專利名稱：基于處理器的具有反饋的頻閃放電管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由編程處理器驅(qū)動(dòng)的頻閃燈。具體來說，本發(fā)明涉及與可變輸入電壓對(duì)應(yīng)的頻閃放電管，其中的啟動(dòng)電流受到限制。
背景技術(shù)：
用于驅(qū)動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)中使用的頻閃燈的電路是已知的。一些已知的電路采用恒定頻率的可變電流信號(hào)為電容器充電。其它的已知電路將線圈結(jié)合到頻率改變電路中。美國(guó)專利No.5,850,178中公開了一種已知的系統(tǒng)，該專利公布于1998年12月15日，名稱為“具有脈寬調(diào)制的同步模塊”，并已轉(zhuǎn)讓給本受讓人。
已知的電路設(shè)計(jì)成由如12伏或24伏的單一額定電壓驅(qū)動(dòng)。另外，已知的電路設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)一個(gè)充氣管，以產(chǎn)生單一的額定光強(qiáng)(candela)輸出電平。
需要更加靈活的頻閃驅(qū)動(dòng)電路。單驅(qū)動(dòng)電路最好能夠容受一定范圍的額定輸入電壓。另外，最好能夠從希望的光強(qiáng)輸出范圍內(nèi)作出選擇，而不考慮可用輸入電壓。
最后，最好能夠在各種條件下限制啟動(dòng)電流。一種已知的系統(tǒng)公開于Ha等人的美國(guó)專利No.6,049,446中，名稱為“帶有限流電路的警報(bào)系統(tǒng)和設(shè)備”。該專利已轉(zhuǎn)讓給本受讓人并在此引用作為參考。
優(yōu)選地，可實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)以促進(jìn)可制造性并限制操作啟動(dòng)電流。還希望這種靈活性不會(huì)明顯增加設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
一種頻閃放電管驅(qū)動(dòng)電路，將能夠接受可變輸入驅(qū)動(dòng)電壓的電路與可對(duì)可選光強(qiáng)輸出電平做出反應(yīng)的電路組合在一起。一方面，該電路監(jiān)測(cè)將電容器充電到選定電壓所用的時(shí)間。另一方面，監(jiān)測(cè)實(shí)際電容電壓。一個(gè)充氣管可以在適當(dāng)?shù)碾妷合卤挥|發(fā)。也可以使用其它類型的可視輸出設(shè)備。
充電占空比可以根據(jù)各種輸入電壓以及不同的預(yù)定閃爍電壓而改變。驅(qū)動(dòng)電流的占空比始終由各次閃爍來矯正。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過在每次閃爍時(shí)以較低的占空比啟動(dòng)并隨時(shí)間提高占空比，顯著地消除了浪涌電流。利用這種構(gòu)造，能夠顯著消除電源折回(fold back)和過電流情況的出現(xiàn)。
在另一個(gè)方面，在為電容器充電的過程中，充電占空比可以由初始值增大一倍或多倍。同時(shí)，能夠監(jiān)測(cè)電容電壓。根據(jù)該結(jié)果，例如當(dāng)前閃爍循環(huán)的閃爍電壓值，當(dāng)前的充電電流的占空比可以為下一個(gè)閃爍循環(huán)而改變。
在另一個(gè)方面，一個(gè)電流平滑電路在通電后的一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)限制啟動(dòng)電流。例如，可以在300-700ms的間隔范圍內(nèi)限制啟動(dòng)電流，其中500ms是優(yōu)選的時(shí)間間隔。這在多個(gè)頻閃放電管連接到一個(gè)公用電源時(shí)特別有利。
在從例如外部電源(可能是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng))向驅(qū)動(dòng)電路施加同步脈沖的情況下，當(dāng)存在這種脈沖時(shí)，電容器的充電可能中斷或結(jié)束。這將使電容器的充電損耗最小化。
