专利名称：运行高压气体放电灯的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运行高压气体放电灯的装置，这种高压气体放电灯使用一种具有灯因数(lamp factor)大体上提高到1.0的电子镇流器。
高压气体放电灯使用电子镇流器的原因，是由于与普通所谓的感应镇流器相比，电子镇流器可以做成小型化，且重量较轻。另外，电子镇流器比普通电感镇流器优越的一个众所周知的地方在于，为了获得一额定工作功率，具有灯功率因数大体为1.0的电子镇流器所需的灯电压和灯电流比具有功率因数为0.9或更低的普通镇流器所需的灯电压和灯电流要低，这一点可以从
图12A和12B中看出，图中，带有电子镇流器的灯的负载特性用实线表示，带有普通镇流器的灯的负载特性用虚线表示。图12A所示的各负载特性中，灯功率WLA用纵轴表示，灯电压VLA用横轴表示。图12B描述同一负载特性，其中，灯电压VLA用纵轴表示，灯电流ILA用横轴表示。从图中可以看出，受电子镇流器控制的灯产生额定灯功率W0所需的额定灯电压V01和电流I01比受普通镇流器控制的灯产生额定灯功率W0所需的额定灯压V02和电流I02要低。因此，电子镇流器所产生的温度应力比起普通镇流器要小。另外，就施加到灯上的最大灯功率而言，由于比起普通镇流器来说，电子镇流器的灯电压和灯电流较低，因此给出最大灯功率较低，因而认为其温度应力会降低。就此而言，可以期待用电子镇流器延长灯的工作寿命。
然而，人们却发现电子镇流器降低了灯的工作寿命。事实上，人们发现某些受电子镇流器控制运行的灯的工作寿命减至受普通镇流器控制运行的灯的工作寿命的一半还不到。通过研究，发明人发现，受电子镇流器控制运行的灯比起受普通镇流器控制运行的灯来说，灯的电弧管中局部温度上升要显著得多。这一研究集中在对呈现灯的局部温度的电弧亮度上进行。电弧亮度的测量是如图13所示，运作水平放置的灯来进行的，并被确定在灯的电极2之间建立的电弧点X处为最大亮度，这里，沿电弧的长度方向上亮度是变化的，并且此电弧亮度被确定为与灯的局部温度基本成正比。这一研究是对三种灯(即新灯、刚刚接近灯寿命终了并呈现最大灯电压的旧灯以及介于新旧灯之间的灯)，用电子镇流器和普通镇流器分别改变灯功率WLA和灯电压VLA测量具有相同电弧亮度的点。所使用的灯是德国OSRAM制造的名称为HQI-TS150W/NDL的150W金属检卤灯。为获取具有相应不同灯功率和灯压的、不同级别的相等亮度点1，2和3，选择了三种级别的电弧亮度。弧光亮度级别是，数字越大，级别越高(3＞2＞1)。将如此测量的点绘出，如图13所示，图中，直线NEW1和NEW2、INT1和INT2以及OLD1和OLD2分别对应于用电子镇流器和普通镇流器控制的新灯、半新旧灯和旧灯，其中，实线和虚线分别表示用电子镇流器和普通镇流器运行的灯的变化的电弧亮度。从图13可以得知，因为灯电压VLA就在额定电压V01的附近，所以，在给出相同电弧亮度的情况下，电子镇流器和普通镇流器处所需的灯功率之间没有很大差异。但是，在灯经历了长时期使用以后，当灯电压超过额定电压V01而增大时，分别给出级别2和3的相同电弧亮度所需的灯功率之间存在着显著的差异。换言之，当灯电压超过额定灯电压而增大时，可以看到，当由电子镇流器和普通镇流器运行的同一灯给出同一灯功率(即亮度级别)时，由电子镇流器运行的灯的电弧亮度比用普通镇流器运行的灯的电弧亮度要大得多。这就意味着，在相同灯功率下使灯工作时，电子镇流器所引起的局部温度的上升比起普通镇流器所引起的局部温度的上升要显著得多。这种局部温度的显著上升被认为可归因于电子镇流器所给出的灯功率因数的提高。即，为了给出相同的灯功率，电子镇流器所需的灯电流比普通镇流器所需的灯电流低，并且对于产生同样的平均电弧温度，电子镇流器比普通镇流器给出更窄的电弧。因此，当灯电压超过额定电压时，灯电流被认为集中在电弧的中央，从而显著增加电弧亮度，电弧中央的亮度最大。当电弧亮度随灯中的局部温度上升而变大时，由石英玻璃制成的电弧管就暴露在局部热集中的中心。当这一局部热集中十分显著时，石英玻璃将经历再晶体化过程而使一部分发白、混浊。发白混浊部分将电弧产生的光和热反射到电弧管的其他部分，从而提高了电弧管的整体温度，最终使灯损坏而不能使用。在充钠灯的情况下，电弧管局部或整体温度的上升被认为会引起钠泄漏，从而使灯严重损害。
