專利名稱：：用于探測高亮度放電燈的電弧不穩(wěn)定性的探測電路的制作方法發(fā)明的
背景技術：
：1.發(fā)明的領域本發(fā)明涉及對工作于高頻的高壓氣體放電燈的電燈參數(shù)進行采樣以探測電弧不穩(wěn)定性的探測電路。本發(fā)明還涉及包括該探測電路的燈鎮(zhèn)流器。2.現(xiàn)有技術的描述諸如汞蒸氣燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈這樣的高壓放電(HID)燈一般借助于磁鎮(zhèn)流器工作在常規(guī)電力線頻率或略高于上述頻率，例如60到100Hz。希望提供一種電子鎮(zhèn)流器，它使HID燈工作在約20kHz以上的高頻下。與常規(guī)的低頻磁鎮(zhèn)流器相比，對于低壓汞蒸氣熒光燈來說已變得日益流行的高頻鎮(zhèn)流器允許鎮(zhèn)流器的磁性元件的大小和重量極大地降低。但是將高頻電子鎮(zhèn)流器用于HID燈的主要障礙是在高頻工作時可能出現(xiàn)的聲共振/電弧不穩(wěn)定性。聲共振至少會引起非常擾人的電弧閃爍。在最壞的情況下，聲共振可引起放電電弧熄滅，或者更糟糕地永久存在，被放電容器壁折射，并損壞放電容器壁，而這將造成放電容器破裂。F.Bernitz，Symp.LightSources，Karlsruhe1986的論文“AnAutotrackingSystemforStableHfOperationofHIDLamps”披露了一種在掃描范圍上的中心頻率左右連續(xù)改變燈工作頻率的控制器。掃描頻率是通過掃描范圍并使工作頻率被重復的頻率。控制器檢測燈電壓以評定電弧不穩(wěn)定性。由所檢測的燈電壓獲得控制信號，以便在100Hz和幾Khz之間改變掃描頻率，從而實現(xiàn)穩(wěn)定工作。但是該系統(tǒng)從未被商品化。U.S.專利5569984(Holstlag)公開了一種通過評定燈的電參數(shù)的偏差來避免電弧不穩(wěn)定性的方法。在Holstlag中，頻率掃描被用于探測穩(wěn)定的工作頻率，但燈然后就工作在一個固定的頻率下，只要放電電弧在該頻率下保持穩(wěn)定。這與在工作期間連續(xù)掃描燈工作頻率的以上參考的Bernitz論文的方法相反。兩種技術共同之處在于都對燈的電參數(shù)進行檢測。Holstlag’984指教可以使用燈電壓，但其缺點是必須在燈電壓波形內的一個確定點觸發(fā)采樣時刻。Holstlag指教由于比單獨的燈電流或電壓具有高得多的信號噪聲比，檢測電導率(conductivity)是有利的。Holstlag還指教至少從不需要在燈電壓周期中的確定點進行觸發(fā)的觀點看使用燈電導率是有利的。當使用電導率時，為消除信號中的噪聲，需要同時采集燈電壓和電流，但同時采樣并不需要被鎖定在燈電壓周期中的一個特定點。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種用于對電燈參數(shù)進行采樣的改進方法的探測電路，該方法適用于在氣體放電燈中探測電弧不穩(wěn)定性，該探測電路廣泛適用于不同功率、類型、尺寸或物理或化學成分的燈。本發(fā)明還有一個目的是提供一種包括這種探測電路的燈鎮(zhèn)流器。概括地說，根據(jù)本發(fā)明的探測電路包括探測放電燈的放電電弧的移動的裝置，該放電燈借助于鎮(zhèn)流器電路工作在高頻，該鎮(zhèn)流器電路具有至少一個開關，在燈工作期間該開關以高頻率周期性地進行切換，并且其中燈電壓是正弦的，并具有一個基本周期，該基本周期具有對應于所述至少一個開關的切換的第一極性的第一部分和有與第一極性相反的第二極性的第二部分。