在施加的能量為全波整流AC電壓的情況下，通過等待整流AC電壓下降到預(yù)定的低值后(在每次閃爍后)開始充電，可以使每次閃爍后的浪涌電流最小化。例如，當(dāng)施加的AC電壓下降到約0伏時(shí)可以開始充電。
編程處理器可以結(jié)合到控制電路中?？梢韵鄬?duì)于多個(gè)可用的光強(qiáng)輸出來存儲(chǔ)信息。當(dāng)選擇了特定的輸出時(shí)，處理器使用相應(yīng)的預(yù)存儲(chǔ)信息，以便將電容器充電到各個(gè)輸出電壓。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電容器電壓可以被測(cè)量、在A/D轉(zhuǎn)換器中被數(shù)字化、并與多個(gè)預(yù)存儲(chǔ)值進(jìn)行比較。根據(jù)該比較步驟，可以改變充電電流的占空比。
控制操作也響應(yīng)輸入電壓的變化。對(duì)于一個(gè)較低的輸入電壓，充電電流的占空比將增大以提供必要的電容器電壓。對(duì)于一個(gè)較高的輸入電壓，占空比會(huì)降低。
一種控制方法，包括以下步驟建立多個(gè)基于各光強(qiáng)輸出的目標(biāo)脈寬；選擇光強(qiáng)輸出電平；為一個(gè)能量源充電，直至到達(dá)了選定的電壓或經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間間隔；監(jiān)控實(shí)際的充電時(shí)間間隔；將實(shí)際的充電時(shí)間間隔與和選擇的光強(qiáng)輸出相關(guān)的目標(biāo)脈寬進(jìn)行比較；在實(shí)際時(shí)間間隔小于目標(biāo)脈寬的情況下，使充電參數(shù)降低一個(gè)選定的量，在實(shí)際時(shí)間間隔大于目標(biāo)脈寬的情況下，增大充電參數(shù)。
在預(yù)定時(shí)間間隔結(jié)束之前反復(fù)達(dá)到選定電壓的情況下，可以反復(fù)地減小充電參數(shù)。這種減小可以通過一個(gè)降低量來實(shí)現(xiàn)。若在達(dá)到選定電壓之前預(yù)定的時(shí)間間隔反復(fù)結(jié)束，則可以反復(fù)增大充電參數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電容器電壓可以被數(shù)字化并與光強(qiáng)特定目標(biāo)值進(jìn)行比較。根據(jù)該比較結(jié)果，可以改變充電占空比。
在又一個(gè)實(shí)施例中，閉環(huán)控制系統(tǒng)響應(yīng)于輸入電壓的變化。充電占空比根據(jù)該變化而進(jìn)行調(diào)整，以維持選定的光強(qiáng)輸出電平。大約為4∶1范圍內(nèi)的輸入電壓變化可以被容受。
可以借助某個(gè)器件來手工調(diào)節(jié)希望的光強(qiáng)輸出電平。作為一種選擇，它可以作為一個(gè)可編程的參數(shù)從遠(yuǎn)端源下載到一個(gè)器件。
從下面對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施例的詳細(xì)說明中以及從權(quán)利要求和附圖中，可以更加清楚地認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的許多其它的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有兩種反饋選擇的系統(tǒng)的方框圖；圖1A是圖1所示系統(tǒng)中的總體操作的流程圖；圖2A-1是圖1所示系統(tǒng)的一種工作形式的方法的總體流程圖；圖2A-2是圖1所示系統(tǒng)的另一種工作形式的方法的總體流程圖；圖2B是圖2A-1和圖2A-2的方法中的其它細(xì)節(jié)的流程圖；圖3是選擇調(diào)節(jié)程序的流程圖；圖4-1是按照?qǐng)D2A-1的方法進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)節(jié)操作的流程圖；圖4-2是按照?qǐng)D2A-2的方法進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