专利名称：高亮度放电灯的控制的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于控制高亮度放电灯运行的控制器和电路。它还主要涉及控制高亮度放电灯运行的方法。
背景技术：
高亮度放电(HID)灯包括高压钠灯、金属卤化物灯和水银蒸汽灯。它们与例如荧光灯截然不同。例如，它们往往在高压和高温下运行，它们直接发出可见光(尽管它们可能也包括一些荧光粉涂层)，并且它们通常是具有带小电极间距的电弧管的紧凑光源。它们往往具有较高额定功率，例如150瓦以上。
气体放电灯通常需要某些形式的调节元件，以允许它们启动和运行。市场上有许多种用于荧光灯的不同的控制器，但是用于HID的较少。
一般来说，HID灯系统将使用电感镇流器，该电感镇流器被设计为使得灯以假定恒定电源电压的其近似设计功率运行。然而在实际安装中，输入电源电压可能由于电源线的扰动等而改变，并且这可导致灯被过驱动或欠驱动。其它因素也可能影响灯的正常运行，比如由灯老化、制造公差造成的灯之间的不同和由环境情况引起的改变。
如果灯被过驱动，它可能呈现不利特性，比如过热、灯寿命降低、电极损伤、效率降低和低色温。相反，如果灯被欠驱动，往往会导致光输出低、效率降低、高色温和电弧管破裂的不利特性。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于控制HID灯运行的新的有益的控制器、电路和方法。
从一个方面看，本发明提供一种用于高亮度放电灯的控制器，该控制器包括电路，该电路具有主镇流器，用于电源和灯之间的电连接，该主镇流器被配置为向所述灯提供初级电流；电流注入器，用于向所述灯注入次级电流，所述次级电流比所述初级电流弱，并且所述注入器包括用于改变所述次级电流量的控制单元，所述控制单元被配置为监测一或多个与所述灯和/或所述电源有关的参数，并基于所述被监测的一个参数或多个参数，改变提供的次级电流量。
本发明使用固定的主镇流器，能够提供不在主动控制下的主要灯电流，同时还使用可变的较小注入电流，以基于与灯和电源情况相关的反馈，改变总的灯电流。
本发明能实现一种基于灯特性改变或电源变化的灯的适当控制，同时使用只需额定的针对较小注入电流的控制电子装置，因而允许使用小而便宜的元件。因此本发明提供一种用于HID灯的实用智能控制器，能够监测灯和电源情况，并且能够修改灯功率以提高灯的运行，例如提供稳定的功率运作和/或稳定的光输出。
优选地，该控制单元监测流过灯的电流，并且据此改变所述次级电流。这允许所述控制器补偿例如电源的改变，以便所述灯可以运行在稳定功率，而不管例如电源电压的各种变化。
进一步优选地，所述控制单元监测灯两端的电压，并基于此电压确定希望的灯电流。于是该控制单元可向所述灯提供合适的次级电流。通过监测灯电压，所述控制器可以随时间补偿灯特性的改变。例如，控制单元可改变灯电流以使所述灯以恒定功率运行，或可以操作灯电流，以提供希望的电流曲线。在后一种情形，例如，灯电流可以在整个灯寿命期间增加，以维持合适的光输出(否则可能会因为灯的改变而下降，例如由于放电材料的损失)。
因此本发明可以在一个实施例中提供一种具有电流和电压传感装置的电流注入装置，以创建一种可以在各种电源和灯情况下提供灯功率的全面控制的智能系统。将灯维持在基本不变的功率水平，有助于确保灯不被欠或过驱动，并增加所述灯的寿命，同时在很长时间内维持灯的光输出，有助于提高所述灯可被使用的效率，例如它不需要在其寿命的开始阶段为过度照明而被运行，以在其寿命的结束阶段维持足够高的光输出。
所述电流注入装置可以被操作，以在电路内任意的合适点将电流注入进所述电路。在一种形式中，所述电流注入装置运行，以在所述主镇流器和灯之间的点将电流注入到所述电路中。
所述电流注入装置可以采用任意合适的形式。例如它可以采取开关模式电源的形式。在一种形式中，所述电流注入装置包括无源电流限制器(passivecurrent limiter)(例如电阻或电容器，但优选是控制镇流器)，和在有效位置和无效位置之间转换所述控制镇流器的开关(例如，触发三极管)，其中所述控制镇流器在所述有效位置将电流注入到所述灯中。
该电流注入器可以配备与所述主镇流器分离的电源，例如大约为100伏。然而，在一个优选实施例中，所述电流注入器被连接到与所述主镇流器相同的电源上。在此情形中，例如所述控制镇流器可以被置于与所述主镇流器成并联型排布，尽管通常这将只是暂态方式，并且仅用于所述电源周期的一部分持续时间，在所述开关处于有效位置期间。
所述控制单元优选监测跨过所述镇流器的电压，以提供用于所述次级电流的输入的同步信号。
所述控制镇流器可以具有任意合适的阻抗和额定值。优选地，所述控制镇流器具有大于主控制镇流器阻抗的阻抗。
