用于UV灯的电子调光镇流器的控制方法与流程

本发明涉及一种用于操作液体消毒系统的控制方法。

背景技术：

紫外(ultraviolet，uv)辐射的抑菌作用是众所周知的。现有系统的缺点在于功耗和uv灯的寿命有限。为了解决这个问题，希望能提供一种用于控制uv灯的强度的装置，以使灯的强度可以适应于系统的状态来被减弱。

在消毒设备中使用的低压uv灯在任一端都包括一对加热灯丝或阴极。供给电压被用于将阴极加热至一个能够发生电子发射的温度。然后，通过在两个阴极之间提供高电压，这些电子可以被用于发起穿过管子的辉光放电，从而引起气体发生辐射。通常，连接于uv灯的电子调光器电路用于控制该uv灯的强度。

如上所述，已知uv灯的阴极应当被预加热以启动灯。预加热能增加电极的所谓热离子发射，这是由阴极的合适的表面涂层来增强的。在过低的温度下，电极的发射必须要更高的电压，这样就导致了涂层的损坏，进一步导致了uv灯本身的损坏。

预加热保护了阴极并延长了uv灯的寿命。此外，已经证明在运行过程中，阴极的温度应保持升高。否则，如果阴极的温度过低，阴极材料会被损坏。如今，当调光范围达到90％时，导致灯输出只有额定功率输出的10％。用于在昏暗条件下驱动灯的电能的参数通常以如下方式最优化，即依据辐射输出对比(versus)功率输入，对uv光产生的效率进行最优化。参数是电压、电流、以及在脉冲宽度调制情况下的脉冲长度或占空比。昏暗条件下的电流过低，导致当通过阴极时无法产生足够的热量。因此，为了使对阴极的损害最小化，需要使用额外的热源来防止阴极的冷却降温。这样做的缺点是，额外的热源是复杂并且昂贵的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于用uv灯来操作液体消毒系统的控制方法，其复杂度低，且在以降低的功率输出运行时，保持uv灯的阴极在足够的温度中。

这个问题由用于操作液体消毒系统的控制方法来解决。

因此，提供一种用于通过uv辐射来操作液体消毒系统的控制方法，其中，uv辐射是由至少一个uv气体放电灯生成的，所述uv气体放电灯包括一对具有最小放电电压的加热阴极，所述uv灯由电子镇流器单元运行，所述电子镇流器单元配备有控制方法，所述控制方法允许调整uv灯的工作参数，特别是通过使用脉冲宽度调制，以降低uv功率，所述控制方法适于至少控制电流、电压和脉冲宽度或长度的参数，以降低uv输出功率，所述控制方法包括以下步骤：

将电流降至一个水平；

增大电压振幅使之超过最小放电电压，直到达到所期望的uv功率水平；

随着电压振幅的增加，减小脉冲宽度，直到达到pwmin；

其中，电流的下降和电压的增大以如下方式实现：生成一无效的电流-电压比，而过高的电流用于阴极加热。

以下是在下文中使用的变量：

pwmin是用于在无效模式下运行uv灯的脉冲宽度；

ikmin是用于在无效模式下运行uv灯的电流。需要注意的是，ikmin比以最高可能的效率来运行uv灯时使用的惯常工作电流更高；

ukmin是用于在无效模式下运行uv灯的电压；

ud是用于维持气体放电所需的最小电压。

在上下文中，“无效”意味着uv灯在最佳工作状态之外运行。在上述情况下，电流过高，不能完全用于uv产生。一部分电流用于加热阴极。

在技术上，在这种控制过程中，参数以这样一种方式变化，即，uv输出在惯常的变化范围内基本上保持恒定，并且电功率输入增加。这个过程使得灯的运行无效，也就是说uv光产生效率对比电功率消耗降低。因此，为了将工作温度保持在期望的水平，需将更多的电能转换成热量。有意地改变运行uv灯的参数以使效率降低是一种不常见的措施。

以这种方式，部分能量用于加热阴极，这延长了uv灯的寿命，而不需要额外的热源。

优选地，uv灯的工作电压具有在40khz与80khz之间的频率，更优选的是大约65khz的频率。

在脉冲宽度的主要部分期间，电压振幅可以是放电电压的110％至180％，更优选的为135％至150％。

有利地，所述uv灯是低压uv灯，和/或，所述液体是饮用水或经处理后的废水。

附图说明

本发明的优选实施例将参照附图来描述。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件或功能相似的部件。

图1示出了现有技术中，由用于具有多个uv灯的uv模块的镇流器单元产生的电压和电流曲线的示意图；以及

图2示出了根据本发明的电压和电流曲线的示意图。

具体实施方式

uv辐射器(例如，低压气体放电灯)的电子镇流器单元在开始气体放电之前对灯的线圈预热，并产生点火电压来开始放电。被连接的uv辐射器的功率通过脉冲宽度调制自动控制。它由从整流ac(如图1所示)获得的脉冲成形(pulse-shaped)电压驱动。图1的示例示出了在uv功率输出与相应的电能输入为灯的额定功率的30％的情况下进行的调光操作。然而，阴极是针对100％的额定功率来构造的，其中，在该100％的额定功率时能产生预定阴极温度。在额定功率的30％时阴极太冷，这对uv灯的使用寿命有不利影响。

图2示出了根据本发明的电压和电流随时间的变化。输出电流i和电压u基本为矩形，具有约为65khz的频率。因为不存在常用的扼流圈，电流信号i和电压信号u具有几乎相同的形状。功率、更确切地说是有效电流i由脉冲宽度调制(pwm)控制。

在额定工作期间，电压振幅应等于灯的放电电压ud。如果燃烧电压u高于放电电压ud，则几乎不产生uv功率；而是通过发热而损耗能量。

如图2所示，在脉冲开始时，电压在短时间内增加，直到其在剩余的脉冲长度内下降到预定水平ukmin为止，产生了一个尖峰，随后达到平稳。给定的电流ikmin导致工作电压u下降到ukmin。该模式产生无效的电流-电压比，其中过高的电流用于阴极加热。

电子镇流器单元优选地配备有两个控制方法。控制变量是uv功率。为了降低uv功率，电流降至ikmin并保持在此水平。之后，电压振幅增加直到达到期望的uv功率。随着电压振幅的增加，减小脉冲宽度，直到达到pwmin。

优选地，中间电压电路按照如下方式被设计：在没有硬件修改的情况下能给出期望的电压范围。

为了以可接受的电极加热达到30％的uv功率，在一个实施例中，脉冲宽度为额定工作时的脉冲宽度的35％，以及电压振幅比额定工作时的电压振幅高40％。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于通过UV辐射来操作液体消毒系统的控制方法，其中，所述UV辐射是由至少一个UV灯生成的，所述UV灯包括一对具有放电电压UD的加热阴极的，所述UV灯由电子镇流器单元运行，所述电子镇流器单元配备有控制方法，所述控制方法允许通过脉冲宽度调制来调整UV灯的UV功率，以降低UV功率，所述控制方法包括以下步骤：将电流降至一个水平Ikmin；增大电压振幅U使之超过所述放电电压UD，直到达到所期望的UV功率水平；随着电压振幅U的增加，减小脉冲宽度PW，直到达到PWmin；其中，电流的下降和电压的增大以如下方式实现：生成一无效的电流‑电压比，而过高的电流用于阴极加热。

技术研发人员：R·菲策克;D·瑞普
受保护的技术使用者：木质部知识产权管理有限责任公司
技术研发日：2017.08.29
技术公布日：2018.03.20