专利名称：用于使放电灯工作的电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于把控制的基本恒定电平的电源提供给负载电路中的放电灯的电路装置，该电路装置包括反馈环，它响应于在基本上相应于由灯所消耗的电功率的功率测量信号与相应于想要的消耗功率的基准信号之间的比较或差值，该功率测量信号由包括乘法器的功率测量形成电路形成，该乘法器在其一对输入端上分别接收由测量负载电路而形成的灯电压和灯电流测量信号。
这样的电路装置可以从美国专利No．5，075，602上获知，该专利被转让给本专利申请的受让人的分支机构。
在已知的电路装置中，通过负载电路(包括放电灯)的电流的瞬时值和在形成谐振回路的负载电路的两端的电压的瞬时值在一个四象限乘法器中被相乘，以形成乘积，该乘积被平均，用来代表加到负载电路上的平均功率。该四象限乘法器比起单象限乘法器更贵和更复杂。而且，在这个电路装置上测量的功率不仅仅是由放电灯消耗的功率，因为它也包括谐振回路电路的损耗和灯丝加热时消耗的功率。
在美国专利No．5，734，232(它也被转让给本专利申请的受让人的分支机构)中，功率测量信号是通过在一个一象限乘法器中把表示灯电压和电流的瞬时信号的绝对值相乘而得到的。在负载电路中存在容性电流，即，在灯电压与电流波形之间存在相移的情况下，以上述的方式进行的计算会导致很大误差，包括电抗分量以及真实分量。
本发明的一个目的是提供用于给放电灯供电的电路装置，该装置包括反馈环路，响应于灯中所消耗的功率的测量值，该功率的测量值是通过利用一个单象限乘法器而形成的。
本发明的另一个目的是所形成的功率测量值是真实功率，即，测量对容性负载电路电流不敏感，该容性电流可能是由于在绕组和在灯具中存在寄生电容而产生的。
概略地，上述的和其它的目的是通过提供一个用于把受控制的基本恒定电平的电源提供给放电灯的电路装置而达到的，该电路装置包括功率测量信号形成电路，其中包括采样和保持装置，被安排来响应于基本上代表灯电压的导数的信号通过零点，而采样基本上代表瞬时灯电压的信号和基本上代表瞬时灯电流的信号，采样和保持装置具有一对输出，分别馈送到乘法器的一对输入端。通过在基本上代表瞬时灯电压的导数的信号通过零点的时刻，触发对于基本上代表灯电压和灯电流的信号的采样，可以假定，由采样和保持装置所采样的信号是在灯电压处在其峰值的时刻采样的。因此，对于灯近似于真实负载的情况来说，在这个时刻得到的灯电压和灯电流样本的乘积基本上正比于真实灯功率。
本发明的电路装置的另一个特征在于，乘法器是一个一象限乘法器，以及采样和保持装置被安排成使得它只响应于检测到基本上代表瞬时灯电压的导数的信号以预定的方向通过零点，才采样基本上代表瞬时灯电压和瞬时灯电流的信号。使得只响应于检测到基本上代表灯电压的导数的信号沿一个方向通过零点才采样，确保了取决于所选择的一个方向，只采样瞬时灯电压的正的峰值，或只采样负的峰值。因为灯电流在它和灯电压被采样的时刻是处在或接近其峰值，所以只需要一个一象限乘法器来把代表灯电压和电流的样本相乘。
本发明的电路装置的再一个特征在于，基本上代表瞬时灯电压的导数的信号是流过一个电容器的电流，该电容器的一端被耦合到一个基本上代表瞬时灯电压的电压。
而且，该电容器的另一端被连接到电压钳位器。该钳位器用来把电流传感器上的电压限制到零附近的小动态范围内，以使得在电容器和钳位器的串联组合中的电流基本上只是由电容器确定。
当结合附图精读以下的详细说明时，将明白本发明的其它目的、特性和优点，其中
图1显示了按照本发明的用于提供电源给放电灯的装置的示例性电路图，该装置响应于代表要被提供给放电灯的平均功率的输入基准电压R；图2显示了用图1的电路装置得到的灯功率PL、灯电流IL、和灯电压VL随时间变化的图，灯是在大约100％的额定平均功率处；以及图3显示了用图1的电路装置得到的灯功率PL、灯电流IL、和灯电压VL随时间变化的图，灯是在大约15％的额定平均功率处，横坐标与纵坐标的尺度是与图2不同的。
