专利名称：气体放电灯的灯寿命控制方法、气体放电灯驱动器电路、气体放电灯和气体放电灯与灯驱 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及操作气体放电灯的方法，气体放电灯，和灯驱动器电 路。具体来说，本发明涉及用于控制气体放电灯的灯寿命的方法，并 且涉及气体放电灯，灯驱动器电路，以及装配起来用于实现所说方法 的其组合。
背景技术：
众所周知，低压气体放电荧光灯如TL灯或CFL灯的灯寿命尤其 取决于灯的电极的恶化，因为在工作期间电极的状态变坏。然而，电 极的损伤大小主要取决于电极的工作温度。决定电极的恶化的两种类 型的损伤是溅射损伤和蒸发损伤。在电极相对较冷时溅射损伤速率一般很大，但随着温度的上升， 这种损伤的速率下降。当温度升高到足以产生热离子发射时，溅射损 伤速率变小。蒸发损伤速率随着温度的增加而增加。在某个温度，溅射损伤速 率相对于蒸发损伤速率来说变得可以忽略。当减射损伤速率和蒸发损伤速率的总和，即总损伤速率，最小时， 电极温度就灯的寿命来说处于最佳值。在实践中，对于由巻绕的钨丝 制成的并且覆盖有Ca、 Ba和Sr的氧化物的电极，当温度处在工作温 度范围，即在某些边界T,和T2之间时，总损伤速率相对较小。对于点 火，工作温度可以在约900K-1000K的范围内，总损伤在约9S0K的温度时最小。对于上述的这种电极，众所周知的是，发生热离子发射的温度对 应于鴒的电阻之比Rh。t/Rcold^4，其中的Re。W代表室温下的电阻，Rh。t代表工作温度下的电阻。
按照常规，使用上述技术考虑，将灯驱动器电路和气体放电灯标 准化，并且进4亍设计以4吏电极在点火之前可以预热，从而使电阻比约为4.75。类似的考虑导致稳态工作的类似的规则。然而，温度范围可以是 不同的。对于上述的有涂层的鹤丝，合适的点温度范围在1400-1600K， 而电极的其余的部分可以在较低的温度。按照经验的发现，当灯电流 Ilamp在电流Ir4的1 - 1.5倍范围内，没有额外的加热电流的灯，灯寿 命是高的；电流ir4是在上述的电阻比是4的情况下的电流(对于没有 放电的电极测得的)。虽然具有这样一种标准化的灯和驱动器电路的灯的平均寿命是可 以接受的，但例如由于存在制造容差和厂家的不同，个别的灯的寿命 可能比预期的要短些。发明内容期望得到优化气体放电灯的寿命的方法。进而，期望得到实现所 说方法的气体放电灯和灯驱动器电路。按照本发明的一个方面，提供一种控制气体放电灯的灯寿命的方 法，所说的方法包括向操作所说灯的灯驱动器电路提供温度信号，所 说温度信号代表所说气体放电灯的电极温度；和，响应所说温度信号， 控制由所说灯驱动器电路向所说灯提供的至少一个操作信号，从而把 电极温度控制在预定的温度范围内。具体来说，在替换有缺陷的灯有困难和/或昂贵的应用中，有益 的做法是控制电极温度，因为受控的电极温度有可能增加灯寿命。在本方法的一个实施例中，温度信号对应于阴极电压降(cathode fall voltage)。在一个实施例中，阴极电压降可能由位于灯周围的 一个导电带确定的，所说的阴极电压降是通过测量所说导电带的电位 确定的。在另一个实施例中，确定电极附近的一个灯帽的电位以确定 阴极电压降。在另一个实施例中，通过测量电极屏蔽罩(electrode shield)的电位来确定阴极电压降。在某些已知的灯中设有这样的电 极屏蔽罩。在另一个实施例中，温度信号对应于电极线圏电压。提到的电极 线圏即例如线團式鴒电极。对于给定的i丈电电流和给定的加热电流， 电极线團上的电压降是有效线團电阻的度量值，因此是有效线團温度 的度量值。于是，在这个实施例中，使用电极线團上的电压作为温度信号。在下一个实施例中，组合使用阴极电压降和电极线圏电压作为温 度信号。阴极电压降对于确定冷电极温度可以更准确，而电极线團电 压可以更加适合于确定热电极的温度。使用这两个信号可实现冷电极 和热电极这两者的准确测量。响应冷或热电极，灯驱动器电路的控制电路控制至少一个操作信 号。在一个实施例中，至少一个操作信号是提供给灯的加热电流。