专利名称：放电灯减光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于荧光灯之类的气体放电灯的减光的装置。
人们常常希望在小于其最大强度情况下使用灯。为此，通常在这类灯的电源电路中安装减光器。
大多数减光器都根据斩波功率来工作，也就是说，只在交流周期的部分时间传输电流，而在其余时间则切断电流。
减光器一般由一个被用户控制的电位计和一个与之同时工作的三端双向可控硅开关元件(triac)或一个可控硅整流器(SCR)组成。
大多数商用减光器，尤其是家用减光器，都能够使象白炽灯或卤素灯之类的灯减光。然而，标准的减光器不适合对诸如荧光灯、高或低压汞或钠灯之类的气体放电灯进行减光。当试图借助例如用于白炽灯或卤素灯的常规减光器使气体放电灯减光时，气体放电灯不是闪烁就是整个熄灭。
尤其是由于气体放电灯的普遍使用，长期以来一直需要有用于这类灯的减光器。正如本专业技术人员熟知的，这类灯之所以流行，在很大程度上归功于它们有很高的效率，即有很高的照明强度对功率消耗之比率。
气体放电灯具有一个充气空间或管，它带有两个被隔开的电极(受热或不受热)。当受热时，一个电极是一根二端灯丝。两个电极中每一个电极的一端与交流电源的一个极相连，两个电极的另一端一般由一个所谓“启动器”的中介物互相连接。
在电极之一和电源的相应极之间，装有一个扼流/镇流器，有时还与灯串联地或并联地安装一个电容器，以校正功率因数(COSφ)和/或限制电流。
为了起动通过气体的放电，需要一个能够提供充足电荷的起始高电压。当电流接通时，要产生一个适当的电压，以引起这样一种放电。
对有受热电极的荧光灯来说，电流首先通过扼流器流向启动器的一个灯丝电极和灯的第二个灯丝电极。在起始的短时期以后，灯丝变热，启动器断开，结果通过扼流器的电流突然变化，这种变化在荧光灯两端产生很高的电压，其值高于引发放电所需的阀值。在起始引发以后，气体放电灯继续发光，而扼流器则限制电流，只要它在最低值以上向灯供电。
有一些商业上可得到的用于荧光灯之类气体放电灯的减光器。例如在高保真度(Hi—Fi)减光器中，标准扼流器被一电子扼流器所取代，后者是一个可产生量级在25—100KHz高频的交变功率的振荡器。在这些减光器中，通过调制振荡器来实现减光；而在实现有效减光的同时，这些减光器带来许多不足，其中包括一些效率不高和价格昂贵，并且要改装控制它们的光路需要较贵的硬件。
其它类型的减光器涉及使用一个旨在预热灯丝的加热变压器，以减少引发气体放电所需的阀值电压。
这里的缺点在以下方面类似于Hi—Fi减光器的缺点，即需要很贵的硬件。此外，这类减光器不适用于各种不依赖其电极预热的气体放电灯，例如各种高压气体放电灯和高或低压汞或钠灯和其它灯。
本发明之目的，在于提供一种新颖的用于气体放电灯的减光器。
本发明之另一目的，是提供一种可以容易地安装在目前已安装的气体放电灯装置上的减光器。
本发明之另一目的，是提供一些涉及使用便宜硬件的减光器。
本发明是以出乎意料的发现为基础的，即，与这一领域以前认识不同，通过使用电路可以实现气体放电灯的有效减光，该电路可装入标准电路中，不需要麻烦的和高价的电路改装。
上下文所用术语“有效减光”表示长时期的减光，而没有光闪烁和有时熄灭的情况。
根据本发明一个实施例，业已发现，在希望较高减光度以实现小于最大输出50％的光输出的情况下，灯必须以基本上最大功率工作一段时期，然后才能实现有效减光。灯必须以全功率工作的时间长短取决于所希望的减光程度。但尽管如此还应当了解，术语“满功率方式”要在本说明书和所附权利要求书中应解释成基本上“满功率方式”。这样，举例来说，最大功率的90％在某些情况下就可以认为是满功率方式。
