專利名稱：用于使放電燈工作的電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于把控制的基本恒定電平的電源提供給負(fù)載電路中的放電燈的電路裝置，該電路裝置包括反饋環(huán)，它響應(yīng)于在基本上相應(yīng)于由燈所消耗的電功率的功率測(cè)量信號(hào)與相應(yīng)于想要的消耗功率的基準(zhǔn)信號(hào)之間的比較或差值，該功率測(cè)量信號(hào)由包括乘法器的功率測(cè)量形成電路形成，該乘法器在其一對(duì)輸入端上分別接收由測(cè)量負(fù)載電路而形成的燈電壓和燈電流測(cè)量信號(hào)。
這樣的電路裝置可以從美國(guó)專利No．5，075，602上獲知，該專利被轉(zhuǎn)讓給本專利申請(qǐng)的受讓人的分支機(jī)構(gòu)。
在已知的電路裝置中，通過(guò)負(fù)載電路(包括放電燈)的電流的瞬時(shí)值和在形成諧振回路的負(fù)載電路的兩端的電壓的瞬時(shí)值在一個(gè)四象限乘法器中被相乘，以形成乘積，該乘積被平均，用來(lái)代表加到負(fù)載電路上的平均功率。該四象限乘法器比起單象限乘法器更貴和更復(fù)雜。而且，在這個(gè)電路裝置上測(cè)量的功率不僅僅是由放電燈消耗的功率，因?yàn)樗舶ㄖC振回路電路的損耗和燈絲加熱時(shí)消耗的功率。
在美國(guó)專利No．5，734，232(它也被轉(zhuǎn)讓給本專利申請(qǐng)的受讓人的分支機(jī)構(gòu))中，功率測(cè)量信號(hào)是通過(guò)在一個(gè)一象限乘法器中把表示燈電壓和電流的瞬時(shí)信號(hào)的絕對(duì)值相乘而得到的。在負(fù)載電路中存在容性電流，即，在燈電壓與電流波形之間存在相移的情況下，以上述的方式進(jìn)行的計(jì)算會(huì)導(dǎo)致很大誤差，包括電抗分量以及真實(shí)分量。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于給放電燈供電的電路裝置，該裝置包括反饋環(huán)路，響應(yīng)于燈中所消耗的功率的測(cè)量值，該功率的測(cè)量值是通過(guò)利用一個(gè)單象限乘法器而形成的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是所形成的功率測(cè)量值是真實(shí)功率，即，測(cè)量對(duì)容性負(fù)載電路電流不敏感，該容性電流可能是由于在繞組和在燈具中存在寄生電容而產(chǎn)生的。
概略地，上述的和其它的目的是通過(guò)提供一個(gè)用于把受控制的基本恒定電平的電源提供給放電燈的電路裝置而達(dá)到的，該電路裝置包括功率測(cè)量信號(hào)形成電路，其中包括采樣和保持裝置，被安排來(lái)響應(yīng)于基本上代表燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)通過(guò)零點(diǎn)，而采樣基本上代表瞬時(shí)燈電壓的信號(hào)和基本上代表瞬時(shí)燈電流的信號(hào)，采樣和保持裝置具有一對(duì)輸出，分別饋送到乘法器的一對(duì)輸入端。通過(guò)在基本上代表瞬時(shí)燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)通過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，觸發(fā)對(duì)于基本上代表燈電壓和燈電流的信號(hào)的采樣，可以假定，由采樣和保持裝置所采樣的信號(hào)是在燈電壓處在其峰值的時(shí)刻采樣的。因此，對(duì)于燈近似于真實(shí)負(fù)載的情況來(lái)說(shuō)，在這個(gè)時(shí)刻得到的燈電壓和燈電流樣本的乘積基本上正比于真實(shí)燈功率。
本發(fā)明的電路裝置的另一個(gè)特征在于，乘法器是一個(gè)一象限乘法器，以及采樣和保持裝置被安排成使得它只響應(yīng)于檢測(cè)到基本上代表瞬時(shí)燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)以預(yù)定的方向通過(guò)零點(diǎn)，才采樣基本上代表瞬時(shí)燈電壓和瞬時(shí)燈電流的信號(hào)。使得只響應(yīng)于檢測(cè)到基本上代表燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)沿一個(gè)方向通過(guò)零點(diǎn)才采樣，確保了取決于所選擇的一個(gè)方向，只采樣瞬時(shí)燈電壓的正的峰值，或只采樣負(fù)的峰值。因?yàn)闊綦娏髟谒蜔綦妷罕徊蓸拥臅r(shí)刻是處在或接近其峰值，所以只需要一個(gè)一象限乘法器來(lái)把代表燈電壓和電流的樣本相乘。