当以稳定功率运行灯时，所述控制镇流器与所述主镇流器的伏-安额定功率之比可以在大约0.2到0.4之间，例如0.3，并且所述控制镇流器具有约为所述主镇流器阻抗的1.2倍的阻抗。在额定电源电压下，初级电流与次级电流之比可以在2.5到8.0的范围内，例如4.0。如此，例如初级电流可以是次级电流的大约4倍。
通常，当试图补偿电源的变化时，在额定电源电压下的灯电流需要包括所述初级电流和次级电流两者的成分，而非所述次级电流为零。这是因为所述次级电流不能是负的，因此在额定电源电压下必定已经存在次级电流成分，从而在电源电压增加时，可以减少所述次级电流进行补偿。
当操作所述灯以在稳定的光输出下运行很长一段时间时，所述次级电流可以被控制来随时间增加所述灯功率，以补偿所述灯效率的损失，效率是指每单位输入功率的光输出。所述主镇流器和电流注入器可以被配置为使得在最大次级电流处，比如在所述灯寿命的结束，初级电流与次级电流之比在大约2.0到9.0之间，且优选为大约3.0。例如在一个实施例中，所述主镇流器与次级镇流器的阻抗之比大约可在0.7到0.9之间，优选为大约0.8。
通常，电流注入装置通过控制所述控制镇流器被切换进主电路的时间量，来将变化的电流量注入到所述电路中，并且所述电流注入装置仅在每个周期的部分中运行。优选地，所述电流注入装置作为暂态现象操作。例如，所述电流注入装置可以运行，以在每个周期内两次把电流注入到所述电路中。它也可以额外地或可替代地运行，以在每个周期的90°和270°处，把绝对值最大的电流注入到所述电路中。在另一种形式中，当电源频率是50赫兹时，所述电流注入装置运行，以每秒钟100次把电流注入到所述电路中。在使用开关模式电源时，可以与控制镇流器一起提供进一步的控制开关，或者所述开关模式电源自身可以基于灯电流和电压被合适地控制，并且在此情形中，可以在所述初级电流的整个交流周期中提供所述次级电流。
在本发明的又一形式中，所述电路包括变压器，比如升压变压器，把电压注入到所述电路中，以便于所述灯的启动。例如，这可以把50伏注入到所述电路中，以帮助所述灯的启动。这在启动旧灯中特别有帮助。
作为对启动的另一个帮助，所述控制单元可以被配置为不管灯电流和电压如何，启动时以例如最大的高次级电流运行，以便帮助所述灯启动。在启动时，例如所述控制单元可在电源的最初100个周期内以高次级电流运行。
在另一实施例中，所述控制单元可以包括降低亮度特征。如此，所述控制单元可以包括定时器或手动开关等，以便在希望的时间，所述灯可以通过降低次级电流量，例如降低到零，来运行于通常的光输出要求之下。
本发明还扩展为包括根据上面的控制器在内的照明系统和灯装置，并且扩展为使用这种控制器来提供灯控制的方法。
从另一个方面看，本发明提供一种高亮度放电灯控制器，该控制器包括主镇流器，用于电源和灯之间的电连接，该主镇流器被配置为向所述灯提供初级电流；电流注入器，用于向所述灯注入次级电流，所述次级电流比所述初级电流弱，并且是可变的。
从又一个方面看，本发明提供一种控制高亮度放电灯照明的方法，该方法包括以下步骤提供主镇流器，以从电源向灯提供初级电流，提供电流注入器，用于向所述灯提供小于所述初级电流的次级电流，并且改变所述次级电流量，以控制总的灯电流。
如此，可以从这方面看，本发明通过使用可以被控制的较小次级电流，提供一种智能电源。
从再一个方面看，本发明提供一种用于控制高亮度放电灯运行的电路，该电路包括(a)被电连接在电源和灯之间的主镇流器；(b)用于把电流注入到所述电路中的电流注入装置；(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；和(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自所述电流传感装置和电压传感装置两者的测量结果，把电流注入到所述电路中，以控制所述灯的功率。
按照本发明的另一方面，提供一种控制高亮度放电灯运行的方法，该方法包括以下步骤(a)测量流过所述灯的电流；(b)测量所述灯两端的电压；和(c)把电流注入到所述灯中；其中所述电流基于流过所述灯的电流和所述灯两端的电压的测量结果，被注入到所述灯中。
按照本发明的另一方面，提供一种用于高亮度放电灯的磁力调节器，包括(a)被电连接在电源和灯之间的主镇流器；(b)用于把电流注入到所述灯中的电流注入装置；(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自所述电流和电压传感装置两者的测量结果，把电流注入到所述灯中，以控制所述灯的功率。
