专利名称：用于电流馈电电子镇流器的辉纹控制的制作方法
技术领域：
本申请涉及对气体放电灯的外观的改进，更具体地，涉及对可能出现在气体放电灯内的可视辉纹的消除。
背景技术：
通常，气体放电灯具有细长的充气管，该充气管每端都具有电极。电极间电压加速电子的移动。这导致电子与产生阳离子的气体原子以及形成正和负载荷子的气体等离子体的其它电子发生碰撞。电子持续不断地流向灯的正极，而阳离子流向灯的负极，从而维持灯管内的放电，并进一步加热电极。放电导致形成辐射发光，该辐射的波长取决于特定的填充气体以及放电的电参数。
荧光灯是一种在灯管的内表面涂覆有荧光物质磷光体的气体放电灯。该磷光体由来自放电的紫外线辐射激发而发荧光，从而发出可见光。
在气体放电灯如荧光灯的工作过程中，可能发生通常被称为辉纹的现象。辉纹是光强度表现为暗带的区域。这种现象能够给灯带来不希望有的频闪效果。图1中示出了辉纹现象的例子，在图1中示出了线性荧光灯10。在一个实施例中，灯10可以采用氪(Kr)作为缓冲气体用以提高灯的功效。图1中，灯10具有辉纹区域12，该区域表现为沿灯的长度方向移动的暗带。
人们已经提出了关于为什么会形成辉纹的各种理论。例如，在Sullivan的美国专利No.5,001,386中提到，辉纹被认为是由于加强了改变灯电极间电荷分布的驻波的高频电流而产生的。
Sullivan试图通过注入在驱动交流电流上叠加的直流成分来解决该辉纹问题。这种技术的缺点是，必须不能使用市场上现有的典型的高频镇流器，而是替代以能够注入直流偏置成分的特殊的镇流器。而且，增加直流偏置可能会由于将灯内的汞移到一端导致形成不平衡的光输出而损坏灯。其还建议，提高灯照明系统内的波峰因数会消除可视辉纹。但是，提高波峰因数也会提高对灯的压力，而这会导致缩短灯的寿命。
由Kachmarik等在美国专利No.6,465,972(‘972)中提出了另一个可供选择的办法，其提供了一种设置成与灯的输入线可操作连接的振幅调制电路。该振幅调制电路被构成为在气体放电灯接收灯输入信号之前周期性地调制灯输入信号的振幅。振幅调制电路的工作导致对灯电流进行了周期性的振幅调制，从而消除了灯内形成的可视辉纹。
在Nerone的美国申请No.09/681,994(美国公开号为2003-0015970A1)中提出了又一种试图消除辉纹的办法。在该申请中，镇流器被设计成将交流系统电源转换成包括在镇流器电路内的直流母线上的直流电压。逆变器电路设置在与直流母线可操作连接的镇流器电路内，用以在灯的输入线上产生不对称的交流电。气体放电灯可操作地连接到被配置为接收不对称交流电的灯输入线，从而消除灯内形成的可视辉纹。
发明内容
在产生灯照明信号以使灯系统通电的灯照明系统中，提供了一种辉纹消除电路，用于消除可能出现在灯内的可视辉纹。偶次谐波信号发生器被构成为用以产生偶次谐波波形，并且注入点被构成为用以将偶次谐波信号接收到灯照明系统内。该注入点位于这样一个位置，在其中在被灯接收之前偶次谐波信号的注入将灯照明信号从不带有偶次谐波信号或仅带有少量偶次谐波信号的波形改变到具有丰富偶次谐波的信号。
图1说明了具有对终端用户产生频闪效果的辉纹区域的典型荧光灯；图2说明了根据本申请包含有可视辉纹消除电路的半桥电流馈电逆变器镇流器电路。
图3示出了在没有辉纹控制时由镇流器系统产生的无谐波灯照明信号；图4提出了如图2中所示的电流馈电逆变器电路的扼流信号；图5示出了具有图4所示扼流波形部分的图3的波形；图6示出了提供给集成有辉纹控制信号和功率信号的灯的图3与图4中所示波形的组合；
图7说明了其中由灯照明系统的功率因数校正部分得到偶次谐波信号的灯照明系统；图8提供了其中偶次谐波信号发生器与灯照明电路分开的灯照明系统的另一个实施例，其中，偶次谐波信号可以以非同步方式提供给镇流器产生的照明信号；图9示出了没有完全与基波镇流器灯照明信号同步时的偶次谐波信号。
图10示出了作为可变发生器的图8中所示偶次谐波发生器的原理，其中，偶次谐波信号和由镇流器产生的灯照明信号之间的非同步程度是可变的；图11示出了灯照明系统的又一个实施例，其中，镇流器照明信号传感器被包含在镇流器电路中以检测照明信号的值，然后该检测到的值被改变偶次谐波信号值的可变谐波发生器所利用；以及图12和13示出了图11中所示偶次谐波发生器的值的可变性。