本發(fā)明的電路裝置的再一個(gè)特征在于，基本上代表瞬時(shí)燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)是流過(guò)一個(gè)電容器的電流，該電容器的一端被耦合到一個(gè)基本上代表瞬時(shí)燈電壓的電壓。
而且，該電容器的另一端被連接到電壓鉗位器。該鉗位器用來(lái)把電流傳感器上的電壓限制到零附近的小動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，以使得在電容器和鉗位器的串聯(lián)組合中的電流基本上只是由電容器確定。
當(dāng)結(jié)合附圖精讀以下的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，將明白本發(fā)明的其它目的、特性和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1顯示了按照本發(fā)明的用于提供電源給放電燈的裝置的示例性電路圖，該裝置響應(yīng)于代表要被提供給放電燈的平均功率的輸入基準(zhǔn)電壓R；圖2顯示了用圖1的電路裝置得到的燈功率PL、燈電流IL、和燈電壓VL隨時(shí)間變化的圖，燈是在大約100％的額定平均功率處；以及圖3顯示了用圖1的電路裝置得到的燈功率PL、燈電流IL、和燈電壓VL隨時(shí)間變化的圖，燈是在大約15％的額定平均功率處，橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的尺度是與圖2不同的。
首先參照?qǐng)D1，圖上顯示了用于從電源線(例如交流干線)12通過(guò)整流器／逆變器單元14為放電燈供電的裝置10。放電燈L在其相對(duì)的兩端具有燈絲F1、F2，它們分別由在輸出線O1和O2之間、和在輸出線O3和O4之間的單元14施加的燈絲電壓供電。燈絲F1、F2也用作為電極，在這兩個(gè)電極之間由于在輸出線O1和O5之間的單元14加上的燈電壓VL而形成放電，輸出線O1是高壓線以及輸出線O5被連接到地。燈絲電極F1、F2交替起到陽(yáng)極和陰極的作用，因?yàn)闊魞啥说碾妷旱姆较蚴且匀说穆?tīng)覺(jué)范圍以上的頻率交替的。整流器／逆變器單元14在技術(shù)上是熟知的，它把低頻AC干線電壓(例如，60Hz的110伏RMS)變換成一個(gè)對(duì)于啟動(dòng)和保持放電所必須的多少更高的電壓范圍，例如大約200到300伏RMS，以及一個(gè)高得多的頻率范圍，例如40到120kHz，并且包括功率因數(shù)校正。單元14響應(yīng)于誤差信號(hào)E，該誤差信號(hào)是由差分放大器或比較器16響應(yīng)于輸入的基準(zhǔn)信號(hào)R和由測(cè)量信號(hào)形成電路18形成的對(duì)于燈L所消耗的功率的測(cè)量值M，而形成的，元件14、16、和18是用于把燈L消耗的功率PL保持在由基準(zhǔn)信號(hào)R表示的水平上的反饋環(huán)路的一部分?；鶞?zhǔn)信號(hào)R可以由電位計(jì)(未示出)或數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(未示出)提供。
反饋環(huán)路包括傳感電壓V1和V2，它們分別基本上代表瞬時(shí)燈電流IL和瞬時(shí)燈電壓VL。電壓V1呈現(xiàn)在與燈L串聯(lián)的電阻R1兩端，燈L是通過(guò)該電阻R1被連接到輸出線O5的。電壓V2是從跨接在燈電壓VL的分壓器的一個(gè)抽頭TP處被抽頭的；分壓器是由串聯(lián)的電阻R2、R3構(gòu)成的。
在整流器／逆變器14中，初始地，加上的燈電壓的頻率是根據(jù)誤差信號(hào)E而變化的，當(dāng)頻率增大到達(dá)到放電燈L以大約100％的額定功率運(yùn)行的頻率以上時(shí)，燈電流和燈電壓通常降低。在2∶1或更大的范圍內(nèi)改變頻率的能力使得燈能夠運(yùn)行在很寬的功率范圍內(nèi)，并且根據(jù)由基準(zhǔn)信號(hào)R表示的功率電平如希望地被大大變暗。