該電路包括用于檢測跨接在氣體放電燈上的AC燈電壓，并借助低通濾波器對燈電壓進行濾波的裝置，使得經(jīng)濾波的燈電壓包括(i)周期性出現(xiàn)的第一區(qū)域，該區(qū)域具有來自所述開關的切換的寄生噪聲，和(ii)第二區(qū)域，在所述第一區(qū)域之間，所述第二區(qū)域相對于所述第一區(qū)域來說基本上沒有來自所述DC/AC轉換器的所述開關的寄生噪聲。經(jīng)濾波的燈電壓只在所述第二區(qū)域內被采樣。根據(jù)探測電路的一個有利的實施例，用于在第二區(qū)域內進行采樣的裝置在至少一個開關的切換之后在固定時間進行采樣。這可以通過將用來控制開關的切換的切換信號作為觸發(fā)信號而方便的實現(xiàn)，在出現(xiàn)觸發(fā)信號之后在固定時間獲取樣值。固定時間的采用具有算法簡單的優(yōu)點，而切換信號的使用利用了在市售鎮(zhèn)流器中已經(jīng)存在的信號。最好探測電路包括在濾波之前將AC燈電壓進行整流以獲得經(jīng)整流的燈電壓信號，該燈電壓信號只具有只有一個極性的信號部分。根據(jù)另一實施例，探測電路包括用于在整流和濾波前降低燈電壓量值的裝置，以便降低元件成本。本發(fā)明還涉及包括這種探測電路的鎮(zhèn)流器。參看下面僅為說明性的而非限制性的詳細描述和附圖，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。附圖的簡要描述圖1是表示因例如可能隨電弧不穩(wěn)定性一起出現(xiàn)的電阻率變化引起的燈電壓的變化；圖2(a)是39WCDM燈的燈電壓曲線；圖2(b)是在利用本發(fā)明的探測電路采樣時同一39WCDM燈的準RMS電壓曲線；圖3是鎮(zhèn)流器的一部分的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的將燈電壓轉換成準RMS電壓的電路塊。圖4是實施圖3的電壓轉換塊的電路圖；以及圖5是表示作為鎮(zhèn)流器存儲電容器的函數(shù)的各種燈參數(shù)的波紋。優(yōu)選實施例的詳細描述上述U.S.專利(Holstlag’984)披露了通過檢查燈的電參數(shù)的偏差來探測電弧不穩(wěn)定性的燈鎮(zhèn)流器或控制器。在該’984專利中，燈控制器包括DC源，升壓轉換器(也是通常所知的預調節(jié)器)，高頻DC-AC方波逆變器和點火器。控制器包括一個微處理器，該微處理器可用軟件編程以控制逆變器的工作、檢測燈參數(shù)并調節(jié)工作頻率以避免聲共振。代替對電導率進行采樣，可以僅采樣燈電壓或電流，它們也都受電弧移動的影響。本說明書將在后面討論只使用電流的缺點。但是為獲得與[(G)相差不大的標準差，必須仔細對電壓數(shù)據(jù)進行采樣，因為電壓數(shù)據(jù)具有比電導率低的信號噪聲比。需要對電壓采樣進行觸發(fā)，使其在燈電壓信號周期中的相同點發(fā)生，否則不管燈狀態(tài)如何正弦波形狀都將使信號看起來不穩(wěn)定。由于以用于DC-AC逆變器30的開關的驅動信號的形式已經(jīng)可以獲得觸發(fā)信號，因而可以相對容易地進行觸發(fā)。其次良好的定時可以使信號噪聲比好得多。實際上，重要的是信息噪聲比。獲取樣值的最佳位置是當電弧開始移動時發(fā)生最大的偏差的波形相位。當電弧移動時電阻率增大。為確定獲得最佳信息噪聲比的電壓波形的最佳相位，通過使用簡單的電阻器作為電弧移動的一階近似來進行測量。借助于半橋和LCC點火器，分別使用200、300和400A的電阻器來獲取三個波形。這些波形示于圖1。逆變器的開關進行切換的時刻被標以“S”。