加 热电流是本技术中公知的操作信号，用于加热电极和保持电极在合适 的温度。如果由温度信号指示的温度不在期望的水平，控制电路可以 调节加热电流以调节温度。具体来说，如果温度低于期望的温度，增大加热电流；如果温度高于期望的温度，减小加热电流，如果可能的话。在另一个实施例中，响应温度信号来控制电极屏蔽罩和载流导线 之间的电气连接。对于给定的放电电流，当电极屏蔽罩连接到导线时， 具体来说即连接到载流导线时，电极温度与没有连接的情况相比是较 低的。导线向电极提供电流(放电和加热电流)。载流导线是两条导 线中携载最大电流的一条导线(放电电流和加热电流)；另一条导线 携载最小电流，可能只是加热电流(如果存在的话)。如以上所述， 在载流导线和电极屏蔽罩之间建立连接对于降低电极温度是特别合适 的。在下一个实施例中，灯驱动器电路控制一个连接在电极屏蔽罩和 载流导线之间的可变阻抗元件。通过控制阻抗的变化可以控制温度。 具体来说，如果温度高于预定温度，减小阻抗(如果可能的话)。在 本发明的下一个方面，提供了低压气体放电荧光灯和灯驱动器电路的 组合用于实现按照本发明的方法。灯驱动器电路和气体放电灯进行电 气连接，以便从灯驱动器电路向灯提供至少一个操作信号并且从灯向 灯驱动器电路提供至少一个代表电极温度的温度信号。灯驱动器电路 包括一个控制电路，用于响应所说温度信号控制至少一个操作信号， 以便控制电极温度，使其处在预定的温度范围内。在另一方面，本发明提供一种在所说组合中使用的气体放电灯。
在一个实施例中，这样一种灯可以包括一个导电带，导电带定位在灯 的周围，用于通过测量所说导电带的电压确定阴极电压降。在灯的另一个实施例中，在灯的电极周围提供一个电极屏蔽罩， 一条馈通导线在灯的外侧的一个终端和电极屏蔽罩之间提供电气连 接，从而对于灯驱动器电路和电极屏蔽罩实现了电气连接。在灯的另一个实施例中，在电极屏蔽罩和一条导线之间连接一个 开关元件，开关元件可以电气连接到灯驱动器电路，以便响应由灯驱 动器电路提供的操作信号在电极屏蔽罩和导线之间进行电气连接。在按照本发明的灯的下一个实施例中，在电极屏蔽罩和导线之间 连接一个可控的可变阻抗元件，所i兌的可控的可变阻抗元件电气连接 到灯驱动器电路，以便通过灯驱动器电路控制可变阻抗元件的阻抗在 电极屏蔽罩和导线之间进行电气连接。在灯的另一个实施例中，为气体放电灯提供了馈通导线，用于连 接电极屏蔽罩和灯驱动器电路，并且为气体放电灯提供可变阻抗元 件，可变阻抗元件连接在电极屏蔽罩和载流导线之间。可以通过灯驱 动器电路控制阻抗。如以上所述，上述措施的组合提供了更加准确的 控制，并因此可得到更长的灯寿命。在另一方面，本发明提供了在所说组合中使用的灯驱动器电路。 该灯驱动器电路包括一个控制电路，用于产生响应温度信号的操作信 号。在灯驱动器电路的一个实施例中，操作信号是加热电流。在灯驱 动器电路的另一个实施例中，操作信号是一个开关信号，用于控制连 接在电极屏蔽罩和导线之间的灯的开关。在下一个实施例中，操作信 号是一个阻抗信号，用于控制连接在电极屏蔽罩和导线之间的灯的可 变阻抗元件。本发明的这些和其它方面参照下述实施例将变得显而易见并将被 阐述。
附图表示非限制性典型实施例，其中图1表示说明电极发生的损伤随电极温度的变化的曲线图；图2示意地表示按照本发明的灯驱动器电路和灯的组件的电路图3A和3B示意地表示用于确定阴极电压降的灯的实施例； 图4示意地表示能在电极屏蔽罩和导线之间进行电气连接的灯的 实施例；在附图中，相同的标号表示相似的部件或具有相似功能的部件。
具体实施方式