按照本發(fā)明，電容器C在其一端被連接到一個(gè)具有基本上代表瞬時(shí)燈電壓VL的電壓的點(diǎn)P上，以及在其另一端被連接到采樣和保持裝置方波形成段20的輸入端Q上，該方波形成段產(chǎn)生一個(gè)方波，其邊沿處在流過(guò)電容器C的電流IC的每次通過(guò)零的點(diǎn)。在點(diǎn)Q處的電壓因?yàn)楸绕鹪邳c(diǎn)P處的電壓來(lái)說(shuō)，是可以被忽略的，這樣電流IC基本上代表瞬時(shí)燈電壓的導(dǎo)數(shù)，因?yàn)榱鬟^(guò)電容器的電流等于電容器的電容值乘以電容器兩端的電壓的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。優(yōu)選地，點(diǎn)P處在如圖所示的高電壓線O1，而不是處在分壓器抽頭TP處，這樣在點(diǎn)Q處的電壓如前所述地被忽略，以及電容器C可以具有合理的可實(shí)現(xiàn)的數(shù)值。此外，優(yōu)選地，通過(guò)由形成電壓鉗位器22來(lái)配置過(guò)零檢測(cè)器，使得在點(diǎn)Q處的電壓保持為很小，該電壓鉗位器22雙向地嵌位或限制Q點(diǎn)電壓到很小的最大的絕對(duì)值。電壓鉗位器可以如圖所示地由在Q點(diǎn)與地之間的一對(duì)相反方向的并聯(lián)二極管24、26被構(gòu)成，在Q點(diǎn)與地之間的電壓被饋送到高增益差分放大器或比較器28的差分輸入端。替換地，Q點(diǎn)可以是放大器(未示出)的電流輸入端，它把電流變換成電壓，電流輸入端包括相干電壓鉗位器或在它的由一個(gè)或多個(gè)基極-發(fā)射極結(jié)(未示出)形成的輸入端的虛擬地。采樣和保持裝置方波形成段20的輸出被饋送到采樣和保持裝置采樣段30的觸發(fā)或時(shí)鐘輸入端TR。正方向的邊沿相應(yīng)于電流IC從負(fù)到正通過(guò)零點(diǎn)，以及負(fù)方向的邊沿相應(yīng)于電流IC從正到負(fù)通過(guò)零點(diǎn)。
采樣和保持裝置采樣段30包括采樣和保持元件32，它接收正比于燈電流IL的電壓V1，以及采樣和保持元件34，它接收正比于燈電壓VL的電壓V2。采樣和保持元件32、34由來(lái)自采樣和保持裝置方波形成段20的輸出觸發(fā)，具體地，只由正方向邊沿或只由負(fù)方向邊沿觸發(fā)。這確保電壓V1和V2在燈電壓VL處在正的峰值或處在負(fù)的峰值的每個(gè)時(shí)刻被采樣，取決于采樣和保持元件32、34敏感的邊沿方向。采樣和保持元件32、34的輸出饋送到一象限乘法器36的兩個(gè)輸入端的不同的輸入端，在其中輸入值被相乘，以便在乘法器36的輸出端處形成功率測(cè)量信號(hào)M。
從圖2和3將看到測(cè)量信號(hào)正比于由燈L消耗的真實(shí)功率，圖2和3上分別顯示了對(duì)于以大約100％的額定平均功率和以大約15％的額定平均功率運(yùn)行的典型的放電燈的、由實(shí)驗(yàn)得到的瞬時(shí)燈電流IL和燈電壓VL隨時(shí)間的波形，在其中顯示的隨時(shí)間變化的瞬時(shí)燈功率PL是作為瞬時(shí)燈電壓和燈電流的乘積被計(jì)算的。各個(gè)縱坐標(biāo)尺度和橫坐標(biāo)尺度在圖2上是與圖3上不同的。例如，在圖2和3上，電流和電壓半周期T／2分別是11．7微秒和5．64微秒，分別相應(yīng)于42．49kHz和88．71kHz的頻率。正如從圖2和3上可以看到的，雖然燈電壓對(duì)于100％平均功率條件通常是正弦的，但對(duì)于15％平均功率條件是大大地偏離正弦波形。在每個(gè)這些圖上，在由燈電壓的導(dǎo)數(shù)從負(fù)到正通過(guò)零點(diǎn)所確定的采樣時(shí)刻所采樣的電流和電壓分別被標(biāo)記以IS和VS，以及它們的乘積被標(biāo)記以PS。
正如對(duì)于互相同相的理想的正弦電流和電壓的情況所熟知的，由峰值電流與峰值電壓的乘積確定的峰值功率是平均功率的兩倍。對(duì)于圖2所示的100％的額定功率運(yùn)行的條件，在被確定為采樣的電流IS和采樣的電壓VS的乘積的功率PS與實(shí)際平均燈功率之間的比值是1．98，而對(duì)于對(duì)于圖3所示的15％的額定功率運(yùn)行的條件，在被確定為采樣的電流IS和采樣的電壓VS的乘積的功率PS與實(shí)際平均燈功率之間的比值是1．74。這表明采樣的電流和電壓的乘積在功率電平運(yùn)行條件的范圍內(nèi)基本上正比于燈的平均功率。