这样，在此按照本发明提供一种用于控制气体放电灯光强度的减光器装置，它包括一个减光控制器，具有一个可连接到交流电源的一个极的输入端，并有一个可连接于引向灯之两个灯丝极之一的线路的输出端，该减光控制器适合在其输出端提供一种被衰减和调节的功率；减光控制器的特征在于它适合于向输入端馈送电流，以便以一第一种满功率方式工作一段时期t1，在t1期间两端之间联接线路是完全导电的，使放电灯达到满光强度，在t1以后它又适合于进入一第二种方式，即减光方式，在此期间两端之间的联接线路是部分导通的，使放电灯达到衰减的光强度；所述时期t1足以促成减光方式中的有效减光。
根据本发明第二个实施例，业已发现，尤其在减光装置控制多个灯中的光的情况下，为了实现有效减光，从非减光态，即最大功率状态，向减光状态的转换应是一个逐步的过程。在最大功率状态和减光状态之间转换期的持续时间，取决于许多因素，其中包括灯的数目、所用灯的类型以及一些其它因素。这些因素和上述持续时间之间的相关性，必须按每一具体情况分别加以确定。
因此，按照本发明第二方面，在此提供一种用于控制气体放电灯光强度的减光组件，它包括一个减光控制器，该控制器有一个能够连接到交流电流源的一个极的输入端，和一个能够连接到引向两个灯丝极之一的线路的输出端，该减光控制器适于在输出端提供一种被衰减的功率；减光控制器的特征还在于它适合向输入端提供交流电，以便在一段时期t2中逐渐转换到减光方式，在该减光方式下，两端之间连接线路是部分导电的，使放电灯给出衰减的光强度。所述延迟时间t2足以促成在减光方式下的有效减光。本专业人员可以了解，在许多应用中，减光组件可以将上述两个实施例的特征加以组合。这样，举例来说，在灯数量多和所需减光程度大的情况下，可以按照所述程序实施满功率和向减光方式逐渐转换。
应当指出，要按照具体应用调节延迟时间t1和t2。典型地，所需减光程度、所用灯的数量和类型、以及各种其它因素都影响t1和t2值。举例来说，在单独一个灯和所需减光度为50％的情况下，t1可选为50秒，t2为200秒。应当指出，对一给定照明系统来说，可对给定的所需减光度自动地调节t1和t2。
本发明减光组件中的减光控制器可以是任一适合的装置，例如那些根据斩波信号工作的装置，如果用三端双向可控硅开关元件或SCRs、采用阻抗控制系统等。
在斩波信号情况下，减光可以如下方式实现，即在每半个交流周期的部分时间被阻止电流流过灯，在过零点后，在该半周期的其余时间内让电流从灯流过。这种斩波是每个半周期独自重复的。
典型地，一个三端双向可控硅开关元件或二个SCR同一个可编程控制器和计时器一起，共同地组成本发明的减光控制器。如果减光度大，因而功率尖峰可能造成损坏危险的话，那么该三端双向可控硅开关元件(如果需要的话)可在通过一个被动的“本体保护装置”来加以保护。
典型地，三端双向可控硅开关元件本体保护装置是一个可饱和电感器或一个可拆卸电阻器，它可在斩波信号装置的开关期间限制电流，但在电流超过某一临界值时基本上没有阻抗。通过这样的处理，本体保护装置大大减少了在处于开关时间的期间内斩波信号装置中能量存储，从而防止它被损坏。
在电源故障情况下，当恢复供电时，该控制器重复上述操作序列，从而灯被自动地重新启动，并引起所需的减光状态。
业已发现，通过以下方法，能够实现荧光灯或荧光灯系统的有效减光，即达到使灯的照明强度降到其最大值的约80％以下，该方法即用一个启动器来取代灯丝之间的标准启动器耦合，典型地，其为一种基于双金属的器件，而启动器则在触发过程中和在有电流流过其中的一个起始延迟时间以后，基本上断开两个灯丝极之间电连接，从而使这时两电极间唯一的电通路是通过灯内部放电气体。这类启动器的一个实例是电子启动器现有的。
因此，按照本发明的另一实施例，提供了一种特定类型的减光组件，它进一步包括一个带有两个终端的启动器装置，每个终端可连接每个灯丝极，该启动装置在初始通电时造成电极间的电连通，并在预定的延迟时间以后断开所述的电连通，从而使这时两电极间的唯一连接通路是通过灯内部的放电气体。断开意味着通过启动器的电流降到基本上为零。
