专利名称：带有灯座防弧的镇流器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于启动和控制气体放电灯或荧光灯的电子镇流器，并且更具体涉及用于瞬时启动荧光灯的带有防弧(arcprotection)的电子镇流器。
背景技术：
荧光灯是高效率的气体放电灯，其使用通过低压汞蒸汽的放电来产生紫外线(UV)能量。该紫外线能量激发在玻璃管的内部作为薄层施加的磷光材料，并且荧(磷)光物质将UV变换为可见光。用于荧光灯的镇流器提供高的点火电压来启动该灯，并且在灯工作期间控制功率输送。瞬时启动类型镇流器的点火电压可以超过800伏峰值，并因此荧光灯常遭受输出发弧光的问题。典型的荧光灯利用几百伏、频率通常高于30KHz的交流电压工作。位于灯的两端上构成电极的灯丝交替地在每个频率周期中用作电子发射阴极。
瞬时启动类型的荧光灯镇流器被设计为只要施加电源，就启动荧光灯。最初被开发以消除单独的机械启动机装置的瞬时启动电路在具有较长的燃烧周期(诸如连续24小时工作)或者具有有限的通断开关(on-and-off switching)的照明应用中通常是更加适宜的。现今，T8型式的瞬时启动镇流器是市场上最流行的镇流器类型，这是因为其高效率、安装容易、费用适中以及独立灯工作的特点，当单个灯停止工作的时候，后者通过从正在运行的灯中提供光来改善系统安全性。瞬时启动镇流器在荧光灯的每个末端上仅仅需要一个引脚(pin)，虽然可以与具有可加热灯丝的灯一起使用，并且在由灯制造商相应地定额这些灯时在每个末端上需要二个引脚。
在瞬时类型镇流器的灯座内可能的发弧光是一种有待减轻的被认为是不希望效果的现象。传统的具有并联灯工作的瞬时启动镇流器在输出断开的时候施加恒定的高电压，并且例如在灯和灯插座之间出现断续连接的时候，可能出现电弧。当替换出现故障的灯时，同时AC电源被施加到镇流器上，有可能在荧光灯安装中出现瞬间输出发弧光，在固定插座和灯的引脚之间形成电弧。发弧光也许不仅导致在固定插座中触点的老化和镇流器内的元件上过度的压力，而且也导致灯插座过热的可能性。
近年来，照明行业已经正在研制技术来检测潜在的发弧光条件，并且在发弧光变成问题之前，关闭照明系统。UnderwritersLaboratories(担保人实验室)对于具有抗弧光的镇流器给予Class(类别)CC等级。
对于能够在苛刻的环境条件下使用的荧光灯，已经设计了无弧的帽固定器(cap holder)。在2001年2月27日颁布的美国专利6193534“Non-Arcing Fluorescent Lamp Holder”中，Burwell等人公开了一种具有防水和绝缘特性的灯座组件。该荧光灯座组件适于容纳各种各样注模的端点封头(end cap)结构，并且在一个优选实施例中包括被保护套围绕的荧光灯。第一端点封头覆盖灯和套的第一末端，而包括管电源连接器帽的第二端点封头结构覆盖灯和套的第二末端。每个帽固定器的内部(也称为接受器)可以被遮蔽，以阻止电弧，并允许接受器弯曲。这些端点封头最好是水密的。
虽然已经使用更复杂和昂贵的解决方案来产生用于瞬时启动镇流器的抗电弧CC等级时，但是存在对于瞬时启动CC分级的电子荧光灯的需要，其可以利用对镇流器的其它特点和功能影响最小的方式被并入现有的镇流器设计中。改进的镇流器将包括好的寿命终止和自动重新启动特点，消除在出现故障的灯被替换之后重置电源断路器的需要。这也将提供所希望的镇流器系统和方法，用于在放电灯和荧光灯中降低和防止电弧发生，其是有效率的、经济有效的并且利用大多数电源电路工作。
发明内容
本发明的一个方面是一种用于荧光灯的电子镇流器，包括荧光灯镇流器电路、电弧检测电路和灯切断装置。荧光灯镇流器电路提供电源给荧光灯。电弧检测电路被电连接到荧光灯镇流器电路。灯切断装置与荧光灯串联连接，并且电耦合到电弧检测电路。当电弧检测电路检测到发弧光的时候，灯切断装置被断开。
本发明的另一个方面是一种用于荧光灯的防弧电路，包括电弧检测电路以及与荧光灯串联并且电耦合到电弧检测电路的灯切断装置。当电弧检测电路检测到发弧光的时候，灯切断装置被断开。