为了避免上述问题，延长灯的工作寿命，发明人在日本专利公开(KOKOKU)号为5-76158的专利文献中建议了一种使用具有灯功率因数约为1.0的电子镇流器来控制高压气体放电灯的方法。这一方法的特征在于，使灯功率按灯等亮度曲线而变，从而使电弧的弧光亮度在变化的灯电压范围内保持在一恒定水平上。等亮度特性曲线与图13给出的三条实线曲线X1、X2和X3类似，这三条特性曲线由测得的等亮度点得到但被挑选用来代表与在额定灯电压上产生相同的电弧亮度级别。用这种方法可以消除电弧亮度过量的增加，即消除了灯超过额定灯压在增加灯压工作情况下的局部温升，从而延长灯工作寿命。
尽管上述方法可以有效地用来延长灯寿命，但产生的问题是，当灯电压在超过额定电压的情况下增大时，伴随着光通量的减少，灯功率急剧减少，这可以从图3所示的特性曲线X1、X2和X3看出。
上述问题在本发明中已经解决，本发明提供了一种延长灯寿命，并在期望的灯寿命期间保持灯功率恒定的控制高压气体放电灯运行的装置。此装置使用一种灯功率因数大体为1.0的电子镇流器控制灯的运行，该灯具有额定灯电压并在期望灯寿命期间呈现灯压上升。参照图1很易理解本发明。此装置依赖于获取灯等亮度特性曲线区X方法，灯电压VLA和灯功率沿曲线X变化的方式使在灯电极之间建立的电弧亮度大体保持在恒定水平上。电弧亮度被定义为沿电弧长度方向上，具有变化亮度的电弧的最大亮度。上述恒定水平被确定为当灯在额定灯电压V01下由电子镇流器运行时灯给出的亮度。分析这样获得的灯功率曲线X来确定一特定灯电压，这一特定灯电压即特性曲线上具有最大灯功率Wa的弯曲点。此装置包含用来实施使灯按照第一负载特性的步骤运行的装置，用以控制沿着灯的特性曲线X显著地增加灯功率WLA，直至灯电压VLA增加至一特定灯电压Va，并且在灯电压增加超过此特定灯电压Va以后，按照第二负载特性控制灯运行，使灯功率保持在灯特性曲线X之上，但不超过最大灯功率Wa，并使电弧亮度保持在一预定极限水平以下。因此，本发明的首要目的在于提供一种使高压气体放电灯运行的装置，这种装置能够延长灯的工作寿命，而不会降低灯的光通量。
最大灯功率Wa给出可运行灯功率的上限，在这一上限灯功率以下，灯可以在延长了的灯寿命以下工作，而无需实际上降低其光通量，其原因如下所述。通过对灯特性曲线X的进一步研究，发明人在实验上发现，如果在灯电压超过此特定灯电压Va而增加的情况下，灯功率的增加超过了最大灯功率Wa，则灯寿命下降。即，当灯电压增加时，弧光将出现更大的弯曲，从而更加靠近电弧管的管壁，这样，将引起局部温度随灯电流(即灯功率)的上升而升。发明人发现，当灯电压在超过特定灯电压Va的情况下增加从而灯功率在超过最大灯功率Wa的情况下增加时，局部温度的上升将严重损坏此灯。这一发现使第二负载特性被确定作为灯功率上限，它等于在特定灯电压Va下用来避免损坏灯从而确保延长灯工作寿命的等亮度特性曲线上的最大灯功率Wa。
同时，这一上限电弧光亮度用来确定使灯安全工作的最大允许灯温，它由制造商提供。通常，灯制造商是按照允许最大灯功率给出最大允许灯温的，而允许最大灯功率是根据由具有灯功率因数大约为0.9的普通镇流器控制灯运行来确定的。所以，使灯在此规定的允许最大灯功率范围内工作，是不会出现问题的。然而，当使用具有灯功率因数大体为1.0的电子镇流器时，即使灯功率处于特定允许最大灯功率以下，灯也将会过度受热而超过此允许最大温度，从而损坏灯。考虑到上述可能性，本发明给出的上限电弧亮度能够很好地指示灯温，从而消除灯的过热，补偿电子镇流器和普通镇流器之间功率因数中的差异，确保延长灯寿命。在灯寿命(即在最大可工作灯电压Vb下)终了之前由普通镇流器运行的灯的弧光亮度被确定为弧光亮度的上限。