)節(jié)操作的流程圖；圖5-1、5-2和5-3是按照?qǐng)D2A-1的方法將燈泡電壓升高到目標(biāo)電壓的光強(qiáng)目標(biāo)搜索的時(shí)序圖；圖6-1、6-2和6-3是按照?qǐng)D2A-1的方法將燈泡電壓降低到目標(biāo)電壓的光強(qiáng)目標(biāo)搜索的時(shí)序圖；圖7-1和7-2是按照?qǐng)D2A-2的方法將燈泡電壓升高到目標(biāo)電壓的光強(qiáng)目標(biāo)搜索的時(shí)序圖；圖8-1和8-2是按照?qǐng)D2A-2的方法將燈泡電壓降低到目標(biāo)電壓的光強(qiáng)目標(biāo)搜索的時(shí)序圖；圖9是表示閃光燈電壓與燈泡電容器充電的接通時(shí)間之間的相互關(guān)系的一系列圖表；圖10示出了圖2A-1和圖2A-2所示方法的其它方面；圖11是根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的方框圖；
圖12-1、12-2、12-3和12-4示出了電容器響應(yīng)于施加的具有同步脈沖的DC信號(hào)進(jìn)行充電的情況；圖13-1、13-2、13-3和13-4示出了在存在兩個(gè)比較接近的控制脈沖的情況下，電容器進(jìn)行充電的情況；圖14-1、14-2、14-3和14-4示出了在存在兩個(gè)比較接近的控制脈沖的情況下，根據(jù)全波整流AC外加電源而逐步增大電容器充電量的情況；圖15-1、15-2、15-3和15-4是響應(yīng)于比較接近的漏失控制脈沖而進(jìn)行充電過程的圖表；圖16-1、16-2和16-3示出了在存在外加電源的情況下，一個(gè)不帶有平滑電容的調(diào)節(jié)器的操作；圖16-4、16-5和16-6示出了一個(gè)帶有啟動(dòng)平滑電容的調(diào)節(jié)器的操作；圖17是電源開關(guān)和控制電路的示意圖，示出了限制啟動(dòng)電流電阻器的應(yīng)用；和圖18A-C示出了圖17所示電路的工作情況。
具體實(shí)施例方式
盡管本發(fā)明容許有不同形式的實(shí)施例，但附圖中和下文中僅具體說明其中的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本公開應(yīng)當(dāng)被看作是對(duì)本發(fā)明原理的舉例說明，而不應(yīng)把本發(fā)明限制在特定實(shí)施例的范圍內(nèi)。
圖1示出了系統(tǒng)10即多個(gè)光強(qiáng)可視輸出設(shè)備的兩個(gè)實(shí)施例的方框圖。系統(tǒng)10包括諸如可編程處理器12等的控制元件。
處理器12與只讀或可編程只讀存儲(chǔ)器12a和讀/寫存儲(chǔ)器12b相連。存儲(chǔ)器件12a和12b可以存儲(chǔ)用于執(zhí)行隨后討論的方法的可執(zhí)行指令以及正在計(jì)算的參數(shù)和結(jié)果。
電源調(diào)節(jié)器14與電源輸入線P連接。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，示例性的電路可以圖示為各種電路塊的形式，例如電路塊14。調(diào)節(jié)器14的操作將在下文參照?qǐng)D16-4、16-5和16-6進(jìn)行說明。
輸入線P提供電能、同步脈沖和其它控制脈沖。輸入線P也可以連接在火災(zāi)報(bào)警控制單元或其它控制設(shè)備上。
輸入線P上的電壓可以在例如直流6-40伏之間變化。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于其它范圍的輸入電壓，也可以應(yīng)用于6-33伏RMS范圍內(nèi)的半波或全波整流AC輸入電壓。在外加DC或整流AC中的同步和/或控制脈沖可以向下變換到例如0伏。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)還存在其它形式的同步或控制脈沖。
如上所述，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)到各種輸入電壓。舉例來說，不需作任何改變便可以獲得12伏DC或12伏FWR，24伏DC或24伏FWR。