举例来说，根据这个实施例的启动器可以是一个电子启动器。应当指出，与这种电子启动器相反，如果电压下降超出某一确定值以外，则标准双金属启动器能够重新恢复连接，并且由于使用这样的启动器，在减光工作方式下，存在灯闪烁和全灭的危险。
本发明进一步提供一种照明系统，它包括一个或多个气体放电灯，每个灯有两个分隔开的电极，每个电极连到电源的一极上；与每个灯相联的扼流/启动装置，和一个在把每个灯一个电极连接于电源的一个端头的电线路上的减光控制器，该减光控制器是以上叙述过的控制器之一。
把现有照明系统改装成按照本发明的系统是一个很简单快速的过程，只涉及把标准照明开关换成本发明的减光组件和安装一些电位器，对有灯丝电极和采用双金属启动器的荧光灯来说，可能还要用电子启动器来更换每个灯的启动器。跟迄今大多数其它现有的减光系统不同，本发明不需要在电路上作任何附加变动。
减光方式工作的特征在于提高效率，即“光与功率”之比率。业已发现，从能量的消耗使用方面来说，按本发明的减光是高效的。
下面通过描述一些具体的目前优选的非限制性实施例来说明本发明。
图中示出本发明非限制性实施例，其中，
图1表示按照本发明一个实施例的照明系统电路图；图2表示与图1实施例中的灯相联系的启动器电路的电路图图3表示按照本发明另一实施例的照明系统电路图图4表示按照本发明一个实施例的旁路和逐次减光装置的电路图。
通过利用数字元件、模拟元件、或这两种元件的组合，可以获得本发明的控制器。
按照一个实施例，控制器仅由硬件部件组成。满功率的延迟时间t1是由一RC电路所确定的，并用一电位器设置它。渐变时间t2受另一RC电路控制，并用一第二电位器来设置。减光程度是用一第三电位计设置的。或者，可用一个适当的编程控制器来实现减光控制器的操作。
为了更详尽地解释第二个实施例，请先参阅表示本发明照明系统的图1。本实施例的系统包括多个(n个)相同的荧光灯管，图中只仅示出两个，以F1和Fn表示。举例来说，这些荧光灯可以是有如OSRAMTM司制造的那种标准40W“日光”型的。每个灯都有两个分隔的电极灯丝5和6。灯丝5的一端7在电气上连接到扼流镇流器8的一个邻近端，扼流镇流器8可以是例如由SHWABBETM公司制造的那种。电极灯丝6的端头9连接到交流电源(例如220V和50H2)的一端。电极灯丝5和6的另一端11和12分别在电气上连接于启动器15的对应端头13和14。
减光组件17包括一个通/断开关18(它可以接到一电位计25，但在此为清楚起见图中把它画成一个单独的元件)、一个减光控制器19、和一个旁路装置20。
减光控制器19有一个输入端21和一个输出端22。连接两个端头21和22的是一个三端双向可控硅开关元件23，应适当选择该元件23，使其最大功率输出与多个荧光灯F1和Fn的功率要求相协调。通过三端双向可控硅开关元件23的功率传输是由门电路24来控制的。电位计25(如上所述，它被接到开关18)连接到使用者控制盘，借此使用者能选择所需的减光度。电位器25按一种本专业人员来说无疑是清楚的方式同电容器26、电阻器27和二端交流开关元件28协同工作，以调制门电路24上的电压，从而使通过三端双向可控硅开关元件23的电功率依照所选择的电位计25的位置而被斩波。应当注意，旁路装置20可由三端双向可控硅开关元件23来实施，当设置成全导电时，通过适当调制门电路24，旁路装置20可促成旁路方式，或者当设置成部分导电时它促成减光方式。
减光装置还包括一个总括地用数字30表示的可选择的滞后补偿电路，该电路包括四个二极管31—34和电阻器35与36。滞后补偿单元的作用是使减尖器的工作对称，即，使得衰减度增加时的电流衰减在每一点都与减光度被降低时的电路衰减相同。滞后补偿装置给用户增加的很大方便在于，它可抵消已知的滞后效应，而这种效应正是许多减光装置所有的共同缺点。
