对在工作寿命中有流明下降特性的光源减少的光输出量进行补偿的设备和方法

专利名称：对在工作寿命中有流明下降特性的光源减少的光输出量进行补偿的设备和方法
技术领域：
本发明涉及在使用过程中流明下降(lumen depreciation)的光源，特别涉及使用该光源时为至少是部分地补偿流明下降、减少成本和节约能源而应用的方法，仪器，和系统。
B.技术问题大多数高强度放电(HID)灯都表现出被称为灯流明下降(LLD)的特性。HID灯包括但不限于荧光灯，钠灯(HPS)，金属卤化物灯(MH)，汞蒸汽灯(HgV)和低压钠灯(LPS)等等。上面提到的诸种HID灯都需要一个镇流变压器来控制灯的开启和工作电压。
流明下降或LLD的一个定义是光源在使用过程中光输出的逐渐减少。如果在额定工作功率下使用，光源的光输出并不保持恒定。由于若干因素，主要是电极腐蚀和化学物质沉淀造成的电弧管内部变黑，在灯使用过程中光输出通常会减少。该特性在本领域是众所周知的。例如，典型的1500W MH灯累积使用3000小时会损失50％的光输出。如图1所示。有趣的是，某些灯(包括很多MH灯)在使用的前几百个小时流明下降得最快(例如20％的光损失)。然后下降开始减缓(例如有时再经过1000小时才再损失10％)。但累积起来，一盏灯在达到额定寿命后相对最初的光输出量会损失一半的发光能力。
生产厂商会为HID灯给出额定工作功率(ROW)。ROW是推荐使用功率。厂商不推荐用比ROW高得多的功率工作，他们认为这样可能会造成灯的损坏，或者至少也会减少灯的使用寿命。他们认为在ROW下工作使得灯的使用更有效和耐久。
也不建议用比ROW低得多的功率工作，因为灯的开启可能会成为问题。没有足够的能量电弧可能无法工作。而且用比ROW低太多的功率工作可能会从很大地影响灯的功效。光输出量的减少也可能达到使灯的利用相对于成本来说并不实际的程度。据信除此之外其他一些对灯或其光输出的有害作用也是有可能的。
例如，厂商标明在1500W的MH灯不建议使用高于1750W(比ROW高出15～20％)或低于1000W(比ROW低30～35％)的功率。
虽然对于每盏灯(甚至同一类型、ROW、和厂商的灯)LLD都不同，但对于同一类型的灯，流明下降的特性还是公知并大致可以预测的。通常厂商会在一盏灯的技术信息中提供关于流明下降的信息。有时流明下降被表达为乘数(流明下降因子或LDF)，用于照度计算以预测灯在使用过程中由于流明下降引起的光输出量减少。LDF通常的计算公式为剩余的灯流明除以最初标定的灯流明，通常结果小于1。因此在业界LDF通常用于表示一盏灯在使用过程中由于LLD造成的光损失量。
除流明下降以外，还有其他一些因素可能会引起发光装置的总光损失。这些因素有时跟灯的工作无关，例如镇流器因素、装置周围环境温度、电源电压的变化、视觉因素、装置表面衰减。但LLD是总光损失的重要因素。
LLD问题在体育运动照明中的一个例子通常使用金属卤化物灯，其额定功率通常为最少700或800瓦，更常用的是1000或1500瓦甚至更高。灯的额定功率标示出在指定工作电压下需要多少电力来驱动灯的工作。光或流明输出是功率的函数。例如飞利浦电子N.V.的飞利浦照明部门生产的一盏额定功率为1500瓦的金属卤化物灯(产品编号MH1500/U)在1500瓦下工作时，最初的光输出为155，000流明，平均光输出为124,000流明。一盏1000瓦的金属卤化物灯(产品编号MH1000/U)，最初的光输出为105,000流明，平均光输出为66,000流明。宽阔场地的户外照明系统更倾向于用1000到1500瓦的灯，原因是更大的光输出量。高于1500瓦的灯用的越来越多了。
如图5所示，宽阔场地的户外照明，比如户外体育场照明，通常使用几排16的高强度放电灯组14(由单个高强度放电灯10组成)，以不仅照亮体育场24，还照亮体育场上方空间，使得运动员能进行比赛，观众能够从看台26上观看。传统的办法是把灯具14成排16装在高高的柱子18上。普通的灯或光源14的结构为较高瓦数的高强度放电灯10装在铝反射器12中。通过与镇流盒20中的镇流器相连的电缆提供电源22，镇流器把电源分配给每盏灯10。大多时候会给场地指定光级别。照明设计要通过选择灯具数量(根据这些灯具的光输出量，光输出量的大小主要由所选择的灯决定)、反射器的尺寸和型号和朝向场地的方向来达到所要求的标准。这个问题以及怎么选择灯具设计系统以达到要求的多种办法在本领域为人熟知。对于不同大小、形状和类型的运动场，有为了良好的可见度和安全保证而推荐的照明级别。照明级别过低不仅造成可见度的问题，对安全也有一定影响。比如，照明过暗或不均匀可能造成运动员看不到快速移动的球。
理论上讲，将场地照明到要求的亮度级别有无数种设计方法。比如可围绕场地一圈在柱子或其他高层结构安装一千盏密集的架起的灯。但这通常是不现实的。不仅灯具(包括灯)的成本太高，而且架起这些灯具的结构的造价也太高。维护的成本也过高。而且，并且随着时间的推移，运行所需的能力也很高。就算不是大多数但也有很多的运动场是公众或非盈利机构(比如学校、市政娱乐部门、私人娱乐联盟)出资的，因此选择照明设计的时候成本是一个重要的考虑因素。
因此，照明设计的惯例是使架起灯具所用的结构和灯具数量最小，以削减投资和运营成本。这种思路使得HID灯具厂商开发出更强大的照明灯，每盏输出更多的能量，因此减少了满足特定场地照明级别的灯具数。灯具数少了，需要的高架结构(例如柱子)就少了。比如，据报道，安装1000瓦的灯具的成本比安装1500瓦的灯具要高出30％。
但是，如前文所论述的，金属卤化物灯(和大多数高强度放电灯)，在额定功率下有一个初始光输出量(在经过“开始”期后)，然后随着HID灯的不断使用，灯的流明输出由于LLD而慢慢减少，即使提供同样的电源和额定功率也无济于事。流明下降的实际结果是，在灯使用寿命的后半段，它的光输出量只是初始值的一小部分。如果在要求特定光级别或光输出的系统中使用，需要提早更换光源，因为单单是这个光源，或者再加上其他也有同样输出减少情况的灯，就会造成实际照明达不到要求的照明标准。
处理LLD情况的一种办法是什么都不做。虽然LLD特性很可能会使光源的照明级别降低，但在许多场合下人们认为这是无足轻重的。人们只是简单地接受了这个事实，或者从功能和经济的角度考虑，其严重程度不至于必须采取措施不可。高强度放电灯最初的快速损失通常不高于10～20％。在最初的快速流明下降期之后，后由LLD引起的光损失开始减缓。大部分人甚至感觉不到流明减少。但是，如果对于一盏灯或一个区域或一个被照对象的照明级别有要求的情况下，如宽阔场地体育照明，流明下降就成为一个重要的问题。如前文所述，在体育场照明中，照明级别下降后，不仅观众难以看清楚场地上的活动，对运动员也构成一种危险。因此，对这种照明应用而言，不采取措施补偿LLD是不令人满意的。
第二种处理LLD问题的办法就是使用寿命到期以前就把灯换掉，比如有些规范要求在使用时间达到寿命的40％时就更换全部的灯。这样虽然解决了LLD引起的光损失问题，但在预期寿命之前换掉灯极大地增加了照明系统的成本，并且浪费了某些灯的使用价值。