第二负载特性最好用相对于灯电压上升具有负灯功率斜率的直线来表示，这一直线从特定灯电压Va下的最大灯功率Wa点延伸到另一灯特性曲线Y上一工作电压下的灯功率B点。该工作电压采用一个具有灯功率因数为0.9或更低的普通的所谓电感镇流器来运行一个接近寿命终了的放电灯所需的电压。这一接近寿命终了的放电灯被定义为当灯由普通电感镇流器运行时，其升高的灯电压趋于引起灯熄灭。所获得的灯特性Y给出相对于灯电压的变化灯功率，其方法是，使电子镇流器工作保持灯受普通镇流器控制运行时，在控制运行电压下接近寿命终点的灯所表现出来的固定弧光亮度。按照这样确定的第二负载特性曲线，可以对灯功率进行连贯控制，从而既确保了灯寿命的延长，又产生了足够的光输出。因此，当使灯在等于或低于相应于此最大允许灯电压Vb的灯功率B时，可以期望灯具有大于或者至少等于普通镇流器控制运行的延长了的灯寿命。
电子镇流器最好制做成限制灯的功率，当灯电压增加至最大可运行灯电压Vc时，可迫使处于寿命终点的灯熄灭，防止灯的事故性损坏，不然的话，即使灯电压增加到超过最大的可运行电压时，灯仍将在更大的灯功率下运行，这种事故损害将可能发生。
同样，电子镇流器可提供第二负载特性。一旦灯电压增加至超过作为灯已超过整个寿命期指示的最大可运行电压时，该负载特性不再给出有效的灯功率，从而迫使超过寿命期的灯熄灭。
电子镇流器可包含一个提供高频交流电压使灯运行的逆变器，并且包括用来实现第一和第二负载特性的装置;电子镇流器或者包含一个给出矩形波形的、使灯工作的交流电压，并且包括用来实现第一和第二负载特性的装置。
本发明的这些以及其他一些目的和优点在下文结合附图对最佳实施例的描述中，将变得更加清楚。
图1是灯功率灯电压的变化关系图，描述本发明所述高压气体放电灯的第一和第二负载特性，这两个特性是由获得的等亮度特性曲线X和Y确定的，这两条曲线用来指示各电弧亮度，一条表示灯处于额定电压下的情况，另一条表示灯处于灯寿命终了时的情况;
图2是本发明第一种实施例中，用于使灯运行的电子镇流器电路图;
图3是电子镇流器中所使用的功率控制器电路图;
图4A至4C是描述图2所示电路中各点处的电流波形图;
图5A至5G是描述当使灯在一特定灯电压Va以下的某一灯电压下工作时，图3所示电路的各点处电压的波形图;
图6A至6F是描述当使灯在所述特定灯电压Va以上的灯电压下工作时，图3所示电路各点处电压的波形图;
图7是本发明第二种实施例中，用于使灯运行的电子镇流器的电路图;
图8A至8D是描述图7所示电路工作的波形图;
图9是本发明第三种实施例中，用于使灯运行的电子镇流器的电路图;
图10A至10D是描述图9所示电路工作的波形图;
图11是一个可以附加到第二种实施例的镇流器上的灯熄灭器电路图;
图12A是灯功率随灯电压的变化关系图，其中实线表示由电子镇流器运行的灯的负载特性，虚线表示由普通镇流器运行的灯的负载特性;
图12B是灯电压随灯电流的变化关系图，其中，实线表示由电子镇流器运行的灯的负载特性，虚线表示由普通镇流器运行的灯的负载特性;
图13是灯功率随灯电压的变化关系图，图中给出几条表示三种不同工作灯电压的三种不同级别的电弧亮度，其中，实线代表由电子镇流器运行的灯的特性，虚线代表由普通镇流器运行的灯的特性;
图14是灯的电弧管电极之间的电弧建立的示意图。
首先参考图1，图中给出第一和第二灯特性，在一期望灯寿命内，用一灯功率WLA随灯电压VLA上升而变化的电子镇流器来使一高压放电灯运行。这第一和第二特性曲线是由二条等亮度曲线X和Y确定的，每一条曲线对应于一个标准灯给出具有变化灯功率的同一电弧亮度的各点。电弧亮度定义为，当标准灯由一电子镇流器运行、并且灯被水平放置时，标准灯的电弧管电极之间建立的电弧的最大亮度。如图14中所示，在电极2之间建立的电弧3的中点X处可以看到最大亮度，且电弧亮度沿电弧的长度上变化，指示电弧管的局部温度。所使用的标准灯是一种德国OSRAM制造的“HQITS 150W/NDL”检卤灯。所使用的电子镇流器具有灯功率因子大体为1.0并给出产生额定灯功率Wo的额定灯电压为Vo。额定灯电压Vo低于灯制造商所规定的额定灯电压，该电压适用于常规的电感镇流器，这种镇流器系依据于限流变压器原理、并具有灯功率因数大约为0.9或更低。等亮度曲线X指示与灯在额定灯电压VO下所表现的电弧亮度相等的电弧亮度各点，并且等亮度曲线X是用使灯的负载阻抗随灯功率的变化而变化得到的。另一条等亮度曲线Y指示与灯恰好达到其工作寿命终点时(即由普通镇流器运行下的最大工作灯电压Vb)的电弧亮度相等的亮度各点，并且这条曲线是通过改变灯的负载阻抗和灯功率获得。所以，电弧亮度在从曲线X朝向曲线Y的各点处变大。等亮度曲线X在给出最大灯功率Wa的某一特定电压Va处有一弯曲点。这条使灯工作的第一负载特性曲线是用一段等亮度曲线X来定义的，这一段等亮度曲线X在刚好超过额定电压Vo的特定灯电压Va下达到最大灯功率Wa。第二负载特定义为，从特定灯电压Va下的最大灯功率Wa的点，随灯电压的上升而进一步从特定灯电压Va沿伸至最大工作灯电压Vb的画阴影线的区域Z。区域Z限定在曲线X之上，其上限为最大灯功率Wa。