如图1所示，减光组件17还包括一个逐变减光装置40，它适用于逐渐进入减光方式还包括一个补偿电阻装置50，其作用将在下面进一步详述。
在操作中，当开关18闭合时，旁路装置20使端21和22短路，从而整个电力以满强度直接经过各相应的扼流器8而流向多个荧光灯F1和Fn。在一定的延迟时间以后，其最小量取决于由电位器25的位置确定的所选减光程度，旁路装置从满功率方式转换到减光方式，其中端头21和22之间的直接连接被断开，从而这两个端头之间的功率现在是完全经由减光控制器19的。端头22处的功率输出大小是通过电位计25按上述方法而确定的。
从图1还能看出，与目前现有的许多减光器不同，本系统能够在多个荧光灯的情况下工作。然而，在采用多个荧光灯时，应当触发渐变减光装置40。
可饱和指示器55及与其相联的在图中示意性地表示为部件56的控制电路是“本体保护装置”，顾名思义，它用于保护三端双向可控硅开关元件23不受损坏。
现在参照图2，这是一个图1中电子启动器单元15的电路图。启动器15包括一个SCR60，它通过二极管61的中介连接到端点11，并通过二级管62—65中介连接到端点12。此电路还包括一个SCR67、附加二极管71—73、齐纳二极管74、多个电阻器77—82、以及三个电容器83、84和85。在工作中，由电阻器77和78电容器83和84、二极管71、和与SCR60的门电路90相连的齐纳二极管74组成的分支电路，使SCR60进入导通方式，在这种方式中，电流在这种方式下在端点11和12之间流动。在基于由电阻器79、80、81和电容器85组成的分支电路的时间常数的某个延迟时间以后，SCR67进入导通方式，从而使SCR60被断开，进而使端点11和12之间的电接触被断开。这种断开促成了气体放电效应的触发，这点业已如上所述。
只要有电压被加到端点11，就在SCR67中维持导通状态，从而使SCR60被持续地断开，而基本上与端11的电压无关。
现在看图3，这是一个按照本发明另一实施例的系统。按照这实施例的减光组件101的工作基本上类似于图1所示实施例的工作，但二者在减光控制器上是互不相同的。在图3实施例中总括地表示为102的减光控制器是以阻抗控制为基础进行工作的。该系统的全部其它特征基本上与图1的特征相同，用在相同的参考号的右上角加小撇来表示相应部件。
减光装置102包含一个主线图105和一个副线图106。减光效应是通过改变主线圈105和副线圈106之间感应率来实现的，在实际中它是通过选择副线圈106的有效抽头来实现的。该抽头与使用者可控的减光控制装置107相关联，从而使用户能够选择所需的减光度。抽头数目确定减光度数目。在图3中，虽然示出了三个抽头，但本专业入员将了解到，这只是一个实例，副线圈可以有任何其它数目的抽头。辅助单元108的作用与图1中辅助单元40的作用相同。
现在看图4，其中显然旁路和渐变减光装置(部件20和40)的电路图。然而应当指出，在图4中把旁路装置20和渐变减光装置40一起引入到一个电路中。
电位器200、201、放大器202、203、二极管207、220、电阻器210、213、和电容器215共同构成旁路装置。未在附图中象图1所示那样示出将图4所示的电路组合到减光控制器之中的情况。因为本专业人员来说是明了的。
在工作时，电位器200(其作用类似于图1中电位器25)被设置成所需减光度，该减光度应超过由供给放大器202负输入端的参考电压所确定的极小阀值。电位器200的设定可使放大器202输出端产生饱和电压。该输出端将一参考电压，例如约7.5V，加到放大器203的正输入端，后者随后又使放大器203的输出端成为正饱和，从而促成所谓的满功率方式。在电容器215被充电到适宜阀值以后，放大器203的负输入端将超过7.5V参考电压，以在放大器203的负输入端促成一等效电压(例如约7.5V)。
电容器215的充电速率是随电位器201和电容器215所确定的时间延迟而定的，并可以是例如约3分钟。一旦放大器203的负输入端电压超过该参考电压，由于二极管207的作用其输出降至0。