图1表示电极工作温度相对于电极损伤的，从而即相对于低压气 体放电灯的寿命的关系。电极损伤(垂直轴)是相对于电极温度(水 平轴)画出的。图中示出了两种类型的损伤。在低温时，电极大多是 由溅射损伤的。在高温时，电极线圏涂层的蒸发导致电极损伤。在温 度范围TVT2，总损伤速率相对较小，在最佳温度T。pt，损伤速率最小。 如以上所述，众所周知的是，在一个实际的实施例中，温度范围T广T2 是约900K-约1000K,点火的最佳温度T申约950K，稳态工作时电极 热点温度范围T广T2是约1400K-约1600K。图2表示按照本发明的一个电路2，其包括灯驱动器电路4和低压 气体放电灯6。灯驱动器电路4连接到一个电压源8，例如电网电压源 或者任何其它合适的电压源。灯驱动器电路4连接到灯6，用于向灯6 提供至少一个操作信号10，如电源电压或电源电流，并且用于从灯6 接收至少一个温度信号。灯驱动器电路4包括一个控制电路42，控制 电路42配置成接收至少一个温度信号12并且响应温度信号12控制至 少一个操作信号10。可以将灯驱动器电路4配置成能够执行一系列与 灯的工作有关的操作，例如在灯6点火前预热灯6的电极。在操作中， 灯驱动器电路4向气体放电灯6提供电源电压或电源电流，以此作为 操作信号10。为了实现灯寿命的控制，检测灯6的一个或多个电极的 温度并且产生代表一个或多个电极温度的温度信号12，并且将所说信 号12提供给灯驱动器电路4。温度信号12提供给包括在灯驱动器电路4中的控制电路42。响应 温度信号12，控制电路42可以调节至少一个操作信号10。使用不同的实际可行的实施例都可以确定电极温度。在图3A、 3B 和图4中表示出许多这样的典型实施例。图3A表示气体放电灯6的端部，气体放电灯6具有两个接触终端61、 62，用于接收作为笫一操作信号的电源电压或电源电流。终端61
接地。第一操作信号提供给电极63。第一操作信号可以是沿所示箭头 方向流动的方丈电电流和可能出现的加热电流。另外，例如由铜制成的导电带70定位在灯6的外部靠近电极63的地方，但导电带70也可以 定位在离电极63更远的地方，例如更接近灯的端部。在一个实施例中， 导电带70可以是灯帽的一部分，或者可以是灯帽。终端71电气连接 到导电带70，以便实现与灯驱动器电路的电气连接。在工作中，在导电带70上产生一个电位。灯驱动器电路可以检测 所说的电位，它是一个对地的电压，或者更加准确地说，它是一个相 对浮地即不接地的接触终端62的电压。检测到的电压是阴极电压降的 一个度量值。这个阴极电压降是电极63的温度的度量值。于是，在这 个实施例中，导电带70可以产生一个合适的温度信号，以便提供给灯 驱动器电路。与图3A类似，图3B表示气体放电灯6的端部，气体放电灯6具 有两个接触终端61、 62，用于接收作为第一操作信号的电源电压或电 源电流。终端61接地。第一操作信号经过连接到终端61和62的导线 提供给电极63。在图3B的实施例中，在电极63的周围存在一个电极 屏蔽罩75。提供另外一个终端76以实现到灯驱动器电路的电气连接。 馈通导电线77连接终端76和电极屏蔽罩75。图3B的实施例的功能与图3A的实施例相似。在工作中，在电极 屏蔽罩75上产生一个电位。灯驱动器电路可以检测所说的电位，它是 一个对地的电压，或者更加准确地说，它是一个相对浮地接触终端62 的电压。检测到的电压是阴极电压降的一个度量值。这个阴极电压降 是电极63的温度的度量值。于是，在这个实施例中，电极屏蔽罩75 可以产生一个合适的温度信号给灯驱动器电路。参照图3A和3B，在下一个实施例中，电极63的温度可以从接触 终端61和62上的电压降确定。导电带"70和/或电极屏蔽罩"不是一 定要存在的，但它们中的一个或两个还是可以存在的。在给定的放电 电流和给定的加热电流下，接触终端61和62上的电压降是电极线圏 63的电阻的度量值。电极线團63的电阻如以上所述取决于电极线圏的 温度。例如，如果电极线圏63是由钨制成的，则电极线圏在点火时的 电阻优选至少高达室温下的电阻的4倍，如以上说明过的(Rh/R24)。 于是，这个电阻就是电极线圏63的温度的度量值。因此，可以对于灯 驱动器电路进行配置，以便经过如图3A和3B所示的向灯6提供第一 操作信号的布线来确定电极线圈的电阻。阴极电压降是温度的一个更加准确的度量值，用于确定电极是否 是冷的，即确定电极是否具有在操作中导致或多或少的严重的溅射损 伤的温度。电极线圏电阻是温度的一个更加准确的度量值，用于确定 电极是否是热的，即确定电极是否具有在操作中导致或多或少的严重 的蒸发损伤的温度。