专利名称：调光器系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气体放电灯的无级调光的调光器系统和调光方法。
背景技术：
传统中，操作磁性镇流器放电灯的调光器通常利用一种将相位控制应用到交流线路电压的方法。使用该方法的设备或电路一般连接有一双向晶间管，或者一对硅控整流器 (SCR)，串联一照明器具。通过离开交流线电压的原点以一定相位角延迟开启一开关，由此， 与所述照明工具连接的交流电源增强或减弱从而控制放电灯的强度。图1表示当通过一调光系统将相位控制应用到与一放电灯相连接的所述交流电源时，穿过所述放电灯的交流电流半周期的例子。与用于改变与所述放电灯相连接的所述交流电源的相位控制方法相关的主要问题是，在调光过程中，当与所述放电灯相连接的所述交流电源减弱时，其经常出现闪烁的现象。由于交流电源降低至70%以下时，这种闪烁现象更为严重，并且穿过所述气体放电灯的交流电出现不连续现象。这种穿过所述放电灯的交流电出现不连续的现象甚至会导致气体放电灯熄灭。因而，这就需要一种改进调光器及一种改进的调光方法。
发明内容
根据本发明的第一个方面，本发明披露了包括一控制模块和一调光模块的电灯控制系统。所述控制模块用来耦合连接一电源和一与电源连接气体放电灯，所述电源用于提供交流电，所述的交流电源具有可改变的交流电流半周期，通过所述控制模块能够将所述的具有可改变的交流电流半周期的交流电源传递至所述气体放电灯，用于为所述气体放电灯提供电压。所述的控制模块用于将传递至所述气体放电灯的所述交流电流半周期在第一波形和第二波形之间进行转换，所述第一波形的振幅不同于所述第二波形的振幅。在每个所述交流电流半周期中的时间点决定了在充电过程中所述气体放电灯的照明强度。所述调光模块用于为所述控制模块提供控制信号。所述控制信号控制每个所述交流电流的半周期中的所述时间点的变化，从而改变所述气体放电灯的照明强度。根据本发明的第二个方面，本发明披露了一调光方法，包括将一通过交流电源提供的交流电传递至一气体放电灯，为所述气体放电灯充电。所述交流电源由一控制模块传递并且所述被传递的交流电源有可变换的交流电流半周期。所述调光方法进一步包括通过所述控制模块在某一时间点将传递至所述气体放电灯的所述交流电流半周期在第一波形和第二波形之间进行转换，所述第一波形的振幅不同于所述第二波形的振幅，并且在每个所述交流电流半周期中的所述时间点决定了在充电过程中所述气体放电灯的照明强度。所述调光方法进一步包括根据改变每个所述交流电流半周期中的所述时间点，而改变所述气体放电灯的所述照明强度，所述时间点由控制信号确定，所述控制信号由一调光模块提供给所述控制模块。
根据本发明的第三个方面，本发明披露了一机器可读介质，其中存储有大量的可由一机器执行的程序指令，所述指令，当被执行时，使所述机器将一由电源提供的交流电源传递至一气体放电灯，为所述气体放电灯充电，所述交流电源由一控制模块传递，所述被连接的交流电源有可变换的交流电流半周期；通过所述控制模块在某一时间点将传递至所述气体放电灯的所述交流电流半周期在第一波形和第二波形之间进行转换，所述第一波形的振幅不同于所述第二波形的振幅，在每个所述交流电流半周期中的所述时间点决定了在充电过程中所述气体放电灯的照明强度；以及根据改变每个所述交流电流半周期中的所述时间点，而改变所述气体放电灯的所述照明强度，所述时间点由控制信号确定，所述控制信号由一调光模块提供给所述控制模块。
