 一和第二采样时段具有基本上相同的采样持续时间；测量第一脉冲数目，所述第一脉冲数目表明在所述第一采样时段期间 在电信号中出现的循环数目；测量第二脉沖数目，所述第二脉冲数目表明在所述第二采样时段期间 在电信号中出现的循环数目；将所述第二脉冲数目与所述第一脉冲数目比较，其中如果所述第一脉 冲数目与所述第二脉冲数目之差多于预定差异限制，则认为已经出现灯故 障状况。6. 根据权利要求5所述的镇流器，其中所述灯故障保护电路还能够 运行用以提供在相继采样时段之间的停用时段，所述停用时段具有预定停 用时间。7. 根据权利要求6所述的镇流器，其中所述第二采样时段在所述第 一采样时段和所述停用时段结束之后开始。8. 根据权利要求6所述的镇流器，其中 所述采样持续时间为约10亳秒的量级；以及 所述预定停用时间为约10微秒的量级。9. 根据权利要求1所述的镇流器，其中所述灯故障保护电路还能够 运行用以响应于在已经相继地提供预定数目的起动时段之后保持存在的 灯故障状况，将所述断开时段从第一持续时间增加至第二持续时间，并且 将所述断开时段维持在所述第二持续时间，直至至少比如不再存在灯故障 状况这样的时间。10. 根据权利要求9所述的镇流器，其中 所述第一持续时间为约1秒的量级； 所述第二持续时间为至少数秒的量级；以及 所^动时段的预定数目为约10个的量级。11. 根据权利要求1所述的镇流器，其中所述逆变器是以下逆变器中的至少之一(i) 自振荡型逆变器；(ii) 电流馈送型逆变器；以及(iii) 电桥型逆变器。12. 根据权利要求l所述的镇流器，其中 所述逆变器是电流馈送自振荡逆变器；以及 所述输出电路包括并联谐振电路。13. 根据权利要求l所述的镇流器，其中所述镇流器还包括交流到直流转换器，其具有用于接收交流电源电 压的输入和用于向所述逆变器提供直流干线电压的输出；所述逆变器包括(i)第一和第二逆变器晶体管；(ii)第一J^驱动 电路，其耦合到第一逆变器晶体管；(iii)第二基极驱动电路，其耦合到 第二逆变器晶体管；(iv)逆变器接地；以及(v)逆变器启动电路，其耦 合到所述交流到直流转换器、第二逆变器晶体管和所述逆变器接地；所述灯故障保护电路(400)包括多个连接，所述多个连接包括耦合 到所述第二逆变器晶体管和所述第二J^l驱动电路的第一连接(402 )、耦 合到所述逆变器启动电路的第二连接(404 )、耦合到所述交流到直流转换 器的第三和第四连接(406， 408)以^合到所述逆变器接地的第五连接 (410);以及所述灯故障保护电路还能够运行使得由所述灯故障保护电路监视的电信号包括所述第二基极驱动电 路内经由所述第 一连接监视的电压信号；在所i^动时段期间，无论在所述第一连接的电压信号的性质如 何，所述逆变器都被启用和允许起动灯；响应于在所^动时段结束之后出现灯故障状况，在断开时段的 持续时间内通过将所述第一连接和所述第二连接有效地并接到负电压来 禁用所述逆变器；以及在所述断开时段结束时，通过在所述起动时段的持续时间内停止 将所述第一和第二连接有效地并接到所述负电压，来在所i^动时段上重新启用所述逆变器。14. 根据权利要求13所述的镇流器，其中所述灯故障保护电路还包括微控制器(420 )，其具有输入(422 )、输出(424 )、直流电源输入(426) 和接地输入(428 )，其中所述直流电源输入(426)耦合到所述第五连接， 而所述接地输入(428)耦合到参考节点(412);滤波电路(416， 418)，其耦合于所述第一连接(402)与所述微控制 器(422)的输入(422)之间；第一并接电路(414， 430)，其耦合到所述第一连接(402)、所述微 控制器的输出(424)和所述参考节点(412);第二并接电路(440， 448)，其耦合到所述第二连接(404)、所述微 控制器(Ul)的输出(424)和所述参考节点(412);以及直流电压电源电路(450， 456， 458， 460， 470)，其耦合到第三和第 四连接(406， 408)、所述微控制器的直流电源输入(426)、所述第五连 接(410)和所述参考节点(412)。15. 根据权利要求13所述的镇流器，其中所述负电压相对于所述逆 变器接地为约-5伏特量级。16. 根据权利要求14所述的镇流器，其中所述第一并接电路包括第一电子开关(430 )，其具有第一、第二和第三端子(432， 434， 436)， 其中所述第一端子(432)耦合到所述微控制器(420)的输出(424)，而 所述第三端子(436)耦合到所述参考节点(412);以及第一电容器(414),其耦合于所述第一连接(402)与所述第一电子 开关(430)的第二端子(434)之间。17. 根据权利要求16所述的镇流器，其中所述第一电子开关(430) 是N沟道场效应晶体管，其中所述第一端子(432)是栅极端子，所述第 二端子(434)是漏极端子，而所述第三端子(436)是源极端子。18. 根据权利要求16所述的镇流器，其中所述滤波电路包括第一电阻器(416),其耦合于所述第一电容器(414)与所述微控制 器(420)的输入(422)之间；以及第二电容器(418),其耦合于所述微控制器(420)的输入(422)与所述参考节点(412)之间。19. 根据权利要求18所述的镇流器，其中所述第二并接电路包括第二电子开关(440)，其具有第一、第二和第三端子(442， 444， 446)， 其中第二端子(444)耦合到所述第二连接(404),而第三端子(446)耦 合到所述参考节点(412);以及第二电阻器(448)，其耦合于所述第二电子开关(440)的第一端子 (442)与所述孩t控制器(420)的输出(424)之间。20. 根据权利要求19所述的镇流器，其中所述第二电子开关(440) 是NPN型双极结晶体管，其中所述第一端子U42)A1^L端子，所述第 二端子(444)是集电极端子，而所述第三端子(446) AiL射极端子。21. 根据权利要求19所述的镇流器，其中所述微控制器能够运行用以对第一脉沖数目进行计数，所述第一脉冲数目表明在第一釆样时段期 间在电压信号中出现的第 一循环数目；对第二脉冲数目进行计数，所述第二脉冲数目表明在第二采样时段期 间在电压信号中出现的第二循环数目，其中第一采样时段和第二采样时段 具有基本上相同的采样持续时间；将所述第二脉冲数目与所述第一脉冲数目比较，其中如果所述第一脉 冲数目与所述第二脉冲数目之差多于预定差异限制，则认为已经出现灯故障状况；在所ii^动时段期间，将在所述微控制器的输出的控制电压设置在不 足以激活第一和第二电子开关的第一电平，并且在所^动时段的持续时 间上将所述控制电压维持在所述第 一 电平；在所i^动时段结束之后如果不存在灯故障状况，则将所述控制电压维持在所述第一电平；以及如果存在灯故障状况，则将在所述微控制器的输出的所述控制电 压设置在足以激活第一和第二电子开关的第二电平，并且在所述断开时段 的持续时间上将所述控制电压维持在所述第二电平；以及在所述断开时段结束之后，将在所述微控制器的输出的所述控制电压设置在所述第一电平，并且在所i^动时段的持续时间上将所述控制电压 维持在所述第一电平。22. 根据权利要求21所述的镇流器，其中所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·L·帕里塞拉，于清红，
申请(专利权)人：奥斯兰姆施尔凡尼亚公司，
类型：发明
国别省市：US