CN1120798A - 放电灯自动照度控制装置 - Google Patents

Abstract

一种放电灯的自动照度控制装置，它可包括升高已整流电压的斩波电路；使斩波电路输出的直流电压变换为频率较高的交流电压从而驱动放电灯的逆变器电路；检测待照射区域之亮度的亮度检测部分；设置所述区域之亮度的亮度设置部分；当检测亮度大于设置亮度时根据两者间的差值调节或切断逆变器电路之输出电压的部分；以及过电流防止部分。

Description

放电灯自动照度控制装置

本发明涉及用于放电灯例如荧光灯的自动照度控制装置，它自动地使照射区域的亮度维持在用户设置的强度上，并可避免过电流流过放电灯。

近来，已对照度控制技术进行了多种改进，它们可使用逆变型驱动电路来改变放电灯的照度。

图1是一方框图，它简略地示出了带有照度控制的现有技术的放电灯镇流器。

参见图1，放电灯镇流器包括放电灯22(例如荧光灯)；设置占空比的控制按钮10，它实现了放电灯22的照度控制；产生带有预定频率的振荡信号的振荡器12；将振荡信号变换为差频信号的频率变换器14；可变脉冲宽度调制器16，它根据由控制按钮10设置的开—关占空比来改变由频率变换器14所输出信号的占空比；开关元件18，它由可变脉冲宽度调制器16输出的调制信号来控制其开或关；以及第一和第二变压器20，它根据开关元件18交替变换的开—关得到感应电压。

在上述放电灯镇流器中，根据由控制按钮10设置的开—关占空比通过改变输送至放电灯22的电功率来控制照度。关于现有技术的状况，由于其详细内容已在美国专利第4998046中作了揭示，本说明书中将省略对其作进一步说明。

然而，现有技术的问题在于：在线路传输中需设置不希望有的附加的线路元件，而采用无线传输即遥控装置则制造成本昂贵。

而且，无论待照射区域的自然亮度如何，放电灯的输出均固定在用户所设置的水平上。

而且，所使用的频带与常用遥控的频带相重叠，从而影响其他电气设备的工作。

本发明的一个目的是提供一种用于放电灯的自动照度控制装置，它能够改变灯的照度，使得照射区域的亮度连续地维持在用户所设置的水平上，从而保护用户的视力，并减小放电灯所消耗的电功率。

本发明的另一个目的在于提供一种用于放电灯的自动照度控制装置，它能够防止过电流流过放电灯，从而保护了该装置。

本发明的又一个目的在于提供一种用于放电灯的自动照度控制时置，它能延长放电灯的寿命期望值，且它能通过校正加在放电灯上的交流电源的功率因数来抑制会影响其它电器设备工作的噪声信号的产生。

为了达到上述目的，放电灯的自动照度控制装置通常包括交流斩波器电路，用它来升高可以由对市用交流电压进行整流而得到的直流电压；逆变器电路，因它将由交流变换电路输出的直流电压变换为具有预定频率的交流电压，从而驱动放电灯；设置待照射区域之亮度的装置；检测待照射区域之亮度的装置；以及当所检测得的亮度大于所设置亮度时使逆变器电路停止工作的装置。

因此，当待照射区域的自然亮度大于用户所设置的亮度时，放电灯不消耗电功率。

所述控制装置还可包括这样的装置，当所检测得的亮度小于所设置亮度时，所述装置正比于设置亮度与检测亮度之差来改变由交流变换电路输出的电压，从而根据自然亮度来自动控制放电灯中所消耗的电功率。

根据对本发明所作的进一步描述，该控制装置还可包括用来检测流过放电灯的电流值的装置，以及当检测电流值大于参考电流值时可自动使逆变器电路停止工作的装置，从而避免放电灯遭受任何破坏。

通过以下结合附图所进行的描述，将使本发明将更易于理解，其中：

图1是简略地示出了带有照度控制的现有技术之放电灯镇流器的方框图；

图2是根据本发明的一种用于放电灯的自动照度控制装置的简图；

图3是图2所示控制装置的具体电路图；以及，

图4是用来说明根据本发明之控制装置的工作的流程图。

为了更好地理解本发明以及同时理解其他进一步的目的，优点和功能，现结合上述附图阐述下述披露及所附的权利要求。

参见图2，照度控制装置包括一放电灯驱动部分140，它在将市用交流电压变换为具有更高频率的另一交流电压后点亮放电灯；亮度检测部分110和电源切断部分120，它们用来检测待照射区域的亮度，并在检测亮度大于用户所设置的亮度时切断加在灯上的电源；功率因数校正和照度调节部分130，它使加至放电灯的电压和电流同相，且当所检测得的亮度小于用户所设置的亮度时与检测亮度和设置亮度之差成正比地改变加至放电灯的功率；和过电流防止部分150，它检测流过放电灯的电流值，且当所检测得的电流值大于参考电流值时它切断加至放电灯的电源。