很明顯，采樣的最佳時刻與開關切換的時刻不一致，因為全部三個曲線的電壓在該點基本相同(例如在11Ts)。因此需要相對于開關切換點的延遲時間。在沒有更多個延遲時間的情況下，一個固定的延遲時間是不適合的，因為在燈工作期間，燈工作頻率將會改變以避免諸如由聲共振引起的電弧不穩(wěn)定性。為了對于每種頻率都在相同的相位采樣，延遲時間變成頻率的函數(shù)。但是，具有隨頻率而改變的延遲時間需要額外的電路和/或軟件和或更昂貴的微控制器，并且一般意味著更高成本的鎮(zhèn)流器。為回避對于依賴于頻率的采樣方案的需要，根據(jù)本發(fā)明的方法將燈電壓轉換成“準RMS電壓”。首先使用簡單的電阻分壓器降低燈電壓幅度。隨后將該低電壓整流和濾波，以產生“準RMS電壓”?！皽蔙MS電壓”意味著代表AC信號的DC電壓。濾波器截止頻率的選擇非常重要。通常截止頻率與為防止燈熄滅而對電弧移動進行探測和反作用所需的響應時間有關。截止頻率必須足夠低，從而使高頻信號(35到40kHz)被充分衰減，以允許由被采樣的燈電壓信號精確地探測電弧移動，其中逆變器在所述高頻下驅動燈。截止頻率可以不必太低，否則對燈變化的探測將會太慢。另一方面，如果頻率太高，信號就不會被濾波。已發(fā)現(xiàn)對于39WCDM燈來說2kHz和5kHz的截止頻率是可接受的。圖2(a)是39WCDM(陶瓷放電容器)燈的燈電壓(VLAMP)曲線，而圖2(b)示出了相應的準RMS電壓Vquasi-RMS。在圖2(b)中，切換點被標以“S”。圖2(b)示出在這些切換點的附近準RMS電壓有一個由逆變器開關的切換引起的被標以“N”的寄生噪聲區(qū)。為獲得高的信息噪聲比，在這些“N”區(qū)中進行采樣是不利的。但是，在這些寄生噪聲區(qū)之間是相對來說無噪聲的區(qū)域，被標以“NF”，在該區(qū)域中可以獲得有較高信息噪聲比的樣值。注意，考慮到與圖2(a)相比圖2(b)的電壓刻度降低了很多，因而“NF”區(qū)域中變化范圍是較小的。由于準RMS電壓的“NF”區(qū)域相對較寬，因而可以在該區(qū)域中的任何地方獲取樣值。這給予采樣的觸發(fā)相當大的容限。這樣，可以將固定的延遲時間用于觸發(fā)由微處理器進行的準RMS電壓采樣，而且盡管為避免聲共振工作頻率有合理的改變，采樣也仍將在相對寬的“NF”區(qū)域進行。這樣，可以使用固定時間的觸發(fā)，這簡化了信號處理，允許較低成本的微處理器。這與需要延遲時間隨頻率變化的直接采樣燈電壓的情況相反。圖3示意地示出一種鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器包括用于確定電弧不穩(wěn)定性的根據(jù)本發(fā)明的探測電路。所示的鎮(zhèn)流器包括用于將AC電力線轉換成120HzDC的DC源10和用于向DC-AC逆變器30提供DC電壓的預調節(jié)器20(也就是已知的升壓轉換器)。在圖3中，點火器40是由電容器C6、C7和電感器L2形成的LCC點火器。DC-AC逆變器包括由開關SW1、SW2的控制柵處的驅動信號DRS1、DRS2驅動的開關SW1、SW2。如進一步示出的那樣，探測電路具有裝置200，該裝置200包括用于降低跨接在燈上的正弦燈電壓幅度的裝置(210)，用于整流的裝置220和用于借助于低通濾波器進行濾波的裝置230。低通濾波器230的輸出信號是準RMS電壓，該電壓構成用于將準RMS電壓轉換成數(shù)字信號的A/D轉換器240的輸入信號。該數(shù)字信號被輸入微控制器250，該微控制器250實施軟件中任何合適的控制方法的各步驟。微控制器的輸出是方波信號，作為向半橋驅動器260的輸入，該半橋驅動器260給半橋開關SW1、SW2提供切換信號DRS1、DRS2。