專利名稱：用于高強(qiáng)度放電燈的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示了一種用于35和70[瓦]的氣體放電燈的智能電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明涉及用于高強(qiáng)度放電(HID)燈的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，它具有針對(duì)短路、過熱、電網(wǎng)過電壓的安全和保護(hù)的特點(diǎn)，一種改善其功率因數(shù)和射頻發(fā)射和釋放及傳送到環(huán)境中的電磁干擾的系統(tǒng)。該鎮(zhèn)流器提升了燈和設(shè)備的使用壽命達(dá)30％，將和工作的相關(guān)損耗降低至小于10％，且遵守和這種裝置有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
用于本開發(fā)中的技術(shù)的描述通常，照明設(shè)備主要由燈、鎮(zhèn)流器、用于我們感興趣的燈(氣體放電燈)的某些點(diǎn)火裝置和用于實(shí)施相應(yīng)的功率因數(shù)校正的電容器組成。
已知，燈的電流必須流過具有包含某類氣體的兩個(gè)電極的燈泡，該燈將具有反向型電壓-電流特性，即如果電流較低或?yàn)榱?，則用來保持該電流的工作電壓必須較高，且相反地，如果電流較高，則用來保持該電流的工作電壓必須較低。出于這種情況，由于沒有電流循環(huán)通過燈，所以必須施加大大高于設(shè)備額定工作電壓的電壓脈沖以便建立電流的循環(huán)。該電壓峰值由點(diǎn)火裝置提供。一旦電流循環(huán)通過燈，則由于前述的反向特性必須限制它，這會(huì)使得該電流無限地增加。該限制由串聯(lián)至電流的電感型電抗(電抗線圈(ractor)或鎮(zhèn)流器)提供。
電磁鎮(zhèn)流器，即使用變壓器的那些，被開發(fā)來實(shí)施該電流控制。變壓器用作電流源，它提供限制電流的作用而不管燈所具有的高阻抗。當(dāng)燈接通時(shí)，電壓接近0，且當(dāng)燈穩(wěn)定時(shí)，返回到正常電位。但是，為了增加變壓器的電感，變壓器的繞組需要大繞組(線圈)，這會(huì)使這類鎮(zhèn)流器的效率變低。此外，電磁鎮(zhèn)流器正常工作在50和60赫茲之間的頻率上，這造成噪聲和頻閃效應(yīng)的缺點(diǎn)。
出現(xiàn)了具有高效率、低損耗、低容量和重量、低噪聲和外部控制的高便利的電子鎮(zhèn)流器，作為這些缺點(diǎn)的解決方法。如技術(shù)上已知的，常規(guī)的電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)由轉(zhuǎn)換器電路和倒相器電路形成，它向燈提供交流電源。對(duì)于這些部分中的每一個(gè)都具有大量結(jié)構(gòu)和控制的比較方案。
發(fā)明目的由于具有含不同工作特性的多種高強(qiáng)度(HID)燈。
所以需要一種電子鎮(zhèn)流器，它允許處理燈的這些不同特性而不需要修改構(gòu)成其的電路，它能以智能方式通過某些預(yù)編程的電子裝置感應(yīng)和控制不同的電子系統(tǒng)步驟，以便獲得燈和與之相關(guān)的電子電路的最佳使用壽命。
因此，本發(fā)明的目的如下-提供用于HID燈的智能電子鎮(zhèn)流器，它能根據(jù)燈和設(shè)備的一般分析自動(dòng)做出決定。
-實(shí)施其自我監(jiān)控、監(jiān)控裝置和燈的工作情況、燈所處的和允許控制傳遞給燈的有用壽命階段，。
-提供更好的燈產(chǎn)量和使用壽命率。
-提供用最小的硬件變化使之適于不同類型的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器。
-提供遵守應(yīng)用到該類型設(shè)備的不同國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的微控制電子鎮(zhèn)流器。
-實(shí)施高可靠性設(shè)備，它具有用于人們安全和其安裝位置的安全系統(tǒng)。
附圖概述

圖1示出包含本開發(fā)的電子鎮(zhèn)流器和不同步驟的一般框圖。
圖2示出類似于70[瓦]電子鎮(zhèn)流器的本發(fā)明中提出的電子鎮(zhèn)流器(35[瓦]功率)的框圖。
圖3示出所用的控制方法的流程圖。
發(fā)明描述本發(fā)明涉及用于激勵(lì)高強(qiáng)度放電(HID)燈的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)。圖1示出包含本開發(fā)的電子鎮(zhèn)流器和不同步驟的框圖。
