专利名称：具有寿命终止早期识别的放电灯用工作电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于低压放电灯的工作电路。
背景技术：
低压放电灯具有灯电极，一般每个灯有两个电极，它们有有限的寿命。灯的寿命终止一般由电极的寿命终止规定。
已经知道，当电极显示出故障的迹象时应该尽可能更换低压放电灯。这首先在于，一个电极快要寿命终止前在该电极上会出现异常高的电极衰竭(Elektrodenfall)，它导致电极以及放电灯周围温度升高。这在小的低压放电灯和热敏感组件的场合首先会引起安全的问题。
为此，使用识别电极寿命终止的识别电路(“寿命终止”识别，下面简记为EOL识别)。一种已知的能用于EOL早期识别的方法是，测量一个所谓的耦合电容器上的电压，该电容器的一个电极连接到电源的正接线端或负接线端，而灯耦合到直流电源和交流电源。这一耦合电容器在正常运行时加载到时间平均值的电源电压的一半。可以通过一个比较器采集这值的偏差，并可以用于识别有威胁的寿命终止。
这种解决方法的缺点是其精确度和技术上存在困难。
发明内容
由此，本发明的目的是提供一种具有寿命终止识别电路的低压放电灯用的工作电路，它的构成十分简单并且允许灯可靠而安全地操作。
为此，根据本发明，提供一个工作电路，其中，EOL识别电路可以测量电极之间的直流电压，以便根据测量的直流电压实现早期识别，和可以通过一个偏置电压以变电极之间的直流电压，使得在用EOL识别电路测量电极之间直流电压改变时只出现一个极性。
本发明的工作电路的特性在于，EOL识别电路现在测量低压放电灯的电极之间的直流电压。在完全无损的电极中操作时在理想方式下不出现任何直流电压。为此，低压放电灯纯粹用交变电流操作，而根据直流方式从工作电路解耦合。
然而已经证实，随着电极的退化增加会出现一个直流电压，而且，在预测具有较短寿命的电极前建立一个较强的电极衰竭区。低压放电灯因此整体有一个整流效果。这一不对称随着具有较短寿命的电极的不断老化而加强，直到损坏为止。可以由经验确定一个电压阈值，由该阈值实现对可能出现的电极损坏的早期识别。
优点在于，可以使用半导体器件测量较小的电压，不需要大的分压比。使用具有大的分压比的分压电路意味着本质上与精确度相关，这种问题只有使用费用很高的器件才可能解决。另外，根据本发明，直接测量电极之间的直流电压的优选方式简单，几乎与工作电路的其它单元无关。
此外，本发明方案实现直流电压测量如下，即用一个偏置电压，使在电极之间由灯内工作引起直流电压前移，使得在EOL早期识别前允许的直流电压的范围内只出现一个极性的电压值。由此可以明显简化测量直流电压使用的测量设备结构。
此外，在本发明中还可以使用一个分压电路，用于分割电极之间要测量的直流电压，其中提供一个用于EOL识别电路的抽头点。然而与所述现有技术的区别是，只需采集电极之间较小的电压，它和在所谓的耦合电容器上常规使用的半波电源电压相比需要的电压特别弱。所使用的器件的灵敏度误差也很小。
根据本发明这些优点与下面的事实相关，即EOL识别电路具有一个电极询问功能。通过该电极询问功能，通过EOL早期识别有利于工作电路的安全性，进一步改善了工作电路。也就是说，通过电极询问确定与工作电路连接的灯座的接线是否与低压放电灯所属电极连接。当一个电极不存在时，那么说明该低压放电灯未正确装入或者损坏。当不存在任何电极时，那么推测根本未使用任何放电灯，由此需要中断灯座的高压供给，以便切断对人的危险。
通过EOL识别电路可以采集各电极的一个参考电位来实现电极询问功能。当对该参考电位的连接失败时，则由EOL识别电路采集这一点，由此确认电极是否存在。
当所述方法可以只询问一个电极时是特别有利的。放电灯故障时就已经产生了阻止电压冲击的安全性。特别是此时可以询问一个“近地”电极(询问“冷端”)，这比触摸“远地”电极的危险更小。