按照另一方面，提供一种用于高亮度放电灯的控制单元，该灯被串联电连接到主镇流器，该控制单元包括(a)用于把电流注入到所述灯的电流注入装置；(b)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；和(c)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自所述电流传感装置和电压传感装置两者的测量结果，把电流注入到所述灯中，以控制所述灯的功率。
按照另一方面，提供一种用于高亮度放电灯的控制单元，该控制单元包括(a)被电连接在电源和灯之间的主镇流器；(b)用于把电流注入到所述灯中的电流注入装置；(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；和(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自所述电流传感装置和电压传感装置两者的测量结果，把电流注入到所述灯中，以控制所述灯的功率。
按照再一方面，提供一种用于控制高亮度放电灯的电路，该电路包括(a)被电连接在电源和灯之间的主镇流器；(b)次级镇流器；
(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；和(e)控制单元，用于依赖来自于所述电流和电压传感装置的测量结果，把所述次级镇流器切换进和切换出所述电路。
应该理解，关于本发明第一方面而说明的可选择特征，也可以同样地应用于每个被说明的其它方面。
通过参照图示本发明实例形式的附图，本发明的实施例将在下文中加以描述。应该理解，附图的特殊性并不取代本发明前面说明的一般性。附图中图1为表示根据本发明一个实施例的控制器和运行灯的元件的排列的示意性框图；图2为可以被用在图1的控制器中的电子开关控制单元的示意性框图；图3为可以被用在图1的控制器中的微处理器开关控制单元的示意性框图；图4为可以用来运行开关控制单元的电源的示意性框图；图5为进一步示出被布置以运行灯的电路元件的示意图；图6a和6b为分别示出在电源电压为240V-10％情况下次级(控制)镇流器中流动的次级电流(注入电流)和主镇流器中流动的初级电流的曲线图；图7a和7b为分别示出在电源电压为240V情况下次级(控制)镇流器中流动的次级电流(注入电流)和主镇流器中流动的初级电流的曲线图；图8a和8b为分别示出在电源电压为240V+10％情况下次级(控制)镇流器中流动的次级电流(注入电流)和主镇流器中流动的初级电流的曲线图；图9为示出图6到图8中每种情况下流过灯的总电流的图(对于所示的各种电源电压变化而言，电流基本不变)；
图10为表示本发明的另一实施例的示意图；图11为用于典型HID灯的流明特性曲线图；图12为示出如何运行灯以确保设置(维持)照明水平的典型HID灯的流明特性曲线图；图13为依照标准镇流器和依照根据本发明一个实施例的控制器运行的典型HID灯的灯功率特性曲线图；和图14为类似于图13的图，示出与根据本发明一个实施例的控制器相关的能源节省。
具体实施例方式
参见图1，该图表示根据本发明一个实施例配置的照明系统的元件排列的示意性框图。
该电路包括交流电源1，具有被连接到置于具有点火器3和HID灯4的电路中的灯控制器5的端子1A和1B。点火器3可以是任意适于HID灯的初始启动的常规点火器，点火器3优选地是电子点火器。灯4可以是任意合适的HID灯。尽管本发明可以控制任意合适的HID灯，但本发明特别适合于控制高压钠灯、金属卤化物或水银蒸汽放电灯，并且适合于控制额定功率在大约150瓦到2000瓦之间的灯，例如额定功率在大于和等于大约250瓦、400瓦或1000瓦的灯。该电路还包括连接在端子1A和1B两端的功率因数校正电容2。控制器5可以与新灯一起使用，或者它也可以被翻新为现有的灯。
在本发明的此实施例中示出的控制器5是在点A、B和C具有端子的三端子装置。控制器5包括变压器6，该变压器6是充当把电压注入到灯电路以方便灯启动的升压变压器。变压器6与灯电路串联连接，把大约50伏的交流电压注入到电路中，并随后注入到灯中。这有助于灯的启动，尤其在它老化时。
变压器6被电连接到主镇流器7，在此实例中，主镇流器7是电感线圈，并被用作灯的初级电流限制和电压下降元件。控制镇流器8和电子开关(例如触发三极管)9作为电流注入器而被置于与主镇流器7并联。
在开关9处于关闭位置时，控制镇流器8以暂态方式与主镇流器7处于并联类型的关系中，例如仅在部分交流电源周期期间中。这种结构运行，以把流过控制镇流器8的电流注入到节点10。开关控制单元12控制开关9，以在合适的时刻把附加电流注入到主电路中，并且持续合适的时间。电流传感器11配备在节点10的下游，以向开关控制单元12提供电流信号。由此开关控制单元12控制电子控制开关9的操作，以调节注入到节点10并随后注入灯4中的电流。控制单元12执行控制灯4运行的逻辑功能和定时。控制单元12的输入是灯电压(VL)、镇流器电压(VB)和灯电流(IL)。控制单元12的输出是给电子开关9的信号。控制单元12由电源13运行，该电源13可以是额定电压为5伏的直流调节电源。