具体实施例方式
如图1中所示，辉纹区域12对终端用户产生了不希望有的可视影响。在解决该问题时，要考虑由于提供给灯的输入信号的重复性所形成的辉纹，其加强了改变灯和电极间电荷分布的驻波。
如在背景技术部分所描述的早先为限制辉纹所采用的措施通常致力于在灯变暗的过程中所形成的辉纹。但是现在，会在灯工作在较高或者达到100％输出功率且在室温条件下时产生辉纹。在这些条件下产生辉纹的主要原因是因为采用了更高百分比的氪(Kr)，采用氪是将其作为缓冲气体来提高灯的功效和有效性。例如，现在，灯中氪(Kr)的含量可以大约为40％到70％或更高。
因此，本申请的原理是要解决由于灯变暗而产生的辉纹，以及在灯没有变暗时所产生的辉纹。在解决该问题时，已确定了希望能产生相对于基波的高偶次谐波含量，用以提高辉纹频率，使其超出人眼能够检测到其效果(辉纹)的范围。典型地，该频率约大于40Hz。可以理解的是，尽管接下来的描述对氪含量较高的灯是有利的，但它也对氪含量为其它百分比的灯或者具有其它缓冲气体的灯有效，以及用于正在变暗的灯。
转到图2，图2说明了其中可以采用本申请原理的一种具体电路。但是，应理解的是，本文中所描述的原理并不打算仅局限于这种电路，而是可以应用到其它灯照明控制电路中。已说过，图2是包含有辉纹控制的半桥电流馈电镇流器20。该半桥电流馈电镇流器20包括上部开关结构22和下部开关结构24。这些开关结构包括如BJT26和28的开关，它们分别由上部BJT控制网络30和下部BJT控制网络32驱动。上部控制网络30包括齐纳二极管30a、电容器30b、二极管30c、二端交流开关元件30d、二极管30e、电阻器30g、30h和二极管30i。下部控制网络32包括二极管32a、变压器绕组32b和32c、电阻器32f和32g、以及二极管32h。对于关于这些部件工作的更详细的讨论，可以参见共同转让的于2003年9月22日提出的美国专利No.10/667,545，题目是“Voltage Controlled Start-Up Circuit forElectronic Ballast”，其全文作为参考被包含在本文中。
包括基极驱动绕组34a、34b、初级绕组34c和次级绕组34d的输出变压器系统34提供输出信号给灯连接器36。在该电路中进一步提供了其它的保护和控制电路，如包括transil 38a、38b和38c的transil网络38以及包括电阻器42a、42b和42c的电压输入网络。
图2中所示的半桥电路20被设计作为电流馈电逆变器镇流器。由绕组44、46和48组成的该电路的电流馈电变压器被用来产生用于电路工作的电流。本发明采用了耦合到电流馈电变压器44、46、48的绕组50，用以提供用于灯的偶次谐波信号。该偶次谐波信号经由耦合的绕组50被注入到在系统的灯一侧上的输出变压器34的次级绕组34d内。该偶次谐波信号是由半桥电路20的开关操作所产生的信号的基波波形得到的。
在一个实施例中，应该注意，耦合的绕组信号可替换地被注入到输出变压器34的初级侧34c。因此，所示出的是辉纹控制电路，在本实施例中它采用了由电流变压器绕组(电流馈电扼流圈)44、46和48得到的偶次谐波信号，而该偶次谐波信号随后经由所描述的感性耦合作用在次级绕组(例如，注入点)50注入到电路内。所注入的信号没有直流成分，而有丰富的谐波，并且不需要转换电路。此外，在这个实施例中，所注入的信号与逆变器镇流器电路的基波波形(即，灯照明信号)同步。注入绕组50也提供了电路隔离。
因此，可理解的是，尽管图2示出了在图2中输出变压器34的次级侧(34d)(即，灯连接器侧36)上注入的偶次谐波信号，但本申请对在输出变压器的初级侧(34c)上的信号注入也是有效的。
如前面所讨论的，图2说明了，本原理适用于电流馈电逆变器镇流器，特别适用于半桥镇流器逆变器。但是，并不打算把本原理局限于图2所示的电路，而是本原理可以用在其它的电路控制中，如其它的电流馈电镇流器电路，包括推挽电流馈电镇流器逆变器以及电压馈电串联谐振镇流器。本设计对于在不变暗或变暗应用中使用的高含量氪混合物的荧光灯是有用的。
