專利名稱：電子消除直線型燈中的輝紋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)直線型熒光燈的視覺現(xiàn)象，更具體地說涉及消除可能會(huì)在氣體放電燈中出現(xiàn)的視覺輝紋(visual striation)。
熒光燈是一種氣體放電燈，在燈的內(nèi)表面涂覆有熒光磷。磷可以由從放電和熒光而產(chǎn)生的紫外線輻射所激發(fā)，產(chǎn)生可見光。
在氣體放電燈工作期間，如熒光燈，能產(chǎn)生通常所說的輝紋現(xiàn)象。輝紋是光強(qiáng)區(qū)出現(xiàn)的黑帶。這一現(xiàn)象可以產(chǎn)生燈所不希望的閃光效應(yīng)。

圖1示出了輝紋現(xiàn)象的一個(gè)例子，它描述直線型燈10用添加氪作為緩沖氣體以改善燈的功效。圖1中，燈10具有輝紋區(qū)12，輝紋作為黑帶出現(xiàn)且沿著燈長(zhǎng)度方向移動(dòng)。我們知道氣體放電燈中的輝紋是在冷態(tài)施加載荷和其它應(yīng)用如含氪燈中發(fā)生的。
已經(jīng)提出各種各樣的有關(guān)輝紋為什么會(huì)發(fā)生的理論。例如，Sullivan的美國專利5,001,386，一般認(rèn)為輝紋是由于高頻電流加強(qiáng)了使電極之間電荷分布發(fā)生變化的駐波而產(chǎn)生的。
Sullivan試圖通過把注入的直流元件疊加到傳送交流電的頂部的方法解決輝紋問題。該技術(shù)的缺點(diǎn)是要求必須清除在市場(chǎng)上現(xiàn)有的常用的高頻鎮(zhèn)流器而用可以注入直流偏壓元件的唯一鎮(zhèn)流器代替。并且通過附加直流偏壓，把燈中的汞移動(dòng)到一端，產(chǎn)生不平衡的光輸出，有可能引起燈的損壞。已建議提高燈照明系統(tǒng)的峰值系數(shù)來消除通常的輝紋。但是，有人提出提高波峰因數(shù)會(huì)增加燈的應(yīng)力，從而導(dǎo)致燈壽命的縮短。
因此，提供現(xiàn)有設(shè)備的改型或升級(jí)是有利的，它不需要替代目前常用的高頻鎮(zhèn)流器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種由系統(tǒng)電源供電的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括與系統(tǒng)電源相連接的鎮(zhèn)流器，其中鎮(zhèn)流器用來產(chǎn)生燈輸入信號(hào)。為接收燈的輸入信號(hào)，將燈輸入線路有效連接。此外，氣體放電燈與被配置的燈的輸入線路有有效接以接收燈輸入信號(hào)。然后，將調(diào)幅電路與燈輸入線路有效連接，其中將調(diào)幅電路配置成在氣體放電燈接收到燈輸入信號(hào)以前，能周期地調(diào)制振幅。調(diào)幅電路的工作導(dǎo)致對(duì)燈輸入信號(hào)的周期性調(diào)幅，消除了否則在燈中存在的視覺輝紋。
利用該假設(shè)，發(fā)明人開發(fā)了對(duì)燈輸入電流進(jìn)行周期性調(diào)制的電路。通過采用這種周期方式改變對(duì)電流的調(diào)制，干擾被認(rèn)為產(chǎn)生輝紋的重復(fù)共振頻率，因此就消除了輝紋的視覺現(xiàn)象。
圖3說明了一個(gè)示例性的結(jié)合了本發(fā)明構(gòu)思的燈照明系統(tǒng)20。輸入電源22通過輸入濾波器24向鎮(zhèn)流器26供電。燈輸入線路30把輸入電流信號(hào)從鎮(zhèn)流器26供給燈32。根據(jù)本發(fā)明，在輸入線路30結(jié)點(diǎn)34處與之相連的是調(diào)幅電路36。調(diào)幅電路36通過插入周期性調(diào)幅信號(hào)以周期性間隔改變輸入線路30中的輸入電流。調(diào)幅電路36的工作使得至少部分輸入信號(hào)發(fā)生變化以調(diào)制輸入電流。
為說明由線路20得到的結(jié)果，請(qǐng)注意參照?qǐng)D4和圖5，它們示出了氬/氪熒光燈的燈輸入電流信號(hào)。從圖4可以看出，所示的是一個(gè)常用的照明系統(tǒng)里的燈輸入電流信號(hào)38，其中不包括實(shí)施本發(fā)明的調(diào)幅電路。