控制单元12可以被配备为例如电子的或微处理器元件。
图2中示意性示出用于运行灯的开关控制单元12的电子形式的操作。控制单元12包括产生灯电流(IL)的整流形式的全波整流器14和放大器15。然后此信号被供应给平均值滤波器16，该平均值滤波器16对被整流的灯电流平均，并产生与此灯电流(IL)成比例的直流信号。全波整流器18接收灯电压(VL)并对其进行处理，以产生整流形式，然后传给平均值滤波器19，该平均值滤波器对被整流的灯电压进行平均，以产生与此灯电压(VL)成比例的直流信号。然后此信号被供应给非线性放大器20，适当地综合灯的伏-安特性，并由此产生特定灯电压所要求的电流信号，也就是它基于实际灯电压确定希望的灯电流，以提供例如恒定的灯功率。此信号由启动电流设置点放大器21处理。然后来自启动电流设置点放大器21的信号传给第一比较器22，以将来自平均滤波器16的实际灯电流与设置点值比较。比较器22产生逻辑高或逻辑低，然后由积分器23(与积分器初始化电路23A一起运行)向上倾斜或向下倾斜，以产生表示灯4要求的附加电流幅值的缓慢变化的直流信号，该信号可以由控制镇流器8中的开关提供。
斜波发生器26产生由电流(IL)过零启动并由镇流器电压(VB)过零复位的三角波形。电流和镇流器电压的过零分别从过零探测器17和28获得。探测器28的输入从将镇流器电压用作其输入的全波整流器27获得，而探测器17的输入从由整流器14和放大器15输出的灯电流的整流形式获得。斜波发生器26的输出表示灯所需电流的相位，并且提供用于触发开关9的同步信号。
积分器23和斜波发生器26的输出被传送给第二比较器24，以产生变化的相移(phase shifted)方波，该方波由脉冲发生器25处理，以产生用于图1中所示触发三极管9的栅极点火脉冲。
用于运行灯的微处理器形式的开关控制单元12被示意性地示出在图3中。控制单元12接收灯电流(IL)信号，并把此信号传给全波整流器29和放大器30，以产生灯电流的整流形式。此信号被传送给采样和保持电路31，以获取灯电流，然后传给把灯电流转换为8位数字化数字的模数转换器(ADC)32。然后转换后的8位电流数字被传送给微处理器33。ADC 32以2kHz的频率运行。
微处理器33的另一个输入是灯电压信号(VL)，该信号经过全波整流器35，以产生灯电压整流形式。然后此信号被传给采样和保持电路36，并传给模数转换器37，以把灯电压转换为8位数字化数字。然后此转换后的8位电压数字被传给微处理器33。ADC 37以2kHz的频率运行。该微处理器把8位电流和电压数字相乘，以获得灯中的瞬时功率，并产生这些乘积的和，以获得灯中每周期的功率。然后将该功率与灯的参考(设置点)功率比较，也就是希望灯运行的希望功率值。然后，取决于实际与设置点灯功率之间的差，由该微处理器产生并输出数字1或零。
一个特别合适的微处理器是包含存储的程序的8位微处理器，以控制数据采集和转换、执行功率计算并产生要求的数字输出。微处理器33的输出被传给积分器34(与积分器初始化电路34A一起运行)，以把从微处理器的数字输入向上倾斜或向下倾斜，并产生表示灯要求的电流幅值的缓慢变化的直流信号。斜波发生器41产生由电流过零启动并由镇流器电压过零复位的三角波形。电流和镇流器电压的过零从它们各自的过零探测器42和43获得，探测器42从灯电流的全波整流器29和放大器30接收输入，而探测器43从镇流器电压的全波整流器40接收输入。斜波发生器41的输出表示灯要求的电流的相位，并且提供用于触发开关9的同步信号。
积分器34和斜波发生器41的输出被馈给第二比较器38，该比较器产生变化的相移方波，该方波由脉冲发生器39处理，以产生用于图1中所示的触发三极管9的栅极点火脉冲。
图4是适于运行开关控制单元12的电源13的电路图。电源13包括240伏/12伏降压变压器44，其输出被连接到全波二极管桥式整流器45上。电压调节器46被电连接到整流器45上，并产生可以用来为控制单元供电的5伏直流调节电压。
图5为图示根据本发明一个方面的控制器的基本元件和原理的电路图。所示电路包括具有流过其中的电流(IB)的主镇流器7。控制镇流器8通过触发三极管开关9与主镇流器连接，以把控制电流注入到主镇流器电路中，如此提供对灯电流的控制。触发三极管开关9接收例如来自于图2或3的控制单元12的控制信号，以操作开关。在电流IC被注入到节点10的有效位置，触发三极管开关9闭合，而且控制镇流器8与主镇流器一起被置于电路中。附加电流被注入到电路中，IC被加到流过主镇流器的电流IB上，以提供灯电流IL＝IB+IC。在触发三极管开关9打开时，灯电流IL仅仅是流过主镇流器的电流IB。被说明和示出的控制镇流器8、开关9和控制单元12可以被考虑为注入器，以在每个周期中触发三极管开关9闭合的持续时间内向电路中注入电流IC。通过电流注入器的此电流的注入可以被看作暂态现象，可以与以下稳态现象相比控制镇流器在整个周期内被简单地与主镇流器并联放置，因此仅仅改变了主镇流器的阻抗。因而，控制镇流器8只在交流电源1的整个周期的部分持续时间内与主镇流器连接，输入的控制电流量取决于周期中开关9保持闭合的时间长度。