转到图3-6，它们更详细地提出了通过图2所示电路20的工作产生的作用。起初，在如图2所示的电路20的电路中，其中，该电路没有注入的偶次谐波信号并且开关26和28以近似相等的导通和截止时间(即，占空比为50％)进行工作，形成了没有偏移(即，信号60的正信号部分62等于负信号部分64)的基本上为正弦波的灯照明信号60。在氪的含量较高和/或发生电路变暗的这些情况下可能形成辉纹。进一步关注本原理的工作，图4中示出了由电流馈电变压器44、46和48产生的扼流信号(也叫做偶次谐波信号)66的偶次谐波部分，并且该偶次谐波部分表现为等效于具有信号部分68a、68b和68n但没有直流成分的整流后的交流输出信号。例如如图5中所说明的，在注入绕组50处注入扼流信号66(即感性耦合)以成为提供给灯的信号的一部分。通过把扼流信号66的偶次谐波信号68b加到信号60的正向信号部分62，并把信号部分68a加到信号60的负向部分64，产生了如图6中所示的偏移灯输入信号70。当与图3的灯照明信号60相比时，偏移灯输入信号70具有增加了的正部分72和减小了的负部分74。因此，在图3的信号60只提供奇次谐波给灯的情况，图6的谐波信号70被设计成既具有偶次谐波也具有奇次谐波。因此，图6的输入信号70被提供给灯，用以消除所讨论过的可视辉纹。应理解，扼流信号66与基波信号60是同步的，这是因为它们每个都是由相同的输入源产生的。因此，在这种设计中，由于所注入的偶次谐波信号66是由相同电路中的各部件产生的，而所述各部件产生灯照明信号60，所以自动实现了同步。
如上所述，提供偶次谐波信号在所提供的灯照明信号的波形中产生了偏移，从而消除了人眼可观察到的辉纹。应理解，不会用到奇次谐波信号，因为它只是简单地增加或减小了等量的灯照明信号，从而不会产生所希望的偏移。
转到图7，其示出了灯系统80中所采用的本申请的原理，灯系统80具有AC输入82、功率因数校正电路84以及给灯88供电的镇流器逆变器86。在这种设计中，在功率因数校正电路84中产生偶次谐波，并且该偶次谐波经由输入线89注入到镇流器逆变器电路86中。在这种设计中，提供给镇流器逆变器86的偶次谐波信号导致了将要提供给灯88的灯照明信号的奇次和偶次谐波波形组合在一起(如图6中所示)。
前面结合图3的电路所描述的原理同样可以应用到图7的电路中。例如，通过使功率因数电路84和逆变器电路86同步可以使偶次谐波信号与提供给灯88的输出信号同步。在这个例子中，镇流器逆变器可以是前面讨论的半桥逆变器、推挽逆变器镇流器或者本领域中公知的其它灯控制电路，包括其它的电流馈电以及电压馈电控制电路。
转到图8，其说明了灯照明电路90，其中镇流器92从用于灯96的电源94中接收功率。在这个设计中，与镇流器92和电源94分开地提供偶次谐波信号发生器98，并且在注入绕组或点100处将偶次谐波信号注入到镇流器所产生的信号中。通过这种设置，并如图9所示，偶次谐波信号112不完全与基波镇流器灯照明信号114同步。在某些情况下，在希望改变偶次谐波信号112和灯照明信号114之间的同步时可以使用这种电路。这可以通过选择产生偶次谐波信号112和产生基波镇流器灯照明信号114之间的设定时间差来实现。可供选择的，在一个实施例中，偶次谐波发生器98是可变信号发生器，其中可变性是产生偶次谐波信号相对于产生灯照明信号的定时。对于这两种情况，并如图9中所示，镇流器灯照明信号112通常是在开关网络的占空比为50％时所形成的产生的对称信号。然后通过采用图8的偶次谐波发生器98，产生不与灯照明信号112同步的偶次谐波信号114。
转到图10，与图9相对比可以看到，偶次谐波信号116是在与图9的灯照明信号114所不同的时刻产生的。因此，如可以看到的，可以认为图8的偶次谐波发生器98在其产生偶次谐波信号中是可变的。通过这种设计，可以在镇流器产生的灯照明信号和偶次谐波信号之间提供可变相位差(即，图9的118a和图10的118b)。这种可变的特性允许有选择性地控制在灯照明信号的波形中形成的偏移量。
