用于灯镇流器的热保护的制作方法

专利名称：用于灯镇流器的热保护的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于灯镇流器的热保护。具体地，本发明涉及一 种具有主动热管理和保护电路的镇流器，该主动热管理和保护电路允 许镇流器能够在已经检测到镇流器过温状态时安全地工作，从而允许 镇流器安全地持续给灯提供电力。
背景技术：
灯镇流器是将标准线路电压和频率转换为适用于特定灯类型的电 压和频率的器件。通常，镇流器是用于容纳一个或多个荧光灯的照明
器材中的一个组件。照明器材可以具有超过一个的镇流器。
一般来讲，镇流器被设计为在规定的工作温度之内工作。可能由 于多种因素而超过镇流器的最大工作温度，包括镇流器与灯的不适当 匹配、不适当的散热以及照明器材的不充分通风。如果没有纠正过温 状态，则可能因而损害或者破坏镇流器和/或灯。
某些现有技术的镇流器具有在检测到过温状态时关闭镇流器的电 路。这通常是借助于传感镇流器温度的热断路开关来执行。当所述开 关检测到过温状态的时候，它通过移除它的电源电压来关闭镇流器。 如果随后达到了正常的镇流器温度，则所述开关可以恢复对于镇流器 的电源电压。其结果是，灯闪烁和/或长时间的失去照明。闪烁和失去照明可能是很恼人的。此外，在其他电气系统中，比如照明控制开关、 断路器乃至配线中，原因可能不明显，并可能被错认为故障。

发明内容
灯镇流器具有温度传感电路和对温度传感器做出响应的控制电 路，该控制电路在已经检测到过温状态时，限制由镇流器提供的输出 电流。只要检测到过温状态，控制电路就主动地调节输出电流，以试 图在继续操作该镇流器(即不关闭该镇流器)的同时恢复到可以接受 的工作温度。输出电流被维持在减少后的水平，直到所传感的温度恢 复到可以接受的温度。
公开了多种调节输出电流的方法。在一个实施例中，在过温状态 期间线性地调节输出电流。在另一实施例中，在过温状态期间以阶跃 函数的方式调节输出电流。在其他实施例中，以不同的组合方式来使 用对于输出电流的线性和阶跃函数调节两者。理论上讲，线性函数可 以被替换为包括线性和非线性函数在内的任何连续递减函数。对于输 出电流的平缓的、线性的调节倾向于在光强方面提供对于偶然的观察 者而言相对觉察不到的变化，而阶跃式调节可被用于产生明显的改变， 以便向人员警示已经遇到或纠正了一个问题。
本发明特别是应用于对调光控制做出响应以便使连接到镇流器的 荧光灯变暗的这种调光镇流器(但不局限于这样的应用)。通常，调 光控制的调节改变由镇流器传送的输出电流。这是通过改变传送给镇 流器的输出电路中的一个或多个开关晶体管的开关信号的占空比，频 率或者脉冲宽度来改变的。这些开关晶体管也可以被称为输出开关。 输出开关是诸如晶体管之类的开关，对其占空比和/或切换频率进行改 变以控制镇流器的输出电流。镇流器的输出电路中的谐振电路接收开 关的输出，以便为灯提供一般来讲为正弦波^(AC)输出电压和电流。 占空比、频率或者脉冲宽度由控制电路进行控制，该控制电路对相位
至DC转换器的输出做出响应，而该相位至DC转换器接收由调光控制所提供的相位控制AC调光信号。相位至DC转换器的输出是DC信号， 其具有随着调光信号的占空比的值而变化的幅度。通常，在相位至DC
转换器中设置一对电压箝位电路(高和低端箝位电路)，用于建立高 端和低端的强度级。低端箝位电路设置镇流器的最小输出电流水平， 而高端箝位电路则设置其最大输出电流水平。
根据本发明的一个实施例，镇流器温度传感器与返送保护电路
(foldback protection circuit)耦合，该返送保护电路在所传感的镇流器 温度超过阈值的时候，根据所传感的镇流器温度来动态地调节高端箝 位电压。高端箝位电压所调节的量取决于所传感的镇流器温度与阈值 之间的差值。根据另一实施例，无需采用高和低端箝位电路来实施本 发明。代之以，返送保护电路可以与乘法器通信，该乘法器随后与控 制电路通信。在这一实施例中，控制器对乘法器的输出做出响应，来 调节开关信号的占空比、脉冲宽度或者频率。
还可依照上述内容，与非调光镇流器相结合地利用本发明。具体 来讲，如上所述地提供镇流器温度传感器和过流保护，并且当镇流器 温度超过阈值的时候，返送保护电路与控制电路通信以改变一个或多 个开关信号的占空比、脉冲宽度或者频率。
在每一实施例中，也可以采用温度截止开关，以便在镇流器温度 超过最高温度阈值时移除电源电压以完全地关闭镇流器(正如现有技 术中那样)。
根据本发明的另一实施例，用于控制从镇流器到灯的输出电流的 电路包括温度传感器和可编程控制器。所述温度传感器热耦合至镇流 器，以提供具有表示镇流器温度Tb的幅度的温度信号。所述可编程控 制器可用于在温度信号的幅度指示Tb已超过预定镇流器温度Tl时令 镇流器进入限流模式。该可编程控制器根据(i)阶跃函数或者(ii)阶 跃和连续函数的组合之中的一种而令输出电流对温度信号做出响应，同时继续操作该镇流器。