按照本发明的第一种实施例，上述第一和第二负载特性是由具有图2所示电路结构的电子镇流器来实现的。此电子镇流器含有一个与交流电源AC相连的升压斩波器10，交流电源AC给出一光滑的升压直流电压，然后，通过一降压斩波器20降压，通过一滤波器向一逆变器40提供一直流电压。此逆变器从输入的直流电压提供一交流电压，使灯1工作。在降压斩波器20和滤波器30之间插入一电压/电流检测器50，向逆变器40提供一输入直流电压的分压，作为灯电压VLA的指示，同时也给出指示灯电流ILA的电压。
升压斩波器10含有一电感11、一二极管桥式整流器12、一电容13、一电感14、一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)15、一二极管16和一光滑电容17。MOSFET15由一斩波器及逆变器控制器60驱动进行重复切换，即，对来自整流器12的脉动直流电压，以40至50KHZ的频率进行斩波，从而在光滑电容17的两端建立起升压直流电压。降压斩波器含有一MOSFET21、一二极管22和一电感23。MOSFET21由功率控制器70驱动，在20至60KHZ的高频下对具有变化占空比的电压进行斩波，从而给出一变化的降压直流电压，通过电感23，提供一如图4A所示的三角波电流I1。电流I1然后再经由电容31和电感31组成的滤波器30滤除其高频组分，向逆变器40提供一光滑的直流电流I2。
逆变器40含有两条由MOSFET41至44构成的成对连接的串联电路，MOSFET41至44组成全桥结构，逆变器40还含有四个二极管45至48，每一个二极管与每一个MOSFET成反向并联方式连接。MOSFET桥的输入通过滤波器30接收电流I2，其输出与灯1相连。MOSFET由斩波器及逆变器控制器60驱动，其方式是，在一条对角线上的第一和第四MOSFET41和44同时导通和截止时，另一条对角线上的第二和第三MOSFET42和43同时截止和导通，从而提供如图4C所示的、具有低频60至400Hz的三角波形灯电流ILA，使灯1工作。电压/电流检测器50含有一由电阻51和52组成的分压器，跨接在逆变器40的输入端，提供一指示灯电压VLA的电压信号。检测器50中还包括一检流电阻53，用来监测灯电流ILA并给出一相应的电压信号。这些电压信号被馈送到功率控制器70的端子(h)和(g)，以下面将要讨论的反馈方式作出响应，改变降压斩波器20的MOSFET21的占空比。
如图3所示，功率控制器70含有一灯电压放大器80，一灯电压鉴别器90、一灯电流放大器100和一脉宽调制器110。灯电压放大器80含有一运算放大器81，运算放大器81通过电阻82，从端子(h)接收指示灯电压的分压，并由电阻83、84和85放大灯电压，把由此产生的输出电压提供给一差动放大器86。差动放大器86提供一变化电压Vx，当运算放大器81的输出电压变小时，电压Vx变大。灯电压鉴别器90含有一比较器91，比较器91的同相端用来接收来自端子(h)的、指示灯电压的同一电压，其反相端用来接收来自电压源92的参考电压V2。参考电压V2被选择用来响应特定灯电压V2(如图1所示)，从而当灯电压超过特定灯电压Va时，比较器91给出一高电平输出。在这种情况下，三极管93导通，使电阻85与电阻84并联连接，从而提高运算放大器81和放大倍数，降低来自差动放大器86的电压Vx。灯电流放大器100含有一运算放大器101，运算放大器101用来接收来自端子(g)的、指示由电阻102、103和电容104进行放大的灯电流的电压。