如此，主镇流器为灯提供主要的固定电流(假定电源稳定)，并且附加的小电流作为控制电流被注入，以补偿电源和灯特性的变化。这使得能够通过采用只需适应小控制电流的便宜的电子元件来改变总的灯电流，从而可以提供实用且划算的HID灯控制器。
灯电流的监测允许控制器维持希望的灯电流，而不管电源电流的变化，同时灯电压的监测允许控制器基于希望的灯运行情况来设置希望的电流，例如它可以改变灯电流以确保灯以恒定功率运行。可能会出现灯电压的改变，例如由于随时间发生的灯管特性的改变。本实施例也能处理由公差作用(tolerance effect)等引起的灯之间的变化。主镇流器电压的监测可以有助于使控制电流的输入同步。
图6到图9示出了图5中所示的电路在三个电源电压值下的运行，它们是(a)240V-10％、(b)240V(额定)和(c)240V+10％。
图6a和6b分别是240V-10％电压下控制镇流器电流IL和主镇流器电流IB的曲线图。最大绝对值IC＝2.5A是在90°和270°被注入。最大绝对值IB＝3.5A出现在90°和270°。这些值在节点10相加，以在90°和270°提供6.0A的最大绝对灯电流(IL)。流过灯的总电流(IL)显示在图9中。
图7a和7b分别是240V(额定)电压下控制镇流器电流IL和主镇流器电流IB的图。最大绝对值IC＝2.0A在90°和270°处被注入。最大绝对值IB＝4.0A出现在90°和270°处。这些值在节点10相加，以在90°和270°处提供6.0A的最大绝对灯电流(IL)。流过灯的总电流(IL)也显示在图9中。
图8a和8b分别是示出240V+10％电压下控制镇流器电流IL和主镇流器电流IB的曲线图。最大绝对值IC＝1.5A在90°和270°被注入。最大绝对值IB＝4.5A也出现在90°和270°。穿过灯的总电流(IL)也显示在图9中。
对应于大致恒定的灯功率，灯电流(IL)对于所有三种电压变化而言大致恒定。
在上述实施例中，测量了灯电流(IL)和灯电压(VL)，并且调整控制镇流器电流，以确保使灯功率保持恒定。主镇流器中的电流不受控制，并且将由于电源电压变化、灯的老化以及其它因素和干扰而改变。为了补偿这些影响，控制镇流器每周期被切换到电路中精确的时间量，以把正确的电流量注入到灯中，从而使灯功率保持恒定。
主镇流器和次级镇流器的额定功率(rating)和阻抗比在电路的运行中很重要。在一个优选实施例中，控制镇流器的额定功率大约在主镇流器的额定功率的0.2到0.4倍之间，且优选为大约0.3倍。在另一个优选实施例中，控制镇流器的阻抗大约为主镇流器阻抗的1.2倍。
对于控制镇流器，镇流器中的最大电流(100％占空因数(duty cycle))发生在电源电压最小或灯电压最小时。控制镇流器中的最小电流(0％占空因数)发生在电源电压最大或灯电压最大时。因此，应该基于预期变化确定控制镇流器的额定功率。
对于主镇流器，主镇流器中的最大电流发生在电源电压最大或灯电压最小时。主镇流器中的最小电流发生在电源电压最小或灯电压最大时。
主镇流器应该被设置为提供小于希望的额定灯电流的电流，以便控制镇流器在额定供电电压下施加附加电流。这确保电源电压增加到额定值以上时，可以通过控制电流的降低来补偿。
400瓦金属卤化物灯的实验结果表明，对于±10％的电源电压变化，灯电流的变化大约为±0.5％，灯电压的变化大约为±1.5％，并且灯功率的变化大约为2.5％。在此例中，在恒定的电源电压下，灯提取包括2.5安培主镇流器电流和大约1安培的控制镇流器电流在内的3.5安培，且最大控制电流大约为2安培。
现在参见图10到14说明运行任意一个上述实施例的控制器5的另一种方法，其中控制器在灯寿命期间补偿其效率的降低，以维持恒定的流明输出，而不是上述实施例中说明的恒定灯功率。
如图10中所示，该控制器再次包括一起向灯4供应电流的主镇流器70和电流注入器80。框70和80示出了本实施例中初级电流和次级电流的电流曲线。
在HID灯4的寿命期间，灯在设定灯功率运行下的光输出量(效率)随时间降低。这是由灯4自身特性的改变而引起的，例如气体随时间扩散出灯电弧管等。这种情形表示在图11中，其中到灯寿命结束时，灯的效率降低了25％。