此外，在图11中所示的另一个实施例中，所设计的电路120包括镇流器输出传感器122，其检测通过镇流器92产生的信号的值。传感器122的输出被提供给可变谐波发生器98，该可变谐波发生器98可以自动地调整由偶次谐波信号发生器98产生的偶次谐波信号的值。应理解，输出传感器122可以是任意一种可检测镇流器的灯输出信号的公知输出参数的合适传感器，例如但并不局限于电压和/或电流传感器。
此外，可变谐波发生器98可以通过使用控制电路124来提供它的可变性。例如，在一个实施例中，控制电路124被设计成是位于镇流器20的初级侧34c或次级侧上的公知的信号延迟电路。延迟量取决于镇流器输出信号的值。
在这个实施例中，偶次谐波发生器98将随着镇流器输出信号的减小(或增加)而增加(或减小)偶次谐波信号的值，从而使偶次谐波信号的值与镇流器灯照明信号成反比。图12和13中说明了这种工作原理。例如，当镇流器供应信号是10n信号时，偶次谐波信号126可以是1n信号。然后如图13中所示，当检测到镇流器供应信号112已经降低(即，变暗)到5n时，偶次谐波信号被增加到2n。
这种设置有利于增加灯的寿命，这是由于当灯工作在100％(例如，镇流器信号10n表示不变暗的100％输出)条件下并且形成可视辉纹的可能性很少时，可以提供更小的偶次谐波信号126，从而在灯上产生更小的压力(即，更低的灯电流波峰因数)。但是，当灯变暗时(例如，当来自镇流器的输出信号为5n，表示变暗操作时)，可以增加偶次谐波信号(即，增加到2n)，以便消除否则由于变暗操作可能会产生的辉纹。这样，通过具有这种可变能力，当没有发现形成辉纹时，在灯上施加较小的压力，从而增加灯的预期寿命。
本文中公开的内容讨论了使用基波波形作为要与灯照明信号组合的偶次谐波信号的来源。当然，还有其它的可以获得与灯照明信号组合的信号的来源，并且应理解的是，可以使用除偶次谐波信号以外的信号。而且，尽管所描述的组合信号的主要方式是感性耦合，但也可以通过其它公知的信号合并技术来组合这些信号。
图8的偶次谐波发生器和图11的偶次谐波发生器可以形成为单个的单元，从而将信号产生定时的可变性(即，图8)和偶次谐波信号的值的可变性(例如，图11)组合在单个的偶次谐波发生器中。可以利用公知的技术来形成所描述的信号发生器，并因此不需要更加详细地讨论。
所描述的原理可以应用在变暗和不变暗的情况下，并且也不局限于电流馈电电路。而且，尽管图2中所示的是BJT开关机构，但应理解的是，系统可以在逆变器镇流器中采用FET开关。如前面所指出的，可以用多种方式来实现本原理。在前述图2的实施例中，用于图3所示电路的各部件的型号和/或值包括晶体管26 BUL1102E晶体管28 BUL1102E齐纳二极管30a68V电容器30b0.22μf二极管30cUF4007二端交流开关元件30d 32V二极管30e1N5817电阻器30g150Ω电阻器30h150Ω二极管30iUF4007二极管32aUF4007电阻器32f150Ω电阻器32g150Ω二极管32hUF4007齐纳二极管38a300V齐纳二极管38b300V齐纳二极管38c300V电容器40 1.2nf绕组44 40mh绕组46 40mh绕组48 80mh绕组50 7mh此外，尽管本申请可以用在各种电路和实施例中，但一个这样的应用是例如在电流馈电电子镇流器家族中的程序启动镇流器，例如在通用电气的4’T8电子设计。图2中还示出了在BJT的基极驱动中没有使用不平衡BJT驱动绕组或阻抗。
尽管主要是结合荧光灯描述本申请的原理，但本文中所描述的电路可以被用来控制任何类型的气体放电灯。
已参考示例性实施例描述了本原理。很明显地，其他人通过阅读和理解前面的详细描述可做出各种修改和变化。打算使所描述的原理被构成为包括所有这些修改和变化。
部件列表
权利要求
1.一种用于气体放电灯的镇流器，包括镇流器电路，用于产生具有基波波形的灯照明信号；偶次谐波信号发生器，用于产生基波波形的偶次谐波信号；和用于组合灯照明信号和偶次谐波信号的装置。
2.如权利要求1的镇流器，其中镇流器电路包括具有初级绕组和次级绕组的输出变压器，所述次级绕组产生灯照明信号，并且其中偶次谐波信号发生器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器。