本发明的另一个方面是一种操作荧光灯的方法，具有步骤监视发弧光条件，并且在检测到发弧光条件的时候，断开到荧光灯的电源。
本发明的另一个方面是一种用于荧光灯的防弧电路，包括电弧检测电路和用于降低提供给荧光灯的灯功率的装置。该电弧检测电路是与荧光灯串联连接，并且响应于作为发弧光指示的经过荧光灯的电流的中断。当检测到经过荧光灯的电流的中断的时候，降低给荧光灯的灯功率。
从下面结合伴随的附图一起阅读的目前优选的实施例的详细描述中，本发明的上述和其他的特点及优点将变得进一步清晰可见。详细的描述和附图仅仅是说明本发明，而不是限制本发明，本发明的范围由所附的权利要求及其等效物来限定。
本发明的各种各样的实施例利用附图来举例说明，其中图1是按照本发明一个实施例的用于荧光灯的电子镇流器的方框图；图2是按照本发明一个实施例的用于荧光灯的防弧电路的示意图；图3是按照本发明一个实施例的用于带有灯座防弧的电子镇流器的定时图；和图4是按照本发明的一个实施例的操作荧光灯的方法的流程图。
具体实施例方式
图1示出按照本发明的一个实施例的用于荧光灯20的电子镇流器10的方框图。电子镇流器10包括荧光灯镇流器电路30以及包含电弧检测电路40和灯切断装置50的防弧电路33，防弧电路33被串联电连接在荧光灯镇流器电路30和荧光灯20之间。灯切断装置50被电耦合到电弧检测电路40。带有电弧检测电路40和灯切断装置50的电子镇流器10可用于对于利用瞬时启动、编程启动、快速启动及其他类型的镇流器电路操作的荧光灯提供电弧保护。电子镇流器10可以连接到一个或者一组荧光灯20。在一个实施例中，电子镇流器10在灯插座中检测到发弧光，采取适宜的行动来消除弧光，并且随后在为了消除电弧已过去足够的时间之后，又将该灯电源接通。
荧光灯20可以在每个末端上具有一个或者二个引脚；对于瞬时启动操作，需要在每个末端上的单个引脚，而在每个末端上的一组引脚用于电连接到灯丝和用于在荧光灯20的终端引脚上施加高电压。灯座22和24位于荧光灯20的每个末端上，在荧光灯20的末端上提供到这些引脚的电接触。灯座22、24允许荧光灯20依照要求进行安装和拆除，并且对于荧光灯20提供机械支持。因为在灯座22、24内的电接触可以氧化或松开，所以在高电压施加到荧光灯20上的时候，有时在灯座22、24和荧光灯20的末端上的引脚之间形成局部化电弧。
荧光灯镇流器电路30提供电源给一个或多个荧光灯20，以或瞬时启动或者编程启动模式启动荧光灯20，并且随后控制电源，以使灯承受住电弧。如本领域中所公知的，这种类型的电路包括用于从AC(交流)线路电源12产生DC(直流)电压的AC-DC变换器，和在指定的电压和频率上驱动荧光灯的受控频率反相器电路。输出电路包括限制到灯的电流的阻抗元件。镇流器电容器32被连接在荧光灯镇流器电路30的输出和荧光灯20之间，以便在图1的实施例中起着限制到灯的电流的阻抗元件的作用。
电弧检测电路40检测可能出现在灯座22、24和荧光灯20之间的电弧。电弧检测电路40检测灯座发弧光条件，诸如灯过压条件或中断的灯电流条件。例如，当在荧光灯20与灯座22、24之间出现间歇电弧的时候，可能出现灯过压条件，并且在荧光灯20的末端上产生的电压能够超过600伏或更大。例如，当出现间断电弧并且灯电流被中断的时候，可能出现中断的灯电流条件。例如，当借助于电弧检测电路40检测到电弧的时候，灯切断装置50被断开。
将控制信号从防弧电路33施加到灯切断装置50，以允许接通灯或者保持该灯为关断。施加到灯切断装置50的输入控制终端上的灯接通控制信号例如接通灯切断装置50，并且允许电流流动，而灯关断控制信号将灯切断装置50关断，并且阻塞电流流过荧光灯20。在一个例子中，灯切断装置50包括高电压三端双向可控硅开关。在另一个例子中，灯切断装置50包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、二极管电桥布置的晶体管或者其它的功率器件或者功率器件结构。电子器件诸如电阻器、电容器、二极管和晶体管被用于偏置和提供适宜的信号电平和定时给灯切断装置50。借助于三端双向可控硅开关，例如，在该三端双向可控硅开关的输出端上在相对高的镇流器输出频率上，随着大的镇流器电压，出现高的电流变化比率(di/dt)，保持该三端双向可控硅开关处于接通或者闭合条件之中，同时灯电流继续流动，起着灯接通控制信号的作用。当电流被中断的时候，电流的缺乏起着用于三端双向可控硅开关导通的灯关断控制信号的作用。