此外，本发明提供了一种热保护镇流器，该热保护镇流器包括前
端AC至DC转换器、后端DC至AC转换器、温度传感器和可编程控 制器。所述前端AC至DC转换器接收电源电压，而所述后端DC至 AC转换器与前端AC至DC转换器耦合，用于将输出电流提供给负载； 所述温度传感器适用于提供具有表示镇流器温度Tb的幅度的温度信 号。所述可编程控制器响应于温度信号并且可用于令DC至AC电路调 节输出电流。温度信号令可编程控制器响应于检测到的过温状态而根 据(i)阶跃函数或者(ii)阶跃和线性函数的组合之中的一种来调节输 出电流。
本发明进一步提供了一种控制镇流器的方法，该方法包括以下步
骤a)确定镇流器温度Tb; b)将温度Tb与第一基准温度Tl相比较；
以及c)根据步骤(b)的结果，根据(i)阶跃函数或者(ii)阶跃和 连续函数的组合之中的一种来控制由镇流器提供的输出电流，同时继 续操作镇流器。
根据下文中的对于最佳实施例的详细说明，本发明的其他特征将 变得清楚明白。


图1是现有技术的非调光镇流器的功能框图。 图2是现有技术的调光镇流器的功能框图。
图3是与调光镇流器相结合使用的本发明的一个实施例的功能框图。
图4a图示出典型的调光控制的相位控制输出。 图4b图示出典型的相位至DC转换器的相位控制输出。 图4c图示出高和低端箝位电路对于典型的相位至DC转换器的输 出的影响。
10图5a图示出本发明的实施例的操作，其在镇流器温度大于阈值
Tl的时候线性地调节镇流器输出电流。
图5b图示出本发明的一个实施例的操作，其用于当镇流器温度大 于阈值T2的时候，以阶跃函数的方式将镇流器输出电流减少到水平 Ll，而在镇流器温度减少到正常温度T3时，以阶跃函数的方式将输出 电流增加到100%。
图5c图示出本发明的一个实施例的操作，其在温度阈值T4和T5 之间线性地调节镇流器输出电流，以致如果达到或者超过温度阈值T5， 则以阶跃函数的方式将镇流器输出电流从水平L2减少到水平L3，并 且当镇流器温度减少到阈值T6的时候，以阶跃函数的方式将输出电流 增加到水平L4。
图5d图示处本发明的一个实施例的操作，其采用对于多个阈值的 多个阶跃式变化来调节镇流器输出电流，并且如果输出电流的阶跃式 减少不足以将镇流器温度恢复到正常，则进一步在水平L6和L7之间 线性地调节镇流器输出电流。
图6图示出图3的实施例的一个电路水平实现方式，其呈现出图 5c中的输出电流特性。
图7是用于与调光镇流器相结合使用的本发明的另一实施例的功 能框图。
图8图示出对于图7的实施例的输出电流对比温度的响应。 图9是可与非调光镇流器一起使用的本发明的一个实施例的功能 框图。
图IO是根据本发明的另一实施例的电子调光镇流器的简化框图。 图11是由根据本发明的图10的镇流器的可编程控制器所执行的 热返送保护过程的流程图。
具体实施例方式
现在参看附图，其中类似的数字表示类似的元件，图1和图2中 分别示出了典型的现有技术的非调光和调光镇流器的功能框图。参见 图l，典型的非调光镇流器包括前端AC至DC转换器102，它将所施通常为120伏特的AC， 60赫兹)转换为 较高的电压(通常为400至500伏特的DC)。电容器104使AC至 DC转换器102的103a和103b上的高电压输出稳定。跨越电容器104 两端的高电压被提供给后端DC至AC转换器106，该后端DC至AC 转换器106通常在端子107a和107b处产生45千赫兹至80千赫兹的 100至400伏特AC输出，以驱动负载108，该负载通常为一个或多个 荧光灯。通常，镇流器包括热断路开关110。 一旦检测到过温状态，则 热断路开关IIO将100a处的电源电压移除，以关闭镇流器。如果所述 开关检测到镇流器恢复到正常的或者可以接受的温度，则电源电压被 恢复。
上文的描述适用于图2，另外，图2中示出了后端DC至AC转换 器106的额外细节，并且包括电路218、 220和222，该电路218、 220 和222允许镇流器对来自调光控制216的调光信号217做出响应。调 光控制216可以是任何相位控制的调光器件，并且可以是墙壁安装型 的。可商用的图2类型的调光镇流器的示例是可以从作为本发明的专 利受让人的Lutron Electronics, Co., Inc (宾夕法尼亚州，Coopersburg 市)获得的型号FDB-T554-120-2。正如己知的，调光信号是一种图4a 中所示类型的相位控制的AC调光信号，使得调光信号的占空比以及由 此是调光信号的RMS电压随着调光激励器的调节而变化。调光信号 217驱动相位至DC转换器218，该相位至DC转换器218将相位控制 调光信号217转换为DC电压信号219，该DC电压信号219具有随着 调光信号的占空比的值而变化的幅度，如图4b中所示。可以看出，信 号219—般是线性地跟踪调光信号217。然而，箝位电路220对这一通 常为线性的关系进行修改，如下文所述。