由于放大器203的输出端功率降至0，输入功率被导向至经由三端双向可控硅开关元件23(参见图1)，从而促成所谓减光方式。给三端双向可控硅开关元件23的门电路的控制信号是通过电位器200和欧极管220而馈送的。应当指出，正如本专业人员熟知的，可以容易地修改该电路，使用户选择电位器200的位置来控制时间延迟，图4中时间延迟仅由电位器201和电容器215的组合来确定的。
渐变减光是通过电位器200、222、二极管207、220、放大器203和电容器221来实现的。当二极管207的输出功率降至0(这是由于输出放大器203的负饱和所致)时，由于电容器221，接点223的电压电位仍然处于正饱和状态，因为电容器221在满功率方式时期被充电，因而尽管放大器203输出端功率下降，其仍然维持初始满功率。随着接点223的电压电位能降到由电位器200(通过二极管220)确定的某一水平时，渐变衰减结束，从而进入全减光方式。
应当指出，按照这个实施例，没有旁路于三端双向可控硅开关元件23的分立通路。因此，电流在满功率方式和减光方式下都流过该三端双向可控硅开关元件。然而，在后一方式中，门电路控制三端双向可控硅开关元件的工作，而在前一方式中，门电路则提供一恒定电源，从而促成满功率方式。
应当指出，在其中装有一个反余弦(anti—cosinus)φ电容器的照明系统中，发现一个类似于图3中实施例的阻抗控制减光组件要优于使用如图1实施例中所用基于斩波的系统。本发明的系统可用于大量的气体放电灯。迄今现有的减光器系统已不能用于多种类型的荧光灯，而用本发明的减光组件则可非常有效地对其进行减光。例如，对于一种26mm直径和36W功率并使用一种称为快速启辉的启动器的荧光灯，本发明的组件可以很有效地进行减光。显然，本组件也可用于各种其它类型的灯，例如相同直径的18W或58W灯，等等。
在某些情况下，需要使用一些补偿电阻器，图1中的补偿电阻器50和图3中的50’是分别与旁路装置20和20’相并联，而补偿电阻器51则连接于输出端22和线路52之间。例如，一个5W、1KΩ或2.5KΩ的补偿电阻器可以适用于上述情况的荧光灯。只用补偿电阻器还是既用补偿电阻器又用其电阻值，是在各个情况下根据经验决定的。应当指出，还可把这样的补偿电阻器用于其中不需要渐变减光控制器或旁路装置的系统中。
本发明的系统还可用于对各种紧凑荧光灯进行减光，这种灯具有集成的内装启动器，例如由OSRAM TM或PHILLIPSTM制造的产品。在这方面应当指出，对于使用功率只高至20W的荧光灯来说，可以采用双金属启动器，但在荧光灯是较高功率类型的情况下，必须用类似于图3所示的电子启动器来代替双金属启动器。
应当指出，按照另一实施例，可把一个附加的电路并入本发明的组件中，该电路在瞬时功率丧失的情况下。把对系统的功率恢复时间延迟一定的时间间隔，例如30秒。
还已发现，在其输入功率不可预见地变化的不稳定电源情况下，使用一个功率控制单元是有利的，该单元可向组件的电路提供稳定化的输入功率，而与实际功率的任何干扰无关。
本专业人员无疑会理解，这些详细描述的实施例只是例子，在此所述的本发明有范围大得多的应用。这样，举例来说，本发明的减光装置可用于采用钠灯或汞灯的照明系统。此外，在图中给出了电阻器、电容器和二极管的具体值，但无疑可以理解的是，各种其它的部件也可用于图中所示电路中，并且还存在各种起等价作用的替代电路设计。
权利要求
