專利名稱：引燃器切斷控制系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及燈操作電路，更明確地來講，本發明涉及具有切
斷控制的燈引燃器(lamp ignitor )。
背景技術：
許多高強度放電燈要求高壓脈沖來啟動燈。燈操作電路中的引燃 器提供這種高壓脈沖，這些高壓脈沖的峰值通常約在4至5千伏。一 旦將燈引燃，到引燃器的電壓就降低且引燃器停止供應高壓脈沖。
不過，當燈的引燃未成功或破裂時就會出現問題。燈搮作電路會 連續地試圖將有故障的燈引燃，且引燃器在燈接頭持續地提供高壓脈 沖 燈操作電路和燈接頭連續地暴露給高壓脈沖可導致燈器件的絕緣 的擊穿和早熟故障。此外，若維護人員不正確地試圖更換燈或在不切
斷燈操作電路的電源的情況下操作燈操作電路，他們就可能會暴露給 高壓脈沖。
以前已做過嘗試在燈有缺陷或不能夠啟動時來自動切斷引燃器。 這些嘗試包括增加有多個器件和復雜電路的切斷電路。這些切斷電路 增加了燈操作電路的成本并增加了電路故障的幾率。人們往往希望有一種克服以上缺點的引燃器切斷控制系統和方法。
發明內容
本發明的一個方面提供一種引燃器，這種引燃器具有半導體開關 和電容器以及串聯電路，半導體開關和電容器串聯以在半導體開關和 電容器之間形成接點，串聯電路連接在該接點與共用線路之間。串聯 電路具有串聯在一起的感應器、電阻器和正熱變(PTC)電阻器，且
電阻器熱耦合到PTC電阻器。
本發明的另一個方面提供一種用于引燃器切斷控制的方法，這種 方法包括提供具有電阻器和正熱變(PTC)電阻器的引燃器、用引燃 器電流加熱電阻器、用PTC電阻器監測電阻器的溫度以及在溫度超過
PTC電阻器的觸發溫度時切斷引燃器。
本發明的再一個方面提供一種用于引燃器切斷控制的系統，這種 系統包括具有電阻器的引燃器、用引燃器電流將電阻器加熱的裝置、 監測電阻器的溫度的裝置以及在溫度超過觸發溫度時切斷引燃器的裝 置。
從下面的對目前優選的實施例的詳細描述并結合附圖就會明白本 發明的前面所描述的其它的特征和優點。詳細描述和附圖僅用于說明 本發明而不是對本發明進行限制，本發明的范圍由所附的權利要求書 及其等同的描述所限定。
圖1是燈操作電路的示意圖，這種燈操作電路包括引燃器，這種 引燃器具有根據本發明制造的切斷控制系統；
圖2是引燃器的示意圖，這種引燃器具有根據本發明制造的切斷 控制系統；以及
圖3是引燃器的溫度時間曲線圖，這種引燃器具有根據本發明制 造的切斷控制系統。
具體實施例方式
圖1是燈操作電路的示意圖，這種燈操作電路包括引燃器，這種 引燃器具有根據本發明制造的切斷控制系統。示范性燈操作電路20接 收電源22以將燈24引燃并向燈24提供電源。燈24要求相對較高的電 壓脈沖以將其引燃，如2.5至4千伏，并在之后以非常低的電壓操作， 如95至105伏。電源22跨過功率因數電容器26并聯，且鎮流感應器 28與燈24串聯。鎮流感應器28提供限流阻抗。引燃器50是三引線引 燃器，這種引燃器具有引線52和引線54以及引線56，引線52和引線 54跨過鎮流感應器28的部分30連接，且引線56連接到共用線路32。
引燃器50包括通常打開的雙向傳導半導體開關58和電容器60， 半導體開關58和電容器60在引線52和引線M之間串聯以在半導體開 關58和電容器60之間形成接點70。具有感應器62、電阻器64和正熱 變(PTC)電阻器66的串聯電路68連接在接點70與引線56之間。電 阻器64熱耦合到PTC電阻器66，如箭頭65所示。PTC電阻器66提
供低于觸發溫度的最小阻抗并提供高于觸發溫度的高阻抗。
為了產生用于燈24的高壓啟動脈沖，將鎮流感應器28作為升壓 自耦變壓器(st印-up autotransfer )連接。在引燃之前，燈24將開路 呈現給自耦變壓器.在最初加上功率時，電容器60會通過鎮流感應器 28、感應器62、電阻器64和PTC電阻器66開始用引燃器電流充電。 電容器60的充電速度由該電路的時間常數所決定。
