專利名稱：識別放電燈的類型的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及識別放電燈的類型的方法和設備，特別是涉及識別低壓氣體放電燈的類型的方法和設備。
背景技術：
在能夠控制寬的功率范圍內不同類型放電燈的所謂通用鎮流器中，可以應用放電燈的類型的識別，特別是低壓氣體放電燈的類型的識別。所說的識別通常是基于燈的不同特征或參數，如I-V特性曲線(WO00/07415)、白織燈絲的電阻(EP0889675)、在不同電流/電壓下的光輸出(EP0759686)、啟動電壓(EP0413991)、和它們的組合。
然而，這些已知的燈的類型識別方法中沒有一個能夠給出實際上與通用鎮流器相連的燈的類型的確切答案，因此需要識別燈的類型的另外的方法，使用這些方法可以對已知的方法進行補充，并且有可能與所述的方法組合起來以提供正確識別放電燈類型的較高程度的確定性。
發明內容
因此，本發明的一個目的是擴大燈的識別的上述可能性。
本申請人已經發現，通過在調制的控制電流包跡的上升沿向熒光燈施加幅度調制的控制電流，獲得燈的電壓響應，這個電壓響應的峰值展現出與燈的長度和半徑的關系。通過測量這個峰值電壓，就可以識別所用燈的類型。
按照本發明的識別放電燈的類型的方法的特征在于它包括如下步驟向放電燈施加幅度調制的控制電流，在該幅度調制的控制電流包跡的上升沿檢測燈電壓的峰值，和比較檢測的峰值與以前記錄的不同燈類型的峰值，根據所說的比較將檢測的峰值指定給一個燈類型。
按照本發明用于識別燈類型的設備包括用于向放電燈提供控制電流的裝置，所說的設備的特征在于還包括用于對于燈的控制電流進行幅度調制的裝置、用于在幅度調制的控制電流包跡的上升沿檢測燈兩端的峰值電壓的峰值檢測裝置、用于記錄與燈類型有關的峰值電壓的記錄裝置、用于比較所測峰值電壓與記錄的峰值電壓并且根據所說的比較提供燈類型指示信號的裝置。
參照以下描述的實施例，本發明的這些和其它方面都將變得顯而易見。
在附圖中圖1表示燈電壓對于在燈控制電流的包跡的一個階躍的反應；圖2表示帶有可利用本發明的放電燈的鎮流器的總體方塊圖；圖3表示對于不同直徑的放電燈的峰值電壓隨調制頻率變化的一系列基于測量的特征；圖4表示對于不同長度的放電燈的峰值電壓隨調制頻率變化的一系列基于測量的特征。
具體實施例方式
在本申請人完成的實驗中，具有相當低頻率的優選的方波調制信號向不同長度/直徑的放電燈提供具有相當高頻率的幅度調制的控制電流，觀察并測量在幅度調制的控制電流的包跡的上升沿在放電燈兩端的產生的峰值電壓。
圖1a表示放電燈電壓V1對于控制電流I1的包跡的一個正向階躍的說明性的反應。
如果按照常例使用提供控制電流的具有電流源性質的控制電路，在燈內的電場并且因此還有燈的電壓在特定的時間點都會實時自適應電流的要求。
如果使用具有上升沿的方波調制信號，則燈兩端的電壓在上升沿期間將表現出動態行為，偏離根據燈的靜態負V-I特性曲線預測的行為。通過增加燈的控制電流一個階躍，燈內的電場將要增加，因為沒有足夠的電荷載流子提供所要求的電流，因而通過電離產生更多的電荷載流子。這本身表現為燈電壓的一個峰值，在此之后，燈電壓下降，因為額外產生的電荷載流子使電荷的阻力下降。在燈電壓的峰值以后，放電過程在燈電壓低于控制電流階躍之前的電壓時處于平衡狀態，這種平衡符合放電的負V-I特性曲線(圖1a)。
在一個實驗中，頻率接近諧振頻率(在實際情況下為40千赫茲)的一個控制電壓提供給諧振燈電路，諧振燈電路包括與燈串聯連接的自身電感和與燈并聯連接的電容器。燈電極不是在外部加熱的，燈的點火是通過增加控制電壓的幅度實現的。按照本發明，控制電壓是通過方波信號幅度調制的，方波信號的調制深度例如為0.5伏峰-峰值。調制頻率的變化范圍為200赫茲-5千赫茲。對于不同的燈類型(T8 36W、T12 40W、PLL 40W、T5HO 39W)重復實驗，所有的燈具有幾乎相同的長度，約為100cm，燈的外徑分別約為2.5cm、3.8cm、1.7cm、1.6cm，并且PLC 18W具有約為34cm的較小的長度和約為1.2cm的外徑(按照Philips Lighting的類型表示法)。