A/D轉換器可以是AnalogDevicesADC0820，微控制器可以是Philips40MHz87C750，半橋驅動器可以是來自InternationalRectifier的IR2111。圖4示出用于實現(xiàn)塊200的功能的電路。燈電壓在鎮(zhèn)流器輸出端O1、O2處被檢測，并被包括電阻器R211、R212的分壓器降低了量值。然后用二極管D221將這一減小了的燈電壓VRL整流。二極管D222是齊納二極管，用于抗瞬變保護。在該實施方案中所示的低通濾波器230是一個二階低通切比雪夫濾波器。該濾波器包括其反相輸入端通過電阻器R236連接到地而其非反相輸入端通過電阻器R233、R234連接到二極管D221的陰極上的運算放大器OA1。電阻器R233提供對所檢測的燈電壓幅度的進一步衰減，并連接在地和二極管D221與電阻器R234間的節(jié)點之間。電容器C232連接在地和電阻器R235與運算放大器OA1的非反相輸入端間的節(jié)點之間。濾波器126的輸出O3連接到運放OA1的輸出和電容器C231的一端上，該電容器C231的另一端連接到電阻器R234和R235之間的節(jié)點上。所選擇的切比雪夫濾波器的截止頻率是按公知的方式，通過對電阻器R236、R237、R234、R235和電容器C231和C232的值的選擇來實現(xiàn)的。將利用預調節(jié)器即功率因數(shù)校正電路來實施以標準公用線為動力而運轉的市售鎮(zhèn)流器。在實際中，這意味著提供給橋的DC電壓(Vbus)將具有基本上為120Hz(對于歐洲是100Hz)的波紋分量。該波紋分量將通過LCC網(wǎng)絡而傳播，橫跨燈端子而出現(xiàn)，并調制燈電壓和電流的高頻包絡。由于低通濾波器的截止頻率遠高于120Hz，準RMS電壓也將受影響。如圖5所示，在燈電壓和電流上波紋分量的影響是不同的。在該圖5中粗線(AA)代表總線電壓，并顯示出波紋分量隨增大的存儲電容而減小。燈亮度(BB)緊隨該波紋。圖5還清楚地顯示出即使在低“C”值下燈也能夠維持恒定的電壓(燈電壓曲線CC)，然而燈電流(彎曲的DD)則有非常大的波紋。這與HID燈的電壓源特性一致，并且有非常重要的意義。相對較大的電流波紋使將準RMS電壓用作確定電弧穩(wěn)定性的重要信號比用電導率作為該信號更有利，由此避免了在電導率中可能存在的電流波紋的影響。該分量的幅度極強地由預調節(jié)器的存儲/波紋濾波電容器的值確定。用于探測電弧不穩(wěn)定性的控制算法不應將由這種波紋引起的變化與燈不穩(wěn)定性混淆。因此，應選擇大的存儲電容器來衰減該波紋。當波紋在A/D轉換器240的分辨率以下時獲得最佳的性能。由于存儲電容器的價格和尺寸隨其值而增加，因而存在在為使探測器性能最佳而選擇大存儲電容器與鎮(zhèn)流器的成本和尺寸之間的折衷方案。對于每個鎮(zhèn)流器，通過測試可以確定最佳的存儲電容器。對于39WCDM燈發(fā)現(xiàn)33TF和47TF存儲電容器可提供可接受的結果。根據(jù)本發(fā)明的探測電路相對于電導率來說具有優(yōu)勢，因為只需要對電壓進行采樣。這通過消除對用于電流信號的A/D轉換器的需要而降低了成本。此外，準RMS電壓受120Hz波紋的影響比如圖5所示包括燈電流的電導率受燈電流的影響要小得多。所披露的準RMS信號還高度獨立于頻率，允許更簡單的采樣方案。權利要求1.