當電容器電壓達到半導體開關58的預定閾值或擊穿電壓時，半導 體開關58關閉以允許電容器60通過鎮流感應器28的部分30放電。初 級電壓由自耦變壓器的變壓系數逐步提高以產生足夠振幅的通過整個 繞組的脈沖電壓來將放電燈24引燃。將所產生的高壓脈沖疊加在從電 源22供應的60Hz AC波形上并布置成出現在AC電源電壓波形的峰值 附近。
在正常的操作中，燈24在將燈引燃之后變得有傳導性。鎮流感應 器28的輸出電壓被限制到燈24的工作電壓，該電壓大大低于燈的引 燃電壓。因此，電容器60就不再充電而達到足以啟動半導體開關58 的電壓值，且在燈24有傳導性時，半導體開關58停留在其開路狀態。 這就有效地將啟動電路從燈操作電路20移開，以在燈操作(傳導)期
間阻止進一步的引燃脈沖。正如在常規的放電燈電路中那樣，鎮流感 應器28在正常的操作期間向燈提供鎮流功能。
若由于故障或引燃未成功而使燈24沒有引燃時，引燃器50將其 自身與燈操作電路20切斷.引燃器50試圖用重復高壓脈沖啟動燈 24，從而在重復為電容器60充電時將電阻器64加熱。當電阻器64的 溫度將熱耦合的PTC電阻器66的溫度升高到PTC電阻器66的觸發溫 度時，PTC電阻器66的電阻升高到高的電阻，這就避免了通過引燃器 電流將電容器60進一步充電，結束了高壓脈沖并將引燃器50與燈操 作電路20切斷。引燃器50保持切斷，直到PTC電阻器66的溫度降低 到觸發溫度以下，此時，引燃器50可重新嘗試將燈24引燃。
本領域中熟練的技術人員會理解前面所描述的燈操作電路20僅僅 是可與本發明中的引燃器一起使用的燈操作電路類型的示例。引燃器 50可與希望用于特定用途的不同類型的燈操作電路一起使用。
圖2是引燃器的示意圖，這種引燃器具有根據本發明制造的切斷 控制系統，圖中用相同的參考數字表示與圖1中的元件相同的元件。電阻器64熱耦合到PTC電阻器66，如箭頭65所示，以在燈引燃未成 功或未啟動時將引燃器50與燈操作電路切斷。引燃器50包括半導體 開關58和電容器60，半導體開關58和電容器60在引線52和引線54 之間串聯以在半導體開關58和電容器60形成接點70,具有感應器62、 電阻器64和正熱變(PTC)電阻器66的串聯電路68連接在接點70 與引線56之間。
在啟動期間，電容器60通過鎮流感應器(未示出)和串聯電路68 充電。引燃器電流通過感應器62、電阻器64和PTC電阻器66并將電 阻器64加熱。當通過電容器60的電壓超過半導體開關的擊穿電壓時， 引燃器50產生高壓脈沖。在燈正常運行時，充電和擊穿循環繼續產生 高壓脈沖，直到燈的啟動。當燈出現故障或引燃未成功時，充電和擊 穿循環繼續更長的時間，從而將電阻器64加熱到較高的溫度。
當電阻器64的溫度在預定的加熱時間將熱耦合的PTC電阻器66 的溫度升高到PTC電阻器66的觸發溫度時，PTC電阻器66的電阻升 高到高的電阻。這就減小了引燃器電流和通過電容器60的電壓，從而 避免電容器60充電到半導體開關58的擊穿電壓。引燃器50從燈操作 電路切斷并停止產生高壓脈沖。電阻器64的熱惰性在電阻器的溫度與 感測的PTC電阻器66的溫度之間導致溫度滯后，從而確保引燃器50 不會在切斷時立即連接并導致不穩定狀態。
在將引燃器50切斷之后，電阻器64的溫度降低預定的冷卻時間， 因為引燃器50將熱傳遞到大氣和周圍的燈操作系統器件，如箭頭67 所示。當熱耦合的PTC電阻器66的溫度降到低于PTC電阻器66的觸 發溫度時，PTC電阻器的電阻降低到最小電阻。引燃器50重新連接， 且若與電源連接，引燃器50返回到產生高壓脈沖，以重新嘗試將燈引 燃。