图1示出当利用一特定的调光系统将相位控制应用到所传递的交流电源时，穿过一放电灯的交流电流半周期的示例。图2示出根据本发明的一个实施例的一调光系统的系统图。图3示出图2中的根据本发明的一个实施例用以为一气体放电灯提供无级调光的所述调光系统的部分示意图。图4表明交流电压半周期和具有第一轮廓线和第二轮廓线的交流电流半周期，所述的交流电压半周期和交流电流半周期由图三中的调光系统实施用于控制所述气体放电灯的照明强度。图如，5比5(和5(1表明在利用控制信号来激活一双向晶闸管的不同时间点的交流电流半周期的电灯的波形；以及图6示出根据本发明的实施例的图3中的调光系统所应用的调光方法的流程图。
具体实施例方式参考图1，图2，图4，图fe-恥和图6，以下描述根据本发明的一个实施例的一调光系统20和一调光方法200。为了简洁清楚，本发明的以下描述仅限于关于气体放电灯的应用。然而，并不排除将本发明的多种实施方式的其它应用，其中，适用于本发明的各种实施例中的一些基本特征例如操作，共用或者表现特性同样适用于其它应用中。优选地，调光系统20，用以耦合连接一电源22和一气体放电灯M。电源22用以提供变化的交流电流半周期26。调光系统20包括一控制模块观，用以将交流电源传递至气体放电灯对，为气体放电灯M充电。控制模块观用以将传递至气体放电灯M的交流电流半周期沈在第一波形30和第二波形32之间进行转换。利用控制模块观，交流电流半周期沈在第一波形30和第二波形32之间的转换开始于每个交流电流半周期沈中的时间点 34。第一波形30和第二波形32分别限定了第一振幅和第二振幅。优选地，第一振幅不同于第二振幅。调光系统20还包括一与控制模块观信号连接的调光模块40。在每个交流电流半周期中的时间点34由调光模块40加以确定并且通过控制信号42将时间点34传递至控制模块观。因而，在利用交流电源进行充电时，控制模块40通过可操作的改变时间点34而连续改变气体放电灯M的照明强度44。优选地，控制模块28包括一电感电路46和一与电感电路46耦合并联的开关48。 优选地，电感电路46包括一感应器50以及开关48包括一双向晶闸管52。根据本发明的实施例描述，本领域技术人员可以明显地得知，可以利用多个感应器替代单一的感应器50和多个双向晶闸管替代单个双向晶闸管52，并且不会实质地改变电感电路46和开关48的作用。进一步地，根据上述描述，本领域技术人员可以用一延时器或类似的开关来替代双向晶闸管52。优选地，调光模块40包括一微处理器M或类似控制器。优选地，微处理器M与双向晶闸管52电连接，为双向晶闸管52提供控制信号42。或者，微处理器M通过无线装置与双向晶闸管52信号连接，为双向晶闸管52提供控制信号42。微处理器M的使用是优选的，因为其能够精确地控制和触发双向晶闸管52。优选地，在一第一状态和第二状态之间操作控制模块洲。在第一状态，通过操作双向晶体闸管52以断开交流电源。在第二状态，通过操作双向晶闸管M连通交流电源。在第一状态，由电源22提供给气体放电灯M的交流电源穿过感应器50。尽管交流电源的交流电流半周期26在电源22时具有第二波形32，但是，当控制模块观在第一状态中操作时，感应器50会将交流电流半周期沈转换成第一波形30。这有效地缩短从第二振幅到第一振幅的交流电流半周期沈，从而降低为气体放电灯M提供的交流电源的电流电平。在第二状态，由电源22提供给气体放电灯M的交流电源穿过双向晶闸管52。使得在电源22时具有第二波形32的交流电源的交流电流半周期沈能够以偏向于第二波形 32传递至气体放电灯M。这继而能够将交流电流半周期维持在第二振幅，因此能够维持提供给气体放电灯M的交流电源的电流电平使其与在电源22时的交流电源的电流电平相同。在调光系统20的操作过程中，调光模块40可操作地用以改变每个交流电流半周期26中的时间点34。电源22提供的交流电源进一步包括交流电压半周期60。根据调光系统20中使用的元器件，可以预先确定每个交流电流半周期沈的起始点62。从而能够使微处理器保证时间点34处于每个交流电流半周期沈之中。当时间点34与起始点62相重合时，实质上控制模块在每个交流电流半周期沈中的第二状态中进行操作。