如線路40所示，輸入信號(hào)38的峰值基本上全部相等，調(diào)幅電路的實(shí)施，如圖5所示，使有選擇地和周期性地改變燈輸入電流信號(hào)42成為可能，因此，可以采用受控方式對(duì)輸入信號(hào)的值或部分輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。例如，如圖5所示，盡管，峰44和峰45的值基本相等，已經(jīng)將峰48的值調(diào)制到一個(gè)較低值。更具體地說，在本實(shí)施方案中，44和46的值大約為214mA，而峰48調(diào)制后的值約為200mA。因此，實(shí)際上有14mA的差值。該差值足以去除由共振信號(hào)重復(fù)引起的正在工作的燈的視覺輝紋。
還要注意所調(diào)制的是輸入燈的電流值，而不是它的頻率。尤其是，圖5中的時(shí)間周期T1，T2和T3與圖4沒有改變或彼此沒有什么不同。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明調(diào)幅電路60的實(shí)施方案，它也可以作為附屬于燈的分離組件去實(shí)施，或作為集成在燈上的一個(gè)電路并入去實(shí)施。圖6中的電路60借助于其與燈輸入線路30的連接，通過電流互感器62和電容器64，與燈串聯(lián)。在本實(shí)施方案中，電流互感器62是一個(gè)電感器，但也可按其它已知的設(shè)計(jì)方案實(shí)施。借助于獲取至少一部分在燈輸入線路30所載運(yùn)的燈輸入電流，電流互感器62被用來從輸入線路30中獲取能量。雖然在該圖中未示出，但在以前的圖中已公開，輸入線路30接收來自鎮(zhèn)流器26(圖3)的燈輸入信號(hào)。由電流互感器62獲得的部分電流通過含有二極管70-76的橋式全波整流器68整流。齊鈉二極管78允許電壓80(+VDD)的積累，在一個(gè)實(shí)施方案中，該電壓約為5伏，足以供給用于電路60的邏輯電子電路的用電。電路60的設(shè)計(jì)滿足所期望的低功耗要求，因此，經(jīng)過電流互感器62得到的能量是充裕的。
包括電阻元件84的信號(hào)線路82載有半波整流信號(hào)88，該信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電壓，并在Schmidt觸發(fā)器90的輸入出現(xiàn)。Schmidt觸發(fā)器90實(shí)際上產(chǎn)生數(shù)字輸出92，然后，該信號(hào)被供給觸發(fā)電路94。觸發(fā)電路94實(shí)質(zhì)上是個(gè)除二裝置，因此，輸出信號(hào)96變?yōu)檩斎霟綦娏餍盘?hào)頻率的一半。在圖6的電路中也顯示了共用電容器97。
輸出信號(hào)96用于控制晶體管98的工作。尤其是用作開關(guān)的晶體管98和由二極管102-108組成的全波橋式變換器100，允許在輸入線路30里的電容器有選擇的旁路。晶體管98的工作充當(dāng)一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)對(duì)電流輸入的各全循環(huán)中的這部分電路短路。因此，工作中電容器94或者與燈串聯(lián)，或者是個(gè)開關(guān)，由晶體管98和全波橋式整流器100與燈串聯(lián)來決定。
旁路電容器64，引起對(duì)燈的電流輸入增加，然而，開關(guān)98打開引起流經(jīng)電容66的電流，從而導(dǎo)致輸入電流下降。
在本實(shí)施方案中的電流水平的變化非常小是可以理解的。具體地說，其導(dǎo)致在總量約為214mA電流中減少約為14mA。借助于改變振幅，本調(diào)幅電路設(shè)計(jì)干擾了發(fā)生在燈中的共振。