可將電阻器64到PTC電阻器66的熱耦合以及電阻器64到大氣的 熱耦合設計成提供用于切斷和重新連接引燃器50的理想定時.在一個 實施例中，電阻器64與PTC電阻器66接觸但并不附到PTC電阻器 66。在替代實施例中，用導熱粘合劑將電阻器64連接到PTC電阻器 66，且將熱導系數選擇為在電阻器64的溫度與感測的PTC電阻器66 的溫度之間提供所期望的時間滯后。粘合劑的示例包括環氧樹脂、聚 酯以及類似的材料。在另一個替代實施例中，將電阻器64和PTC電
阻器66密封在導熱填充材料中，這種導熱材料也可電氣絕緣。填充材 料的示例包括環氧樹脂、PolyFill(滌綸棉)、聚酯以及類似的材料。 可選擇使用外罩72，以在填充材料最初是液體并變硬成為固體時容納 填充材料并便于制造。外罩72還可包括傳熱特性以便于或阻止將熱從 外罩72傳遞到大氣中。傳熱特性的示例包括傳熱片的絕緣。在另一個 替代實施例中，將半導體開關58、電容器60和感應器62與電阻器64 和PTC電阻器66 —起密封，以使引燃器50的所有器件均密封在一起。 可將引線52、 54和56均作為連接管腳從填充材料暴露，以使引燃器 50成為插入式模塊單元。引燃器50可包括外罩(未示出)，該外罩類 似于前面所描述的外罩72、設置在所有的器件周圍并具有理想的傳熱 特性。
半導體開關58可以是在加上所希望的擊穿電壓時從非傳導向傳導 改變的任何適當的開關。適當的半導體開關的示例包括閘流晶體管 (thyristor)、可控硅整流器(SCR)、三端雙向可控硅開關(triac )、 兩端交流開關(diac)、雙向觸發開關(sidac)、四層二極管和類似的 開關。
PTC電阻器66可以是提供低于觸發溫度的最低電阻和高于觸發溫 度的高電阻的任何適當的電阻器，且這種電阻器允許熱耦合到電阻器 64。最低電阻通常約為幾十或幾百歐姆，且高電阻通常比最低電阻高 兩至三個數量級'典型的觸發溫度介于約55至75攝氏度之間'PTC 電阻器也稱為正溫變熱敏電阻器。可以用不同的包裝風格來提供PTC 電阻器，如盤、晶體管、玻璃和模制形式。可對包裝類型進行選擇以 與電阻器64的形狀一致'在一個實施例中，PTC"是盤式風格，這種 風格允許與形成電阻器64的兩個相鄰的圓柱形電阻器的側面接觸。在 替代實施例中，PTC電阻器66是模制圓柱形風格，這種風格允許形成 電阻器64的兩個相鄰的圓柱形電阻器之間的接觸。本領域中熟練的技 術人員會理解PTC電阻器66和電阻器64的多種形狀適用于特定用途。
電阻器64可以是具有所希望的電阻和熱容量的一個或多個適當的 電阻器。在替代實施例中，1、 5或10瓦的5.7k歐姆電阻器用于提供
用于所希望的熱容量的物理尺寸。
對引燃器50的工作和物理參數進行選擇以提供所希望的直到切斷
的預定加熱時間和直到重新連接的預定的冷卻時間，電阻器64的電阻 影響在電阻器64中產生的功率以及加熱達到PTC電阻器66的觸發溫 度的時間。電阻器64的物理尺寸確定電阻器64的熱容量，電阻器64 的熱容量影響切斷之前的加熱達到PTC電阻器66的觸發溫度的時間 以及切斷之后的冷卻到PTC電阻器66的觸發溫度的時間。電阻器66 的觸發溫度影響在切斷之前將多少熱儲存在電阻器64和填充材料中。 電阻器64和PTC電阻器66之間的熱耦合程度影響在電阻器64和任何 填充材料加熱或冷卻時多快達到PTC電阻器66的觸發溫度。電阻器 64和任何填充材料與大氣的熱耦合程度影響切斷之后多快達到PTC電 阻器66的觸發溫度。本領域中熟練的技術人員會理解引燃器50的工 作和物理參數相互作用并可對其進行選擇以適合于所希望的任何用 途。
在一個實施例中，半導體開關58在240至265伏時切換且電容器 60為0.15微法。PTC電阻器66具有60攝氏度的觸發溫度。電阻器64 具有5.5k歐姆的電阻以及23.1毫米長和7.5毫米直徑的物理尺寸。可 從美國密蘇里州圣路易斯市的P.D. George公司獲得的PolyFill 300聚 酯電氣封裝和密封化合物(Potting Compound )用于將引燃器50的器 件密封在外罩中，而將終端52、 54和56暴露以提供電氣連接。