为了克服这一问题，标准的做法是设计照明系统，以便在灯寿命开始时提供过照明，从而在被替换时，灯将以要求的照明水平(“维持”照明水平)运行。这样，如图12中所示，照明系统将被设计为在其寿命的开始处运行，以提供要求(维持)光输出的133％，从而使得在其寿命的结束时，它将输出至少被维持的光量。
这种照明方式暗含着能量的使用，导致提供过度照明需要的电力的浪费，并且还导致这种照明方式引起的伴随的灯寿命的缩短。
然而，根据本发明的此实施例，控制由电流注入器80注入的电流，例如控制镇流器8和由控制单元12控制的开关9，以便随时间增加灯功率，以补偿效率的降低。如此，主镇流器70被配置为提供用于运行灯4的初级电流，该电流被设置到约为新灯必须的功率，以输出由照明设计者要求的实际(维持)光量。然后随着灯老化，控制单元12通过增加更多流过镇流器8的控制电流，来随时间增加功率。为了提供抵抗例如功率变化等的稳定性，如在第一实施例中一样，初级电流可被设置，以使得在灯寿命的开始也需要合适的控制电流量，也就是主镇流器被配置为提供初级电流，该初级电流小于额定电源电压下以希望的功率运行灯所需要的电流。
为了确定随时间注入的控制电流量，电流注入器80监测表示灯使用年限的灯电源电压。从灯的厂商那里可以获得大部分灯的灯电压和灯效率之间的实际关系。配置电流注入器，以便基于被监测的电压提供合适的电流。这可以由非线性放大器20的合适设计实现于例如控制器2在图2的实例中，或由提供与微处理器33连接的内存中的查表实现于图3的实施例中。
图13示出标准镇流器A控制的HID灯的灯功率与寿命时间的曲线，和由根据本实施例B的控制器控制的同一HID灯的灯功率与寿命时间的曲线。
可见，在没有任何功率稳定性控制的情况下，标准镇流器的灯功率A以有些复杂的方式变化，但是它被设计为提供新灯所需功率的大约140％的平均灯功率，以满足希望的照明需求。
相反，本控制器的灯功率B显示了稳定且平稳向上倾斜的灯功率，从而在所有时间内都满足希望的照明要求，而不需要过度照明。如图13中所示，这提供了相当可观的功率节省。在明白还由于以稳定和最小的功率运行灯而延长了灯的寿命时，可以更进一步增加节约。
初级电流与最大次级电流之比可以为例如在大约2.0到9.0之间，3.0为优选比率，最大次级电流是在灯寿命的结束处出现。例如在灯寿命的结束处，初级电流可以提供70％的灯电流，而次级电流可以提供30％的灯电流。这样的比率为不可控的高初级电流和可由合适的、便宜的元件控制的较低次级电流提供良好平衡。
主镇流器和电流注入器的控制镇流器之间的阻抗比，可以在例如大约0.7到0.9之间，优选为大约0.8。
图10的实施例还显示了与例如图1到5中实施例的另外两个差别，它们也可以提供给这些实施例。如此，电流注入器80不必从与主镇流器70相同的电源中接收其电源，而可以具有自己的专用电源。
控制电流还可以被进一步改变，例如由开关90改变，以便例如关掉控制电流，并且提供减光器功能。可替代地，例如通过控制单元12，电流注入器自身可以被配置为提供减光功能，即提供偏离正常光输出的减少的电流输出。减光器控制可以是手动控制或例如定时控制，以便响应命令或在设定时间阶段内减弱照明。
所有上述实施例都通过使用电流注入器来提供对灯的良好控制，该电流注入器操作可控的较低电流，并且以低于初级电流的电流运行。这允许灯输入电流被改变，并且允许控制器将电流控制为不变值，或控制为例如可以提供上述效率补偿的希望的曲线，但是也可以提供其它曲线。
上述实施例的各种变化也是可能的，还可以使用不同的电流注入电路。例如，如所述的，电流注入器，例如镇流器8和开关9，可以从与主镇流器7分开的电源接收它们的输入能量。开关模式的电源也可以代替控制镇流器8(可能是开关9)，并且例如可以提供图10的电流注入器80。在此情形中，附加电流可以在整个交流电源的周期内起作用，但是根据需要提供较低或较高的均方根电流。
在任意一个上述实施例中，在灯启动时，例如在主交流电流的最初100个周期内，电流注入器可以以高次级电流运行，例如最大次级电流，以有助于灯的启动。这将不考虑那时的灯电压或电流。
本灯照明系统可以用在许多不同的情形中，例如街道照明、运动场照明以及诸如仓库和工厂照明的工业照明。
应该理解，在不背离本发明范围的情况下，可以对前面说明的部分做出各种改变、增加和/或修改，并且本发明可以用本领域技术人员理解的多种方式在上述教导的灯中实现。
权利要求
1.一种用于高亮度放电灯的控制器，该控制器包括一电路，该电路具有主镇流器，用于电源和该灯之间的电连接，该主镇流器被配置为向所述灯提供初级电流；电流注入器，用于向所述灯注入次级电流，所述次级电流比所述初级电流弱，并且所述注入器包括用于改变所述次级电流量的控制单元，所述控制单元被配置为监测一或多个与所述灯和/或电源有关的参数，以便基于所述被监测的一个参数或多个参数，改变被供应的次级电流量。
2.如权利要求1所述的控制器，其中所述控制单元监测流过所述灯的电流。