所产生的输出Vy被馈送到比较器71，并在比较器71处与来自差动放大器86的电压Vx进行比较，从而给出如图5E和6E所示的输出电压Ve，当来自灯电流放大器110的电压Vy高于来自灯电压放大器80的电压Vx时，Ve为高电位。比较器71的输出被馈送到或非门72。脉宽调制器(PWM)110含有一脉冲发生器111，脉冲发生器111把如图5A和6A所示的锯齿脉冲VPL提供给第一和第二比较器112和113的反相端。第一比较器112把来自灯电流放大器100的电压Vy与来自脉冲发生器111的锯齿脉冲VPL进行比较，把如图5C和6C所示的输出Vcpl提供给或门73，而第二比较器113把电压VPL与来自电压源114的参考电压V1进行比较，把如图5B和6B所示的输出Vcp2提供给或门73。或门73对此作出响应，把如图5D和6D所示的电压Vd提供给或非门72，或非门72再提供一如图5F和6F所示的具有变化占空比的控制电压Vf。通过驱动器120馈送的控制电压使改变导通时间的降压斩波器20的MOSFET21处于导通状态，从而按照功率控制点70认可的检测得到的灯电压和灯电流调整灯电流ILA，也即控制灯功率WLA。
至此已结合图5A至5F以及图6A至6F，讨论了控制灯功率的运行。当灯电压VLA处于特定电压Va以下时，三极管93处于截止状态，从而放大器81在一低放大倍数下运行，给出如图5A所示的相对高的电压Vx，这一电压Vx在灯电压向着特定电压Va的方向增大时将下降。电压Vx与电压Vy比较，给出如图5E所示的电压Ve，Ve只有当Vx＜Vy时才具有高电平。同时，在脉宽调制器110的第一比较器112处，电压Vy与锯齿脉冲VPL相比较，给出如图5C所示的电压Ccp1，当灯电压增大时，电压Vcp1的高电平时间被缩短。这是因为，当灯电压增大、从而使与降压斩波器20的输出相连的阻抗相应增大时，相当于从降压斩波器提供给逆变器40的电流I1将经历一个如图5G中用Vy所示的缓慢上升的斜坡，从而缩短Vy超过锯齿脉冲VPL的电平的时间。所产生的电压Vcp1与具有固定高电平时间的电压Vcp2在或门73处相或，而给出如图5B至5D所示的电压Vd。然后，电压Vd与电压Ve在或非门72处相或非，从而给出其高电平时间长度确定导通时间(即MOSFET21的占空比)的电压Vf。这样，当灯电压VLA朝向特定电压Va的方向增大时，电压Vcp1在稍后的时间内变“高”，从而缩短电压Vd的高电平时间，并且随后拉长电压Vf的高电平时间，如图中用箭头表示的那样。按照图1所示的上述定义的第一特性曲线，灯电流的增加将伴随着灯功率WLA的增加。因此，当灯电压向特定灯电压Va的方向增加时，选择灯电压放大器80和灯电流放大器90的放大倍数，使电压Vy比电压Vx更急剧地变化，从而大体上只有Vy对此作出响应，来改变控制灯功率WLA的MOSFET21的占空比。应该指出的是，参考电压V1被选择用来给出具有固定占空比的输出电压Vcp2，限制MOSFET21的导通时间，保护MOSFET21避免接收不必要的过量负荷。
当灯电压VLA在超过灯寿命的特定灯电压Va而进一步增加时，灯电压鉴别器90对此作出响应，使三极管93导通，从而运算放大器80在一高放大倍数下进行运算，提供一进一步放大了的灯电压，这一进一步放大了的灯电压然后再使差动放大器81的输出电压Vx减小。图6A至6F描述了当灯电压超过特定灯电压Va时的电压Vx、Vy、Ccp2、Vcp1、Vd、Ve和Vd的波形。因此，当灯电压沿拉长Ve高电平时间的方向增加时，电压Vx下降，从而缩短Vf的高电平时间，即降低了MOSFET21的导通时间，如图中箭头所示的方向。然而另一方面，作为提供给逆变器40的电流I1指示的电压Vy将经历一缓慢上升的斜坡，趋向于缩短电压Ve的高电平时间(Vy＞Vx)，然后又沿增加MOSFET21导通时间的方向拉长电压Vf的高电平时间，就像与降低电平Vx的效果相反那样。这样，运算放大器81进行运算的高放大倍数被选择在这样一个电平上，使得Vx的降低作用在Vy的缓慢上升斜坡的作用方面起主要作用。因此，当灯电压增大超过特定电压Va的情况时，MOSFET21被控制在一降低的占空比上运行，从而限制灯电流，即按照图1所示的第二负载特性曲线的灯功率，其中，灯功率WLA受到控制而不超过最大灯功率Wa。恰当选择放大器80和100的放大倍数，可以在灯电压增大到最大工作灯电压Vb时，把MOSFET21的占空比减到最小甚至减小到零，从而相应地把灯功率减小到最小，因而一旦灯电压达到灯电压Vb时，停止灯的工作。例如，电压Vx可被降低到这样一个电平，即当灯电压达到最大可运行工作灯电压Vb时，Vy＞Vx始终被满足，从而不给出电压Vf的高电平时间。