因而，在气体放电灯获得的交流电源的交流电流半周期26将有电灯波形64，其实质上是第二波形32。当气体放电灯波形64实质上是第二波形32时，气体放电灯M的照明强度处于最高强度。当时间点34与每个交流电流半周期沈的峰值68相重合时，实质上控制模块在每个交流电流半周期26中的第一状态中进行操作。因而，在气体放电灯获得的交流电源的交流电流半周期26的气体放电灯波形64实质上是第一波形30。当气体放电灯波形64实质上是第一波形30时，气体放电灯M的照明强度处于最低强度68.当时间点34发生在起始点62和每个交流半周期沈的峰值68之间时，在气体放电灯获得的交流电源的交流电流半周期26的气体放电灯波形64将是一处于第一波形30 和第二波形32之间的混合波形。优选地，气体放电灯M是一照明系统71的组成部分，调光系统20与其相连接
从而可与气体放电灯M连接。照明系统71包括一镇流器72和一启动电路73。 镇流器72和启动电路73与气体放电灯M可以是结合为一体的或者相分离的。优选地，镇流器72与调光系统20和气体放电灯M相连接。优选地，启动电路73 与气体放电灯M相连接，用于启动对气体放电灯M的充电。因此，用以设置较低强度的交流电流半周期26的第一振幅也受到镇流器72的影响。当气体放电灯M是一荧光灯时，优选地，镇流器72是一磁镇流器。然而，根据上述描述的教导，本领域技术人员认为其它类型的镇流器和高压灯可以分别作为镇流器72和气体放电灯M。优选地，调光模块40进一步包括一界面74，使用者通过操作界面74改变时间点 34从而改变气体放电灯M的照明强度。优选地，界面74是一个电机械传感器或是一数字输入面板或是两者的结合。另外，界面74包括一显示器或一类似的指示器(未标示)，用以表明气体放电灯M的照明强度。或者，通过接收来自远程控制器或计算机系统或其他无线工具的信号对界面74进行操作。通过改变每个交流电流半周期沈中的时间点34而不是通过改变一个电路中的电流路径而控制气体放电灯M的照明强度，调光系统20可以实现对照明强度的无级控制，进而可以在较高强度限值和较低强度限值之间对气体放电灯M 进行无级调光。也实现了调光系统20的成本上节约，与传统的系统和电路来说，其只需要相对较少的元器件去实现无级调光。优选地，电源22提供的交流电源是110伏特、60赫兹或者是230伏特、50赫兹。为了实现对双向晶闸管22的精确控制，必须预先确定交流电流半周期沈和交流电压半周期 60之间的关系。由于调光系统20的感应特性，交流电流半周期沈相位落后交流电压半周期60 —个相位延迟时间76 (又称之为、)。、可以从交流交流电压半周期60的原点预测并且可以精确编入微处理器M。使用一个电阻(未标示)，微处理器M可以分接交流电流半周期26以获得一稳定的参考从而确定以及交流电流半周期沈的起始点62。因而， 可以确定起始延迟时间78 (又称之为Tja)和时间点34以计算出气体放电灯M的照明强度。如上所述，气体放电灯波形64为一第一波形30和第二波形32的混合或组合。当时间点34实质上处于每个交流电流半周期峰值68时，气体放电灯波形64实质上是一电流电平为I e的第一波形30，如图5所示。I暗表示流经感应器50和镇流器72的最小电流电平，使得气体放电灯M的照明强度为一较低的强度限值。当时间点34向起始点62移动时，第二波形32的一部分将与气体放电灯波形64 相加，如图恥和5c所示。第二波形32增加的部分有一电流电平Iea。因而，从上述描述可知，第一波形30表示一基础波形，当时间点34发生变化时，第二波形32的一部分可以和其相加。具体地，气体放电灯的电流电平的可以用公式表达为Iff= Ie+Ie 。可以看出， 气体放电灯电流电平不连续的气体放电灯波形64将会影响传统的相位控制电灯调光的方法。