3.如权利要求1或2所述的控制器，其中所述控制单元监测所述灯两端的电压，并基于所述电压确定希望的灯电流。
4.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元监测所述主镇流器两端的电压，以使所述次级电流与初级电流同步。
5.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器在所述主镇流器和灯之间的点将电流注入。
6.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器包括用于提供所述次级电流的单独电源。
7.如权利要求1到5中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器被连接到与所述主镇流器相同的电源上。
8.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器包括开关模式的电源电路。
9.如权利要求1到7中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器包括无源电流限制器和开关，并且所述控制单元激活该开关，以控制被注入的电流量。
10.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器包括次级镇流器和开关，并且所述控制单元激活该开关，以控制被注入的电流量。
11.如权利要求9或10所述的控制器，其中所述开关是触发三极管。
12.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器具有大于所述主镇流器阻抗的阻抗。
13.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元控制次级电流量，以使该灯以基本恒定的功率运行。
14.如权利要求13所述的控制器，其中所述主镇流器被配置为提供初级电流，该电流为在额定电源输入电压下所要求的灯电流的X％，并且所述电流注入器提供在额定电源输入电压下所要求的灯电流的100-X％，其中X约为额定电源电压中的预期变化的两倍。
15.如权利要求13或14所述的控制器，其中所述主镇流器和电流注入器被配置为以大约7∶3到9∶1、且优选为8∶2的比率提供初级电流和次级电流。
16.如权利要求13、14或15所述的控制器，其中电流注入器包括次级镇流器，该次级镇流器具有约为所述主镇流器阻抗的1.2倍的阻抗。
17.如权利要求13到16中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器包括次级镇流器，并且其中所述次级镇流器与主镇流器的伏-安额定功率之比在大约0.2到大约0.4之间，并且优选为0.3。
18.如权利要求1到12中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元被配置为向灯电压曲线提供预定的灯电流。
19.如权利要求1到12中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元被配置为提供随时间增加的灯电流，以补偿所述灯的效率随时间的降低。
20.如权利要求1到12中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元被配置为监测灯电压，并基于灯电压来调整灯电流，以使灯功率的增加补偿灯的效率随时间的降低。
21.如权利要求18到20中任意一项所述的控制器，其中所述主镇流器和电流注入器被配置，以使在最大次级电流下，初级电流与次级电流之比在大约2.0到大约9.0之间，且优选为3.0。
22.如权利要求17到21中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器包括次级镇流器，并且其中所述主镇流器与次级镇流器的阻抗之比在大约0.7到大约0.9之间，并且优选为大约0.8。
23.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元包括减光器控制，用于减少次级电流量，以使所述灯以低于正常运行期间的功率运行。
24.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元被配置为在所述灯启动时，例如对于所述电源的最初大约100个周期，所述次级电流被设置为高电流，而不考虑所述被监测的参数。
25.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述控制器被配置为向高压钠灯、金属卤化物灯或水银蒸汽灯提供能量。