信号219激励镇流器驱动电路222，以生成切换控制信号223a和 223b的至少一个。注意，图2中所示的所述切换控制信号223a和223b 代表现有技术中的在后端转换器106中以逆变器功能(DC至AC)驱 动输出切换的那些切换控制信号。输出开关是占空比和/或切换频率被改变从而控制镇流器的输出电流的开关。所述切换控制信号控制与谐
振电路212、 213耦合的输出开关210、 211的打开和闭合。尽管图2 描述了一对切换控制信号223a和223b，然而可以使用仅仅利用一个开 关信号的等效功能。电流传感器件228将输出(负载)电流反馈信号 226提供给镇流器驱动电路222。所述切换控制信号的占空比、脉冲宽 度或者频率随着信号219的水平(受到电路220的箝制)以及反馈信 号226而变化，以确定由镇流器传送的输出电压和电流。
相位至DC转换器中的高和低端箝位电路220限制相位至DC转换 器的输出219。图4c中示出了高和低端箝位电路220对于相位至DC 转换器的作用。可以看出，高和低箝位电路220分别将之外的线性信 号219的上端及下端箝制在水平400和401。因此，高和低端箝位电路 220建立了最小和最大的调光水平。
通常还采用温度截止开关110 (图1)。到目前为止，已经描述的 所有这些都是现有技术。
图3是采用本发明的调光镇流器的框图。具体来讲，图2中的调 光镇流器被修改为包括镇流器温度传感电路300，以向返送保护电路 310提供镇流器温度信号305。正如下文中将说明的，返送保护电路310 为高和低端箝位电路220'提供适当的调节信号315，以调节高截止水平 400。从功能上讲，箝位电路220'与图2中的箝位电路220相似，然而， 箝位电路220'还对调节信号315做出响应，所述调节信号315对高端箝 位电压(即水平400)动态地进行调节。
镇流器温度传感电路300可以包括具有规定的电阻比温度的系数 的特性的一个或多个热敏电阻，或者是另一类型的温度传感恒温器器 件或电路。返送保护电路310响应于温度信号305与一阈值的比较结 果，产生调节信号315。如果比较结果确定存在过温状态，则返送保护 电路可以或者提供线性输出(使用线性响应发生器)，或者提供阶跃函数输出(使用阶跃响应发生器)，或者提供两者的组合。理论上讲， 图3中所示的示例性的线性函数可以被替换为包括线性和非线性函数 的任何连续函数。为了简单性和清晰性，将使用线性连续函数的示例。 但是，可理解的是，可以等效地使用其他连续函数。无论使用的确切 函数如何，当返送保护电路310表明存在过温状态的时候，该高端箝
位水平400都将从其正常的工作水平减少。减少高端箝位水平400调 节了到镇流器驱动电路222的驱动信号219'，从而改变所述切换控制信 号223a和223b的占空比、脉冲宽度或者频率，并因此减少了由镇流器 向负载108提供的输出电流。在正常的情况中，减少输出电流将会减 少镇流器温度。镇流器温度中的任何下降都将反映在信号315中，并 且据此，高端箝位水平400被增加和/或恢复到正常。
图5a-5d图示出了在过温状态期间调节输出电流的各种示例。这 些示例并不是穷举的，也可以采用其他函数或函数的组合。
在图5a的示例中，当镇流器温度超过阈值Tl的时候，线性地调 节输出电流。如果镇流器温度超过T1，返送保护电路310为箝位电路 220'的高端箝位部分提供限制输入，以便线性地减少高端箝位水平400， 从而可以将输出电流从100%线性地减少到预先选定的最小值。温度Tl 可以通过选择返送保护电路310中的适当阈值来预先设置，如下文中 所更加详细描述的。在过温状态期间，可以在线性区域510中动态地 调节输出电流，直到镇流器温度稳定并且可以恢复到正常。由于荧光 灯常常在灯的饱和区域中工作(这时，灯电流中的增加变化可能并未 在光强度方面产生对应的变化)，因此对于输出电流的线性调节可能 使得强度方面的结果变化难以被漫不经心的观察者觉察到。例如，输 出电流中的40%的减少(当灯饱和的时候)可能仅仅在感知的强度方 面产生10%的减少。
即使输出电流小于最大(100%)值，图3中的本发明的实施例仍 将负载的输出电流限制到线性区域510。例如，参看图5a，调光控制信号217可以被设置为在例如最大负载电流的80%处操作灯负载108。如 果温度升高到超过温度值Tl，则线性限制响应一直到温度达到值T1* 时才被激活。在该值处，可以发生线性电流限制，这将把输出电流限 制到线性区域510。这使得即使灯的原始设置小于100%负载电流，仍 能够使用最大(100%)的线性限制曲线。由于本发明的电流限制动作 允许温度下降，因此只要调光控制信号217未被改变，灯负载电流仍 将再一次返回到最初设置的80%水平。