1)輸入步驟和線路濾波器2)預(yù)轉(zhuǎn)換器和功率因數(shù)校正3)主開關(guān)轉(zhuǎn)換器4)直流到交流轉(zhuǎn)換器，脈沖變壓器和點(diǎn)火系統(tǒng)5)用微控制器控制的嵌入控制系統(tǒng)如圖1所示，該微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)由線路濾波器構(gòu)成，在輸入步驟中該濾波器提供從電網(wǎng)到鎮(zhèn)流器的不需要的中頻和高頻信號(hào)的濾波，它還將鎮(zhèn)流器的電子系統(tǒng)產(chǎn)生的會(huì)最終損害電分布網(wǎng)格(electrical distribution grid)的中頻和高頻信號(hào)濾波。通過這種類型的濾波器，消除了范圍從10KHz到超過30MHz的信號(hào)的寄生頻率，所述寄生頻率是其內(nèi)部上的設(shè)備產(chǎn)生的大量轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物。隨后，可以觀察預(yù)轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正的步驟。沒有前述步驟，由于用于這種類型的設(shè)備中的燈類型的內(nèi)在特性，在電流和電壓的波形之間產(chǎn)生很強(qiáng)的相差，由于這些設(shè)備呈現(xiàn)的低功率因數(shù)使得這引起較高的無功功率。通過校正步驟的使用和功率因數(shù)的改善可以獲得等于或大于整個(gè)設(shè)備的98％的因數(shù)；該步驟還允許將諧波濾波并穩(wěn)定該模塊的輸出電壓，所述電壓隨后將進(jìn)入之前的步驟。
下一個(gè)步驟是將電壓調(diào)節(jié)在88伏處的補(bǔ)償(Buck)型調(diào)節(jié)器源，該電壓提供給轉(zhuǎn)換器。此外，它保護(hù)電路不受負(fù)載(燈)可能出現(xiàn)的電流的過分消耗。
如圖2所示的DC-AC轉(zhuǎn)換器以150[赫茲]的頻率將交流電傳送給燈，它允許后者以20-400伏范圍的電壓工作，這可使照明穩(wěn)定，因此降低了頻閃效應(yīng)；由于結(jié)合了向燈提供使燈接通或斷開的電壓的該方波信號(hào)，它不會(huì)被肉眼察覺(消除了不需要的閃爍)。
通過由Interlight開發(fā)的軟件控制且在微控制器中編程的點(diǎn)火系統(tǒng)，如圖2所示的電子點(diǎn)火器電路允許通過傳遞4-5[千伏]的初始脈沖串接通HID燈，可快速接通在其正常工作界限和使用壽命內(nèi)的燈。還可以通過該點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燈的更長(zhǎng)的使用壽命。
所用的點(diǎn)火系統(tǒng)的描述以下詳細(xì)地描述了本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器的點(diǎn)火順序在點(diǎn)火順序之前，在鎮(zhèn)流器輸出中沒有電壓。一旦燈的點(diǎn)火開始，脈沖包在幾個(gè)脈沖的幀(frame)或串中且每個(gè)都具有200[毫秒]的持續(xù)，該幀或串包含具有4[千伏]幅度的8個(gè)脈沖間隔，且疊加在400Vdc的直流電壓上。一旦實(shí)現(xiàn)了燈的點(diǎn)火，則熄滅高電壓脈沖且鎮(zhèn)流器通過其控制系統(tǒng)自動(dòng)地將輸出電壓調(diào)整到燈的工作電壓額定值，產(chǎn)生150[赫茲]的方波電壓，這使得鎮(zhèn)流器和燈正常工作。
在較熱的燈工作情況下且并使用有缺陷的燈，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生第一點(diǎn)火脈沖，開始作為在正常接通的情況中，通過控制算法檢測(cè)到不能實(shí)施正常的點(diǎn)火，且將點(diǎn)火脈沖停止5秒，再次產(chǎn)生點(diǎn)火串并隨后又停止5秒，依此類推10分鐘的間隔。隨后，如果在該時(shí)間段中沒有實(shí)現(xiàn)正常的接通，則鎮(zhèn)流控制方法停止設(shè)備工作并進(jìn)入空閑狀態(tài)，直到其再次接通并返回到其正常的工作。
微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)包括如圖2所示的微處理器集成電路，和具有允許實(shí)施不同功能的預(yù)編程算法的軟件。
微處理器集成電路實(shí)施不同電子系統(tǒng)步驟的監(jiān)控和控制功能，允許使用其各分析控制通過程序限定的功率，且它使燈穩(wěn)定，因此獲得燈的最佳使用壽命。
微處理器的功能在于感應(yīng)被調(diào)節(jié)的電壓Vout和電流Iout的水平，這可以知道燈的狀況，即知道它是否斷開、耗盡、損壞、有缺陷等等。使用這些電流和電壓值通過循環(huán)操作Pout＝Vout*Iout計(jì)算設(shè)備的輸出功率，將該輸出功率和對(duì)應(yīng)于容許(39瓦)和(70瓦)HID燈的最適工作的值的參考值比較，隨后將結(jié)果發(fā)送到數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器，并隨后發(fā)送到補(bǔ)償型調(diào)節(jié)器源。利用該信息來控制燈的輸出功率水平。