26.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，包括用于把电压注入到所述灯中以方便灯启动的变压器，例如升压变压器。
27.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器作为暂态现象运行，以注入电流。
28.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器仅在部分交流电源周期中运行。
29.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述电流注入器运行，以在每周期中两次将电流注入到所述电路中。
30.如权利要求26所述的控制器，其中所述电流注入器运行，以在所述周期的大约90°和大约270°处，把绝对值最大的电流注入到所述电路中。
31.如前述权利要求中任意一项所述的控制器，其中所述控制单元通过控制所述电流注入器把电流注入到所述主镇流器电路中的时间量，来控制输入到所述灯中的次级电流量。
32.一种照明系统，包括灯和根据前述权利要求中任意一项的控制器。
33.一种高亮度放电灯控制器，该控制器包括主镇流器，用于电源和该灯之间的电连接，该主镇流器被配置为向所述灯提供初级电流；电流注入器，用于向所述灯注入次级电流，所述次级电流比所述初级电流弱，并且是可变的。
34.一种控制高亮度放电灯照明的方法，该方法包括以下步骤提供主镇流器，以从电源向灯提供初级电流；提供电流注入器，用于向所述灯提供小于所述初级电流的次级电流；并且改变所述次级电流量，以边控制总的灯电流。
35.一种用于控制高亮度放电灯运行的电路，该电路包括(a)用于电连接电源和该灯的主镇流器；(b)用于把电流注入到所述电路中的电流注入装置；(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；和(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自于所述电流传感装置和电压传感装置两者的测量结果，把电流注入到所述电路中，以控制所述灯的功率。
36.一种控制高亮度放电灯运行的方法，该方法包括以下步骤(a)测量流过所述灯的电流；(b)测量所述灯两端的电压；和(c)在较大的初级电流的峰值，把次级电流注入到所述灯中；其中所述次级电流基于所述灯中的电流和电压的测量结果，被注入到所述灯中。
37.一种用于高亮度放电灯的磁力调节器，包括(a)被电连接在电源和该灯之间的主镇流器；(b)用于把电流注入到所述灯中的电流注入装置；(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；和(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自于所述电流传感装置和电压传感装置的测量结果，把电流注入到所述灯中，以控制所述灯的功率。
38.一种用于高亮度放电灯的控制单元，该灯被电连接到主镇流器上，所述控制单元包括(a)用于把电流注入到所述灯中的电流注入装置；(b)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；(c)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；其中所述电流注入装置运行，以基于来自所述电流传感装置和电压传感装置的测量结果，把电流注入到所述灯中，以控制所述灯的功率。
39.一种用于控制高亮度放电灯的电路，该电路包括(a)被电连接在电源和该灯之间的主镇流器；(b)控制镇流器；(c)用于测量流过所述灯的电流的电流传感装置；(d)用于测量所述灯两端的电压的电压传感装置；和(e)控制单元，用于依赖来自于所述电流和电压传感装置的测量结果，把该次级镇流器切换进和切换出所述电路。
全文摘要
一种用于高亮度放电灯(4)的控制器(5)，包括主镇流器，用于向该灯(4)提供初级电流；和电流注入器，其在所示情形中包括控制镇流器(8)和由控制单元(12)控制的开关(9)(例如触发三极管)。所述电流注入器将次级电流注入到所述灯(4)中，该次级电流小于所述初级电流，并且可由控制单元(12)改变，例如通过改变该控制镇流器(8)被切换进该电路的交流周期内的时间量。该控制器(5)允许所述灯(4)被控制为，例如以恒定功率(可变的光输出)或者以恒定的光输出(可变功率)运行。
文档编号H05B41/392GK1820555SQ200480019378
公开日2006年8月16日 申请日期2004年5月7日 优先权日2003年5月8日
发明者理查德·杜鲁兹耐克 申请人:活性反应堆有限公司