在調制信號的正向沿期間，即加到燈的調制控制電流包跡的上升沿，測量燈兩端的峰值電壓。
在圖3和圖4中表示出重復試驗的結果。
在施加方波調制時，從控制電流開始增加的那一點觀察燈兩端的峰值電壓。峰值電壓是對于控制電流的階躍的反應，這個峰值電壓隨調制頻率線性地減小。圖3表示的是對于具有相同的長度和不同的直徑的燈類型的峰值電壓Vp隨方波調制頻率bmf的變化。如圖所示，峰值高度隨調制頻率的增加而減小。上邊的特性曲線(T5)基本上保持不變，但是在大于最高調制頻率(如圖所示的，即100赫茲)的調制頻率，曲線有所下降。(在圖3、4中的垂直線段表示對于相同燈類型的測量值的測量誤差范圍。)尤其是對于相同燈類型的一系列燈進行考察，從中找出燈的老化是否起作用的情況，得出的結論是燈的老化不起作用。
峰值高度隨調制頻率而變的結論與燈的直徑有關系，在從P12、P8、PL-L到T5的系列產品中燈的直徑是減小的。在某個調制頻率，峰值高度隨燈的直徑的減小而增加，或者隨燈的直徑的增加而減小，因此通過峰值電壓的高度就可以區別出燈的類型。
在圖4中，對于PL-C 18W和T5HO 39W進行了比較。這些燈的直徑幾乎相同，但PL-C燈的長度約為T5燈的長度的1/2。圖4表明，峰值高度隨燈的長度的增加而增加。
已經發現，燈的穩定性或者燈的操作歷史沒有明顯影響所示的特性曲線，燈的電流的數值對于峰值高度的影響比調制頻率或燈類型的影響要小得多。
下面給出峰值高度隨燈的直徑的增加(圖3)和調制頻率的增加而減小的可能的解釋。在燈內必然產生的電場的峰值不僅取決于燈電流，而且還取決于以及緊挨著燈電流的階躍狀增加之前存在的電子的數目和電場。這是在方波調制的情況下階躍狀電流增加之前階躍狀電流減小的必然結果。當階躍狀電流減小發生時，與電流的要求相比，放電具有非常多的電荷載流子。結果，電場突然減小，使所產生的電荷載流子的數目減小。隨后，燈遵循負的V-I特性曲線，并且燈電壓增加到超過控制電流階躍狀減小之前的值的電壓值。這個過程在努力爭取在雙極性擴散引起的的電子的減少和電離引起的電子的產生之間實現平衡，這個過程需要某個自適應時間。對于燈的直徑較長者，這個自適應時間較長。如果當控制電流的這個正的階躍發生時自適應時間還沒有到，在正向階躍發生后立即開始的電場的微小增加就足以產生增加的控制電流要求的電荷載流子數目。這在調制頻率增加的情況下也是適用的，在這種情況下，在控制電流的負向階躍和正向階躍之間的時間減小，因此，自適應時間較少。峰值電壓隨燈的長度的增加而增加歸因于如下的事實峰值電壓是從電場的增加和燈的長度的乘積計算出來的。
圖2表示的是可以應用本發明的通用鎮流器的方塊圖，這個鎮流器用于放電燈La，鎮流器包括燈電容器C、串聯的自感L、隔直電容器Cdc、和用于電磁兼容(EMI)和功率因數校正(PFC)的裝置，這個裝置可以連接到電網并且經過直流連接DC與高頻源(HF)連接以便為串聯諧振鏈L-C供電。
微控制單元mP控制嵌入的EMI/PFC裝置以便例如成為升壓的交流/直流變換器，并且控制嵌入的HF源以便例如成為反相的半橋式變換器(反相器)，從而在正常操作期間，以接近諧振的頻率向串聯諧振鏈L-C提供方波的、相對高頻率的電源電壓(40千赫茲)，由此可向燈提供對應的控制電流。在這種情況下，串聯諧振鏈用作電流源。
按照本發明，將一個峰值電壓檢測器PD連接到燈La上，所說的峰值電壓檢測器的指示結果提供給微控制單元mP。
可以按照一系列不同的方式獲得燈的控制電流的方波調制，這是實施本發明必不可少的。