1.一种用于控制气体放电灯(1、2)的光强的减光组件，它包括一个感光控制器(17、17’)，该控制器具有可连接到交流电源一极的输入端(21、21’)和可连接到引向该灯丝电极之一(5、5’)的线路的输出端(22、22’)，减光控制器(17、17’)适于在其输出端提供一种经衰减和调节的功率；其特征在于所述减光控制器(17、17’)适于向该输入端(21、21’)馈送电流，以便以一种第一方式满功率方式工作一段时期t1，在t1期间两端之间的连接是处于全导通状态的，从而使放电灯具有全光强；在t1以后它又适于进入一个第二种工作方式——减光方式，在此期间两个端之间的连接是处于部分导通状态的，从而使放电灯具有经衰减的光强度；所述时间t1足以在减光方式下促成有效的减光。
2.根据权利要求1的减光组件，其中减光控制器(17、17’)还能够在一变换时间t2中，在第一种满功率方式和第二种减光方式之间进行逐渐的转换。
3.根据权利要求1或2的减光组件，还包括一个启动装置(15、15’)，启动装置有两个端(13、13’，14、14’)它们中的每一个均可连接到灯丝极(5、5’，6、6’)的每一个，启动装置在初始受激时起动电极之间的电传导，而在一预定的时间延迟以后切断所述电传导，从而使这时两个灯(1、2、1’、2’)之间的唯一连接是通过灯内部的放电气体。
4.根据权利要求3的减光组件，其中启动器(15、15’)是一个电子启动器。
5.根据权利要求1的减光组件，还包括补偿电阻装置(50、50’)。
6.根据权利要求1的减光控制器(17、17’)，包含一个信号斩波装置(23、105)。
7.根据权利要求6的减光控制器(17、17’)，其中所述信号斩波装置是一个三端双向可控硅开关元件(23)。
8.根据权利要求1的减光控制器(17、17’)，包括一个阻抗控制系统(105)。
9.一种用于控制气体放电灯光强度的减光组件，它包含一个减光控制器(17、17’)，该控制器具有可连接到交流电源的一极的输入端(21、21’)并具有可连接到引向灯两个丝极(5、5’)之一的线路的输出端(22、22’)，该减光控制器(17、17’)适于在其输出端提供经衰减的功率其特征在于所述减光控制器(17、17’)适合于向输入端馈送电流，以便在t2期间逐渐地转换到减光方式，在此方式中两端之间的连接是处于部分导通状态的，从而放电灯具有经衰减的光强度，所述时间延迟t2足以促成有效的减光。
10.根据权利要求9的减光组件，还包括启动装置(15、15’)，该启动装置有两个端(13、13’，14、14’)，它们中的一个可连接到灯的每个丝极(5、5’，6、6’)，启动装置在初始受激时起动电极之间的电传导，而在一预定的时间延迟以后断开所述电传导，从而使这时两个灯(1、2，1’、2’)之间的唯一连接是通过灯内部的放电气体。
11.根据权利要求10的减光组件，其中启动器(15、15’)是电子启动器。
12.根据权利要求9的减光组件，还包括补偿电阻装置(50、50’)。
13.根据权利要求9的减光控制器(17、17’)，它包含一个信号斩波装置(23)。
14.根据权利要求13的减光控制器(17、17’)，其中所述信号斩波装置是一个三端双向可控硅开关元件(23)。
15.根据权利要求9的减光控制器(17、17’)，其中减光装置包含一个阻抗控制系统(105)。
16.一种照明系统，包括一个或多个气体放电灯(1、2)，每个灯具有两个分隔的灯丝电极(5、5’，6、6’)，每个电极与电源的一极相连；与每个灯有关联的扼流/启动装置(8、8’，15、15’)；和一个减光控制器(17、17’)，它装在把每个灯的灯丝电极(5、5’)之一连接到电源的一端的电路上，该减光控制器(17、17’)是如权利要求1或9中任何一项所定义的。
17.根据权利要求1或9的减光控制器，还包括一个本体保护装置(55、56)。
全文摘要
用于控制气体放电灯(1、2)光强的减光组件，包括减光控制器，它适于向输入端馈送电流，以便全导通地按满功率方式工作一段时间t
文档编号F21V23/00GK1122098SQ94104999
公开日1996年5月8日 申请日期1994年4月29日 优先权日1993年4月30日
发明者尤瑞·施纪勒尔 申请人:瑞蒂·赖特能源公司