因此，在实际的实施例中，可以分别使用按照图 3A和3B的实施例中的一个来确定阴极电压降和电极电阻，以确定冷 或热的电极。包括在灯驱动器电路中的接收一个或多个上述温度信号(阴极电 压降信号和电极电阻信号)的控制电路可能需要加热或冷却气体放电灯的电极，以使电极温度在期望的温度。所说期望的温度，例如，可 以是在预定的温度范围T广T2内的一个温度，或者可以是一个预定的最 佳的或接近最佳的温度Tupt。为了加热电极，公知的是要向电极提供加热电流。于是，控制电 路可控制加热电流。加热电流的增大导致温度的升高，加热电流的减 小导致温度的降低。图4表示按照本发明的灯6的一个实施例。灯6包括元件65，元 件65用于在灯6的电极63附近存在的电极屏蔽罩75和载流导线。 之间进行电气连接。元件65有一个控制端66，控制端66可以连接到 例如包括在灯驱动器电路中的控制电路上。在实践中，已经表明，在电极屏蔽罩75和栽流导线61之间进行 连接，将导致电极63的温度的降低。此外，元件65可以是一个开关， 用于提供连接或断开，或者，元件65可以是一个可变阻抗元件。在电 极屏蔽罩75和载流导线61之间的连接的可变阻抗(电阻)提供一个 控制范围，用于调节电极63的温度。以上针对图3A、 3B和4描述了确定电极温度的两种方法以及调节 电极温度的两种方法。在一个实施例中，可以组合这四种方法，获得 如以上所述的期望精度。在这样一种实施例中，使用阴极电压降来确 定冷电极，使用电极(电极电阻)上的电压降来确定热电极。为了加 热电极要向电极提供加热电流，并且，为了冷却电极要在电极屏蔽罩 和载流导线之间提供连接。当然，为了实现这样一种组合的方法，要
对灯和灯驱动器电路这两者都进行依据以下的设计-所说的灯设有用于确定阴极电压降的装置，例如导电带、灯帽、 或经过馈通导线连接到电极屏蔽罩的终端；该灯设有用于连接电极屏 蔽罩和载流导线的连接元件。-对于灯驱动器电路进行配置，以便可以检测温度信号，即代表 所提供的阴极电压降的信号和代表在电极上的电压降的信号;和-对于灯驱动器电路进行配置，以便可以控制加热电流并且控制 灯中提供的连接元件以便在电极屏蔽罩和载流导线之间进行连接。在一个实施例中，用于连接电极屏蔽罩和栽流导线的连接元件可 以包括在灯驱动器电路内。利用电极屏蔽罩和灯驱动器电路之间的电 气连接以便确定阴极电压降，能连接配置为接收电源电压或电流的接 触终端之一和灯驱动器电路中的电极屏蔽罩。于是，在这样一个实施 例中，所说的灯设有连接到馈通导线的终端，用于实现灯驱动器电路 和电极屏蔽罩之间的电气连接；所说的灯驱动器电路或者它的控制电 路设有连接元件，用于在载流导线和电极屏蔽罩之间进行连接。通过确定温度的上限和下限，就可以实现所说的方法，并且只当 温度不在由所说的上限和下限确定的范围内时，才调节操作信号。还 有，通过连续地控制操作信号以控制电极的温度从而使所说电极的温 度在任何时候都在预定的最佳温度或接近这个最佳温度，就可以实现 所说方法。本领域的普通技术人员容易认识到，这些和其它的方法作 为实施按照本发明的方法的合适控制方法。在以上的描述以及所附的权利要求书中，"包括"应该被理解为 不排斥其它的元件或步骤，并且，"一个"不排除多个。另外，在权利要求书中的任何参考标号将不构成对发明范围的限制。
权利要求
1、一种控制气体放电灯的寿命的方法，所说的方法包括向操作所说灯的灯驱动器电路提供至少一个温度信号，所说温度信号代表所说气体放电灯的电极温度；和响应所说温度信号，控制由所说灯驱动器电路向所说灯提供的至少一个操作信号，从而把电极温度控制在预定的温度范围内。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中温度信号对应于阴极电压降。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中导电带定位在所说灯的周 围，所说阴极电压降是通过测量所说导电带的电位确定的。