第二种实施例〈图7和图8〉本发明第二种实施例的电子镇流器的电路结构基本上与图2所示电路相同，所不同的是使用了一个与图3所示电路不同的功率控制器70A。功率控制器70A对检测器50以分压提供的灯电压进行分析，而以反馈方式控制MOSFET21。如图7所示，功率控制器70A含有一灯电压放大器80A、一灯电压鉴别器90A、以及一脉冲宽度调制器110A，脉宽调制器110A与图3所示电路所用的电路，其电路结构相同但排列方式各异。相同元件用带有后缀字母A的相同数字标记。运算放大器81A的输出V80和差动放大器86A的输出V86通过二极管87和88提供一个共同电压Vx，该电压等于放大器81A或86A输出电压的较大者。本实施例中，运算放大器81A和差动放大器86A的放大倍数的选择使得当检测的灯电压VLA低于特定灯电压Va时电压V86大于电压V80，当检测的灯电压VLA超过特定灯电压Va时，电压V80大于电压V86。因此，电压Vx由电压V86限定，直至灯电压增大到电压Va，电压Vx在灯电压超过电压Va的情况下增大时由电压V80限定。当检测的灯电压达到指示灯已处于灯寿命终点而变坏的最大允许灯电压Vb时，灯电压鉴别器92A的放大倍数从低到高变化。即，灯电压鉴别器92B的参考电压V2被选择用来响应于电压Vo，这一点与第一种实施例中参考电压V2响应于特定灯电压Va相反。电压Vx被馈送到脉冲宽调制器110A的第一比较器112A的同相输入端，并与脉冲发生器111A的锯齿脉冲电压进行比较，给出输出Vcp1。第一比较器112A的输出Vcp1和第二比较器113A的输出Vcp2然后再在或门73A处相或，给出的电压再通过一非门74反相，从而给出使MSOFET21导通和截止的控制电压，调整灯功率WLA。
至此，我们已结合图8A至8D讨论了功率控制器70A的运行。在灯电压增大到特定电压Va之前，如图1所示，由差动放大器86A的电压V86限定的电压Vx将减小，从而缩短比较器112A的输出电压Vcp1的高电平时间，然后，再增加控制电压Vf的导通时间，从而以一增加的占空比，使MOSFET21导通，按照第一负载特性曲线提高灯功率WIA。在灯电压超过此特定灯电压Va以后，现在由运行放大器81A的电压V80限定的电压Vx将随着灯电压的进一步上升而增大，从而延长第一比较器112A的输出电压Vcp1的高电平时间。因此，控制电压Vf的导通时间将沿限制灯电流的方向减小，从而按照图1所确定的第二负载特性控制灯功率WLA。即，恰当选择放大器81A和86A的放大倍数，可以使灯功率WLA控制保持在最大灯功率Wa或者下降通过图1所示的阴影区，使灯电压VLA增大到最大允许灯电压Vb。当灯电压达到电压Vb时，运算放大器81A在灯电压鉴别器90A的三极管93A导通时以高放大倍数运行，给出相应增加的电压V80以及Vx，从而快速限制灯电流和灯功率WLA，使得灯电压一旦达到电压Vb时，立刻停止灯的工作。当控制灯功率，使之沿图1所示的直线A-B减小时，恰当选择放大器80A和86A的放大倍数，可以在灯电压超过电压Vb以后，使灯功率受到限制，从而实际上无需使用灯电压鉴别器90A就能停止灯的工作。
第三种实施例〈图9和图10〉图9描述了本发明第三种实施例的电子镇流器。此电子镇流器含有一个与第一种实施例中所使用的具有同样结构的升压斩波器10B，此斩波器受斩波控制器60B控制，从而把来自电压源AC的升压直流电压提供给一逆变器40B。逆变器40B含有一对电容141和142，电容141和142串联跨接在升压斩波器10B的输出端而受之充电。一对MOSFET143和144在电路中与电容141和142连接在一起，形成半桥结构。二极管145和146分别与MOSFET143和144反并联。放电灯1及电容141、142的连接点在一起。电容149与由灯1和电感148组成的串联电路并联连接在一起。