解决体育照明中的流明下降问题最常使用的是第三种办法。此种设计是按照预期的流明下降，至少是初期的10～20％的迅速损失，在系统中安装额外的灯具(因此也就安装额外的灯)，这样到100～200小时后，光输出量差不多是特定应用所要求的标准。这种设计通常要求灯在额定功率下工作。额外的灯具和更高的能耗比起更少的灯具(及更少的灯)的情况，增加了系统的成本(投资和能源)，但是(至少在初期)解决了流明下降带来的光输出损失问题。此外，这种解决LLD的设计并不给灯或其光源或电路增加额外的元件和相关成本，而只是简单地增加了一些灯和灯具。因此，因为照明设计师知道随时间流逝，照明级别会由于流明下降下降到低于标准，所以通常照明设计师选择传统HID灯的型号和数量，使其最初整体超出对照明水平的要求。但是，在最初的快速损失期过后，流明级别会(有些缓慢的)降低，但通常逐渐低于推荐的光级别。这种后期LLD(初期更快的LLD过后)大多时候在设计中不予考虑或考虑的不够。
设计师用流明下降因子LDF决定最初的额外光输出，这样考虑了灯整个使用寿命中的预期光损失，但只是平均值。这种方法还使用一些初期输出过多光的灯具，但后期又可能产生的光不足。应该理解，这样的结果就是增加了初期的成本和能耗，以及后期的能耗和维护成本(例如在整个使用寿命中都用额定功率工作，然后随着时间推移更换更多的灯)，还可能造成后期光输出不足。但这种办法一直以来都是本领域的惯例平衡措施。
因此，本领域的发展又走向开发和利用高功率灯，以及对某个应用有意设计最初输出超出标准的额外灯具，这只是部分地解决了LLD问题，但不是全部。增加的(投资和运营)成本问题并未解决，因此，还有改善的余地。
还有其它一些改善HID灯照明的继续尝试。比如，提高灯具照明效率以使更多的光射向场地(见美国专利4725934，4816974，4947303，5075828，5134557，5161883，5229681和5856721)。但HID灯的流明下降引起光输出损失依旧还是本领域存在的一个问题。
还有有选择地使某些灯变暗的电路。比如Musco CorporationMULTI-WATT系统和美国专利4994718号，通过增加或减少电容改变一个或多个灯的光输出。但是这只是提供给使用者在任何时候选择照射在目标上的光量更多或更少的可能，而没有解决补偿LLD的问题。
有人开发了一种特殊的镇流器，使灯，特别是荧光灯在使用寿命中保持光输出的恒定。但这种办法比较复杂，要求照明系统有重要的界面构件和电路，因此也较为昂贵和不实用。同时它也没有涉及到组灯复合照明(比如体育照明或其它组合照明场合)的问题。因此这种专用镇流器的办法在多数照明应用中都被认为是过于昂贵的。

发明内容
A.发明的目的、特征、优点和方面本发明的目的、特征、优点和方法是提供一种方法、设备或系统来改进本技术领域现状。本发明的其他目的、特征、和方面包括一种方法、设备和系统，其a.随时间推移，目的在于节能，在某些情况下能比常规照明系统节能10～15％。
b.实用。
c.高成本效益-虽然由于增加了部件，初始成本会有所提高，但在许多灯的整个使用寿命期间节能产生的效益超过了成本投入。
d.不复杂，无须昂贵复杂的附加部件。
e.(由于初期工作的功率较低)能延长灯的使用寿命。
f.使削减给定照明应用的规模、电力或光源和或/灯具数量成为可能。
g.不妨碍照明系统其它部件的工作。
h.如果失败，不会影响照明系统其他部件的工作。
i.在灯的整个正常使用寿命期间，日复一日，年复一年地提供更稳定的光输出。
j.对多种灯、灯具和应用场合都适用。
参考所附的说明书和如权利要求将进一步说明本发明的目的、特征、优点和方面等。
B.发明各方面综述因此，发明者认为在本技术领域中需要有一种实用的办法，能在HID灯的至少是使用寿命的大部分时间内减少电力使用，同时在LLD灯的整个使用寿命期间对LLD进行合理补偿。在本发明的一方面中，上述需求是这样实现的(1)为指定照明应用选择一个HID灯。
(2)在HID灯最初开始工作的几小时内(开始工组后立即，或经过一个几小时到一百小时的热身期后)，把工作功率降低到低于额定功率。根据在先知识或实践经验，灯的功率优选地不要降低到低于产生对应用所需或规定的光级别接受地接近的光量(比如根据要求足够场地照明的量)。
(3)然后(也是根据在先知识或实践经验)在预先确定的时间，把灯的功率大约提高到使流明输出可以照亮目标或最初制定的标准。很多时候，这个功率的增加比先前降低的要少。很多时候，这一增一减在时间上相距很远(比如几百小时)。
因为流明下降很好预期，因此功率和流明输出之间的关系也可以预期。最初的使用功率较少，然后通过一次或多次提高功率把照明级别重新提高到接近或等于想要的标准来实现在灯的整个使用寿命期间的LLD补偿。这种办法开始时灯在较低功率工作，直到需要时才增加功率以保持流明输出，有效节约了能耗。
之后可以有选择地再数次增加功率以保持流明输出达到或接近要求的标准，实现LLD补偿。这样，在灯的整个使用期，可以有多次增加，但最好不要超过几次。
在关于体育照明的方面，本发明试图通过在使用初期提供低于额定功率的工作功率来避免在初期使用过多的电力(灯或灯组能输出大致满足场地的需要)。然后定期提高功率对抗流明输出的减少。虽然可以定期增加功率，但在本发明的一个方面中，增加不超过数次(每次间隔也无须一致)。一种指定增加次数的办法是用一个定时器监控灯的累积工作时间，然后在预先选定的时间，通过调节镇流器的分接头增加灯的电流。还有一种办法是添加电容，也有其他的办法。
本发明的另一个方面是提供一个方法、设备和系统，通过在一段时间内使灯在低于额定功率下工作，然后在灯的整个使用寿命期一次或数次提高工作功率逼近灯的额定功率，来为有流明下降的灯组成的照明系统节约成本和能耗。该方法也可以为应用提供更一直的照明级别。


图1是描述1500瓦的金属卤化物HID灯的灯流明下降的图，这种灯可用于图5中的灯具或其他照明应用。
图2是按照本发明的一个实施范例补偿LLD的一般方法流程图。
图3是用图2的方法描述工作功率的图。
图4是用图2的方法描述灯的流明输出随时间的变化的图。
图5是体育照明系统的简化安装图示，包括一组HID灯具，每组都由柱子架起并由总点源供电，还示出了按照本发明的实施范例为每一组灯安装的LLD补偿电路。
图6是为图5中LLD补偿电路中的一盏灯在预先选定的时间提供不同功率的子电路示意图。
图7是图6电路的另一种实现方法的电路示意图。
图8也是图6电路的另一种实现方法的电路示意图。
图9是在中央位置为照明系统中的所有灯做LLD补偿的另一种方法的电路示意图。
图10是图5、6、7的LLD补偿电路中可用的凸轮定时器实物大小图。
图11是图10的凸轮定时器从另一个角度的实物大小图。
图12是图10和11的凸轮定时器上重置轮的独立俯视平面图。
图13是图10-12的定凸轮时器从另外一个角度的透视图。
具体实施例方式
A.综述为了更好地理解本发明，在这里给出一些发明实施范例的详细描述。这些实施例只作举例和解释用，发明的实施并不局限于这些范例。本发明唯一地由所附的如权利要求限定。
描述中会大量引用图示，图中的部件或位置用字母和数字指示。如无说明，则相同字母或数字在所有图中均指示同一部件或位置。
B.例1先给出一个本发明相对较简单的具有LLD(流明下降)特性的单个HID光源的例子。
首先，跟踪灯工作了多少时间，这有好几种办法。
其次，灯可以在低于额定功率或从最初工作功率降低的情况下工作一段时间。降低的时机和数量不一。通常，降低的幅度最好大到能至少在低功率期间产生节能效果的程度，但又不能低到对灯的性能(比如灯的开启、效率、颜色和寿命)造成实质性影响的程度，或者造成光输出量减少得太多。对于金属卤化物灯，降低的幅度为大于5但小于30％，最常用幅度是10～20％。通常不会使用低于2％或高于30％的减(或者如后面会谈到增)幅度。虽然通常在低功率下工作最初的光输出量有所减少，而且将发生流明下降，但减少的好处是节能。灯在低功率下工作消耗更少的能量。此外，已表明(少量)降低初期工作功率可能会延长灯的使用寿命。降低的时机可以是立即开始或等一段时间。比如，可能有理由推迟降低的时间，比如在灯开启时或开启后一段“适应期”(直到达到“最初流明”状态)内提供额定功率。