電源控制電路16連接在輸入線P和充電控制電路18上。電源控制電路16的操作將在下文參照?qǐng)D17和18A-C進(jìn)行說明。
處理器12通過端口16a連接到電路16上，并通過端口18a連接到充電控制電路18上。處理器12通過同步脈沖和檢測(cè)電路14a以及檢測(cè)端口14b連接到調(diào)節(jié)器14上。
充電控制電路18連接到電路20上。電路20包括電容器20-1和閃光燈泡或閃光管20-2，它利用例如可變或恒定頻率的可變占空比的信號(hào)提供電能，以便為其中的電容器充電。燈泡觸發(fā)電路22通過驅(qū)動(dòng)端口22a連接到處理器12。當(dāng)元件20中的電容器基于選定的光強(qiáng)輸出已經(jīng)充電至一預(yù)定值時(shí)，處理器12可以通過端口22a觸發(fā)燈泡或使燈泡閃爍。
在一個(gè)實(shí)施例中，到脈寬反饋電路24-1的電壓向處理器12提供向下變換電壓形式的反饋，該反饋表明加在電容器即元件20-1上的電壓已達(dá)到預(yù)定值。該預(yù)定值不依賴于選定的光強(qiáng)輸出。如下面將要討論的，該反饋信號(hào)可以通過端口24a與處理器12連接，并可通過控制電路18來調(diào)整充電電流的占空比。
在第二實(shí)施例中，一個(gè)集成到處理器12中或作為單獨(dú)電路的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以將由分壓電路24-2降低的、跨在電容器20-1兩端上的閃光燈泡或閃光管電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值?？梢詫⒃摂?shù)字化的電容器電壓值和由開關(guān)30選擇的、與光強(qiáng)相關(guān)的目標(biāo)值進(jìn)行比較，比較結(jié)果用于調(diào)節(jié)充電電流占空比。
一個(gè)喇叭激勵(lì)器電路26通過端口26a與處理器12連接，并允許處理器12根據(jù)預(yù)選定的音調(diào)模式來驅(qū)動(dòng)聲音輸出設(shè)備。該模式可以被從端口14b接收到的同步信號(hào)同步化。
模式選擇寄存器或開關(guān)30通過端口30a預(yù)處理器12連接?？梢栽诒镜鼗蜻h(yuǎn)程設(shè)定開關(guān)寄存器30，以便從諸如15、30或其它感興趣的可用光強(qiáng)輸出中指定一個(gè)。處理器12可以根據(jù)來自指定一個(gè)選定光強(qiáng)輸出的寄存器或開關(guān)30的信號(hào)，以及施加給調(diào)節(jié)器14和電源控制電路16的各種電壓的電能，來將電容器20-1充電到一電壓值。當(dāng)閃光管20-2閃爍或點(diǎn)亮?xí)r，該電壓產(chǎn)生選定的光強(qiáng)輸出。
瞬時(shí)控制開關(guān)32可以設(shè)定成選擇一個(gè)可聽到的音調(diào)輸出模式。開關(guān)32通過端口32a與處理器12連接。
圖1A示出了由處理器12執(zhí)行的總體操作。中斷處理步驟302、304中的階段1和2由處理器12執(zhí)行，其中使用了脈寬反饋電路24-1和端口24a。處理步驟304的階段2的細(xì)節(jié)將在下文中參照?qǐng)D2A-1、2B和圖4-1加以說明。
中斷處理步驟312、314中的階段1和2由處理器12執(zhí)行，其中使用了模-數(shù)反饋電路24-2和端口24a。處理步驟314的階段2的細(xì)節(jié)將在下文中參照?qǐng)D2A-2、2B和圖4-2加以說明。
圖2A-1和2A-2示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)不同的控制過程90和92。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解該過程是周期性的。見圖10，公開并討論了一個(gè)示例性的1秒循環(huán)?？梢岳斫?，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可以采用其它周期或循環(huán)間隔。