然而优选询问所有存在的电极，亦即通常是两个电极。由此具有例如，在每种情况下都可以识别一个正在使用的灯的故障的优点。在本实施例中，EOL识别电路每次必须与所有电极中的每一个电极的第一接线端连接，此时它们中每一个电极的另一个接线端与各自的参考电位连接。
本发明的另一个实施方案是，使用的工作电路的参考电位或者至少一个参考电位用作地的参考电位，因为其结构简单因而特别有利。
此外，提供一个实施例，使用电极询问和EOL早期识别的直流电压测量同样能测量输入，和有同样的电极抽头。
优选通过一个微控制器执行在电极之间的直流电压-或者分电压-的测量和电极询问功能。该微控制器另外还可以提供一个用于产生偏置电压的输出电压。优选微控制器用于偏置电压的输出通过一个电阻器连接到分压电路的上述抽头点。这一点参阅本实施例。
此外，根据本发明的工作电路可以构造为，只在EOL早期识别时动作，即在电极之间能触发识别的直流电压已经经过规定的最小时间时动作。因为经验表明，在操作开始时和在操作持续期间，在放电灯内可以出现能导致EOL早期识别的短时现象，亦即在电极之间引起相应的高电压。通过定义一个最小采集时间可以预防这样的错误识别。在询问中，可以由上述微控制器进行例如循环询问，或者建立有关一定数目的测量平均值。由于放电灯自身具有的热惯性，所以可以无危险地容忍这一时延。
另外，也可以为多个放电灯，例如，为两个放电灯设置该工作电路。这时优选设计一个放电灯的电极与另一个放电灯的电极串联连接。剩下的电极可以接地。这一点参阅本实施例。
图1表示一个根据本发明用于低压放电灯的工作电路的电路结构原理图；图2表示两个低压放电灯的工作电路的相应结构；图3表示根据另一个可选择的实施例的用于两个低压放电灯的工作电路的相应结构。
具体实施例方式
图1中用1表示一个低压放电灯，它包含两个电极2和3。如在低压放电灯中常用的，这里是可预热的螺线电极。电极2和3由一个未在这里详细表示，但具有高频电源功率的常规半波桥式振荡电路供电，使得能够在放电灯1中触发并保持放电。为预热电极2和3，提供相应的预热电路。预热电路也可以是常规电路，因此不详细说明。
图1中电极2和3的各自左边的接线端连接到由两个电阻器4和5组成的分压电路上，通过该分压电路把在电极2和3之间存在的直流电压分开。电极3的另一个接线端位于参考电位(地电位)。在电阻器4和5中间的抽头点连接微控制器7的一个输入6。该电压输入6通过一个电容器8接地，使得微控制器7只分析直流电压信号。
在电阻器4和5之间的抽头点，也是微控制器7的电压输入6通过另外一个电阻器9与辅助电压源10连接，在本实施例中该辅助电压源10事实上同样由微控制器7使用。此外，图1中上电极2的未与分压电路4和5连接的接线端通过电阻器11连接到另外一个辅助电压源12。所有电压对地定义。辅助电压源12在本实施例中相应于模拟电子设备(例如由一个MOSFET驱动器的)本来就存在的电源，电压范围为12-18V。因此它的电位在本例中比微控制器7的辅助电压源10略高。
当在放电灯1持续运行期间在电极2和3之间出现直流电压时，则它相应地分配给在微控制器7的电压输入6上的电阻器4、5和9。考虑电压输入6，可以通过电阻器4、5和对微控制器7的技术先决条件进行电平匹配。因为，在电极2和3之间的高频电源电压部分通过具有较低阻抗的电容器8对地短路，另一方面电阻器4和5具有较大的值，因此，电压输入6实际上没有这样的高频分量。
借助辅助电压源10，可以通过电阻器9使电极2和3之间的电平有效偏移。为此，辅助电压源10规定一个偏置电压，使得在考虑电阻器4，5和9之间的数值比在电极2和3之间的所有允许的直流电压下在微控制器7的电压输入6上始终产生同样的极性。此时在放电灯1上自身会不可避免地出现电位比的一定改变。然而，当电阻器4和5足够大时，这一效应只是理论的。不会由此产生实际作用。如果在这里出现干扰的话，还可以把辅助电压源10和12间断操作，亦即只在规定的时间段激活，以便执行询问。于是把对放电的实际影响限制在这一比较短的时间段内。