在图5b的示例中，当镇流器温度超过阈值T2的时候，可以以阶 跃函数的方式来减少输出电流。如果镇流器温度超过T2，则返送保护 电路310为箝位电路220'的高端部分提供限制输入，以便使高端箝位水 平400阶跃式下降；这在所提供的输出电流中产生了从100y。到水平Ll 的立即的阶跃式下降。一旦镇流器温度恢复到可以接受的工作温度T3， 则返送保护电路310允许输出电流再次以阶跃函数的形式立即返回到 100%。注意，恢复温度T3低于T2。因此，返送保护电路310呈现滞 后现象。滞后现象的使用有助于防止当镇流器从较高温度恢复回来的 时候在T2周围发生振荡。输出电流中的突然变化可能在光强度中产生
明显变化，从而向人员警示已经遇至ij和/或纠正了 一^t、问题。
在图5c的示例中，在输出电流中同时采用了线性和阶跃函数调节 两者。对于T4和T5之间的镇流器温度，在100。/。和水平L2之间存在 输出电流的线性调节。然而，如果镇流器温度超过T5，则在所提供的 输出电流中存在从水平L2到水平L3的立即的阶跃式下降。如果镇流 器温度恢复到可以接受的工作温度T6，则返送保护电路310允许输出 电流再次以阶跃函数的形式返回到水平L4，并且再次以线性的方式来 动态地调节输出电流。注意，恢复温度T6低于T5。因此，返送保护 电路310呈现滞后现象，这同样防止在T5周围发生振荡。在100%和 L2之间线性调节输出电流可以使得到的灯强度变化相对不易被漫不经 心的观察者察觉到，而在L2和L3之间输出电流的突然变化则可以使 得它们在光强度上产生明显变化，从而向人员警示已经遇到和/或纠正了一个问题。
在图5d的示例中，采用了一系列的阶跃函数在温度T7和T8之间 调节输出电流。具体来讲，在T7处存在从100。/。到水平L5的输出电流 的阶跃式下降，在T8处存在从水平L5到水平L6的输出电流的另一阶 跃式下降。 一旦温度下降并且恢复，则在Tll处存在从水平L6到水平 L5的输出电流的阶跃式增加，并且在T12处存在从水平L5到100%的 输出电流的另一阶跃式增加(因此，每一阶跃函数均采用滞后现象来 防止T7和T8周围的振荡)。然而在镇流器温度T9和T10之间，采用 了水平L6和L7之间的输出电流的线性调节。同样，图3的返送保护 电路310中的阶跃和线性响应发生器(下文中将说明)允许为各个温 度设置来设定阈值。输出电流中的一个或多个阶跃式调节可以产生光 强度方面的明显变化，而线性调节则相对难以察觉到。
在每一示例中，均可以采用热断路开关，如图1中的110处所示， 用于如果检测到实质上的过温状态移除电源电压并关闭镇流器。
图6图示出图3实施例的选定部分的一个电路水平实现方式。返 送保护电路310包括线性响应发生器610和阶跃响应发生器620。调节 信号315经由箝位电路220'的高端箝位电路630来驱动相位至DC转换 器218'的输出级660。还示出低端箝位电路640。
温度传感电路300可以是随着增加的温度而呈现增加的电压输出 的集成电路器件。温度传感电路300对所述线性响应发生器610和阶 跃响应发生器620进行馈送。阶跃响应发生器620平行于线性响应发 生器610，并且两者都以随温度而定的方式来动作，以便产生调节信号 315。
线性响应发生器610的温度阈值是通过分压器R3、 R4来设置的， 而阶跃响应发生器620的温度阈值是通过分压器R1、 R2来设置的。如本领域中所公知的，阶跃响应发生器620的滞后特性是借助于反馈来 实现的。
低端箝位电路640的阈值是经由被简单标记为VDIV1的分压器来 设置的。相位控制调光信号217被提供到比较器650的一个输入。比 较器650的另一输入从标记为VDIV2的分压器接收电压。相位至DC 转换器218'的输出级660提供控制信号219'。
本领域中技术人员将理解的是，线性和阶跃响应发生器610、 620 的温度阈值可以被设置为使得返送保护电路310或者呈现由阶跃函数 跟随的线性函数(参见图5c)，或者是相反。可以使用两个阶跃响应 发生器620来实现连续的阶跃函数(参见图5d的步骤L5和L6)。还 有，可以通过把阶跃响应发生器620替换为另一线性响应发生器610 来实现连续的线性响应。如果仅仅想要一个线性函数(图5a)或者仅 仅想要一个阶跃函数(图5b)，则仅仅采用该适当的响应发生器。返 送保护电路310可以被设计为产生超过两种类型的函数，例如，通过 添加另一并行的级。例如，可以通过将另一阶跃响应产生器620引入 返送保护电路，并通过设置适当的温度阈值，来获得图5d的函数。