用于探測氣體放電燈的放電電弧的移動的探測電路，該放電燈具有燈電壓，并由DC/AC逆變器驅動，被檢測的燈電壓是正弦的，并具有一個基本周期，該基本周期有具有第一極性的第一部分和具有與第一極性相反的第二極性的第二部分，所述DC/AC逆變器包括至少一對開關，每個開關在燈電壓基本周期的相應部分期間被切換，所述探測電路包括(i)用于檢測跨接在所述放電燈上的燈電壓的裝置，該被檢測的燈電壓是正弦的，并具有一個基本周期，該基本周期有具有第一極性的第一部分和具有與第一極性相反的第二極性的第二部分；(ii)用于借助低通濾波器對經(jīng)整流的燈電壓進行濾波的裝置，該DC/AC逆變器包括在燈工作期間周期性地被切換的至少一個開關，經(jīng)濾波整流的燈電壓包括周期性出現(xiàn)的第一區(qū)域，該區(qū)域具有來自對DC/AC逆變器的相應開關切換的寄生噪聲，和第二區(qū)域，位于所述第一區(qū)域之間，所述第二區(qū)域相對于所述第一區(qū)域來說基本上沒有來自所述DC/AC轉換器的所述開關的寄生噪聲；以及(iii)用于在所述第二區(qū)域內對經(jīng)濾波整流的燈電壓進行采樣的裝置。2.如權利要求1的探測電路，其特征在于，所述探測裝置還包括用于降低燈電壓量值的電路。3.如權利要求1或2的探測電路，其特征在于，用于采樣的所述裝置在對所述DC/AC逆變器的所述至少一個開關切換之后在固定時間進行采樣。4.如權利要求3的探測電路，其特征在于，所述探測電路還包括產生切換信號以對所述至少一個開關進行切換的控制裝置，所述用于采樣的裝置接收所述切換信號，并在接收所述切換信號之后在固定時間進行采樣。5.如權利要求1、2、3或4的探測電路，其特征在于，所述低通濾波器的截止頻率足夠低的以獲得穩(wěn)定的采樣信號，同時足夠高以保持靈敏，以便探測電弧移動。6.如權利要求1、2、3、4或5的探測電路，還包括用于將AC燈電壓整流的裝置，以獲得經(jīng)整流的燈電壓信號，該燈電壓信號只具有所述基本周期的只有所述第一和第二極性之一的部分。7.用于使高壓放電燈工作于高頻的燈鎮(zhèn)流器，所述鎮(zhèn)流器包括用于提供DC電壓的DC源；用于將所述DC電壓轉換成高頻AC電壓的DC/AC逆變器，該AC電壓用于在放電燈內維持柱放電；和如權利要求1、2、3、4、5或6所述探測裝置的用于探測所述放電燈中電弧不穩(wěn)定性的探測電路，包括(i)用于檢測跨接在所述放電燈上的燈電壓的裝置，該被檢測的燈電壓是正弦的，并具有一個基本周期，該基本周期有具有第一極性的第一部分和具有與第一極性相反的第二極性的第二部分；所述DC/AC逆變器包括至少一對開關，每個開關在燈電壓基本周期的相應部分期間被切換；(ii)用于借助低通濾波器對燈電壓進行濾波的裝置，所述DC/AC逆變器包括在燈工作期間周期性地被切換的至少一個開關，被濾波的燈電壓包括周期性出現(xiàn)的第一區(qū)域，該區(qū)域具有來自對DC/AC逆變器的相應開關切換的寄生噪聲，和第二區(qū)域，位于所述第一區(qū)域之間，所述第二區(qū)域相對于所述第一區(qū)域來說基本上沒有來自所述DC/AC轉換器的所述開關的寄生噪聲；以及(iii)用于在所述第二區(qū)域內對被濾波的燈電壓進行采樣的裝置。全文摘要用于探測高壓氣體放電燈中電弧不穩(wěn)定性的電路。該電路具有整流器裝置和低通濾波器,用以由燈電壓獲得準RMS電壓,該電壓具有有包含來自逆變器開關的切換的寄生噪聲的第一區(qū)域和在第一區(qū)域之間的寬的第二區(qū)域,該第二區(qū)域基本上沒有寄生噪聲。準RMS電壓只在第二區(qū)域期間被采樣,使采樣具有高的信息噪聲比。采樣信號可以被用于在氣體放電燈中探測和控制電弧不穩(wěn)定性的各種方法中。文檔編號H05B41/292GK1246269SQ98802180公開日2000年3月1日申請日期1998年10月1日優(yōu)先權日1997年10月2日發(fā)明者A·H·伯格曼,P·T·許恩申請人:皇家菲利浦電子有限公司