第三，在降低期后，再提高工作功率。工作功率“提高”的时机不一。决定此时间的一个因素可参考灯的LLD曲线(如图1)。一个候选时间是在灯最初快速流明下降期结束后。在低功率期得以实现节能。但是由于这段时期光输出量减少得太多，到提高灯的工作功率的时候，同时灯的光输出量也比降低功率末期有所提高，这样就在一定程度上补偿了低功率期的流明下降。功率提高的幅度不一，范围可以从(a)完全将工作功率恢复降低前级别，到(b)它的几分之一。优选地，增加使光输出量逼近初始级别，同时功率依然低于功率降低前的值。这样的平衡有两个好处能继续节约能耗，并且能在至少一段时期内(直到流明下降再次使得光输出减少)保持一定级别的光输出量。如果选择在最初快速流明下降期结束时提高功率，则光水平的下降此后将较为缓慢。因此，即使第一次工作功率的提高减少了节能量，但此后经过相当长的时间以后，流明下降才会引起相当于最初快速下降的光输出级别降低。这样可以达到长期的节能(虽然节能量较少)效果。
通过这个简单的例子可以看出本发明是如何用创新的办法简单实用地补偿流明下降。本方法通过在灯的整个使用期在选定的几个时间点对工作功率做出重大但又不是太大的调节，平衡了节能和维护光输出量两项需求。其中作了一些权衡，例如即使没有持续地维持照明水平，至少一段时间内恢复到了接近或相当于最初的水平。而且虽然短期来看节能效果并不太明显，但随着时间推移最终还是很可观的。
本发明的一个方面是根据所涉及的灯的LLD曲线选择功率调节的幅度和时机。功率提高可以进行多次。通过定期少量提高功率，可不断恢复光输出量，同时继续节约能耗(虽然随时间推移节约的越来越少)。一个重要的结果就是在灯的整个使用期中，光输出量不断地被提高回最初值，甚至在使用后期也是这样，如果不这么做，在后期光输出量就只有最初值的一半，而且通常能达到节能的效果。
从本例可以看出，功率提高次数是不一的，最好是不要超过5次。而且，如本领域技术人员所理解的那样，工作功率和光输出量的平衡根据每个案例的实际情况，依据需求、照明应用、灯的类型及其流明下降曲线分别处理。
C.例2现在来讨论更特殊一点的例子。也是应用范例1中讨论的一般方法。光源可以使如图5所示的HID灯10，也可以是任何一个有LLD特性的HID灯。
假设灯10是一盏1500W的MH灯，其具有如图1中曲线2所示的典型流明下降特性。X轴表示从T0开始灯10的累积工作时间。Y轴表示灯10的流明输出占最初流明值的百分比，如果在额定工作功率(ROW)下工作则从100％开始。曲线2显示出随时间推移流明输出的下降情况。灯10在接近寿命尽头时的流明输出减少到了大约50％。累计工作时间的第一阶段(例如对典型的1500W MH灯是累积100～200小时)造成光输出减少了20％(参考图1的标号4，T0到T1时间段)。曲线2在时间段4的斜率6较为陡峭，工作寿命的其余时间里曲线2变得平缓(斜率变小，参考标号8)，但存在光输出的相对稳定减少。曲线2上方的区域9表明灯10在整个使用期中相比最初的流明值，光输出损失了多少。
下面讨论在其整个寿命中补偿灯10光损失的一种办法，参考图2的流程图200和图3图4。
1.设计前的选择目标是提供一种合理、实用、并节约成本的办法，在灯的使用寿命中避免出现如图1所示程度的光输出损失。如图1中的曲线2所示，最初的快速流明下降期4结束在灯10工作200小时时。假设预期寿命(T0-T4)为3000小时，灯的LDF为0.7。
本设计在曲线2上选择4个点作功率调整。首先，在T0时降低工作功率以节约能耗。第一次提高功率发生在最初快速流明下降期结束时的T1(大约为200小时)，以在第一次相对陡的损失后提高光输出。因为此后曲线2逐渐变得平缓，所以选择两个相距比较远的点T2(1000小时)和T3(2000小时)再进一步的功率提高。
功率调整的幅度见图3。本设计使最初功率降低与灯的LDF相关ROW*LDF＝1500W*0.7＝1050W。因此使在第一时间段(T0-T1)内工作于1500W的灯功率降低450W(参考标号31)，并且在第一时间段内使灯工作于1050W(参考标号32)，这大大节约了能耗(参考39A指示的区域)。因为这是基于灯的LDF的，所以也与灯整个使用寿命期所预测的光损失相关。使用该等式，降低光输出以节约能耗，同时为应用提供能达到令人满意的程度的照明效果。
该设计将低功率期一直保持到最初快速流明下降期结束(直到T1，或者大约工作200小时后)。在T1时，该设计将功率提高，该提高值通过计算基本上将灯的光级别恢复到到等于或接近最初水平。在该例中，要求提高大约10％(参考标号33，比如105W)。这样，就在T1(灯累计使用200小时)和T2(灯累计使用1000小时)中间的时间段保持1155W的功率(参考34号)，此期间的预计节能量参见图3的39B。
类似的，该涉及还有两次功率提高(参考标号35和37)，发生在T2和T3。T2到T3之间的功率提高约为10％(参考标号36，约为1270瓦)，继续实现节能(参考39C)。同样T3之后的功率提高约为10％(参考36号，约为1397瓦)，并继续实现节能(参考39D)。功率提高后仍在额定功率1500瓦以下，因此在整个使用期中与工作在1500瓦下相比实现了节能。
2.灯的累积使用计时下面讨论本发明第二范例一方面的方法200，如图2的流程图所示开始时(图2步骤209)为灯的累计使用时间T设置初始值T0(例如把T0设为0)。然后灯10的累积工作时间被记录下来，记录的方法有多种，此范例中只是简单地在灯10打开的时候(步骤210)运行累积定时器(步骤212)，如果灯熄灭，那么定时器就不累计(T值不增加)。
3.降低最初的工作功率在工作时间T0到T1期间，灯10的工作功率降低到低于额定工作功率，降低的办法有几种，下面讨论具体例子。
在步骤214，功率降低被表示为ROW(厂商标定的额定工作功率)减去L(一个变量)。通常的做法是把工作功率降得越低越好以便节省尽可能多的能量，但是不能太低以至于给灯的效率和工作带来不好的影响，例如低于额定功率过多会影响到灯的开启、维护和灯的一些工作特性。一种办法是降低的幅度不多于此灯的额定功率与流明下降系数之积，即ROW*LDF。1500W MH灯的LDF通常大约为0.7～0.8，因此，使用该规则，变量L就大约相当于ROW(灯的额定工作功率)的20～30％，因此，本例中L为300～450W，也就是说灯10的最初工作功率应定在1050～1200W之间(步骤216)。
一种确定最初降低偏移量的办法是估计一个值，使之在T0～T1间的最初快速流明下降期4内，能达到最低指定光输出标准和其他照明要求。前面提到过，某些灯在工作的最初100～200小时会损失20％的光输出量。假设开始时灯10发出过多的光，则工作功率的最初降低或偏移为不大于将光输出保持在和应用的期望光输出足够近。工作功率降低量的选择通常是优选地能大量节能又不至于妨碍灯的开启。优选地功率不要太低，因为可能导致灯的效率大大损失。所以推荐使用基于LDF的因子(例如一般或平均流明的0.7～0.8或70～80％)。对于更高功率的灯，0.7可能太大，因为会引起太多的效率损失。