图7是根据本发明的另一实施例的调光镇流器的框图。同样，图 2中的调光镇流器被修改为包括镇流器温度传感电路300，其向返送保 护电路310提供镇流器温度信号305。如前所述，返送保护电路310' 产生调节信号315'，以便在过温状态中修改DC至AC后端106的响应。 名义上来讲，来自于调光控制216的相位控制调光信号217以及高和 低端箝位电路220的输出起到产生控制信号219的作用，该控制信号 219例如被用于图2中的调光镇流器中。然而，在图7的配置中，控制 信号219和调节信号315'是通过乘法器700来组合的。作为结果得到的 乘积信号701被用于与反馈信号226相结合地驱动镇流器驱动电路 222'。应注意的是，镇流器驱动电路222'执行与图3的镇流器驱动电路 222相同的功能，除了镇流器驱动电路222'可以具有不同地縮放后的输入，如下文中所述。
如前所述，在正常操作中，调光控制216起到将相位控制调光信
号217传送到相位至DC转换器218的作用。相位至DC转换器218为 乘法器700提供一个输入219。另一乘法器输入是调节信号315'。
在正常温度条件下，乘法器700仅仅受到信号219的影响，这是 因为调节信号315'被缩放到表示I.0的乘数。从功能上讲，调节信号315' 与图3中的315相似，除了縮放的效果。在过温状态下，返送保护电 路310'对调节信号315'进行縮放，以表示小于1.0的乘数。因此，信号 219和调节信号315'相乘后的乘积将小于1.0，并且因而缩小驱动信号 701，从而减少了到负载108的输出电流。
图8图示出对于图7的实施例的输出电流对比温度的响应。如图 5a中所示出的响应，在100%的负载电流处，电流限制函数可以在温度 Tl以上线性地减少。然而，与图5a不同，图7中的实施例在较低初始 电流设置时的响应更加即时。在图7的乘法器实施例中， 一旦到达阈 值温度Tl,即开始电流限制。例如，可以通过调光控制信号217，将 灯108的工作电流设置在低于最大值的水平，如80%，所述调光控制 信号217产生到乘法器700的输入信号219。假定温度升高到Tl的水 平，则乘法器输入信号315'将立即开始减少到低于l.O的水平，从而降 低了对于驱动信号701的输出。因此，超过阈值温度T1时，100%电流 限制响应曲线8i0与80%电流限制响应曲线820不同。
本领域中技术人员可以理解的是，所述乘法器700可以以模拟或 数字乘法器的形式来实现。因此，实际上用于乘法器输入的驱动信号 将相应地为模拟的或数字的，以便适应所使用的乘法器700的类型。
图9图示出了将本发明应用到例如图2类型的非调光镇流器中， 没有采用高端和低端箝位电路或者相位至DC转换器。如前所述，设置
18了镇流器温度传感电路300,其向返送保护电路310"提供了镇流器温度
信号305。返送保护电路310'向镇流器驱动电路222提供调节信号315"。 并没有对高端箝位电路的水平进行调节，而是将调节信号315"直接地 提供到镇流器驱动电路222。除此之外，对于图3的功能与操作以及图 5a-5d的示例的上述描述均可适应。
图10是根据本发明的另一实施例的电子调光镇流器900的简化框 图。该镇流器900包括可编程控制器910，所述可编程控制器910经由 脉冲宽度调制(PWM)类型信号915来控制镇流器驱动电路222"。该 可编程控制器的输入是由调光控制216和温度传感器920提供的模拟 输入。可选地，由调光控制216提供的输入可包括经由例如数字可寻 址照明接口 (DALI)通信链路的数字通信链路而接收的数字控制信号。
可编程控制器910可以是任何适合的数字控制器机构，诸如微处 理器、微控制器、可编程逻辑器件(PLD)或者专用集成电路(ASIC)。 在一个实施例中，可编程控制器910包括微控制器器件，该微控制器 器件包含至少一个用于模拟输入的模拟至数字转换器(ADC)和至少 一个适合于用作为脉冲宽度调制器的可数字控制的输出驱动器。在另 一实施例中，可编程控制器910包括微处理器，该微处理器与分离的 ADC和可数字控制的输出驱动器通信，以在程序控制下充当脉冲宽度 调制器。本领域的技术人员应理解，微控制器、微处理器、分离的ADC、 数字输出、PWM、 ASIC和PLD的任何组合都适合于实现可编程控制 器910。为了与只有硬件相比而具有更好的灵活性和控制，可编程控制 器经由软件控制来操作输入和输出接口。因而，正如本领域的技术人 员所完全理解的，软件控制程序的多个实施例是可能的。
可编程控制器910直接从调光控制216接收调光信号217，并且 响应于该调光信号217来控制PWM类型输出信号915的频率和占空 比。镇流器驱动电路222"执行与图3的镇流器驱动电路222相同的功 能。然而，镇流器驱动电路222"响应于PWM信号915的频率和占空
19比而不是响应于图3中的DC电压信号219'的电平来控制切换信号223a 和223b。