第二辅助电压12可能对电极2电极询问。当电极2存在并导通时，影响辅助电压源12的电压输入6上的电位。当电极2不存在或者不再导通时，电压输入6上的电位仅由分压电路9、4影响。电阻器11用于供电给测量分支中的辅助电流。
以相似的方式进行关于电极3的电极询问，这里，接地线为参考电位。如果电极3出现故障，则由分压电路5、9和11以及辅助电压源10和12决定在电压输入6上的电位。当根本不使用放电灯1或者两个电极2、3都损坏时，则辅助电压源10单独规定电压输入6的电平。
使用两个辅助电压源10和12(理论上也可以只用一个辅助电压源)可以只用微控制器78中的一个唯一的电压输入6，既执行非常简单的EOL识别，也执行双电极询问。
当该作用只在短时出现时，微控制器7可以通过简单的数字过程，例如通过规定数目的测量过程建立的平均值(例如0.5秒或更长一些)或者循环询问来用于不考虑EOL早期识别。除了微控制器以外，只需要4个附加的电阻器(当偏置电压和双电极询问同时存在时的每一场合)。由于分压电路比较适度的分压比，电阻器的精度不会产生与实践相关的问题。通过适当选择辅助电压和电阻值，在要确定的不同操作状态，电压测量输入6上的电压直接值为1∶1关系。典型的数值是电压测量输入6的测量范围是0-5V；辅助电压源10的电压值是1V-5V；和辅助电压源12的电压值是5V-500V。电阻值例如可以是电阻器4的电阻值为3.9kΩ到1MΩ；电阻器5的电阻值为47kΩ到2.2MΩ；电阻器9的电阻值为3.9kΩ到330kΩ；对于电阻器11为47kΩ到10MΩ，而对于电容器8为100pF到1μF。
作为一个例子，电阻器4为56kΩ，电阻器5为330kΩ和电阻器9的电阻值为47kΩ，电阻器11的电阻值为470kΩ和电容器8的容量为100μF。辅助电压源10和12的值是5V或者15V。于是在不同操作状态和在电压测量输入6上的电压值之间产生下面的示例性分配在尚未起动未损坏的灯的场合，在点6的电压是3.10V。
当尚未起动灯和上螺线损坏时，测量值是2.72V，当下螺线损坏时它超过5V，可以限制测量输入6。当灯1被起动并且正常时测量值是2,52V。当灯1被起动并且在电极之间产生例如20V的正向直流电压时，测量值是3.96V，在同样的直流电压在负方向是1.09V。由此可以知道，适当确定测量输入6上的电压值的大小可以产生与不同操作状态唯一的对应关系。
上面的结论对相应于图2中的第二实施例也适用，图2较于图1的特征在于提供了两个放电灯1和1’。电极相应用2、3、2’、3’表示。图2表示，电极2、3和2’借助另一个电阻13(防止电极2和3之间短路)连接到辅助电压源12，而电极3’再次连接到地。其余的结构同(除了实际的供电电路的大小)图1。可以看出，既可以采集电极2和3之间的直流电压，也可以采集电极2’和3’之间的直流电压，因为它们在分压电路4、5内相加。理论上可想象的情况是，一方面在电极2和3之间、另一方面，在时间上平行地以精确配合的反相产生电极2’和3’之间的直流电压，使得它们完全补偿，但是还要首先考虑到在电极之间的直流电压产生的时间变化，这种理想情况不可能发生，以致它在实际应用没有多少用处。
此外，电极2、3和2’可以通过辅助电压源12询问。在该实施例中还可以检测每一电极是否损坏或者不存在。
然而不能通过电极询问决定电极2、3和2’哪一个损坏。