首先参照图1，图上显示了用于从电源线(例如交流干线)12通过整流器／逆变器单元14为放电灯供电的装置10。放电灯L在其相对的两端具有灯丝F1、F2，它们分别由在输出线O1和O2之间、和在输出线O3和O4之间的单元14施加的灯丝电压供电。灯丝F1、F2也用作为电极，在这两个电极之间由于在输出线O1和O5之间的单元14加上的灯电压VL而形成放电，输出线O1是高压线以及输出线O5被连接到地。灯丝电极F1、F2交替起到阳极和阴极的作用，因为灯两端的电压的方向是以人的听觉范围以上的频率交替的。整流器／逆变器单元14在技术上是熟知的，它把低频AC干线电压(例如，60Hz的110伏RMS)变换成一个对于启动和保持放电所必须的多少更高的电压范围，例如大约200到300伏RMS，以及一个高得多的频率范围，例如40到120kHz，并且包括功率因数校正。单元14响应于误差信号E，该误差信号是由差分放大器或比较器16响应于输入的基准信号R和由测量信号形成电路18形成的对于灯L所消耗的功率的测量值M，而形成的，元件14、16、和18是用于把灯L消耗的功率PL保持在由基准信号R表示的水平上的反馈环路的一部分。基准信号R可以由电位计(未示出)或数字-模拟转换器(未示出)提供。
反馈环路包括传感电压V1和V2，它们分别基本上代表瞬时灯电流IL和瞬时灯电压VL。电压V1呈现在与灯L串联的电阻R1两端，灯L是通过该电阻R1被连接到输出线O5的。电压V2是从跨接在灯电压VL的分压器的一个抽头TP处被抽头的；分压器是由串联的电阻R2、R3构成的。
在整流器／逆变器14中，初始地，加上的灯电压的频率是根据误差信号E而变化的，当频率增大到达到放电灯L以大约100％的额定功率运行的频率以上时，灯电流和灯电压通常降低。在2∶1或更大的范围内改变频率的能力使得灯能够运行在很宽的功率范围内，并且根据由基准信号R表示的功率电平如希望地被大大变暗。
按照本发明，电容器C在其一端被连接到一个具有基本上代表瞬时灯电压VL的电压的点P上，以及在其另一端被连接到采样和保持装置方波形成段20的输入端Q上，该方波形成段产生一个方波，其边沿处在流过电容器C的电流IC的每次通过零的点。在点Q处的电压因为比起在点P处的电压来说，是可以被忽略的，这样电流IC基本上代表瞬时灯电压的导数，因为流过电容器的电流等于电容器的电容值乘以电容器两端的电压的时间导数。优选地，点P处在如图所示的高电压线O1，而不是处在分压器抽头TP处，这样在点Q处的电压如前所述地被忽略，以及电容器C可以具有合理的可实现的数值。此外，优选地，通过由形成电压钳位器22来配置过零检测器，使得在点Q处的电压保持为很小，该电压钳位器22双向地嵌位或限制Q点电压到很小的最大的绝对值。电压钳位器可以如图所示地由在Q点与地之间的一对相反方向的并联二极管24、26被构成，在Q点与地之间的电压被馈送到高增益差分放大器或比较器28的差分输入端。替换地，Q点可以是放大器(未示出)的电流输入端，它把电流变换成电压，电流输入端包括相干电压钳位器或在它的由一个或多个基极-发射极结(未示出)形成的输入端的虚拟地。采样和保持装置方波形成段20的输出被馈送到采样和保持装置采样段30的触发或时钟输入端TR。正方向的边沿相应于电流IC从负到正通过零点，以及负方向的边沿相应于电流IC从正到负通过零点。
采样和保持装置采样段30包括采样和保持元件32，它接收正比于灯电流IL的电压V1，以及采样和保持元件34，它接收正比于灯电压VL的电压V2。采样和保持元件32、34由来自采样和保持装置方波形成段20的输出触发，具体地，只由正方向边沿或只由负方向边沿触发。这确保电压V1和V2在灯电压VL处在正的峰值或处在负的峰值的每个时刻被采样，取决于采样和保持元件32、34敏感的边沿方向。采样和保持元件32、34的输出馈送到一象限乘法器36的两个输入端的不同的输入端，在其中输入值被相乘，以便在乘法器36的输出端处形成功率测量信号M。