在正常操作时，在可编程控制器中设定软件高端箝位电压值，提 供了对能驱动灯的最大电流值的限制。可编程控制器910响应于调光 控制216以有效地调节灯108中的电流。调光信号被跟随，直到达到 某个温度，该温度将会迫使对于灯108的高端箝位电流值的减小。因 而，可编程控制器910正常地响应调光信号217，直至在高温状态中软 件高端箝位设定点被软件程序调节了为止。调节高端箝位电流值，使 得如果调光控制要求下述电流水平，则最大的预定电流限制不会被超 过，所述电流水平高于特定温度的预定值。如果呈现高温状态，但是 调光控制被设定成会导致低于高端箝位值的电流水平的值，则调光器 控制信号的值仍将控制该箝位电流。与此不同，在高温状态中，其中 调光控制会导致灯处的高电流值，数字控制器910的编程有效地降低 了软件高端箝位，以保持灯工作在预定电流水平下。
回头参考图10，镇流器900进一步包括温度传感器920，该温度 传感器920热耦合至镇流器。在一个实施例中，温度传感器920可以 是集成电路(IC)传感器，诸如由Fairchild Semiconductor制造的模块 编号FM50。温度传感器920产生DC温度信号925,该信号具有响应 于镇流器900的温度而线性变化的幅度。作为特定示例，在FM50温度 传感器的输出端处的温度信号925的幅度VTEMP可以如下定义
F證=500 + 10.r細(mF) (等式l)
其中，T/^。是fm50温度传感器的温度，单位为摄氏度rc)，
表示镇流器900的当前温度。如果使用不同的温度传感器，会存在输 出电压和温度之间的不同关系。
温度信号925由硬件低通滤波器930滤波以生成滤波后的温度信号935。低通滤波器930可以是电阻-电容(RC)电路，如图10所示， 该电路包括电阻器RLPF和电容器CLPF。优选地，电阻器RLPF具有 6.49kQ的电阻且电容器具有0.22pF的电容，从而低通滤波器930具有 700.4弧度/秒(即，111.5Hz)的截止频率。替代图10中所示的RC配 置，可以使用低通滤波器930的其他配置。滤波后的温度信号935被 提供给可编程控制器910的模拟至数字转换器(ADC)输入端。因此， 可编程控制器910可用于响应于镇流器900的温度和调光控制信号217 来控制镇流器驱动电路222"并且从而控制灯108的亮度。
图11是由根据本发明的可编程控制器910所执行的热返送保护过 程IOOO的流程图。在图ll所示的示例性实施例中，可编程控制器910 根据图5c所图示的控制方案响应于温度来控制镇流器900的输出电流， 所述控制方案包括对温度的连续函数响应和阶跃函数响应。然而，可 编程控制器910可根据图5a-5d所示的控制方案中的任何一个或者未示 出的另一控制方案来控制输出电流。本领域的技术人员容易认识到该 可编程控制器的编程灵活性和操作适应性。因而，使用可编程控制器 910，可以实施图5a-5d控制方案中的任何一种或它们的任何组合，用 于镇流器控制。在使用可编程控制器910实施图5c时，镇流器900的 输出电流通过调节软件高端箝位来获得，所述软件高端箝位定义了输 出电流的最大允许水平。软件高端箝位的调节给可编程控制器提供了 灵活性，以容许为镇流器选择的任一的温度与电流的关系曲线的最大 电流值。
参考图ll，在步骤IOIO，计时器首先被重置为O,并且值开始增 加。在步骤1012，可编程控制器910的ADC输入端处的滤波后的温度 信号935被采样。然后，在步骤1014，样本被施加到软件实现的数字 低通滤波器，以使滤波后的温度信号935中的纹波平滑。在一个实施 例中，数字低通滤波器是一阶递归型滤波器，其可如下定义
y(")="0.x(")+61.y("-l) (禁式2)
21其中，x(")是来自步骤1012的滤波后的温度信号935的当前样本，
^" —0是前一被滤波的样本，并且^")是当前被滤波的样本，即，数字 低通滤波器的当前输出。在一个实施例中，常数"G和W的值分别为0.01 和0.99。
如果^E步骤1016处计时器还没有达到预定时间tWAIT，则进程再 次循环至采样以及滤波。在一个实施例中，步骤1012和1014每2.5毫 秒执行一次。每一个2.5毫秒样本都被施加到滤波器并且在提取下一样 本之前被处理。当在步骤1016处计时器已经超过预定时间tWAIT时， 如下所述，镇流器900的输出电流响应于滤波后的样本而受到控制。 在一个实施例中，预定时间tWAIT为一秒，从而可编程控制器910不 会响应于温度太快地调整输出电流。如果输出电流响应于镇流器的温 度而太快地受到控制，则过滤后的温度信号935中的噪音会导致灯108
闪烁。将温度传感器的多个样本施加到数字低通滤波器，通过滤除温 度样本中的噪音而有效地控制闪烁。
如果在步骤1018处滤波后的样本不大于温度T4，如图5c所示， 则在步骤1020处高端箝位软件设定点被设定为100%。即是说，允许 镇流器900响应于输入到可编程控制器的调光控制216而将灯108的 亮度控制到最大可能水平。接着，进程循环到步骤IOIO而重置计时器。