現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明的目的已經(jīng)達(dá)到。雖然本發(fā)明是以具體的細(xì)節(jié)描述的，但也應(yīng)當(dāng)看到，有可能在本發(fā)明的打算的精神和范圍內(nèi)作出多種修改。
權(quán)利要求
1．用于把控制的基本恒定電平的電源提供給負(fù)載電路中的放電燈(L)的電路裝置，該電路裝置包括反饋環(huán)路，它響應(yīng)于在基本上相應(yīng)于由燈(L)所消耗的電功率的功率測(cè)量信號(hào)(M)與相應(yīng)于想要的消耗功率的基準(zhǔn)信號(hào)(R)之間的比較或差值(E)，該功率測(cè)量信號(hào)由包括乘法器(36)的功率測(cè)量形成電路(18)形成，該乘法器在其一對(duì)輸入端上分別接收通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電路而形成的燈電壓(VL)和燈電流(IL)測(cè)量信號(hào)(V2，V1)，其中功率測(cè)量信號(hào)形成電路(18)包括采樣和保持裝置(30)，被安排來(lái)響應(yīng)于基本上代表燈電壓(VL)的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)(IC)通過(guò)零點(diǎn)，而采樣基本上代表瞬時(shí)燈電壓(VL)的信號(hào)(V2)和基本上代表瞬時(shí)燈電流(IL)的信號(hào)(V1)，采樣和保持裝置具有一對(duì)輸出，分別饋送到乘法器(36)的一對(duì)輸入端。
2．如權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于，其中乘法器(36)是一個(gè)一象限的乘法器，以及采樣和保持裝置(30)被安排成使得它只響應(yīng)于基本上代表瞬時(shí)燈電壓(VL)的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)(Ic)以預(yù)定的方向通過(guò)零點(diǎn)才采樣基本上代表瞬時(shí)燈電壓(VL)和瞬時(shí)燈電流(IL)的信號(hào)(V2，V1)。
3．如權(quán)利要求1或2的電路裝置，其特征在于，其中基本上代表瞬時(shí)燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)(IC)是流過(guò)電容器(C)的電流，該電容器的一端(P)被耦合到一個(gè)基本上代表瞬時(shí)燈電壓(VL)的電壓。
4．如權(quán)利要求3的電路裝置，其特征在于，其中電容器的另一端被耦合到電壓鉗位器(22)。
全文摘要
用于把控制的基本恒定電平的電源提供給負(fù)載電路中的放電燈的電路裝置,包括反饋環(huán)路,它響應(yīng)于在相應(yīng)于由燈所消耗的電功率的功率測(cè)量信號(hào)與相應(yīng)于想要的消耗功率的基準(zhǔn)信號(hào)之間的比較或差值。功率測(cè)量信號(hào)由包括一個(gè)一象限乘法器的功率測(cè)量形成電路形成,乘法器在其一對(duì)輸入端上分別接收由采樣和保持裝置輸出的燈電壓和燈電流測(cè)量信號(hào),采樣和保持裝置被安排來(lái)采樣代表瞬時(shí)燈電壓的信號(hào)和代表瞬時(shí)燈電流的信號(hào)。采樣是在代表燈電壓的導(dǎo)數(shù)的信號(hào)以預(yù)定的方向通過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻進(jìn)行的。后者的信號(hào)構(gòu)成流過(guò)電容器的電流,該電容器的一端被耦合到代表瞬時(shí)燈電壓的電壓,其另一端被耦合到電壓鉗位器。
文檔編號(hào)H05B41/28GK1289528SQ99802544
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者P·M·格拉德茲基 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司