3.如权利要求1的镇流器，其中用于组合的装置包括将偶次谐波发生器变压器的次级侧与镇流器电路输出变压器的次级侧串联连接。
4.一种在产生用于放电灯或灯的灯照明信号的镇流器中用于消除可视辉纹的辉纹消除电路，该辉纹消除电路包括构成为产生偶次谐波信号的偶次谐波信号发生器；和构成为用于组合偶次谐波信号和灯照明信号的注入点，该注入点位于偶次谐波信号改变灯照明流明输出频率的位置。
5.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号发生器包含在镇流器中。
6.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号与灯照明信号同步。
7.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号发生器与镇流器分开。
8.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中镇流器包括电流馈电逆变器电路。
9.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号注入到输出变压器的次级侧。
10.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号注入到输出变压器的初级侧。
11.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号发生器是可变偶次谐波信号发生器，其可变性是偶次谐波信号产生定时之一。
12.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中偶次谐波信号是通过利用变压器绕组而被注入的。
13.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中灯中氪的含量在大约40％到75％的范围内。
14.根据权利要求4的辉纹消除电路，其中灯中氪的含量大于75％。
15.一种将信号提供给灯照明系统中的气体放电灯的方法，其消除了灯中出现的可视辉纹，该方法包括产生灯照明信号；产生偶次谐波信号并组合该灯照明信号和该偶次谐波信号；和将组合的灯照明信号和偶次谐波信号提供给气体放电灯。
16.根据权利要求15的方法，进一步包括使偶次谐波信号与灯照明信号同步。
17.根据权利要求15的方法，进一步包括产生与灯照明信号不同步的偶次谐波信号。
18.根据权利要求15的方法，其中以与所提供的灯照明信号成反比地提供偶次谐波信号。
19.根据权利要求15的方法，其中偶次谐波信号与镇流器无关。
20.一种用于将来自源的电功率提供给气体放电灯的控制电路，包括镇流器电路，用于将交流电流提供给气体放电灯的电极，以产生并维持通过气体放电灯的放电；和偶次谐波信号发生器，用于产生包括交流电流的偶次谐波的信号，并与交流电流同时地将偶次谐波信号提供给灯的电极，其中移位后的波形被提供给灯电极，用于基本上消除可视辉纹。
21.根据权利要求20的控制电路，其中偶次谐波信号与灯照明信号同步。
22.根据权利要求20的控制电路，其中镇流器包括半桥逆变器。
23.根据权利要求20的控制电路，其中镇流器包括推挽电路。
24.根据权利要求20的控制电路，其中镇流器电路使用BJT开关。
全文摘要
在产生用于灯的灯照明信号的灯照明镇流器中，提供了一种辉纹消除电路，用以提高流明输出频率以用于消除在灯内可能出现的可视辉纹。偶次谐波信号发生器被构成为产生偶次谐波波形，并且注入点被构成为将偶次谐波信号接收到灯照明系统内。该注入点位于这样的位置，在该位置处在被灯接收之前，偶次谐波信号改变灯照明信号使其从对称的信号结构变化到高含量的偶次谐波信号结构。
文档编号H05B41/36GK1780519SQ200510119480
公开日2006年5月31日 申请日期2005年11月11日 优先权日2004年11月12日
发明者提摩西·陈, T·B·古林, J·D·米斯科斯基, J·K·斯卡利 申请人:通用电气公司