如果在步骤1018处滤波后的样本大于温度T4，则在步骤1022处 关于滤波后的样本是否大于温度T5 (图5c)做出判定。如果是，则在 步骤1024处将高端软件设定点箝位设定为水平L3 (图5c)，使得灯 108的最大可能亮度被限制到水平L3，然后进程循环回到步骤1010。 否则，进程移至步骤1026。
如果在步骤1026处高端设定点箝位等于水平L3，则在步骤1028 处关于滤波后的样本是否大于温度T6 (图5c)做出判定。如果是，则在步骤1024处将高端箝位设定为水平L3，并且进程循环到步骤1010。 如果在步骤1026处高端箝位不等于水平L3,或者如果在步骤1028处 滤波后的样本不大于温度T6，则在步骤1030处将高端箝位设定为在 T4和T5之间的线性区域中的点P，其中
户=100% — T4)/(r5 — T4). (100% —丄2) (等式3 )
接着，进程循环回到步骤1010。
如上所述，如果调光器控制216要求下述灯亮度水平，所述灯亮 度水平要求低于软件高端箝位水平的灯电流，则可编程控制器对调光 器控制216和相对应的信号217做出响应。如果调光器控制216被设 定成要求对应于超过软件高端箝位电流水平的灯电流的灯亮度水平， 则可编程控制器910有效地将灯电流水平限制到所计算的高端箝位电 流值。
图11中的方法可用于在保持镇流器处于工作状态的同时稳定在 过热的镇流器中的温度。参考图5c，通过在步骤1030或1024处经由 软件设定点箝位而降低高端电流，具有超过T4的温度的镇流器将消耗 较少的电力，从而给镇流器机会以冷却。在步骤1018处灯达到低于T4 的温度之后，在步骤1020处，镇流器可经由设定点改变至100%而再 一次返回到最大电力，从而恢复非电流限制操作和调光器控制的对应 的全范围使用。
在可选实施例中，图10的配置可构造成没有调光控制216。在该 实例中，非调光镇流器设计令可编程控制器910将灯电流维持在固定 水平并且调节用以工作在不同的温度下。如图11的流程图所述的用于 高温工作的高端箝位电流值调节适用于作为如上所述的使用图5c中的 曲线的示例。利用温度补偿技术的可编程方面，其他的电流与温度的 关系曲线，诸如图5a-5d中的任何一个或者它们的任何组合都是可能的。
此处所描述的用于实现本发明的电路优选与镇流器其本身一起封 装或被封闭在镇流器之内，虽然这种电路可以与镇流器分离地封装或 远离镇流器。
对于本领域中技术人员清楚明白的是，在不脱离本发明的精神或 范围的情况下，可以对本发明的装置和方法做出各种修改和变动。例 如，尽管公开了线性减函数作为实施电流限制的一种可行实施例，但 是，在脱离本发明的精神的情况下，其他连续减函数、甚至非线性减 函数也可以被同作电流限制机制。因此，其意图是，本发明包含对于 本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在权利要求及其等效物的 范围之内。
权利要求
1. 一种用于控制从镇流器到灯的输出电流的电路，包括a)温度传感器，与所述镇流器热耦合以提供温度信号，所述温度信号具有指示镇流器温度Tb的幅度；和b)可编程控制器，可操作用于在所述温度信号的幅度指示Tb已经超过预定镇流器温度T1时使所述镇流器进入电流限制模式；其中，所述可编程控制器根据(i)阶跃函数或者(ii)阶跃和连续函数的组合之中的一种来使所述输出电流对所述温度信号做出响应，同时继续操作所述镇流器。
2. 根据权利要求l所述的电路，其中所述可编程控制器包括微控 制器、微处理器、可编程逻辑器件和专用集成电路中的一种。
3. 根据权利要求l所述的电路，进一步包括低通滤波器，可操作用于接收所述温度信号以及将滤波后的温度 信号提供给所述可编程控制器。
4. 根据权利要求3所述的电路，其中所述低通滤波器包括电阻器和电容器。
5. 根据权利要求l所述的电路，进一步包括镇流器驱动电路，其响应于来自所述可编程控制器的脉冲宽度调 制信号，所述脉冲宽度调制信号导致与由调光器控制信号设定的电流 水平或者软件高端箝位值相对应的灯电流。
6. 根据权利要求l所述的电路，其中所述可编程控制器包括 处理器，用于执行软件程序以输入并处理调光器控制信号和温度信号；至少一个模拟至数字转换器，用于对所述温度信号进行采样；和脉冲宽度调制数字输出信号。
7. 根据权利要求6所述的电路，其中所述软件程序包括 用于对所述温度信号的多个连续性样本进行处理的指令；和 用于计算软件高端箝位值以限制到所述灯的电流的指令。
8. 根据权利要求7所述的电路，其中用于对所述温度信号的多个连续性样本进行处理的所述指令包括递归型数字滤波器。
9. 根据权利要求1所述的电路，其中所述可编程控制器响应于所 述温度信号来减小最大允许输出电流。