如图3中的斜线区域39A所示，与在1500W工作相比，在1050W下工作使得在T0～T1时间段节约了能耗。但是，如图4所示，因为固有的LLD特性，灯10仍然要遭受流明损失(参考图4的标号42)。
4.提高工作功率但是方法200是如下工作以补偿LLD的在依据定时器记录的选定时间T1，提高灯10的工作功率。当定时器指示时间达到T1(T＝T1，图2，步骤214)时，方法200把前段时间降下来的工作功率提高一个M值(图2的步骤220)。
提高的幅度不一。在本例中，增加约10％，即在T1时间，工作功率被提高了105W(见图3，标号33)，达到1155W。注意T1到T2的时间远远长于T0到T1的时间。这对应于灯10的LLD曲线2；T1后流明下降的速度大大减缓。
图4表明为了不让流明下降引起光输出的继续损失，方法200把光输出量恢复到接近或相当于最初值。图3的斜线区域39B示出，在T1到T2时间段，比工作在1500W下节约了更多的能耗。不过，虽然这次功率提高增加了灯的能量，且光输出量几乎恢复到了100％(见图4标号43)，但这种将光输出恢复到期望级别的情况并未持续下去。流明下降会再一次使得光输出量在T1到T2时间段出现下降(见图4标号44)。
5.如果需要，再次提高工作功率但是方法200只是简单地重复上述的补偿过程。在T2时间(当T＝T2，步骤218，图2)，再作一次功率提高(变量N，参见图3中调节将功率从35增加到36)。在图3中，这次提高也约为10％，提高到了1270W(见图2步骤224)，此时仍旧比工作在1500W更为节能，而光输出至少在初期是得到恢复(见图4标号45号)。图2的流程图中把此次提高表示为公式[(ROW-L)+(M+N)]，本范例中M和N为两次约为10％的功率提高。
同样的补偿还可以在时间T3重复第三次(参见图2步骤222和226)。但在本范例中最后一次提高为127W(图3见37号)，提高到约1397W。本例中的额外的功率增加值(步骤226中的变量P)也是之前功率的10％。
最后一次(第三次)功率提高完成以后，定时器可以被关掉(图2步骤228)，本方法结束。此后不再计时，因为工作功率将一直保持到灯坏掉或被换掉。
如果对同一个应用安装新灯，可以采用一盏有类似LLD特性的灯替换，定时器重新归零，开始记录新灯的累积工作时间，以便该方法在事先选定的时间进行实现选定的功率调整。
这样，在流程图200的方法下，灯10的工作时间被监控和累计。一开始做一次功率降低，使之低于ROW，然后做三次朝向ROW的提高。然而，应该理解本方法可以有一定的变化。比如，最初的“低于ROW”操作的一次提高可能是所选的全部提高。或者也可以在灯10预测工作寿命内，在图2所示的三次增加之外，在预先选择的时间以预先选择的功率进行进一步的功率提高。
图3描述了灯10的使用寿命中应用方法200如何施加实际的工作功率；比如，最初的200小时功率从ROW(参见标号31)降到1050W(参见标号32)，接下来的800小时提高(标号33)到1155W(标号34)，接下来的1000小时提高(标号35)到1270.5W(标号36)，剩下的时间提高(标号37)到1397.55W(标号38，恢复到或接近ROW)。由于在最初200小时的快速流明下降期后曲线2的斜率变得平缓得多，因此功率提高的时间间隔(标号33、35、37号)可以大大加长，这就意味着恢复光输出级别的功率提高次数减少，也意味着节约更多的能耗。1500 ROW线下的斜线区域39表示相比连续工作在1500W下应用方法200灯10所节约的能耗量。虽然一小段时间内节约的能耗量不大(比如一小时几分钱)，但累计上千小时的量还是很可观的(比如40～50美元)。而且，当然节约的能量随系统灯具的数量加倍。如果有100个灯具，那么在整个使用寿命中节能总量为约5000美元。
因此，应用方法200，在接近使用寿命末尾时，工作功率提高到大约1500W。这样至少是在使用期的大部分时间，耗电量都低于在额定功率1500W下工作。然而，流明输出也不断地被恢复到相当于或接近最低标准，从而有效地对抗流明下降。所以达到节约初期能耗和维护光输出水平的效果。
可选地，最后一次功率提高也可以让工作功率超过1500W(例如从比1500W稍高一点直到1650W甚至更高)。可能需要这样做以恢复灯10的光输出到最初所需输出量。换句话说，在灯的使用后期，可能需要比1500W高的工作功率才能让灯的输出量大约等于最初的流明值。这种“过度驱动”可能会造成(相比在1500W下工作)多消耗一些能量，但通常相对于前段时间节约的净能耗还有剩余，而且保持光输出量的目的也能达到。
根据该初步指示，让HID灯在使用初期工作在较低功率可以延长使用寿命，这也是方法200的另外一个优点。
当然，流程图200结合本发明可以有多种方法实现。比如，可以应用适当的技术使功率提高直接与流明下降相关(例如每隔10小时提高一点)，但是这种办法可能不太实际或成本太高。现在预想的情况是在灯的整个使用期中把提高工作功率的次数限制在数次以内，也许不超过2、3或4次。与不断监控和调整工作功率(这可能需要安装传感器、照明系统接口或其他部件)相比，这样可以使用低成本电力或电子部件来改变功率。
而且，功率调整的幅度和时机当然也可以根据不同灯的不同流明下降曲线而调整。根据目前的理解和观点，图2中的方法实施时应作如下优选a.流明下降监控。无需传感器或专门的流明下降检测器。
b.功率调整的时机。选择调整功率的时机一般要依据灯的流明维护曲线。优选的为简单的总量调整，换句话说，选择最好的时机调整，并且只调整数次。
c.相对彼此功率调整的幅度。优选的比较简单，优选的用最简单、最实用、最便宜的办法调节功率，但调节幅度无需呈线性。
d.初始功率降低幅度。如先前论述，功率降低优选的不影响灯的开启或其他功能，同时要达到应用的合理照明水平。
e.第一次功率提高的时机。开始时功率降得越低，第一次功率提高开始得越晚。
f.第一次功率提高的幅度。按照灯前期可能经受多少流明下降决定第一次提高的幅度，增加的量使流明输出在合理的范围内更接近目标。
g.此后功率提高的幅度。如果随后还有提供，其提供幅度确定方法同上。通常需要有关于此盏灯的流明下降曲线的在先知识，或是好的估计。
h.使用寿命结束时的幅度。在灯接近寿命终点时过度驱动(在高于ROW下工作)可能有一些好处，而且因为反正灯快坏掉了所以冒的风险较小。如果在结束期过度驱动，则在开始时功率不用太低。据信为了不致妨碍灯的寿命不要把功率提高得太多(例如对于1500W额定功率的灯，1750W是极限)。
i.功率调节的范围。因此，优选的最低功率和最高功率之间的差距处于相对较窄的范围；功率不要低到影响灯的效用、效率或开启的程度；也不要高到影响灯的使用寿命的程度。该目的应与流明输出应在期望输出的+-10％范围内这一目的结合考虑。
j.功率调节的次数。根据实际情况决定功率提高的次数。需要调节次数越多，成本和复杂性越高。流明下降在初期之后显著变缓，因此认为初期快速下降结束后提高一次，此后再以较长时间间隔提高两到三次就可以了。初期快速下降会损失10～20％，其余时间可能会损失30～60％。
k.灯的替换。在传统系统中，使用寿命达到以前灯要替换多次，因为输出常常不足。而在这里，灯可以一直使用到烧掉或寿命终止。
在本例中，最初的T0～T1时间段结束后，光损失虽然达到20％，但还是被认为可以接受的。不过也可以依据灯10的最初流明输出和流明下降特性(包括它的LDF)，选择最初的输出超过要求的光流明，而在快速流明下降期结束时的T1时间输出大致满足要求的光输出流明。