电弧检测和电弧保护可以使用其它类型的双向开关装置来实现，这些双向开关装置具有电路来检测电流的中断和/或超出灯的正常工作范围的灯电压的增加。
在可选择的结构中，在阻塞在荧光灯20和荧光灯镇流器电路30之间的灯切断装置50以保证恰当点燃荧光灯20之前，在首先接通电子镇流器10之后，电路使荧光灯20的连接保持预定的时间周期。
防弧电路33可以包含灯切断延迟电路60。灯切断延迟电路60被电连接到灯切断装置50。灯切断延迟电路60提供灯接通控制信号给灯切断装置50，以便在预定的启动周期期间使灯切断装置50保持在闭合条件中。在初始启动期间，例如，灯切断延迟电路60对于100毫秒或更长的时间时期提供灯接通控制信号给灯切断装置50，以确保荧光灯20具有足够长的时间周期来点燃和接通，即使出现间断的灯座电弧。灯切断延迟电路60可以包括例如充电网络、单稳多谐振荡器或者定时芯片，以实现所需要的延迟周期。
防弧电路33还可以包含灯重新启动电路70。灯重新启动电路70被电连接到灯切断装置50。当预定的灯重新启动延迟周期已经期满的时候，灯重新启动电路70提供灯接通控制信号给灯切断装置50。例如，在已经检测到电弧并且已除去给荧光灯20的电源之后，可以自动地试图重新启动该灯。灯重新启动延迟周期可以超过例如十秒，以允许灯座中的电弧衰减和灯座中产生的任何热量耗散。该延迟周期例如可以借助于定时电路或者定时芯片来生成。
在另一个实施例中，包括与荧光灯20串联的电弧检测电路40的防弧电路对于指示发生电弧的经过荧光灯20的电流的中断进行响应。当检测到通过荧光灯20的电流的中断时，提供给荧光灯20的灯功率被降低，诸如当检测到发生电弧条件的时候，通过借助于灯切断装置50阻塞到荧光灯20的电源，或者通过降低从荧光灯镇流器电路30施加给荧光灯20的电压，降低提供给荧光灯20的灯功率。
图2示出按照本发明的一个实施例的用于荧光灯20的防弧电路的示意图。该防弧电路包括起着电弧检测电路40的作用和起着灯切断装置50作用的三端双向可控硅开关52，以及灯切断延迟电路60。当镇流器电路30经由镇流器电容器32施加电源的时候，其经由电容器C1、二极管D1、二极管D2和齐纳二极管D4在电容器C2上产生DC电压。这个DC电压经由电阻器R3提供电流给三端双向可控硅开关52的栅极，使其导通。MOSFET晶体管M1最初处于允许电流流动的断开状态中。在由电阻器R2和电容器C3的时间常数确定的预定时间周期之后，电容器C3上的电压达到晶体管M1的导通阈值，使其接通。这除去了来自三端双向可控硅开关52的栅电流，并且三端双向可控硅开关52现在将只保持导通，同时电流继续流过它。当经由三端双向可控硅开关52的电流被中断的时候，诸如在灯20和其灯座之一之间存在发弧光时的情况，三端双向可控硅开关52断开，从而除去来自灯的电源。灯接通控制信号可以是利用齐纳二极管D3而电压受限的。偏置电阻器R1限制通过齐纳二极管D3和三端双向可控硅开关栅极的电流。
防弧电路包括灯切断延迟电路60，如返回在图1中所示的。灯切断延迟电路60被电连接到灯切断装置50。示范性的灯切断延迟电路60提供灯接通控制信号给灯切断装置50，以便在荧光灯20被首次点燃时在预定的启动周期期间，或者在检测到电弧并且电源被从荧光灯20除去之后将被点燃的后续试图期间，保持灯切断装置50处于闭合状态之中。例如，在启动周期期间，不管在灯座中是否存在发弧光，将灯接通控制信号施加到三端双向可控硅开关或者用作灯切断装置50的功率MOSFET的栅极，从而给荧光灯20提供足够的时间来点燃。在一个例子中，栅电流在电子镇流器10被接通时被提供给三端双向可控硅开关，并且继续被提供至少数百毫秒的周期，直至这样的时间，即在荧光灯20上检测到高电压，并且栅电流被除去。