图3表示的第三实施例具有一个同样通过两个放电灯1和1’设置的工作电路。在该实施例中，所述螺线每次只询问下电极3和3’，因为它是通过使用灯1或者1’的“冷端”构造的。为此，在这里可以把两个并联工作的灯1和1’以特别简单的方式用一个统一的电路监视。通过已经说明的电阻器4和5或者4’和5’实现EOL早期识别。当在电极2和3或者在电极2’和3’之间的直流电压过大时，这一点完全和图1的实施例1。区别仅在于，可以察觉在电压测量输入6上的两个灯1和1’的两个电极之间的直流电压。理论的情况是，在同样的灯内，产生相反的精确直流电压，它们在电压测量输入6上完全补偿，但是与实际不相关，因为在实际上根本不可能。当然也可以当两个直流电压没有一个精确对应于该阈值时，在两个灯1和1’上各建立一个电压并因此在超过一个阈值时触发。另一方面，在实际中阈值的精确大小并不重要，所以图3概略描绘的方式实际上可以很好地工作。
权利要求
1.工作电路，用于具有灯电极(2，3，2’，3’)和EOL识别电路(4-13)的低压放电灯(1，1’)和，所述EOL识别电路用于早期识别预计会出现的电极故障，其特征在于，EOL识别电路(4-13)可以测量电极(2，3，2’，3’)之间直流电压，以便根据测量的直流电压执行早期识别，可以通过一个偏置电压(10)改变电极(2，3，2’，3’)之间的直流电压，使得在由EOL识别电路(4-13)测量电极之间改变了直流电压时只出现一个极性。
2.根据权利要求1的工作电路，其中，在电极(2，3，2’，3’)之间提供一个用于EOL识别电路的具有一个抽头点的分压电路(4，5)。
3.根据权利要求1或者2的工作电路，其中，EOL识别电路(4-13)与螺线询问功能结合，这里，EOL识别电路(4-13)分别与至少一个电极(2，3，2’，3’)的第一接线连接，另一个第二接线与一个参考电位(12)连接，使得可以通过检验经电极到参考电位(12)的电连接执行螺线询问。
4.根据权利要求3的工作电路，其中，EOL识别电路(4-13)分别与两个电极(2，3，2’，3’)中的第一接线连接，各电极的第二接线与各自的一个参考电位(12)连接，因而，可以通过检验经各电极(2，3，2’，3’)到各参考电位(12)的电连接而执行螺线询问。
5.根据权利要求3或者4的工作电路，其中，参考电位或两个参考电位之一是地。
6.根据前述权利要求之一的工作电路，其中，EOL识别电路(4-13)通自己的测量输入(6)和自己的电极抽头执行螺线询问，如测量电极(2，3，2’，3’)之间的直流电压。
7.根据前述权利要求之一的工作电路，其中，EOL识别电路(4-13)具有一个微控制器(7)，用于测量电极(2，3，2’，3’)之间的直流电压和在需要时用于螺线询问功能。
8.根据权利要求7的工作电路，其中，微控制器(7)可以提供一个输出电压(10)，其用于产生偏置电压。
9.根据权利要求2和8的工作电路，其中，微控制器的用于偏置电压的输出(10)通过一个电阻器(9)连接到分压电路(4，5)的抽头点。
10.根据前述权利要求之一的工作电路，其中，EOL识别电路(4-13)为下述设置，在电极(2，3，2’，3’)之间的直流电压超过一定值时仅在该直流电压已经出现一个规定的最少时间时才产生表示早期识别的信号。
11.根据前述权利要求之一的工作电路，它为两个放电灯(1，1’)设置，这里一个放电灯(1)的电极(2，3)和另一个放电灯(1’)的一个电极(2’)经一个阻抗(13)串联，并且连接到一个电极抽头上，另一个放电灯的另一个电极(3’)与地连接。
全文摘要
本发明涉及一种新的用于低压放电灯1的工作电路，它具有一个通过测量电极2、3之间的直流电压的EOL早期识别电路。其中可以由一个偏置电压10这样改变直流电压，使得在测量时只必须考虑一个极性。
文档编号H05B41/28GK1443031SQ0311072
公开日2003年9月17日 申请日期2003年3月5日 优先权日2002年3月5日
发明者M·格拉布纳, M·赫克曼 申请人:电灯专利信托有限公司