MOSFET143和144是由一逆变器控制器150这样来控制的，即在一固定周期中，一个MOSFET反复地接通和断开，而另一个MOSFET则被关断，如图10A和10B所示，从而把具有矩形波形的交流电压施加到灯1上。在MOSFET143重复导通和截止而MOSFET144保持截止状态的一个周期时间内，电容器141响应于MOSFET的导通状态而放电，放电电流通过由电容141、MOSFET143、电感148和电感147组成的闭合环路，并将相应的能量储存在电感147中。当MOSFET143处于截止状态时，电感147释放能量，产生的连续电流通过由电感147、电容142、二极管146、电感148和灯1组成的闭合环路。在MOSFET144重复处于导通和截止而MOSFET143保持截止状态的下一个周期中，电容142响应于MOSFET144的导通状态而放电，放电电流通过由电容142、电感147、灯1、电感148和MOSFET144组成的闭合环路，而将相应的能量储存在电感147中。当MOSFET144处于截止状态时，电感147释放能量，产生的连续电流通过由电感147、灯1、电感148、二极管145和电容141组成的闭合环路。以这种方式响应于MOSFET143和144的导通和截止，从电感147中流过的电流I147如图10C中所示的波形，该电流然后由电感148和电容149组成的电路除去高频组分，从而提供一个如图10D所示的、具有矩形波形的逆变器电流IINV，用来使灯1工作。
逆变器控制器150包括一由电阻152和电容153组成的积分电路151，此积分电路151与灯1和电感147之间的连接点串联相连，从而在电容153的两端提供一指示施加到灯1的灯电压的检测电压。这样，检测电压被馈送到图7所示与第二种实施例中所使用的控制器70A具有相同结构的功率控制器70B，从而给出与检测得到的灯电压一致变化占空比的高频输出电压Vf，如同在第二实施例中参照图8A至8D说明的那样。逆变器控制器150包括一低频脉宽调制器160，此低频脉宽调制器160由提供低频脉冲的脉冲发生器161、一触发器162、以及一对能够交替提供占空比约为50%的低频脉冲的与非门163和164组成。从与非门163和164产生的低频输出电压被分别馈送到与门154和155，与来自功率控制器70B的输出电压Vf相与，从而通过驱动器156和157，提供使MOSFET143和144导通和截止的控制信号。即，在由脉宽调制器160的低频脉冲的高电平期间决定的MOSFET143或144的导通期间，MOSFET的占空比受到控制而随检测的灯电压VLA而变化，从而使灯电流变化，即以第二种实施例中所说明的同样方式，按负载特性曲线使灯功率WLA变化。
图11描绘了一种强制灯熄灭器170，这种灯熄灭器可以与第二种实施例的功率控制器70A一起使用，用来在灯变坏、若不停止使用就会给出过量电弧亮度从而导致灯的危险破损的情况下，停止灯的使用。熄灭器170含有一对第一和第二比较器171和172，其输出在或门175处相或，从而把一控制信号提供给一与门176。第一比较器171把馈送至同相输入端处的、指示灯电压的检测电压与由连接到比较器171的反相端的电压源173所限定的第一参考电压V3进行比较。第二比较器把馈送至反相端的同一检测电压与由连接到比较器172的同相输入端的电压源174所限定的第二参考电压V4进行比较。参考电压V3被选择用来响应逆变器没有负载时的次级电压(secondary voltage)，而参考电压V4被选择用来响应最大工作灯电压Vb，如图1所示。因此，当灯在经历了超期使用，工作恶化而需大于电压Vb的灯电压，且当检测的电压小于次级电压时，或门175提供一低电平输出，中断通过与门的控制电压，从而使逆变器停止工作。否则的话，通过驱动器120A馈送控制电压Vf，使相应的MOSFET导通或截止，从而控制逆变器的工作状态，使灯功率WLA按前面说明的负载特性曲线变化。
权利要求