因而，从以上描述可以进一步得知，建立一个Ie作为基础电流可以解决应用现有技术相位控制电灯调光方法是电灯电流不连续的问题。另夕卜，当时间点34实质上与起始点62重合时(当t^g— 0)，如图5d所示，气体放电灯波形64实质上是一电流电平为I56s的第二波形30。I56s是最大电流电平，使得气体放电灯M的照明强度处于较高强度限值。调光系统20及其无级调光能力有许多附加用途。第一个附加用途是运动和状态感应。在第一个附加用途中，调光模块40进一步包括一与微处理器M信号连接的被动式红外电路(PIR)。被动式红外电路(PIR)至少可以校准运动或状态感应。优选地，被动式红外电路(PIR)包括一热释电转换器和与热释电转换器耦合的放大级。使得微处理器M能够根据一控制函数对至少感应的运动或状态做出响应而控制所述气体放电灯M的照明强度。调光系统20的第二个附加用途是在灯光控制方面。在第二个附加用途中，调光模块40进一步包括一环境光转换器，将环境光强度转换为环境光信号。根据环境光信号决定环境光级，进而能够改变气体放电灯M的照明强度以获得合适的光级。调光系统20实施如图6中所示的调光方法200。调光方法200包括步骤202，将一由电源22提供的交流电源传递至一气体放电灯M，为气体放电灯M充电。调光方法200 进一步包括步骤204，所述的步骤204通过控制模块观将传递至气体放电灯M的交流电流半周期沈在某一时间点34在第一波形30和第二波形32之间进行转换。调光方法200还包括步骤206，所述的步骤206根据改变每个交流电流半周期沈中的时间点34而改变气体放电灯M的所述照明强度。优选地，调光方法200的步骤202-206可以通过编码确定由微处理器M执行。还可以，通过与一存有程序指令编码的存储模块(未标示)与微处理器M进行数据通信，由微处理器M执行调光方法200的步骤202-206，。还可以，存储模块是一可由微处理器M 进行解码的存储介质。综上所述，根据本发明的一个实施例描述了一个调光系统以及一气体放电灯无级调光的方法。尽管本发明只揭露了一个实施例，但是，对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的任何均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种调光系统包括一个控制模块，用以耦合连接一电源和一气体放电灯，所述电源提供具有能够改变的交流电流半周期的交流电源，所述的交流电源通过所述控制模块被传递至所述气体放电灯，为所述气体放电灯充电，所述控制模块用于在一时间点将传递至气体放电灯的交流电流半周期在第一波形和第二波形之间转换，所述第一波形的振幅不同于所述第二波形的振幅，在每个所述交流电流半周期中的所述时间点决定了在充电过程中所述气体放电灯的照明强度；以及一调光模块，为所述控制模块提供控制信号，所述控制信号控制每个所述交流电流半周期中的所述时间点的变化，从而改变所述气体放电灯的照明强度。
2.根据权利要求1所述的调光系统，所述控制模块包括一电感电路，每个所述电源提供的交流电源的交流电流半周期都有一第二波形，所述电感电路确定所述第一波形。
3.根据权利要求2所述的调光系统，所述调光系统至少包括一个感应器。
4.根据权利要求2所述的调光系统，所述控制模块进一步包括一转换器，与所述电感电路耦合并联，所述转换器由所述调光模块提供的所述控制信号进行操作，将每个交流电半周期在所述第一波形和所述第二波形之间进行转换。
5.根据权利要求4所述的调光系统，所述转换器是一双向晶闸管和一控制继电器中的一个。
6.根据权利要求1所述的调光系统，每个所述交流电流半周期从所述第一波形开始， 所述第一波形的振幅小于所述第二波形的振幅。