D.例3以宽阔场地体育照明的场景描述依据本发明的示例性方面设计的方法的例子。这种照明安装和系统的一个例子如图5所示。一组16灯14(每个包括相同厂家和类型的1500W金属卤化物灯10)用柱子18架起。电力通过为每盏灯10配备的镇流器盒20从总线源22输送给每一盏灯10。
再次参考图2的流程图，讨论补偿图5灯组中的灯10在操作寿命中会出现的流明下降的方法。
本例中，用传统方法为体育照明选择一组灯10。在本技术领域有很多计算机程序可以依据场地24的照明要求设计出一套照明系统，场地照明要求一般包括在场地24及其上方的最低照明级别。也有其他方法。可以根据厂家提供的信息或实际测试和测量，决定最初光输出(工作100小时后以流明计量的输出，有时也被称为初始流明)。
首先要知道使用的灯10这种类型的灯的流明下降特性，这可以从生产厂家的信息获得，也可以经验性地得到。从该信息得到如图1的流明下降曲线。本例中，因为类型相同，假设曲线可以代表所有灯10的特性。流明下降因子LDF被用来选择所用的灯。
像图2中方法200讨论过的一样，通过灯10的初始流明、LLD曲线和场地24对于所有灯10要求的最低照明级别这些信息，用反向工程法可以决定要达到照亮场地要求的标准，在低于额定工作功率下灯10组成的灯组应该使用多少电力(灯的数目和相对场地的位置已经确定)。
利用该信息，应用公知的设计方法，照明系统设计师可以选定为了给场地提供足够的照明总量，所需要的灯的数目和安装位置。选择的时候要考虑到最初的功率降低，并且依据初始流明和预期平均流明的差值，和为了让灯10的最初照明效果能达到场地24的要求需要的光输出量。
下面的表1中是一种使用如下设计标准选择的体制1.目标—在接近使用寿命结束(3000～4000小时)每个1500W的灯保持100+-10％尺烛光的波动范围。
2.在1500W下开启灯(可能需要冷开启)。
3.灯在初期工作在1250W，而不是1500W(大约比ROW降低15％)。
4.使用定时器，在估计最初快速流明下降期结束时的T1时间(例如200小时)，增加电力(例如大约5％或1320W)。
5.使用定时器，在估计光输出又降低了10％的T2时间(例如1200小时)，增加电力(例如大约8％或1440W)。
6.使用定时器，在估计流明又降低了10％的T3时间，增加电力(例如在2200小时，提高大约8％到1560W)。
表1

除了T3以后的时间，应用表1的方法，预计可以达到类似图3的节能效果。T3以后，灯处于过度驱动状态(工作在1560W)，因此不会节能，反而更加耗能。能耗增加的部分并不多(高于额定功率60W)，但重要的是，甚至在这个时候，光输出也恢复了一段时间，而到灯的标定使用寿命期终止时，比起没有补偿，光输出还是大大提高。
应用表1的方法，可产生类似图4所示的光输出的效果。注意图4将图1的流明下降曲线2叠加在图上以解释初始功率和此后的功率提高如何补偿灯10的流明下降。虽然这种补偿办法在T0、T1、T2和T3之间(以及T3之后)还有光输出损失(见图4的区域49A～D)，但避免了曲线40和曲线2之间的大量光输出损失(见图4的区域50)。由于在经过最初的快速流明下降期以后，曲线2的斜率变得平缓，每次提高之间的时间间距可以加大许多。这意味着为了保持照明水平需要的提高次数变少，同时也意味着节约更多的能耗(见图3)。虽然短期内节能并不多(例如0.07美元每千瓦时)，但日积月累总量客观(例如一盏灯40～50美元)，而且一个安装系统中灯的数目越多，节能总量越大。如果有100盏灯，则总节能在5000美元左右。
1.设备上述LLD补偿办法的实施可以有很多形式和实施例。在图5的照明系统中用本方法实施的一个范例如下。每个镇流器盒中装有柱子18上的照明灯具的传统操作部件，包括每盏灯10的标准超前峰式镇流器。本例中，每个镇流器盒20都增加电路28。每个电路可以为数盏(比如6盏)灯20提供LLD补偿。
a)灯灯10为飞利浦电子的1500W金属卤化物灯(产品编号MH1500U)。
b)灯具有安装斜坡的传统铝制碗状灯具。
c)电源传统线电流(480V断开开关)。
d)灯的功率电力通过超前峰式镇流器(Venture Model 79-18-16410-2)输送给每一盏灯10。根据本领域的实践，通常为没盏灯10提供1500瓦的工作功率，但可以提供不同的功率级别，下面会讲到。
e)功率级别选择图6中的电路28A是提供四种不同工作功率的方法。电力(480V)从线电源L1、L2，通过接触器C1和断开开关(用于切断柱子18的电力，比如用来维护特定柱子上的灯)，输送到每个柱子18的镇流盒20中的A、B两个连接点。点A和B可以连接一个或多个灯电路(例如6个灯电路)。图6中显示的是一盏灯的电路。
每个灯电路包括传统的灯镇流器(镇流器1)和灯10。通过保护到传统镇流器1的主线圈的剩余电路的保险丝，可以向灯电路提供480V的电力。
镇流器10的次级线圈和灯10之间有四条平行路线，每条路线包括一个电容(Cap1、2、3或4)和一个开关。
电动机130通过镇流器1上的240V 20W的分接头获得电力。因此只有在给灯10供电的时候电动机1才工作。电动机130、其凸轮和两者之间的齿轮选择并配置为使得在灯的标定寿命期凸轮旋转不超过360度或一圈。在本例中凸轮设置为在电动机工作每4000小时旋转一次。这样，该电动机/凸轮组合(有时称为凸轮定时器)可以跟踪灯的累积工作时间。通过适当设置凸轮外周的凸起部分或切除部分，可以实现在整个4000小时内的适当时间开启和闭合开关。
电动机130转动计时凸轮(见图10和11的凸轮1～6)，凸轮操纵包含图6中的开关S1、S2、S3-1和S3-2的接触器(见图10和11的接触器1～6)。这些开关决定任一给定时间连接到灯10的电容量。
如果按图2中的方法，则在T0与电动机130连接的凸轮被重置。开关S1，S2和S3-1为常开而S3-2为常闭。电动机130及其凸轮设置成T0～T1开关位于这些位置。这就意味着此时只有Cap 1(28μf)与灯10连接。Cap 1选成使灯10能工作在较1500W低的功率，例如按照表1所定的1260W。
电动机工作了200小时后(到T1)，凸轮关闭S1。这样增加跟Cap 1并联的1μf的Cap 2，这使灯10的工作功率提高到1320W(大约提高5％)。
电动机再工作1000小时后(到T2，总计1200小时)，凸轮关闭S2，增加跟Cap 1和2并联的(2μf的)Cap 3，使灯10的工作功率提高到1440W(大约提高8％)。
最后，电动机又继续工作1000小时后(到T3，总计2200小时)，凸轮关闭S3-1，进一步增加跟Cap 1～3并联的(2μf)的Cap 4，使灯10的工作功率提高到1560W(大约提高8％)。开关S3-1和S3-2一前一后地工作，但动作相反。因此，当Cap 4被加入后(最后一次提高)，由于已经没有必要让电动机再继续运行，所以开关S3-2切断流向电动机的电流使其停止运行。按照表1的方案只有三次功率提高，因而此后无需继续计时，灯10在其操作寿命的剩余时间的工作功率靠线电流和Cap 1～4提供。
如果灯10坏掉后被替换(或者未坏但被替换)，开关、电动机和凸轮可以被重新设置为初始位置，使电路做好对新的灯重复上述操作的准备。
因此，图6的电路在传统的灯电路上增加一些部件，但是这些部件最小限度的，且并不贵。凸轮定时器每个只有几美元，一个凸轮定时器可以用于数盏灯10，本例中为6盏。电容和其连线也只增加几美元的成本。