参见图3，放电灯驱动部分140可大致地分为两段：其一是斩波器电路140A，用它来升高由对市用交流电压进行整流而得到的直流电压；另一个是逆变器电路140B，用它将直流电压变换为具有更高频率例如约30KHz的交流电压，且用它来点亮放电灯LAMP。

斩波器电路140A包括一扼流线圈L1，二极管D1，和场效应晶体管Q2，分压电阻器R8和R9，以及一电容器C3。

逆变器电路140B以自激型式形成，且包括一放电灯LAMP。一对开关晶体管Q3和Q4，它们相互串联连接跨接在斩波器电路140A的输出端上；线圈CT2通过电阻器R10连接在晶体管Q3的基极和发射极之间；线圈CT1通过圈L2连接在晶体管Q3的发射极和放电灯LAMP的灯丝端之间；线圈CT3通过电阻器R11连接在晶体管Q4的基极和发射极之间；电容器C5用来启动灯，它连接在放电灯LAMP的两个灯丝端之间；电容器C6和二极管D2并联连接在晶体管Q3的集电极和放电灯LAMP的灯丝端之间；电容器C7和二极管D3平行连接在放电灯LAMP的灯丝端和地之间。

亮度检测部分110和电源切断部分120包括一亮度检测器S1；一可变电阻器VR，它与亮度检测器S1相串联；运算放大器OP1，用它对可变电阻器VR两端的电压和预定的参考电压Vref1进行比较；和一晶体管Q1，它的基极通过一限流电阻器R1连接至运算放大器OP1的输出端，且它的集电极连接至斩波器电路140B的电阻器R11。

功率因数校正和照度调节部分130包括一运算放大器OP2，它放大并输出代表了待照射区域之亮度的电压Vsen和预定参考电压E1之间的差；运算放大器OP3，它对输出电压E3和斩波器电路140A的经过分压后的输出电压E4进行比较；乘法器MT，它用运算放大器OP3的输出电压来乘以通过适当地对经全波整流后的输入电压Vi进行分压后得到的电压；电阻器R7，它将流过场效应晶体管Q2的电流变换为相应的电压；运算放大器OP5，它对乘法器MT的输出电压与电阻器R7两端的电压进行比较；运算放大器OP4，它对外加脉冲信号与预定参考电压E2进行比较；锁闭电路G1至G4，用来暂时储存运算放大器OP5的输出状态，然后开启或关闭晶体管Q3，以及电阻器R5，它限制了流过场效应晶体管Q2之栅极上的电流。在上文中未作描述的参考字符R6和C4分别表示一电阻器和电容器，用它们来消除电流尖峰的上升沿；参考字符C2表示一电容器，用以消除分压后的输出电压E4中所含的脉动部分。

功率因数校正和照度调节部分130宜由一集成电路来实现，例如，可使用由韩国三星电子有限公司制造的标号为KA7514的集电成电路来实现。

过电流防止部分150包括进行电流检测的线圈T2；电阻器R12，它将所检测得的电流变换为电压；电路，它包括二极管，电阻器和电容器D4、R13和C8，它通过对电阻器R12两端的电压进行整流和平滑滤波来产生直流电压E5；以及运算放大器OP6，当直流电压E5高于参考电压Vref2时，它使逆变器电路140B停止工作。

下面将详细描述根据本发明用于放电灯的照度控制装置的工作情况。

参见图4，如果用户接通开关(未示出)向装置输送市用交流电、通过二极管桥式电路(未示出)整流的电压Vi被输送至斩波器电路140A。随后，所述斩波器电路140A根据晶体管Q2的导通和截止时间周期产生电压(Vdd)，它由下述公式来确定：