7.根据权利要求1所述的调光系统，所述交流电源进一步包括能够变化的交流电压半周期，所述交流电流半周期和所述交流电压半周期之间的相位差被预先限定，根据所述相位差决定每个所述交流电流半周期中的所述时间点。
8.根据权利要求1所述的调光系统，所述调光模块包括一微处理器，提供所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的调光系统，所述调光模块进一步包括一被动式红外电路与所述微处理器进行信号通信，所述被动式红外电路至少用于感应运动和状态中的一个，所述微处理器根据一控制函数以及对由被动式红外电路所感应到的运动和状态作出响应，控制所述气体放电灯照明强度。
10.根据权利要求9所述的调光系统，所述被动式红外电路包括一热释电转换器；一放大级，与所述热释电转换器耦合；
11.根据权利要求1所述的调光系统，所述调光模块包括一界面，通过响应所述界面的操作的控制信号改变每个所述交流电流半周期中的所述时间点。
12.根据权利要求9所述的调光系统，所述界面是数字界面和电机械界面中的一个。
13.根据权利要求1所述的调光系统，所述气体放电灯包括一镇流器。
14.根据权利要求1所述的调光系统，通过所述控制模块，所述气体放电灯的照明强度在一最高强度值和一最低强度值之间变化，当所述时间点偏向每个交流电流半周期的起始点时，所述照明强度达到较高的照明强度限值以及当所述时间点偏向所述每个交流电流半周期的峰值时，所述照明强度达到较低照明强度限值。
15.根据权利要求1所述的调光系统，所述调光模块包括一环境光转换器，将环境光强度转换为环境光信号，所述的环境光信号的环境光级是能够确定的，所述气体放电灯的照明强度是一个所述环境光级的函数。
16.根据权利要求1所述的调光系统，所述气体放电灯是萤火灯和高压灯中的一个。
17.一调光方法包括将一由电源提供的交流电源传递至一气体放电灯，为所述气体放电灯充电，由一控制模块传递所述交流电源，所传递的交流电源有可变换的交流半周期；通过所述控制模块在一时间点将传递至所述气体放电灯的所述交流电流半周期在第一波形和第二波形之间进行转换，所述第一波形的振幅不同于所述第二波形的振幅，在每个所述交流电流半周期中的所述时间点决定了在充电过程中所述气体放电灯的照明强度； 以及改变每个所述交流电流半周期中的所述时间点从而改变所述气体放电灯的所述照明强度，所述时间点由一调光模块提供给所述控制模块的所述控制信号确定。
18.根据权利要求17所述的调光方法，所述控制模块包括一电感电路，所述电源提供的交流电源的每个交流电流半周期都有一第二波形，所述电感电路确定所述第一波形。
19.根据权利要求18所述的调光方法，所述控制模块包括一转换器，耦合并联所述电感电路，所述转换器由所述调光模块提供的所述控制信号进行操作，用于将每个交流电半周期在所述第一波形和所述第二波形之间进行转换。
20.根据权利要求17所述的调光方法，每个所述交流电流半周期从所述第一波形开始，所述第一波形的振幅小于所述第二波形的振幅。
21.根据权利要求17所述的调光方法，所述交流电源进一步包括可变化的交流电压半周期，所述交流电流半周期和所述交流电压半周期之间的相位差是预先限定的，根据所述相位差决定每个所述交流电流半周期中的所述时间点。
22.根据权利要求17所述的调光方法，进一步包括通过一与一微处理器信号连接的被动式红外电路感应至少一个运动或状态；以及所述微处理器根据一控制函数并且对根据所述被动式红外电路感应的运动或状态做出响应而控制所述气体放电灯照明强度。
23.根据权利要求17所述的调光方法，所述调光模块包括一界面，通过响应界面操作的控制信号改变每个所述交流电流半周期中的所述时间点ο
24.根据权利要求17所述的调光方法，所述气体放电灯包括一镇流器。