但重要的是，连接电容所用的仪器用灯的线电压供电，无需单独的电源或电池，而且电动机械凸轮定时器十分可靠和耐用。电动机转速只有几分之一转每小时(rph)，电动机就是定时器，无需专门的计时装置。同时本设计很灵活，灯工作功率的选择可以仅仅通过选择电容的大小实现。工作功率的调节幅度无须每次都一样。大多数镇流器盒都有足够的空间容纳这些部件。
f)定时器如前所述，图10～13对用于图6电路的典型凸轮定时器组合100给以说明。
使用一种典型的安排方式，齿轮电动机转动用于操作在适当时间增加电容的开关。这种办法相对成本较低、简洁、耐久并且可靠。它依靠灯的电力运行，所以无需额外的电源或电池。
参照图10～12可见，标准齿轮电动机130(Crouzet产品编号823040J2R4.32MW-包括电动机电容)安装在端面板104上。如图6所示，电动机130可以安装保险丝(5安培)。电动机130和它的凸轮及接触器的长宽高尺寸可在几英寸左右。
齿轮电动机130(电动机和齿轮的组合)转动凸轮轴112，凸轮轴112被固定在端面板104上的轴承116和安装板102上的轴承114之间为可转动的轴颈。安装板102使整个凸轮定时器组合100可以装进镇流器盒20中。可以在组合100周围安装盖(图中未示出)。
凸轮轴112通过一组行星齿轮转动。当电动机130工作时，电动机轮轴126以几分之一转每小时(rph)的转速(具体地说为为每转533小时)转动小齿轮128(O.D.1.2英寸)，它再驱动齿轮124(O.D.2-1/2英寸)，齿轮124转动装在端面板104上的轴122。齿轮124有固定在它上面的减速齿轮120(1/2英寸O.D.咬合)，减速齿轮120连接并驱动轴齿轮118(2-1/2英寸O.D.咬合)，轴齿轮118驱动轴112。齿轮比率事先设计成可将电动机130的转速转换成凸轮轴112的要求转速，使凸轮1～6按要求的转速(比如每转13300小时)转动。齿轮可以通过摩擦或咬合驱动。
如图10和11所示，接触器1～6安装在轨106或108上。装有弹簧并通常向外延伸的开关头通过轨106或108上的开口110伸出，使凸轮可以邻接。如可以理解的那样，事先设计好的凸轮按照事先设计好的几分之一转每小时(rph)转速转动，只有灯10有电力供应时才转动。凸轮外周设置偏心部件或抓片用来操作位于凸轮邻近的接触器开关。尽管图中显示了六个凸轮和接触器，但并不是所有的都会用到。例如，操作图6中的开关需要不到6个。在本例中，每个凸轮定时器控制最多6盏灯，这是体育照明应用中镇流器盒很典型的数目。而，如图10中(虚线)的接触器6所示，接触器可以在组合100的容量允许范围内随需要增减。同样的，凸轮的数目也可以在组合100的空间允许范围内增减。
在本例中，接触器1～6处于常闭(NC)或导电状态。凸轮压下接触器装有弹簧的撞针部件，使之开启(即处于不导电状态)，直到凸轮的切掉部分相对于撞针到达一个特定的点。装有弹簧的撞针，本来此前骑在凸轮上，在该点从凸轮上落下(不被凸轮压住)释放，然后接触器关闭(变成导电状态)。切掉部分被设计成撞针一旦释放，就不会重新抬起，直到整个凸轮定时器重置。凸轮可以定做成让切掉部分处于正确的位置。本例中，凸轮设计成在200小时、1000小时后和再过1000小时后，共三次操作开关。
使用这种办法，组合100就成为定时器，有效地监控跟它相连的灯10的累积工作时间。电动机130并不贵，而且功率低，寿命长(例如107操作寿命)，体积小，重量轻，耐用(线圈，没有电枢)，为了良好的定时特性，其是可同步的。它被设置成只能按一个方向驱动(例如滚针轴承离合器)，但像洗衣机定时器一样，可以朝那个方向转动到初始位置以实现重置(例如当换一盏灯时)。如图10和12所示，重置轮132有标记(见图12的箭头134)，让维修工人可以知道重置(把重置轮132上的箭头134跟安装板102上的标记135对齐)需要手动将凸轮轴112转动多少。
同样地，凸轮耐久，体积较小，重量轻，价格不贵，可以由厂商用软件事先切好或专门定货，也可以定做。凸轮安装在方轴凸轮轴112上，可滑动。
接触器1～6同样价格不贵而体积较小(D的平方，用于常闭(N/C)的产品KA3或用于常开(N/O)的产品KA1)。它们是按钮接触器(有保护的微开关)，能处理提供给灯10的电能量，有环境保护，包括差不多适用于任何户外场合的温度鲁棒性，并且能适应电压变化。
当然，达到上述的功能还有很多办法设置这样的定时器。
E.优缺点如可以理解的那样，对每盏灯10的节能可以通过在低功率级别工作实现。这种节约的效果在较长的时间内(几千小时)累加，并且由于系统内有多个灯而累加起来。结果可能是极大地节约能量和成本。
下面是一个简单的例子。如果电是7分/千瓦时，灯在一年中每天亮4小时，则此灯的运行成本为$100.99/年(1400小时*$0.07)。如果第一年可以节能20％，就能省$20。如果照明系统中有100盏灯，总共能节省$2000。就像复利一样，小的增长可能看起来很少，但日积月累总量会变得很可观。经过上千小时的时间，每盏灯以及整个系统的节能量逐渐累积。
另外，也可以通过减少多灯具系统中的灯具数来达到节能的效果。例如，如果知道在灯的使用后期光输出水平将大幅降低，那么设计者就可以在设计时多加入一定数量的灯具，以期当流明下降使得光输出水平大幅降低以后，因为有额外的灯所以依然能提供足够的照明。在28A的电路中，光输出被定期提高到要求的水平，甚至在使用后期也是这样。这样就用不着在设计中增加额外的灯具。
电路28A相对价格不贵而又简单，使用线电，不复杂而且不妨碍照明系统其他部件的工作。不仅如此，当它坏掉时，也并不影响照明系统的工作而且坏掉以前还是实现了节能。据估计在这样的灯的整个普通使用期中，相比在额定工作功率下工作，可以节能10～15％。
F.可选项/替代以上例子只是为了说明起见，本发明并不局限于此。本发明包括对本领域技术人员来说显而易见的变型。下面给出一些例子。
1.综述如本领域技术人员所熟知，本发明的应用可以使用不同的具体部件，而且实现本发明方法的体制的变型也是本领域的技术人员所熟知的。以下给出一些例子。
2.灯如前所述，本发明使用于大多数高强度放电灯，包括不同种类的高强度放电灯(例如金属卤化物灯，荧光灯，等)，不论是否有护套，单头还是双头。本发明对于高功率(比如400W或以上)HID灯最为有效，但除随时间积累能节能之外可能也有其他的好处。对只有一盏灯或有多盏灯的应用系统可能都有益处。
3.功率调节设置方法调节功率时机的选择根据需求或愿望而有所变化。研究发现，操作的时机像基于流明下降量的其他任何事情(例如电压，电流，温度等)一样是可以预测的。
大多数这种类型的灯是可以预测的，包括驱动过度或不足时会发生什么。而且多数时候生产厂商也会提供灯的LLD，LDF等信息。所以，基本上设计师可以根据灯的流明下降曲线来选择工作功率调节的时机。
但是有时也需考虑随时间影响光输出的其他因素，例如，在选择功率调节的次数和时机时，设计师可能不仅要考虑LLD，还要考虑到积累在灯上面的灰尘脏物的影响。
4.功率调节在希望的时机调节灯的功率、能耗，有多种方法。
a)增加电容在图6的例子中，灯电路电容的变化靠使用增减电容器实现，使用开关改变电容。电容增加，功率提高，电容减少，功率降低(例如，根据32μf＝1500W，则28μf＝1260W，29μf＝1320W，31μf＝1440W，33μf＝1560W)。功率转换因子不变。
b)镇流器分接头图7解释了通过用开关网络选择镇流器上的不同分接头来获得不同的工作功率的方法(见图7，电路28A)。通过调节镇流器1主面上的分接头来增加电流，这样电容也增加了。