防弧电路可以包括灯重新启动电路70，如返回在图1中所示的。灯重新启动电路70被电连接到灯切断装置50。当预定的灯重新启动延迟周期已经期满时，灯重新启动电路70提供灯接通控制信号给灯切断装置50。例如，灯关断控制信号在灯重新启动延迟周期期间被施加到三端双向可控硅开关或者用作灯切断装置50的功率MOSFET的栅极，以允许由发弧光灯座产生的任何热量消散，然后在已结束灯重新启动延迟周期之后，施加灯接通控制信号。
图3示出按照本发明的一个实施例的用于荧光灯的防弧电路的定时图。该定时图示出在本发明的特征操作模式期间提供给灯切断装置的灯电压42和灯控制信号44。
在时间t0上，电源被施加于该电子镇流器。高频灯电压被施加在荧光灯上，并且灯接通控制信号被施加给与荧光灯串联的灯切断装置。在启动周期期间的某个点上，荧光灯被点燃。在瞬时启动电子镇流器的情况下，在启动周期期间，升高的电压被施加到荧光灯的终端上，其随后在荧光灯被点燃时在时间t1上所示出的正常操作期间被降低。电弧检测电路监视灯座中发弧光。
当如在时间t2上所示在灯座中检测到电弧时，生成灯关断控制信号并且将之施加给灯切断装置，除去给该荧光灯的电源，并且灯重新启动延迟周期被启动。
在灯重新启动延迟周期结束时，可以尝试重新启动。在时间t3上，生成灯接通控制信号并且将其施加给灯切断装置。镇流器电压被施加给该荧光灯，并且该荧光灯被重新启动。在时间t4上所示的重新启动周期结束时，假定该荧光灯已经重新启动，并且正常操作继续经过时间t5，此时提供给荧光灯镇流器电路的电源被除去，并且该荧光灯被断开。
图4示出按照本发明的一个实施例的操作荧光灯的方法的流程图。
如在方框80上看到的，确定启动条件。确定是否存在启动条件，诸如从墙壁开关的翻动(flipping)中检测施加给荧光灯镇流器电路的线路电压，检测房间中的居住者和施加线路电压给电子镇流器，或者在完成夜间操作之后循环。
当确定启动条件时，电源被施加给该荧光灯，如在方框82上看到的。在启动周期期间，在荧光灯被点燃之前，瞬时启动电子镇流器可以施加升高的电压给在荧光灯具中的一个或多个荧光灯。虽然在启动期间可以检测到发弧光条件，但是提供给荧光灯的电源被保持预定的启动周期。
该灯点燃，如在方框84上看到的。沿着荧光灯的长度的放电在荧光灯管内生成，并且通过持续给荧光灯施加灯电压来维持。
在荧光灯正在工作的同时，电弧检测电路监视发弧光条件，如方框86上看到的。监视发弧光条件可以包括例如测量荧光灯电压，以及比较测量的电压与一个阈值，或者监视荧光灯电流的中断。
当检测到发弧光时，提供给该荧光灯的电源被阻塞，如在方框88上看到的。阻塞提供给荧光灯的电源可以包括例如发送灯关断控制信号给与该荧光灯串联的灯切断装置，或者检测灯电流中的中断，并且由于降低在灯切断装置上的di/dt而断开与荧光灯串联的灯切断装置。在一些情况下，施加给该荧光灯的所有电源被阻塞；在其它情况下，阻塞该电源的显著部分。
当灯电流被阻塞时，可以启动灯重新启动延迟周期，如在方框90上看到的。例如，当检测到发弧光条件时，可以启动灯重新启动延迟周期。可以选择该灯重新启动延迟周期，以允许时间来使发弧光衰减，以及使电弧附近产生的任何热量消散。
当灯重新启动延迟周期期满时，可以将灯接通控制信号提供给与荧光灯串联的灯切断装置，如在方框92上看到的。然后，将电源施加给该荧光灯，如返回在方框82上看到的，并且在该荧光灯上保持，直至该灯重新点燃，如在方框84上看到的。在该荧光灯被关断之前，可以重复从方框82至方框92的步骤。
当电源被从该荧光灯镇流器电路中除去时，该荧光灯被断开，如在方框94上看到的。
虽然在此处公开的本发明的实施例目前被认为是优选的，但是不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种各样的变化和修改。本发明的范围表示在所附的权利要求中，并且在等效的含义和范围内的所有变化意欲包含在其中。
权利要求
1.一种用于荧光灯(20)的电子镇流器，包括荧光灯镇流器电路(30)；电弧检测电路(40)，电连接到荧光灯镇流器电路(30)；和灯切断装置(50)，与荧光灯(20)串联并且电耦合到电弧检测电路(40)，其中荧光灯镇流器电路(30)提供电源给荧光灯(20)，并且其中当由电弧检测电路(40)检测到发弧光时，断开灯切断装置(50)。
2.根据权利要求1的镇流器，其中电弧检测电路(40)检测灯座发弧光条件。