如圖3和圖6所示的本設(shè)計(jì)沒有增加燈系統(tǒng)的波峰因數(shù)，因此，也未增加燈的應(yīng)力。這個(gè)系統(tǒng)也未引入直流偏壓，已知一定水平的偏壓會(huì)引起燈內(nèi)的汞向一端遷移。這就導(dǎo)致燈一端有亮點(diǎn)，而相對(duì)一端出現(xiàn)暗點(diǎn)。增加了圖6描述的調(diào)幅電路，燈的效率也僅降低大約1/2％或更少。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以將調(diào)幅電路集成在鎮(zhèn)流器中。在該設(shè)計(jì)中，沒有必要包括圖6的由二極管橋式電路68和齊鈉二極管78所確定的調(diào)幅電源。具體地說，從鎮(zhèn)流器電路本身來的電源用來給圖6的電子線路90-94供電，因此，當(dāng)點(diǎn)亮；電路如圖6的電路與鎮(zhèn)流器集成在一起，電流互感器64和信號(hào)線路82將繼續(xù)向Schmidt觸發(fā)器90提供輸入。利用該供電順序，導(dǎo)致有效的電路，由此使整個(gè)照明系統(tǒng)的效率的顯著降低少于1/2％。
另外，雖然通過利用Schmidt觸發(fā)器90，以及電壓分配器94的開關(guān)技術(shù)對(duì)實(shí)施本實(shí)施方案進(jìn)行了說明，但是其它可替代的設(shè)計(jì)方法也是可能的。例如，數(shù)字計(jì)時(shí)器可用于控制開關(guān)98的工作。此外，為了得到輸入電流的調(diào)幅，可以在各種設(shè)計(jì)中采用含有開關(guān)98及全波橋式整流器100的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。例如，在另一個(gè)實(shí)施方案中，在系統(tǒng)里注入一信號(hào)也是合適的，由此，增加輸入線路電流，而不是采用電容66來減少輸入線路電流，可以認(rèn)為發(fā)明人在本發(fā)明的范圍內(nèi)考慮了這些設(shè)計(jì)。另外，本發(fā)明的所有實(shí)施方案均可以用其它已知的電子控制裝置來實(shí)施，這些電子控制裝置能夠調(diào)整輸入燈電流的振幅。
在這方面，還要注意在圖7中說明的另一個(gè)實(shí)施方案，當(dāng)鎮(zhèn)流器集成了調(diào)幅電路110時(shí)，可以使用調(diào)幅電路。具體地說，如圖7所示，由于該電路在鎮(zhèn)流器內(nèi)，不需要產(chǎn)生用于電子線路地單獨(dú)的電源。而電功率112可直接由鎮(zhèn)流器提供。在該實(shí)施方案中，用一對(duì)開關(guān)晶體管，如MOSFETS或其它適合的晶體管114和116，取代帶全波橋式整流器100的開關(guān)98。
在本設(shè)計(jì)中，一個(gè)信號(hào)被周期地施加在連接的柵極與源極之間，漏極與跨過輸入線路30的電容118并聯(lián)。當(dāng)二個(gè)晶體管114和116處于“開啟”狀態(tài)時(shí)，它們相當(dāng)于具有很小阻值的電阻，這取決于它們的RDS值。在這種狀態(tài)下，輸入燈電流被電容118旁路。當(dāng)晶體管“斷開”時(shí)，它們作為阻斷機(jī)構(gòu)迫使燈輸入電流通過電容器118，由于晶體管114和116被捆在一起，當(dāng)跨過柵極的電壓為零時(shí)，它們是n-溝道裝置，本征二極管切斷任何電流的流動(dòng)，因此，這種電路相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)。
柵極處于“接通”狀態(tài)，例如，在柵極和源極之間施加5伏電壓。此時(shí)，晶體管再次作為具有小數(shù)值的電阻，從而短路電容器118。通過把n-溝道器件的電阻降到足夠低，跨越晶體管114和116的n-溝道電壓不足以開啟本征二極管，所以晶體管114和116可以簡(jiǎn)化為電阻元件。因此，例如，假設(shè)電路中有200mA電流，并采用2歐姆晶體管，那么每個(gè)晶體管將只有0.4伏電壓降。這就導(dǎo)致一個(gè)低電壓系統(tǒng)。如果晶體管的電流或電阻比較高，那么本征二極管就被開啟，系統(tǒng)的電壓將包括二極管電壓降加上晶體管114和116的RDS。