通過8位微控制器用其各自的控制程序?qū)嵤┕β士刂撇襟E，確定燈是否在正常的工作功率內(nèi)，且如果不是，則停止輸出功率。
還具有用于感應(yīng)輸出電壓和輸出電流水平的裝置，用于確定在鎮(zhèn)流器工作時(shí)何時(shí)產(chǎn)生短路。這能夠在8毫秒[ms]的時(shí)延內(nèi)檢測(cè)到，當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，停止燈的電源并在1分鐘后重新啟用，最終，如果在10次嘗試期間該短路問題持續(xù)，則停止功率輸出直到其再次重啟。
微處理器的另一個(gè)功能是控制電子點(diǎn)火器電路的觸發(fā)，因此它在必要的控制時(shí)間內(nèi)將觸發(fā)信號(hào)傳遞給點(diǎn)火系統(tǒng)，即它在最多2秒期間傳遞觸發(fā)信號(hào)來激勵(lì)燈，如果在該時(shí)間內(nèi)未能實(shí)現(xiàn)，則在一分鐘內(nèi)微處理器將停止功率輸出。10次嘗試實(shí)施該過程，如果在該10次嘗試期間沒有將燈接通，則程序?qū)⒅兄乖摻油?，在所述微處理器中留下記錄表示燈沒有接通，且它將不再點(diǎn)火直到再次重啟鎮(zhèn)流器。
電子鎮(zhèn)流器控制方法的描述根據(jù)圖3的流程圖所示，可以觀察電子鎮(zhèn)流設(shè)備控制方法所設(shè)想的不同步驟。
在過程開始時(shí)將所有的控制系統(tǒng)操作參數(shù)加載入存儲(chǔ)器，這些參數(shù)允許微控制器電路實(shí)施其每個(gè)動(dòng)作，為了開始控制任務(wù)啟用微控制器的輸入和輸出端口。在該初始化過程中，將輸出中設(shè)備允許的最大電流水平、燈的最佳工作電壓值、設(shè)備開始工作時(shí)的功率，開關(guān)源的工作頻率，鎮(zhèn)流器的最大和最小工作溫度的范圍加載入存儲(chǔ)器。
在下一個(gè)步驟中實(shí)施微控制器端口的初始化，通過變化的指示表示出哪個(gè)將是用于控制設(shè)備的信息輸入和輸出端口。將主要使用三個(gè)端口把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，它們用于感應(yīng)鎮(zhèn)流器的電壓、電流和溫度水平，對(duì)它們來說，三個(gè)數(shù)字端口加上兩個(gè)模擬端口用于控制設(shè)備的功率，它允許通過限定點(diǎn)(設(shè)定點(diǎn))設(shè)定設(shè)備工作的額定范圍。一旦已啟用微控制系統(tǒng)端口，則開始獲得電壓、電流和溫度的模擬信號(hào)。
鎮(zhèn)流器控制系統(tǒng)的主程序(routine)通過檢查鎮(zhèn)流器溫度開始，如果低于所允許的最大值，則程序嘗試接通燈，如果溫度較高，則程序等待1分鐘并再次測(cè)試溫度水平，依此類推。
為了接通燈，程序調(diào)用‘TurnOnlamp’子程序并返回，如果已接通燈，則程序以主循環(huán)繼續(xù)，或在燈沒有接通的情況中，停止程序。
控制系統(tǒng)的主循環(huán)執(zhí)行以下任務(wù)a)它通過‘Measure’子程序測(cè)量三個(gè)模擬變量，即電壓、電流和溫度；隨后它計(jì)算燈所使用的功率為功率＝電壓*電流*時(shí)間b)隨后，程序計(jì)算平均功率值為所獲得的最近4次測(cè)量的功率的平均值，隨后如果與之前限定的設(shè)定點(diǎn)相比所計(jì)算的功率過高或過低則程序?qū)嵤┹敵鲭妷盒Ｕ?br> c)為了安全，實(shí)施溫度和電流檢查，以檢查它們是否超過了所建立的最大限度的限制。如果這將要發(fā)生，則程序?qū)嚅_燈并將再次嘗試執(zhí)行重新點(diǎn)火。這將執(zhí)行10分鐘的最大時(shí)間段。如果以常態(tài)接通燈且鎮(zhèn)流器參數(shù)在常態(tài)范圍內(nèi)，則程序?qū)⒎祷仄湔Ｑh(huán)，如果這不發(fā)生，則鎮(zhèn)流器將斷開燈且鎮(zhèn)流器操作將停止。
Turning on the Lamp該程序負(fù)責(zé)將點(diǎn)火脈沖發(fā)送到燈以將其接通。
在每秒的200毫秒時(shí)延期間發(fā)送脈沖組。第一次在8秒期間重復(fù)該過程，且測(cè)量電流值來了解燈是否接通，如果是，則該子程序返回到其正常工作循環(huán)。
如果燈保持?jǐn)嚅_，則該子程序等待一分鐘，將在最大兩秒期間再次嘗試另一個(gè)點(diǎn)火脈沖組并再次測(cè)試燈是否已經(jīng)接通，如果已實(shí)現(xiàn)接通，則控制子程序?qū)⒎祷?，反之，將在以后重?fù)該接通過程直到時(shí)間最大值達(dá)到10分鐘。