1.一种用来控制高压气体放电灯的装置，其特征在于，所述高压气体放电灯带有灯功率因数大体为1.0的电子镇流器，所述放电灯具有一额定灯电压，并在整个期望灯寿命期间呈现一上升的灯电压，所述装置使用一灯等亮度特性曲线，并在所述曲线上有一特定灯电压Va，灯电压和灯功率沿所述灯等亮度特性曲线X变化，其变化方式是，使灯电极之间建立的电弧亮度保持在大体恒定的水平上，所述电弧亮度被定义为沿所述电弧的长度上具有变化亮度的最大亮度，所述恒定水平是当灯在所述额定灯电压下由所述电子镇流器控制的灯给出的亮度确定的。所述特定灯电压Vn是由分析所述灯特性曲线X而得到的一个电压而限定的，在所述电压下，所述特性曲线X给出一最大灯功率Wa；所述装置含有按照一第一负载特性曲线控制所述灯运行的装置，用于控制所述灯大体沿所述灯特性曲线X而增加所述灯功率，直至灯电压增加至所述特定灯电压Va；在灯电压增加超过所述特定灯电压Va的情况以后，按照第二负载特性曲线控制所述灯，使所述灯功率在灯特性曲线X以上，但不超过所述最大功率Wa，并使所述电弧亮度保持在一预定极限水平以下。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电弧亮度的预定极限水平被定义为，当灯由一具有灯功率因数为0.9或更低的普通所谓电感镇流器控制运行时，在灯寿命接近终了的那一时刻灯工作恶化而具有最大工作灯电压Vb的电弧亮度。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二负载特性曲线是用一各具有相对于上升灯电压的、所述灯功率的负斜率的特征直线来表示的，并且所述特征直线从所述特定灯电压Va下所述最大灯功率Wa的点延伸至另一条灯特性线上某一工作电压下的灯功率的点，所述工作电压是由用具有灯功率因数为0.9或以下的普通所谓电感镇流器来使接近寿命终点的放电灯运行所要求的电压。所述接近寿命终点的放电灯呈现升高的灯电压，在灯受所述普通感应镇流器控制时，趋向于引起灯熄灭，所述另一灯特性曲线Y给出相对于此灯电压的一个变化灯功率，所用的方法是，使所述电子镇流器工作，但保持灯受所述普通镇流器控制时所述工作电压下所述接近寿命终点的灯所表现出来的固定电弧亮度。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述灯电压上升到由具有灯功率因数为0.9或更低的普通所谓电感镇流器来使接近寿命终点的灯进行工作所需要的工作电压时，所述第二特性曲线使所述灯关断，所述接近寿命终点的灯当由所述普通感应镇流器运行时，趋于引起灯熄灭。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子镇流器含有一个从一交流电压源提供一直流电流的交流/直流转换器，一从所述交流至直流转换器接收直流电流、从而提供使所述灯工作的交流电压的逆变器、以及一功率控制器，所述功率控制器检测灯电压，并按照所述第一和第二负载特性曲线，响应于检测的灯电压，控制灯功率的变化。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述逆变器提供用来控制灯工作的高频交流电压。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子镇流器含有从一交流电压源提供直流电压的交流至直流转换器;一接收所述直流电压而给出限流直流电流的降压斩波器;一使所述降压斩波器产生的所述直流电流光滑、从而给出一光滑直流电流的滤波器;一接收所述光滑直流电流，从而提供一低频矩形波形交流电压的逆变器;以及一控制所述降压斩波器的斩波器控制器;所述降压斩波器含有中断所述直流电压、从而给出所述限流直流电流的切换装置;所述斩波器控制器包括一功率控制器以及检测施加到所述灯上的灯电压的装置，所述功率控制器响应于变化的检测灯电压而改变所述切换装置的占空比，从而按照所述第一和第二负载特性曲线变化灯功率。
全文摘要
一种用来运行高压气体放电灯的装置，这种高压气体放电灯带有一个灯功率因数大体为1.0的电子镇流器。此装置使用一种等亮度特性曲线X来分析确定一个曲线给出的最大灯功率W
文档编号H05B41/282GK1106605SQ9411748
公开日1995年8月9日 申请日期1994年10月22日 优先权日1994年6月28日
发明者内桥圣明, 西村広司, 福盛律之 申请人:松下电工株式会社