在图7中，供给电路28B的线电压为480V。超前峰式镇流器1有4个分接头1～4分别为650V，592V，533V和480V。个32μf的CAP 1跟灯10相连。像图6中的电路一样，凸轮定时器130用线电压供电(240V，0.1A)。开关S1-1是最初时期(例如T0～T1时段或200小时)跟灯10相连的唯一一条电流通路，使得灯10工作在1100瓦下。
在第一时间阶段结束后(比如T1或1200小时)，凸轮定时器130的一个凸轮将改变开关1的状态，打开S1-1并关闭S1-2(N/O)。注意开关1设置成S1-1断开前关闭S1-2，保证了开关时电力的持续。此时供给镇流器的电压为592V(而不是650V)，这使得灯10的功率在接下来的一段时间(此例中为一秒)后提高为1250W。
类似的，在第二时间阶段结束时(例如到T2或2200小时)，凸轮电动机130操作开关S2，关闭S2-2(N/O)，然后打开S2-1(N/C)，使镇流器供电为533V，灯10的工作功率为1350W。
最后，在第三时间阶段结束时(例如到T3或3200小时)，凸轮电动机130关闭S3-2(N/O)，打开S3-1(N/C)，使镇流器供电为480V，灯10的工作功率为1500W。另外还要打开S3-3(N/C)，关掉电动机130。
下表给出电路28B及其操作的一些细节。
电流超前镇流器，4分接头208线设备4分接头镇流器1500W/Z-灯W/@600小时(飞利浦生产，Musco经销)32μf电容6型SC-1反射器带镜片(Iowa州Oskaloosa的Musco公司等经销)Minolta仪表/锥Yokogama仪表电力108V，单相程序镇流器分接头每次变化后灯工作1/2小时。
镇流器分接头 主次 Minolta/锥

c)降压/升压变压器还有采用降压/升压主自动变压器(有分接头的超前峰式镇流器，未显示)的例子，这样对电压较不敏感，可以作为电抗器镇流器使用，可能比增加电容更经济。
d)线性电抗器镇流器图8说明了具有线性电抗器镇流器(“镇流器1”)的电路28C。这其实并不算“真正的”镇流器，因为它并不转换电压。但是，与图6和7中的电路28A和电路28B类似，电路28C在初期为灯10提供初期功率(通过240V供电的凸轮定时器130)。开关1的S1-1(N/C)关闭，提供输入A和B之间到灯10的线路。可以看出，此时应用镇流器1的分接头1。一个32μf的电容桥接在输入A和B上。
在第一定时阶段结束时，像图7的电路28B一样，S1-2(N/O)在S2-1(N/C)打开之前关闭，电流路径通过S1-2和S2-1连到镇流器1的分接头2上，灯10的功率提高。
在第三和第四时间，第三和第四次功率调节通过切换到镇流器1的分接头3(S2-2(N/O)，S3-1(N/C))，然后切换到分接头4(S3-2(N/O))实现。当切换到分接头4时，S3-3(N/C)打开或断开，关掉电动机130。
这样电抗器镇流器在物理上发生了变化。这种办法对电压更敏感。
e)改变初级电压还有一个例子是改变电力进入场地处变压器的分接头。换句话说，就是改变进入被照明场地周围的每个镇流器盒22的电压。这样只在一处就可以控制所有灯的工作功率。
一个柱子上的所有灯也可以使用一个有分接头的变压器。选择一种时间机制改变电压以提高功率。可以任意输入，以480V、440V、380V和350V增加。
参考图9，电路28D在处理场地线电压(H1-H2-H3)的变压器次级线圈上有多个分接头(比如3400V、6800V等)，如此实现上述方法。通过在分接头1～4中选择可以为线电压(L1-L2-L3)提供四种不同的电压，(通过像图9中的灯10那样的传统镇流器电路)向系统中所有的灯供电。
通过控制接触器C2、C3、C4、C5可以选择想要的分接头。共有三组分接头1～4和接触器2～5；每组用于初级电压的相位。每组接触器C2、C3、C4、或C5共同控制为L1、L2选择一个电压。因此，如图7的超前峰式实施例，当接触器C2关闭(其他打开)时，就可通过分接头1向电路中的所有灯提供第一电压(和第一工作功率)。要提高灯的工作功率，则打开C2，关闭C3，从而选择分接头2。此后的功率提高可通过选择分接头3和4实现。
这与图7的电路28B不同。比如，因为只有当变压器没有负载时接触器2～5才开关，所以开关没有交叠。如果有交叠，就可能造成危险局面。
有多种实现接触器C2～5的方法。一种方法是使用遥控系统，例如于2000年6月30日递交的同本申请为同一申请人且未决的美国专利申请编号09/609,000中所公开的。每盏灯的工作状态都被监控，例如灯是开着还是关着，已经工作了多长时间等。一台计算机追踪这些信息并通过蜂窝电话系统控制信道与另外一台计算机远程通信。在事先编程做好的时间，(确认变压器没有负载以后)远程计算机发出指令，指示接触器打开或关闭。用这种办法，无需在场地或每个镇流器盒22中设置凸轮定时器或其他定时器。
另外一个集中控制的例子是Musco公司的CONTROL LINKTM，它使用无线网络从中心服务器向分布极广的照明系统控制器进行通信。这些照明系统可能分别在全国各地，甚至世界各地。
分接头可以在一定范围内选择电压，比如，电压的幅度可以相差10％，这样，就可以在事先选定的时间，最好是根据流明下降的情况选定，给所有的灯电路提高电压，从此提高工作功率。如果当到达应该调节工作功率时，灯因为还开着而不能进行调节(变压器上有负载)，则依靠编程和本地控制器以及中心计算机的智能，系统可以等灯关掉以后再改变变压器的分接头。本方法的灵活性就在于，在功率调节之前，即使比如灯工作了210小时，而不是编程好的200小时，也不会有实质性的影响。整个照明系统连续工作超过半天以上的情况极少发生。
因此，图9的理念提供了一种在整个电路的一处为照明系统中改变所有灯的电压的办法。变压器上还可以预留有其他作用的分接头，比如贵宾看台的灯和电源。也可以用另外一个变压器作为辅助电源。可以用分接头1或旁路接触器。
这种替代方案可能会给主变压器开关增加一些成本和复杂性，因为灯关着的时候可能需要开关。
5.功率调节时机的选择a)凸轮定时器凸轮定时器130事实上是成本低而可靠性高的灯工作时间定时器，像洗衣机的电子-机械定时器一样，用直接开关接触的基于凸轮的定时器已有几十年的历史，可靠性极高。
b)电子定时器但是也可以用电子定时器。它能控制继电器接触而完成开关动作。但是它需要合适的部件为其提供电力。如果仅基于记录一天中的时间，则需要一个备用电池，用在当灯关掉而整个系统无电力供应时。商业上这种定时器有很多种类。
可以通过控制电子或机械继电器、接触器或继电器驱动接触来改变开关状态。
电子器件的缺点在于容易因外界环境因素(比如电击)造成损坏或错误，同时，价格相对较贵(微处理器可能需要$20～40)。其他相关结构，比如接触器、双保持继电器(latch relay doubles)等，也会提高成本。这种设备的可靠性有一些固有的缺陷。
c)计算机/处理器控制另外一个例子要参考美国专利和CONTROL LINKTM进行讨论。可用本地或远程计算机记录时间和灯的累积工作时间。计算机还控制开关接触器，并在改变发生时记录事件。
这种设备可以在工厂编程，可以不用电池，就像凸轮定时器130一样，根据电子控制器工作的时间累计灯的工作时间。
6.其他选择本发明还可以采用其他特征。可以用旁路开关在任意选定的时刻把灯的功率提高到额定功率。例如当灯全新时正好有比赛，这样就可能需要在最初的几个小时增加流明输出，而不是在较低的功率下工作。此后开关关闭，由上述的流明维护方法接管或继续。