从图2和3将看到测量信号正比于由灯L消耗的真实功率，图2和3上分别显示了对于以大约100％的额定平均功率和以大约15％的额定平均功率运行的典型的放电灯的、由实验得到的瞬时灯电流IL和灯电压VL随时间的波形，在其中显示的随时间变化的瞬时灯功率PL是作为瞬时灯电压和灯电流的乘积被计算的。各个纵坐标尺度和横坐标尺度在图2上是与图3上不同的。例如，在图2和3上，电流和电压半周期T／2分别是11．7微秒和5．64微秒，分别相应于42．49kHz和88．71kHz的频率。正如从图2和3上可以看到的，虽然灯电压对于100％平均功率条件通常是正弦的，但对于15％平均功率条件是大大地偏离正弦波形。在每个这些图上，在由灯电压的导数从负到正通过零点所确定的采样时刻所采样的电流和电压分别被标记以IS和VS，以及它们的乘积被标记以PS。
正如对于互相同相的理想的正弦电流和电压的情况所熟知的，由峰值电流与峰值电压的乘积确定的峰值功率是平均功率的两倍。对于图2所示的100％的额定功率运行的条件，在被确定为采样的电流IS和采样的电压VS的乘积的功率PS与实际平均灯功率之间的比值是1．98，而对于对于图3所示的15％的额定功率运行的条件，在被确定为采样的电流IS和采样的电压VS的乘积的功率PS与实际平均灯功率之间的比值是1．74。这表明采样的电流和电压的乘积在功率电平运行条件的范围内基本上正比于灯的平均功率。
现在应当看到，本发明的目的已经达到。虽然本发明是以具体的细节描述的，但也应当看到，有可能在本发明的打算的精神和范围内作出多种修改。
权利要求
1．用于把控制的基本恒定电平的电源提供给负载电路中的放电灯(L)的电路装置，该电路装置包括反馈环路，它响应于在基本上相应于由灯(L)所消耗的电功率的功率测量信号(M)与相应于想要的消耗功率的基准信号(R)之间的比较或差值(E)，该功率测量信号由包括乘法器(36)的功率测量形成电路(18)形成，该乘法器在其一对输入端上分别接收通过检测负载电路而形成的灯电压(VL)和灯电流(IL)测量信号(V2，V1)，其中功率测量信号形成电路(18)包括采样和保持装置(30)，被安排来响应于基本上代表灯电压(VL)的导数的信号(IC)通过零点，而采样基本上代表瞬时灯电压(VL)的信号(V2)和基本上代表瞬时灯电流(IL)的信号(V1)，采样和保持装置具有一对输出，分别馈送到乘法器(36)的一对输入端。
2．如权利要求1的电路装置，其特征在于，其中乘法器(36)是一个一象限的乘法器，以及采样和保持装置(30)被安排成使得它只响应于基本上代表瞬时灯电压(VL)的导数的信号(Ic)以预定的方向通过零点才采样基本上代表瞬时灯电压(VL)和瞬时灯电流(IL)的信号(V2，V1)。
3．如权利要求1或2的电路装置，其特征在于，其中基本上代表瞬时灯电压的导数的信号(IC)是流过电容器(C)的电流，该电容器的一端(P)被耦合到一个基本上代表瞬时灯电压(VL)的电压。
4．如权利要求3的电路装置，其特征在于，其中电容器的另一端被耦合到电压钳位器(22)。
全文摘要
用于把控制的基本恒定电平的电源提供给负载电路中的放电灯的电路装置,包括反馈环路,它响应于在相应于由灯所消耗的电功率的功率测量信号与相应于想要的消耗功率的基准信号之间的比较或差值。功率测量信号由包括一个一象限乘法器的功率测量形成电路形成,乘法器在其一对输入端上分别接收由采样和保持装置输出的灯电压和灯电流测量信号,采样和保持装置被安排来采样代表瞬时灯电压的信号和代表瞬时灯电流的信号。采样是在代表灯电压的导数的信号以预定的方向通过零点的时刻进行的。后者的信号构成流过电容器的电流,该电容器的一端被耦合到代表瞬时灯电压的电压,其另一端被耦合到电压钳位器。
文档编号H05B41/28GK1289528SQ99802544
公开日2001年3月28日 申请日期1999年11月10日 优先权日1998年11月30日
发明者P·M·格拉德兹基 申请人:皇家菲利浦电子有限公司