圖3是引燃器的溫度時間曲線圖，這種引燃器具有根據本發明制 造的切斷控制系統。當PTC電阻器將引燃器切斷時，PTC電阻器監測 電阻器的溫度，直到達到觸發溫度。引燃器保持切斷，直到PTC電阻 器冷卻到低于觸發溫度。
在時間"將電壓加到燈操作電路。引燃器在燈產生高壓脈沖以將 燈引燃。引燃器電流通過熱耦合到PTC電阻器的電阻器并將其加熱。 圖3中的曲線A示出了用于正確操作的燈的在PTC電阻器的溫度。在 燈正確操作時，燈在時間^的幾次高壓脈沖之后引燃，引燃器停止產 生高壓脈沖，電阻器冷卻，且PTC電阻器保持低于觸發溫度Tt。
圖3中的曲線B示出了故障燈的在PTC電阻器的溫度，即燈不能 啟動或引燃未成功。在燈有故障時，燈不能引燃且引燃器電流在PTC 電阻器監測電阻器的溫度時將電阻器加熱。當PTC電阻器的溫度達到 在時間t2的觸發溫度Tt時，PTC電阻器的電阻增加到高電阻，從而降 低引燃器電流和通過電容器的電壓并將引燃器切斷.由于儲存的熱離
開電阻器，所以PTC電阻器的溫度在將引燃器在t2切斷之后繼續升高 一段短的時間。電阻器的熱惰性確保引燃器不會快速重新連接并導致 不穩定情況。由于引燃器包括電阻器和任何填充材料將熱傳遞到大氣 和周圍的燈操作系統器件，所以PTC電阻器的溫度下降。當PTC電阻 器的溫度在時間t3降到低于觸發溫度時，PTC電阻器的電阻減小到最 小電阻，從而升高通過半導體開關的電壓并重新連接引燃器.在仍將 電壓加到燈操作電路時，燈會嘗試引燃.
從to至t2的預定加熱時間和從h至t3的預定冷卻時間通過如前面 結合圖2所描述的引燃器的工作和物理參數的選擇來確定。在一個實 施例中，預定加熱時間介于約5至30分鐘之間，如5、 15或30分鐘。 在另一個實施例中，預定冷卻時間介于約20至60分鐘之間，如30分 鐘。
雖然目前認為所公開的本發明的實施例是優選實施例，但可進行 各種變化和修改，而并不背離本發明的范圍.本發明的范圍在所附的 權利要求書中說明，且在等同的描述的意義和范圍內的所有變化均旨
在包括在權利要求書中。
權利要求
1.一種引燃器，包括半導體開關(58)和電容器(60)，所述半導體開關(58)和電容器(60)串聯以在所述半導體開關(58)和電容器(60)之間形成接點(70)；以及串聯電路(68)，所述串聯電路(68)連接在所述接點(70)與共用線路(32)之間，所述串聯電路(68)具有串聯在一起的感應器(62)、電阻器(64)和正熱變(PTC)電阻器(66)；其中，所述電阻器(64)熱耦合到所述PTC電阻器(66)。
2. 如權利要求l所述的引燃器，其特征在于所述半導體開關(58) 選自由閘流晶體管、可控硅整流器(SCR)、三端雙向可控硅開關、 兩端交流開關、雙向觸發開關和四層二極管所組成的組。
3. 如權利要求1所述的引燃器，其特征在于用粘合劑將所述電 阻器(64)連接到所述PTC電阻器(66)。
4. 如權利要求3所述的引燃器，其特征在于所迷粘合劑選自由環氧樹脂和聚酯所組成的組。
5. 如權利要求3所述的引燃器，其特征在于所迷粘合劑在所述 電阻器(64)的溫度與感測的所述PTC電阻器(66)的溫度之間提供所期望的時間滯后。
6. 如權利要求1所述的引燃器，其特征在于所述電阻器(64) 與所述PTC電阻器(66) —起密封在填充材料中。
7. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于所述填充材料選自 由環氧樹脂、PolyFill和聚酯所組成的組。
8. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于所述半導體開關 (58 )、所述電容器(60 )和所述感應器(62 )與所述PTC電阻器(66 )一起密封。
9. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于還包括外罩(72)， 所述外罩(72)設置在所述填充材料周圍并具有傳熱特性。
10. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于所述填充材料在 所述電阻器(64)的溫度與感測的所述PTC電阻器(66)的溫度之間提供所期望的時間滯后。
11. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于所述填充材料在所述電阻器(64)的溫度與感測的所述PTC電阻器(66)的溫度之間提供所期望的時間滯后。
12. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于所述填充材料提 供預定加熱時間。
13. 如權利要求12所述的引燃器，其特征在于所述預定加熱時 間介于5至30分鐘之間。
14. 如權利要求6所述的引燃器，其特征在于所述填充材料提供預定冷卻時間。
15. 如權利要求14所述的引燃器，其特征在于所述預定冷卻時 間介于20至60分鐘之間。
16. 如權利要求l所述的引燃器，其特征在于所述PTC電阻器 (66 )具有介于55至75攝氏度之間的觸發溫度。
17. —種引燃器切斷控制方法，所述方法包括 提供具有電阻器和正熱變(PTC)電阻器的引燃器； 用引燃器電流加熱所述電阻器；用所述PTC電阻器監測所述電阻器的溫度；以及 在所述溫度超過所述PTC電阻器的觸發溫度時切斷所述引燃器。
18. 如權利要求17所述的方法，其特征在于還包括 冷卻所述電阻器；以及當所述溫度降到所述PTC電阻器的觸發溫度以下時重新連接 所述引燃器。
19. 如權利要求18所述的方法，其特征在于所述冷卻步驟包括 將所述電阻器冷卻預定的冷卻時間，直到所述溫度降到所述PTC電阻 器的觸發溫度以下。
20. 如權利要求17所述的方法，其特征在于所述加熱步驟包括 將所述電阻器加熱預定的加熱時間，直到所述溫度超過所述PTC電阻 器的觸發溫度。
21. 如權利要求17所述的方法，其特征在于所述切斷包括升高 所述P T C電阻器的電阻以降低所述引燃器電流。
22. —種用于引燃器切斷控制的系統，所述系統包括 引燃器，所述引燃器具有電阻器； 用引燃器電流將所迷電阻器加熱的裝置； 監測所述電阻器的溫度的裝置；以及 在所述溫度超過觸發溫度時切斷所述引燃器的裝置。
23. 如權利要求22所述的系統，其特征在于還包括 用于冷卻所述電阻器的裝置；以及用于在所述溫度降到所述觸發溫度以下時重新連接所述引燃 器的裝置。
24. 如權利要求23所述的系統，其特征在于所述用于冷卻的裝置包括將所述電阻器冷卻預定冷卻時間直到所述溫度降到所述觸發溫 度以下的裝置，
25. 如權利要求22所述的系統，其特征在于所述用于加熱的裝 置包括將所述電阻器加熱預定加熱時間直到所述溫度超過所述觸發溫 度的裝置。
26. 如權利要求22所述的系統，其特征在于所述用于切斷的裝 置包括減小所述引燃器電流的裝置。
全文摘要
一種引燃器切斷控制系統和方法，包括引燃器，這種引燃器具有半導體開關(58)和電容器(60)以及串聯電路(68)，半導體開關(58)和電容器(60)串聯以在半導體開關(58)和電容器(60)之間形成接點(70)，串聯電路(68)連接在該接點(70)與共用線路(32)之間。串聯電路(68)具有串聯在一起的感應器(62)、電阻器(64)和正熱變(PTC)電阻器(66)，且電阻器(66)熱耦合到PTC電阻器(66)。
文檔編號H05B41/00GK101116377SQ200680004581
公開日2008年1月30日 申請日期2006年2月9日 優先權日2005年2月10日
發明者E·門多扎, K·帕斯奎雷爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司