10. —种热保护镇流器，包括(a) 前端AC至DC转换器，用于接收电源电压；(b) 后端DC至AC转换器，与所述前端AC至DC转换器耦合， 用于将输出电流提供给负载；(c) 温度传感器，适用于提供具有指示所述镇流器的温度Tb的 幅度的温度信号；和(d) 可编程控制器，其响应于所述温度信号并且可操作用于使所 述DC至AC转换器调节所述输出电流；其中，所述温度信号使所述可编程控制器响应于检测到的过温状 态而根据(i)阶跃函数或者(ii)阶跃和线性函数的组合之中的一种来 调节所述输出电流，同时继续操作所述镇流器。
11. 根据权利要求IO所述的热保护镇流器，进一步包括 硬件低通滤波器，可操作用于接收所述温度信号以及将滤波后的温度信号提供给所述可编程控制器。
12. 根据权利要求IO所述的热保护镇流器，其中所述可编程控制 器包括处理器，执行对调光器控制信号和温度信号进行处理的指令以控 制所述输出电流，其中所述处理器响应于所述调光器控制信号而工作 在第一电流水平，直至达到具有对应的较低电流水平的温度，其中减 小到所述较低电流水平是肯定的。
13.根据权利要求12所述的热保护镇流器，其中由所述处理器执 行的指令包括递归型数字滤波器，所述递归型数字滤波器用于对来自 所述温度传感器的信息进行滤波。
14. 一种控制镇流器的方法，包括以下步骤a) 确定所述镇流器的温度Tb;b) 将所述温度Tb与第一基准温度Tl相比较；以及c) 根据步骤(b)的结果，根据(i)阶跃函数或者(ii)阶跃和连续函数的组合之中的一种来控制由所述镇流器提供的输出电流，同 时继续操作所述镇流器。
15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤 获取表示所述镇流器的温度Tb的温度信号。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中获取所述温度信号包括使用硬件低通滤波器来对所述温度信号进行采样。
17.根据权利要求15所述的方法，其中控制输出电流的步骤包括 通过模拟至数字转换器获取所述温度Tb的多个样本； 将所述样本施加到数字滤波器；确定所述数字滤波器输出是否超过所述第一温度Tl; 如果所述数字滤波器输出超过所述第一温度Tl，则对与所述镇流 器在所述温度T1处的操作相对应的高端电流值进行计算，其中计算是 (0阶跃函数或者(ii)阶跃和连续函数的组合之中的一种；以及 调节所述输出电流以与计算的高端电流值相对应。
18. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤 获取表示期望的灯照明水平的调光器控制信号，所述调光器控制信号使用可编程控制器来获取，所述可编程控制器响应于所述调光器 控制信号而在第一电流水平操作所述镇流器，直至所述温度信号指示 升高的镇流器温度；以及在确定了升高的镇流器温度时，根据所述可编程控制器的温度与 电流的关系图形来减小所述输出电流。
19. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤 将所述温度Tb与第二基准温度T2相比较，所述第二基准温度T2大于所述第一基准温度T1;其中控制输出电流的步骤进一步包括以下步骤当所述温度Tb在所述第一基准温度Tl与所述第二基准温度T2 之间时，相对于所述温度Tb来线性地控制由所述镇流器提供的所述输 出电流；以及当所述温度Tb大于所述第二基准温度T2时，根据阶跃函数来控 制由所述镇流器提供的所述输出电流。
20. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤 将所述温度Tb与第二基准温度T2相比较，所述第二基准温度T2大于所述第一基准温度T1;以及将所述温度Tb与第三基准温度T3相比较，所述第三基准温度T3 大于所述第一基准温度T1以及小于所述第二基准温度T2;其中控制输出电流的步骤进一步包括以下步骤当所述温度Tb在所述第一基准温度Tl与所述第二基准温度T2 之间时，相对于所述温度Tb来线性地控制由所述镇流器提供的所述输 出电流；当所述温度Tb大于所述第二基准温度T2时，根据阶跃函数来将 由所述镇流器提供的所述输出电流控制到第一幅度；以及随后，当所述温度Tb低于所述第三基准温度T3时，根据阶跃函数来将由所述镇流器提供的所述输出电流控制到第二幅度，所述第二幅度大于所述第一幅度。
全文摘要
当在镇流器中检测到过温状态时，根据(i)阶跃函数或者(ii)阶跃和连续函数的组合之中的一种，动态地限制镇流器的输出电流，从而降低镇流器的温度，同时继续操作镇流器。
文档编号H05B41/285GK101513131SQ200780032017
公开日2009年8月19日 申请日期2007年6月15日 优先权日2006年7月18日
发明者乔纳森·奎尔, 托马斯·R·海因兹, 文卡特什·基塔, 马克·S·泰帕莱 申请人:卢特龙电子公司