4、 根据权利要求2所述的方法，其中所说灯设有电极屏蔽罩， 所说阴极电压降是通过测量电极屏蔽罩的电位确定的。
5、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中温度信号对 应于电极线圏电阻。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中电极线圏电阻是通过确定 电极线圏电压确定的。
7、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中灯驱动器电 路响应至少一个温度信号来控制向灯提供的加热电流。
8、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中灯驱动器电 路响应至少一个温度信号来控制电极屏蔽罩和载流导线之间的电气连 接。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中响应温度信号，控制电极屏蔽罩和载流导线之间的连接阻抗。
10、 气体放电灯和灯驱动器电路的组件，其中将灯和灯驱动器 电路进行可操作的连接，以便从灯驱动器电路向灯提供至少一个操作 信号，并且从灯向灯驱动器电路提供至少一个代表电极温度的温度信 号，灯驱动器电路包括控制电路，用于响应所说至少一个温度信号控 制至少 一个操作信号，以控制电极温度在预定的温度范围内。
11、 在根据权利要求10所述的组件中使用的气体放电灯，其中 导电带定位在灯的周围，用于通过测量所说导电带的电位确定阴极电 压降。
12、 根据权利要求11所述的气体放电灯，其中导电带是灯帽。
13、 在根据权利要求10所述的组件中使用的气体放电灯，其中 电极屏蔽罩设置在灯电极的周围，馈通导线提供灯外部的一个终端和 电极屏蔽罩之间的电气连接，以便电气连接灯驱动器电路和电极屏蔽罩。
14、 在根据权利要求10所述的组件中使用的气体放电灯，其中 在电极屏蔽罩和导线之间连接一个开关元件，所说开关元件可电气连 接到灯驱动器电路，用于在电极屏蔽罩和导线之间响应灯驱动器电路 提供的操作信号而进行电气连接。
15、 在根据权利要求10所述的组件中使用的气体放电灯，其中 在电极屏蔽罩和导线之间连接一个可控的可变阻抗元件，所说可变阻 抗元件可电气连接到灯驱动器电路，用于在电极屏蔽罩和导线之间进 行电气连接，可变阻抗元件的阻抗可由灯驱动器电路控制。
16、 在根据权利要求10所述的组件中使用的灯驱动器电路，其中 灯驱动器电路包括一个控制电路，将控制电路配置成响应至少一个温 度信号来控制至少一个操作信号。
17、 根据权利要求16所述的灯驱动器电路，其中操作信号是加热电；泉。
18、 根据权利要求16所述的灯驱动器电路，其中操作信号是开 关信号，用于控制连接在电极屏蔽罩和导线之间的灯的开关。
19、 根据权利要求16所述的灯驱动器电路，其中操作信号是阻 抗信号，用于控制连接在电极屏蔽罩和导线之间的灯的可变阻抗元件。
20、 根据权利要求16所述的灯驱动器电路，其中所述至少一个温度信号包括阴极电压降信号。
21、 根据权利要求16所述的灯驱动器电路，其中所述至少一个温度信号包括电极线圏电压信号。
全文摘要
气体放电灯(6)的灯寿命尤其取决于灯的电极在工作期间的恶化。这种恶化取决于电极的工作温度。一种按照本发明的用于控制灯寿命的方法包括通过产生代表电极温度的温度信号(12)控制工作期间的电极温度及向操作所说灯的灯驱动器电路(4)提供所说信号。灯驱动器电路控制提供给灯(6)的操作信号(10)，从而将电极温度控制在预定的温度范围内，借此将工作期间电极损伤减至最小。
文档编号H05B41/295GK101156502SQ200680011203
公开日2008年4月2日 申请日期2006年3月27日 优先权日2005年4月4日
发明者G·W·范德维恩, J·J·德格鲁特, L·R·C·沃曼斯, T·H·斯托门 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司