本發(fā)明的一個(gè)方面是解決沒有對(duì)電路效率多余影響的輝紋問題。上述電路達(dá)到了此目的。
見圖8，該圖示出的是體現(xiàn)上述實(shí)施方案設(shè)計(jì)的具有調(diào)幅電路組件132的燈130，調(diào)幅電路組件經(jīng)過信號(hào)連接點(diǎn)133被結(jié)合為燈130的一部分。在該設(shè)計(jì)中，終端用戶會(huì)購買到不需要任何鎮(zhèn)流器的燈。圖9示出了燈130，其中在連接端136將調(diào)幅電路組件134插入燈130。圖10描述了在鎮(zhèn)流器140中集成有調(diào)幅電路138的設(shè)計(jì)。借助于該設(shè)計(jì)以及如前所述，在調(diào)幅電路138中電源的要求。
圖11表明了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有把調(diào)幅電路140在通常為共用的變換器或鎮(zhèn)流器142里結(jié)合為一體，鎮(zhèn)流器142被用來為多盞燈144，146，148供電。通過這種設(shè)計(jì)，可以采用單個(gè)調(diào)幅電路140來消除多盞燈的視覺輝紋。
如上所述，本發(fā)明可以用許多形式實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方案中，元件名稱和/或圖6和圖7電路參數(shù)包括變換器電感62(2個(gè)耦合1.0電感)……100μH；1mH電容器66 …………………………………………………22μF二極管72-76……………………………………均為DIN4148齊鈉二極管78 ………………………………… 5V，DIN4740電阻84 ………………………………………………… 100K
Schmidt觸發(fā)器90 ……………………National Semi CD40106電容器91……………………………………………………100mF觸發(fā)電路94……………………………National Semi CD4013晶體管98………………………………………………IRF 510二極管橋式電路102-108 ………………………均為DIN4148電容器118 ……………………………………………… 22mF晶體管114，116………………………………Fairchild 6303N額外的平衡元件也可以加在圖6和圖7的電路中是可以理解的。此外，雖然可以采用各種各樣的燈，對(duì)于用所提供的數(shù)值，所采用的燈可以工作在120/277伏特交流電壓、60赫茲線路的電源上，此處的燈可以是氣體放電燈，如充有T8稀有氣體的直線型熒光燈。
雖然本發(fā)明主要描述與熒光燈有關(guān)，但這里所描述的電路可以用于控制任何類型的氣體放電燈。由于在以上描述的電路中可以做某些變化，仍沒有脫離本發(fā)明所涵蓋的范圍，其意圖是對(duì)以上描述或附圖顯示所包含的全部?jī)?nèi)容以直觀的方式加以解釋，而無限定的含意。
權(quán)利要求
1.一種由系統(tǒng)電源(22)供電的照明系統(tǒng)(20)，該照明系統(tǒng)包括與系統(tǒng)電源(22)有效連接的鎮(zhèn)流器(26)，該鎮(zhèn)流器用來產(chǎn)生燈輸入信號(hào)；被有效連接的燈輸入線路(30)用來接收燈輸入信號(hào)；與燈輸入線路有效連接的氣體放電燈(32)，用來接收燈輸入信號(hào)；并且調(diào)幅電路(36)與燈輸入線路(30)有效連接，將調(diào)幅電路配置成在氣體放電燈接收燈輸入信號(hào)之前通過，通過調(diào)幅信號(hào)的注入，周期性調(diào)制燈輸入信號(hào)幅度，其中，燈輸入信號(hào)的周期性調(diào)幅消除了燈(32)的視覺輝紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅電路包括由調(diào)幅電源(80)供電的調(diào)幅電子線路(60)；和由調(diào)幅電子學(xué)線路進(jìn)行有效控制的開關(guān)裝置(98)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