另外，还可能存在低于额定功率下开启灯的问题。如果使用扼流器，灯的电力可能就有问题，特别是在开启的时候。有一种自动电路通过提供较高的开启电压然后再降到较低的工作电压来解决这个问题(特别是在天气冷的时候)，例如前面到的Musco公司的MULTI-WATTTM可用于该目的。要点亮电灯加热电极需要额外提高相当多的功率。(为了减少损失，此后再降下来)。比如一个线性电抗器镇流器的例子，在天冷的时候，很有用的是将工作功率提高的额定工作功率125％以提供“热启”。实现的办法有多种，包括这里讨论过的改变功率的各种办法。比如，可以在电抗器镇流器上加一个分接头。
如进一步指出的，本发明的方法实际上还能延长灯的使用寿命。据信在低于额定功率下工作可以使流明下降曲线变得更为平缓，这可能会延长灯的使用寿命，因为随时间积累，光损失较少。这可能意味着应该在更久以后才进行功率提高，特别是如果应用本方法使灯的寿命有所延长的话。
电路重置有多种办法。可以替换灯的时候手动操作重置按钮或转盘(例如图12)。或者也可以用一个机械插销，这样不需要接触器。
本发明并不局限于体育照明，而是与任何有类似性质的流明下降的灯有关，可以应用于多种灯、灯具和应用场合。
依据本发明方法的一个变型如下所述灯工作的最初期不做改动(例如最初的累积工作100小时内让灯在额定功率下工作)。把由于流明下降已经减少了一部分的光输出作为输出的“基础值”。然后再让灯在额定功率下工作一段时间(例如直到累计200小时)，此时可以提高灯的工作功率以恢复至少一部分已发生的流明下降。上述方法的一种替代可以是在最初的100小时让灯在额定功率下工作，然后在100～200小时之间降低功率，再在以后的某个时刻提高功率。
应用本发明的另外一个方法如下只要光级别低于预先确定的阈值时，就提高工作功率。比如，为足球场地选择平均尺烛光(fc)级别。用某种测量法(包括自动感应器)，来监测场地的尺烛光级别。如果fc级别低于阈值，则产生信号。该信号则会提高照亮场地的一个或多个灯的工作功率。可以根据试验确定要提高的量。举例来说，假设需要的光级别是100fc，则如果当测量时光级别降到90fc，就应当提高工作功率使光级别恢复到等于或接近100fc。灯的光输出的图会呈现锯齿状。(由于流明下降)会下跌到90fc，功率提高后又升到100fc，然后再跌到90fc，又再升到100fc，等等。或者，确定光级别范围(例如105fc到95fc)，开始时灯设计为向场地提供105fc。当光级别跌至95fc时，提高灯的工作功率使光级别恢复到105fc。随时间流逝，这种方法往往平均给场地提供100fc。还可以开始时提供110fc(假设场地要求的级别是100fc)，当跌至100fc时提高功率使其恢复到110fc。这样可以保证场地照明任何时候都至少能达到期望的照明级别。当然还有其它更多的方法。
权利要求
1.一种操作具有额定工作功率(ROW)和流明下降特性的光源的方法，包括a、使该光源在第一时间阶段以第一工作功率工作；b、该第一时间阶段结束后，使该光源以高于所述第一工作功率的第二实际工作功率工作。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一实际工作功率选择为低于ROW但为所述光源产生接近于期望的输出。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一实际工作功率处于比ROW低约2％到30％的范围。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一时间阶段与所述光源的所述流明下降特性相关，而且所述第一时间阶段接近所述光源的初始快速流明下降期。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述灯以ROW工作一段初始工作时间，然后在所述第一时间阶段以所述第一工作功率工作，然后在所述第二时间阶段以所述第二工作功率工作。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括使所述光源在所述第二工作时间阶段以低于所述正常工作功率额定值的所述第二实际工作功率工作，其中所述第二实际工作功率与补偿所述光源在工作寿命的当时的流明下降所需的额外瓦特量有关，并且增加所述光源的光输出至接近所期望光输出。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二时间阶段长于所述第一时间阶段。
8.如权利要求6所述的方法，进一步包括使所述光源在下述情况之一工作i.在第三工作时间阶段以低于所述正常工作功率额定值的第三实际工作功率工作，ii.在第三工作时间阶段以等于或接近于所述正常工作功率额定值的第三实际工作功率工作，或者iii.在第三工作时间阶段以高于所述正常工作功率额定值的第三实际工作功率工作。
9.一种操作具有流明下降特性的光源的方法，该光源用于为目标区域提供一定级别的照明，包括(a)确定该目标区域期望的照明级别；(b)使该光源以初始工作功率工作以提供至少达到该期望照明级别的初始照明；(c)监测该目标区域的实际照明级别；以及(d)当该目标区域的该实际照明级别降到低于阈值时提高该灯的工作功率。
10.一种用于补偿流明下降特性的设备，包括a、以推荐工作功率产生初始流明输出并具有流明下降特性的光源；b、可操作地与该光源连接的镇流器，通过其为该光源的工作提供电能；c、用于提供相对于该光源或镇流器的多条电路径的开关，每条电路径实现为该光源提供不同的工作功率；d、监控该光源累积工作时间的定时器；以及e、用于在由该定时器监控的累积工作时间中的预先选定的时刻操作该开关的驱动装置。
11.如权利要求10所述的设备，还包括a、灯具，其包括i、具有流明下降特性并在额定工作功率下具有初始光输出的灯；ii、安装该灯的反射器；iii、将该灯和反射器安装到支撑结构的固定件；iv、为该灯提供电能使之产生光输出的镇流器；b、监控灯的累积工作时间的定时器；c、为该灯提供多个工作功率的电路；d、从该电路的多个工作功率中进行选择的开关；以及e、基于该定时器的一个或多个时刻驱动该开关的驱动装置。
12.如权利要求11所示的设备，还包括a、多个灯具；b、每个灯具包括i、有流明下降特性并在额定工作功率下具有初始光输出的灯；ii、安装该灯的反射器；iii、将该灯和反射器安装到支撑结构的固定件；iv、为该灯提供电能使之产生光输出的镇流器；c、监控灯的累积工作时间的定时器；以及d、为该灯提供多个工作功率的电路；e、从该电路的多个工作功率中进行选择的开关；f、基于该定时器的一个或多个时刻驱动该开关的驱动装置。
全文摘要
用于补偿灯流明下降的方法、设备和系统。该方法包括在工作寿命的第一部分的一段时间内灯(10)以额定功率工作。工作功率在之后增加一次或多次。实现了节能。该增加还恢复了至少一些由灯的流明下降引起的光损失。设备(25)使用定时器(100)来跟踪灯(10)的工作时间。以间隔开的时间进行的几次功率改变可以几种方式进行，包括改变灯(10)的电容或者在灯镇流器上使用不同的分接头。
文档编号H05B41/40GK1947474SQ200580012697
公开日2007年4月11日 申请日期2005年2月23日 优先权日2004年2月24日
发明者迈伦·K·戈尔丁, 蒂莫西·J·博伊尔 申请人:马斯科公司