Vdd＝Vi(Ton+Toff)/Toff

即，当晶体管Q2处于导通状态时线圈L1储存能量，而当晶体管Q2处于截止状态时，电流流过逆变器电路140B，从而改变了加至放电灯LAMP的平均功率。

逆变器电路140B通过在线圈L2和电容器C6，C7之间重复交换能量来交替地使晶体管Q3和Q4工作，且用由晶体管Q3和Q4的工作而产生的频率约为30KHz的交流电压来驱动放电灯LAMP。

另一方面，用户可通过调节可变电阻器VR来精确地设置一所需的照度。

可用镉元件来构成亮度检测器S1，当亮度变大时其阻值变小。因此，亮度越大则可变电阻器VR两端的电压Vsen就越高。

当电压Vsen高于参考电压Vref1时，即，步骤S100的判定结果为“YES”时，运算放大器OP1输出高电平信号，从而导致A点上电位降低。因此，晶体管Q4被截止，从而熄灭放电灯LAMP。

如上所述，当仅由自然光便能满足所设置亮度时，放电灯被熄灭，从而减少了功率损耗。

当电压Vsen低于参考电压Vref1时，即，步骤8100的判断结果为“NO”时，运算放大器OP1输出低电平信号，从而允许晶体管Q3和Q4交替工作。

另一方面，运算放大器OP2使用步骤S110中的适当的系数来放大参考电压E1和电压Vsen间的差值，随后用经过放大的差值电压E3来改变加至逆变器电路140B的电压Vdd，其中差值电压E3由下式来决定：

E3＝E1((R2+R3)/R2)-Vsen(R3/R2)

在步骤S120中，运算放大器OP3对差值电压E3和通过对斩波器电路140B的输出电压Vdd进行适当地分压所得到的电压E4进行比较。当差值电压E3高于分压所得的输出电压E4时，即，当步骤S120的判断结果为“NO”时，运算放大器OP3随后输出一个高电平信号，并因而使晶体管Q2导通。因此，亮度越大，则差值电压E3越小。相应地，电压Vdd降低，从而减小了加至放电灯LAMP的功率。

以下将详细描述用来校正输至逆变器电路140B之电功率的功率因数的装置结构的工作情况。

乘法器MT用通过适当地对输入电压Vi进行分压而得到的电压乘以由运算放大器OP3输出的电压，并随后将它输至运算放大器OP5的非反相(+)输入端。用乘法器MT的输出来限制流过线圈L1的电流。对应于流过线圈L1的电流的电压，即电阻器R7两端的电压，被输至运算放大器OP5的反相(-)端。由乘法MT输出的电压高于电阻器R7两端的电压时，运算放大器OP5输出高电平信号，它通过锁闭电路G1至G4，从而使晶体管Q2导通。

另一方面，当输入运算放大器OP4的非反相(+)端的脉冲信号处于低电平状态时，晶体管Q2处于导通状态，从而使流过线圈L1电流逐渐增大。当流过线圈L1的电流达到为乘法器输出的电压所表示的幅值时，晶体管随之被截止。随后，锁闭电路G1至G4使晶体管Q2处于截止状态直至流过线圈L1的电流变为零。通过重复进行上述操作，可使电流与电压同相，从而校正了功率因数。

在过电流防止部分150中，线圈T2检测流过放电灯LAMP的电流，电压变换电路R12、D4、R13和C4将它变换成相应的电压E5，并随后将变换后的电压信号E5输送至运算放大器OP6的非反相(+)端。当电压E5高于预定参考电压Vref2时，即，当步骤S130的判断结果为“YES”时，运算放大器OP6降低了A点的电位，从而使晶体管Q4截止。因此，使过电流不能流过放电灯LAMP。

Claims (3)

1.一种放电灯的自动照度控制装置，其特征在于，包括：

放电灯；

斩波器电路，它使通过对市用交流电压进行整流而得到的直流电压升高；

逆变器电路，它将由斩波器电路输出的直流电压变换为具有更高频率的交流电压，从而驱动所述放电灯；

用来检测待照射区域之亮度的装置；

用来设置待照射区域之亮度的装置；

当检测亮度大于所设置亮度时，使所述逆变器电路停止工作的装置。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括当检测亮度小于所设置亮度时正比于所设置亮度与检测得的亮度间的差值来改变由斩波器输出的电压的装置。

3.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括检测流过所述放电灯的电流值的装置；和

当所检测得的电流值大于参考电流值时自动使所述逆变器停止工作的装置。

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