)由鎮(zhèn)流器(26)供電的第二氣體放電燈(146)，其中，集成在鎮(zhèn)流器(26)中的調(diào)幅電路(36)周期性地調(diào)制氣體放電燈(144)和至少第二氣體放電燈(146)的輸入燈信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅電路包括從燈輸入線路(30)的電流中產(chǎn)生電壓的調(diào)幅電源(80)；由調(diào)幅電源供電的調(diào)幅電子學(xué)線路(60)；和由調(diào)幅電子學(xué)線路(60)進(jìn)行有效控制的開關(guān)裝置(98)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅電路(36)被集成在燈(32)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅電路(36)是一個(gè)集成在鎮(zhèn)流器和燈之間的組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅電路(36)被集成在鎮(zhèn)流器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中當(dāng)所配置地調(diào)幅電路(36)用作連接至氣體放電燈的組件時(shí)，或集成在氣體放電燈中時(shí)，調(diào)幅電路(36)可使系統(tǒng)的效率降低大約1/2％或更少。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅電路(36)降低系統(tǒng)(20)的效率約小于1/2％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中調(diào)幅信號(hào)的注入調(diào)制了燈輸入信號(hào)的電流值，而保持頻率不變。
11.一種向照明系統(tǒng)(20)中的氣體放電燈(32)提供信號(hào)的方法，照明系統(tǒng)(20)消除了在燈中出現(xiàn)的視覺輝紋，該方法包括鎮(zhèn)流器(26)產(chǎn)生燈輸入信號(hào)；經(jīng)過燈輸入線路(30)，向氣體放電燈(32)提供燈輸入信號(hào)；把調(diào)幅電路(36)的周期性調(diào)幅信號(hào)注入燈輸入信號(hào)中，由此，改變燈輸入信號(hào)的峰值改變以便消除視覺輝紋。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中注入周期性調(diào)幅信號(hào)起到改變燈輸入信號(hào)的重復(fù)共振信號(hào)的作用。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中調(diào)幅信號(hào)的注入調(diào)制了燈輸入信號(hào)的電流值，而使頻率保持不變。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由系統(tǒng)電源22供電的照明系統(tǒng)20。該照明系統(tǒng)包括與系統(tǒng)電源22有效連接的鎮(zhèn)流器26,其中鎮(zhèn)流器26用來產(chǎn)生燈輸入信號(hào)。將燈輸入線路30進(jìn)行有效連接,以接收燈輸入信號(hào)。另外,氣體放電燈32與被配置的接收燈輸入信號(hào)的燈輸入線路30有效連接。然后,將調(diào)幅電路36有效連接到燈輸入線路30,其中調(diào)幅電路36被配置成在氣體放電燈32接收燈輸入信號(hào)之前,周期性調(diào)制燈輸入信號(hào)幅度。調(diào)幅電路36的工作使燈輸入信號(hào)周期調(diào)幅,另外,還消除了在燈32中否則出現(xiàn)的視覺輝紋。
文檔編號(hào)H05B41/285GK1390083SQ0212244
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
發(fā)明者D·J·卡奇馬里克, L·R·內(nèi)羅尼 申請(qǐng)人:通用電氣公司