Measurement該子程序通過采樣讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電壓、電流和溫度，該過程重復(fù)16次且其中返回這三個(gè)讀取參數(shù)的平均值。
在具有150赫茲頻率范圍的正常鎮(zhèn)流器工作循環(huán)期間調(diào)用該子程序。
Timer Interruption在其處于正常工作情況時(shí)，該程序通過中斷管理且以150赫茲的周期調(diào)用來管理發(fā)送到燈的輸出電壓頻率。
權(quán)利要求
1.一種微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，其特征在于，由包含以下模塊的電子裝置構(gòu)成功率因數(shù)校正電路；補(bǔ)償型調(diào)節(jié)器源；DC-AC轉(zhuǎn)換器，具有等于150赫茲工作頻率；電子點(diǎn)火器電路；功率控制電路；微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)的特點(diǎn)在于它包含微處理器集成電路。
2.如權(quán)利要求1所示的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器集成電路包括用于感應(yīng)電壓和電流水平的裝置；用于控制到所述鎮(zhèn)流器的輸出功率的裝置；用于控制所述點(diǎn)火器的觸發(fā)的裝置；和用于和外部電路串聯(lián)通信的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，其特征在于，用于感應(yīng)由微控制器讀取的電壓(Vout)和電流(Iout)水平的所述裝置允許獲得輸出功率值(Pout＝Vout*Iout)，所述燈以所述功率值工作；通過微控制器程序?qū)⑺龉β瘦敵鲋岛蛥⒖贾当容^；以及將所述比較結(jié)果傳遞到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，隨后到所述補(bǔ)償型調(diào)節(jié)器源，因此允許控制到所述燈的穩(wěn)定的功率輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，其特征在于，用于在鎮(zhèn)流器工作時(shí)感應(yīng)由微控制器讀取的輸出電壓和電流水平的所述裝置允許確定何時(shí)在輸出處產(chǎn)生短路，并在8毫秒[ms]的時(shí)延中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)；停止燈的電源以便在稍后接通；以及如果在10次嘗試期間短路問題持續(xù)，則停止電源輸出，直到其再次重啟。
5.如權(quán)利要求3所述的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器確定燈是否在正常工作功率之內(nèi)，且如果不是這種情況，則停止輸出電源。
6.如權(quán)利要求2所述的微控制電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，其特征在于，用于控制點(diǎn)火器觸發(fā)的所述裝置允許在燈接通時(shí)，傳遞脈沖串來在最多2秒內(nèi)激勵(lì)所述燈；如果在所述最多2秒內(nèi)未實(shí)現(xiàn)燈的接通，則將功率輸出停止1分鐘的時(shí)延；再實(shí)施10次的接通嘗試；如果在所述的10次嘗試期間燈未能接通，則中止所述接通；在所述微處理器中留下記錄表示燈未接通；且不再點(diǎn)火直到鎮(zhèn)流器再次重啟(關(guān)-開)。
全文摘要
用于高強(qiáng)度放電燈的一種電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)用于根據(jù)其一般分析和設(shè)備的一般分析耦合到不同的燈而不用修改其組成電路，該系統(tǒng)基本由功率因數(shù)校正電路、補(bǔ)償型調(diào)節(jié)器源、具有等于150赫茲的工作頻率的DC－AC轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火器電路、功率控制電路和微處理器集成電路組成，其中的微處理器集成電路包括用于感應(yīng)電壓和電流的裝置，用于控制到鎮(zhèn)流器的輸出功率的裝置，用于控制點(diǎn)火器的觸發(fā)的裝置和用于和外部電路串聯(lián)通信的裝置。
文檔編號(hào)H05B41/28GK1635823SQ20031012454
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
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