25.根据权利要求17所述的调光方法，通过所述控制模块，所述气体放电灯的照明强度在一最高强度值和一最低强度值之间变化，当所述时间点偏向每个交流电流半周期的起始点时，所述照明强度达到较高的照明强度限值以及当所述时间点偏向所述每个交流电流半周期的峰值时，所述照明强度达到较低照明强度限值。
26.根据权利要求17所述的调光方法，所述调光模块包括利用一环境光转换器将所述环境光强度转换为环境光信号，所述环境光信号的所述环境光级是能够确定的，所述气体放电灯的所述照明强度是一所述环境光级的函数，所述调光模块包括所述环境光转换器。
27.根据权利要求17所述的调光方法，所述气体放电灯是荧光灯和高压灯中的一个。
28.一机器可读介质，其中存储有大量的可由一机器执行的程序指令，所述指令，当被执行时，使所述机器将一由电源提供的交流电源传递至一气体放电灯，为所述气体放电灯充电，由一控制模块传递所述交流电源，所传递的交流电源有可变换的交流电流半周期；通过所述控制模块在一时间点将传递至所述气体放电灯的所述交流电流半周期在第一波形和第二波形之间进行转换，所述第一波形的振幅不同于所述第二波形的振幅，在每个所述交流电流半周期中的所述时间点决定了在充电过程中所述气体放电灯的照明强度； 以及改变每个所述交流电流半周期中的所述时间点从而改变所述气体放电灯的所述照明强度，所述时间点由一调光模块提供给所述控制模块的所述控制信号确定。
29.根据权利要求23所述的机器可读介质，所述控制模块包括一电感电路，所述电源提供的交流电流的每个交流电流半周期都有一第二波形，所述电感电路确定所述第一波形；以及一转换器，耦合并联所述电感电路，所述转换器由所述调光模块提供的所述控制信号进行操作，用于每个交流电流半周期在所述第一波形和所述第二波形之间进行转换。
30.根据权利要求23所述的机器可读介质，每个所述交流电流半周期起始于所述第一波形，所述第一波形的振幅小于所述第二波形的振幅。
31.根据权利要求23所述的机器可读介质，所述交流电源进一步包括可变化的交流电压半周期，所述交流电流半周期和所述交流电压半周期之间的相位差是预先限定的，根据所述相位差决定每个所述交流电流半周期的所述时间点。
32.根据权利要求23所述的机器可读介质，所述指令，当被执行时，进一步使所述机器通过一与微处理器信号连接的被动式红外电路感应至少一个运动或状态；以及所述微处理器根据一控制函数并且对根据所述被动式红外电路感应的运动或状态做出响应控制所述气体放电灯照明强度。
33.根据权利要求23所述的机器可读介质，所述气体放电灯包括一镇流器以及所述气体放电灯是荧光灯和高压灯中的一个。
34.根据权利要求23所述的机器可读介质，通过所述控制模块，所述气体放电灯的照明强度在一最高强度值和一最低强度值之间变化，当所述时间点偏向每个交流电流半周期的起始点时，所述照明强度达到较高的照明强度限值以及当所述时间点偏向所述每个交流电流半周期的峰值时，所述照明强度达到较低照明强度限值。
35.根据权利要求23所述的机器可读介质，所述调光模块包括利用一环境光转换器，将所述环境光强度转换为环境光信号，所述环境光信号的所述环境光级是能够确定的，所述气体放电灯的所述照明强度是一所述环境光级的函数，所述调光模块包括所述环境光转换器。
全文摘要
本发明的实施例公开了一种调光器系统以及一种调光方法。所述的调光系统将具有能够变化交流电流半周期的交流电源传递至气体放电灯，为气体放电灯充电。所述的传递至气体放电灯的交流电流半周期能够在不同振幅的第一波形和第二波形之间转换。通过改变转换发生的时间点，而改变气体放电灯的照明强度从而影响气体放电灯的无级调光。
文档编号H05B41/38GK102577627SQ200980159692
公开日2012年7月11日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年5月29日
发明者许永雄 申请人:伊诺玛特公司