3.根据权利要求2的镇流器，其中灯座发弧光条件包括灯过压条件或中断灯电流条件之一。
4.根据权利要求1的镇流器，其中灯切断装置(50)包括三端双向可控硅开关。
5.根据权利要求1的镇流器，其中灯切断装置(50)包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管。
6.根据权利要求1的镇流器，进一步包括灯切断延迟电路(60)，电连接到灯切断装置(50)，其中灯切断延迟电路(60)提供灯接通控制信号给灯切断装置(50)，以便在预定的启动周期期间保持灯切断装置(50)处于闭合条件中。
7.根据权利要求1的镇流器，进一步包括灯重新启动电路(70)，电连接到灯切断装置(50)的，其中当预定的灯重新启动延迟周期已经期满时，灯重新启动电路(70)提供灯接通控制信号给灯切断装置(50)。
8.一种用于荧光灯(20)的防弧电路，包括电弧检测电路(40)；和灯切断装置(50)，与荧光灯(20)串联并且电耦合到电弧检测电路(40)，其中当由电弧检测电路(40)检测到发弧光时，灯切断装置(50)被断开。
9.根据权利要求8的防弧电路，其中电弧检测电路(40)检测灯座发弧光条件。
10.根据权利要求9的防弧电路，其中灯座发弧光条件包括灯过压条件或者中断灯电流条件之一。
11.根据权利要求8的防弧电路，其中灯切断装置(50)包括三端双向可控硅开关。
12.根据权利要求8的防弧电路，其中灯切断装置(50)包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管。
13.根据权利要求8的防弧电路，进一步包括电连接到灯切断装置(50)的灯切断延迟电路(60)，其中灯切断延迟电路(60)提供灯接通控制信号给灯切断装置(50)，以便在预定的启动周期期间将灯切断装置(50)保持在闭合条件中。
14.根据权利要求8的防弧电路，进一步包括电连接到灯切断装置(50)的灯重新启动电路(70)，其中在预定的灯重新启动延迟周期已期满时，灯重新启动电路(70)提供灯接通控制信号给灯切断装置(50)。
15.一种操作荧光灯(20)的方法，包括监视发弧光条件；和当检测到发弧光条件的时候，阻塞提供给荧光灯(20)的电源。
16.根据权利要求15的方法，其中监视发弧光条件包括测量荧光灯电压和将测量的电压与阈值进行比较。
17.根据权利要求15的方法，其中监视发弧光条件包括监视荧光灯电流的中断。
18.根据权利要求15的方法，其中阻塞提供给荧光灯(20)的电源包括发送灯关断控制信号给与荧光灯(20)串联的灯切断装置(50)。
19.根据权利要求15的方法，进一步包括确定是否存在启动条件；和根据该确定，对于预定的启动周期，保持提供给荧光灯(20)的电源。
20.根据权利要求15的方法，进一步包括当检测到发弧光条件时，启动灯重新启动延迟周期；和当灯重新启动延迟周期已经期满时，提供灯接通控制信号给与荧光灯(20)串联的灯切断装置(50)。
21.一种用于荧光灯的防弧电路，包括电弧检测电路(40)，其中电弧检测电路(40)与荧光灯(20)串联连接，并且其中电弧检测电路(40)对作为发弧光指示的经过荧光灯(20)的电流的中断进行响应；和用于降低提供给荧光灯(20)的灯功率的装置，其中当检测到经过荧光灯(20)的电流的中断时，降低提供给荧光灯(20)的灯功率。
全文摘要
本发明提供一种用于荧光灯(20)的电子镇流器，包括荧光灯镇流器电路(30)、电连接到荧光灯镇流器电路(30)的电弧检测电路(40)以及与荧光灯(20)串联并且电耦合到电弧检测电路(40)的灯切断装置(50)。荧光灯镇流器电路(30)提供电源给荧光灯(20)。当由电弧检测电路(40)检测到电弧的时候，灯切断装置(50)被断开。
文档编号H05B41/285GK1849849SQ200480026412
公开日2006年10月18日 申请日期2004年9月9日 优先权日2003年9月12日
发明者R·A·埃尔哈德特, E·门多扎 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司