1.頻率調制在這種情況下，高頻源提供恒定幅度和操作周期的相對高頻率的方波信號。這個方波信號通過相對低頻率的方波調制信號進行頻率調制。由于串聯諧振鏈L-C的性質(在諧振頻率以上，阻抗在較高的頻率時增加，因而燈電流減小)，可用相同的波形調制燈電流。為此目的，可以使用常規的、暗淡的熒光燈控制電路，并且使用諸如接通時間控制、頻率控制、或相位控制之類的控制方法，而且還要對實現高頻源的對應的控制方法的微控制單元mp進行適當的編程。
2.電源電壓調制(VSM)在這種情況下，高頻源產生頻率恒定的高頻電壓，通過調制直流總線的電壓用方波調制信號對所說的高頻電壓進行幅度調制。這就要求輸入級的功率因數校正(PFC)，它可以向高頻源提供可變的電壓，這個可變電壓可以通過使用所謂的SEPIC或者回程變換器獲得。
3.脈沖寬度調制(PWM)在這種情況下，高頻源提供的高頻信號具有恒定的頻率和幅度，但具有可變的操作周期。通過減小操作周期，可以減小加到燈的諧振鏈L-C的電壓的有效值，因此可以減小燈電流。可利用方波調制信號調制操作周期，以獲得實現本發明所需的方波調制的燈電流。
微處理單元mp可以具有內部的或外部的存儲器，用于存儲與不同的燈類型有關的燈的峰值電壓值的一個表格，在燈控制電流的指定調制深度或者一系列調制深度，對于一個或多個方波調制頻率bmf，校準峰值的數值。通過比較在指定的方波調制頻率bmf和調制深度利用峰值電壓檢測器PD檢測的峰值電壓，有可能識別可以連接的燈的類型，可以使用這些數據來設定適合于這個燈類型的通用的燈鎮流器的參數。
要說明的是，上述的有關產生燈的方波控制電流的方式的描述使本領域的普通技術人員能夠適當地編程微處理單元mp以便按照期望的方式控制所說的高頻源，此外還有，例如為了減小放電燈的亮度，也已經使用了對應的控制算法。
權利要求
1.一種識別放電燈的類型的方法，其特征在于它包括如下步驟向放電燈施加幅度調制的控制電流，在幅度調制的控制電流包跡的上升沿檢測燈電壓的峰值，和比較檢測的峰值與以前記錄的不同燈類型的峰值，根據所說的比較將檢測的峰值指定給一個燈類型。
2.一種用于實現根據權利要求1所述的方法的設備，所說的設備包括用于向放電燈提供控制電流的裝置，所說的設備的特征在于還包括用于對于燈的控制電流進行幅度調制的裝置、用于在幅度調制的控制電流包跡的上升沿檢測燈兩端的峰值電壓的峰值檢測裝置、用于記錄與燈類型有關的峰值電壓的記錄裝置、用于比較所測峰值電壓與記錄的峰值電壓并且根據所說的比較提供燈類型指示信號的裝置。
3.根據權利要求2所述的設備，其中用于向燈提供控制電流的裝置是由一個相對高頻率的方波電壓源形成的，所說的電壓源經過一個串聯諧振鏈向燈提供相應的控制電流，其特征在于提供所說的裝置用于對所說的相對高頻率的方波電壓進行方波頻率調制。
4.根據權利要求2所述的設備，其中用于向燈提供控制電流的裝置是由一個相對高頻率的方波電壓源形成的，所說的電壓源經過一個串聯諧振鏈向燈提供相應的控制電流，其特征在于提供所說的裝置用于對所說的相對高頻率的方波電壓進行方波脈沖寬度調制。
5.根據權利要求2所述的設備，其中用于向燈提供控制電流的裝置是由一個相對高頻率的方波電壓源形成的，所說的電壓源經過一個串聯諧振鏈向燈提供相應的控制電流，并且利用來自交流/直流變換器的直流電壓提供相對高頻率的方波電壓源，其特征在于提供所說的裝置用于向所說的相對高頻率的方波電壓源提供的直流電壓進行方波幅度調制。
全文摘要
通過向燈提供幅度調制的燈電流并且比較當燈電流的幅度突然增加時產生的峰值電壓幅度與存儲在存儲器中的已知的燈的峰值電壓幅度，可識別熒光燈。
文檔編號H01J9/42GK1669365SQ03816785
公開日2005年9月14日 申請日期2003年6月13日 優先權日2002年7月15日
發明者S·范埃格蒙德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司