圖2A-1示出了使用反饋電路24-1來操作系統(tǒng)10的方法90中的步驟。在初始步驟100中，電容器的充電過程被啟動(dòng)。在步驟102中，通過端口24a來校驗(yàn)電路24-1。如果電壓低，則電容器電壓已達(dá)到(與所有光強(qiáng)輸出相同的)預(yù)定值。如果電壓低，則在步驟104中，從高到低轉(zhuǎn)換的反饋信號(hào)時(shí)間與目標(biāo)值進(jìn)行比較。
如果在步驟106中反饋轉(zhuǎn)換時(shí)間超過目標(biāo)參數(shù)值，則不對(duì)電容器進(jìn)行足夠快的充電并在步驟108中增大電容器充電的占空比。如果反饋轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔小于目標(biāo)參數(shù)值，則快速對(duì)電容器進(jìn)行充電并在步驟110中減小電容器充電的占空比。隨后在步驟112中，閃光管112即元件20-2閃爍。
如果在步驟102中來自電路24-1的反饋信號(hào)高，則在步驟114中，轉(zhuǎn)換的反饋信號(hào)時(shí)間與0.75秒的最大間隔進(jìn)行比較。如果處于極限值，則在步驟116中，根據(jù)選定的光強(qiáng)輸出使占空比增大一個(gè)最大值。
總之，對(duì)于過程90來說1.當(dāng)選擇了特定的光強(qiáng)時(shí)，可執(zhí)行的指令分配了一個(gè)目標(biāo)脈寬值(將在隨后參照?qǐng)D5-2和6-2加以詳細(xì)說明)。在每次閃爍發(fā)生時(shí)，開始將燈泡電壓轉(zhuǎn)換成脈寬。在轉(zhuǎn)換完成后，結(jié)果用于與目標(biāo)脈寬值進(jìn)行比較。
2.如果結(jié)果脈寬值大于目標(biāo)值，則增大充電占空比。占空比的增大導(dǎo)致充電量增加，脈寬減小。占空比增大的幅度取決于實(shí)際脈寬與目標(biāo)值的差距。與目標(biāo)值的差距越大，則充電量的增加越多。
3.如果結(jié)果脈寬值小于目標(biāo)值，則出現(xiàn)與上面步驟2相反的情況。占空比將會(huì)降低以放慢充電速度。
在每次閃爍都要進(jìn)行充電調(diào)節(jié)，直至達(dá)到最終的目標(biāo)值，并且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)占空比以便保持脈寬與目標(biāo)值相等。達(dá)到目標(biāo)脈寬值的過程使得系統(tǒng)能夠跟蹤對(duì)于該光強(qiáng)在指定范圍內(nèi)的任何輸入電壓，這將在隨后參照?qǐng)D9詳細(xì)討論。
一個(gè)示例性的閃光間隔約為1秒?？梢岳斫猓诓幻撾x本發(fā)明精神和范圍的前提下也可以采用其它閃光間隔。
圖2A-2示出了另一個(gè)過程92，其中用到了分壓電路24-2和相關(guān)的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。在步驟100中啟動(dòng)充電過程。
在步驟101中，通過電路24-2讀取反饋值并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在步驟103中，經(jīng)過數(shù)字化的值與預(yù)存儲(chǔ)的目標(biāo)值進(jìn)行比較。
如果在步驟105中反饋電壓還沒有超過目標(biāo)值，則在步驟107中將之與例如1秒的閃爍間隔進(jìn)行比較。并且如果適當(dāng)?shù)脑?，閃光管在步驟109中閃爍。
如果在步驟111中反饋電壓小于目標(biāo)值，則在步驟113中增大占空比。否則，在步驟115中減小占空比。在步驟117中將燈泡電壓與一個(gè)最大值進(jìn)行比較。如果太大，則可以對(duì)電容器放電。
圖2B示出了圖2A-1中的方法90的步驟以及圖2A-2中的另一個(gè)過程92的其它方面。圖10示出了基于每個(gè)循環(huán)的、過程90和92的其它細(xì)節(jié)。
對(duì)于過程90來說，在步驟120中對(duì)定時(shí)器進(jìn)行初始化。它在步驟102中增大。在步驟124中對(duì)來自元件24的反饋信號(hào)進(jìn)行估算。如果高，則還沒有完全達(dá)到目標(biāo)電壓，并在步驟126中將定時(shí)器的內(nèi)容(時(shí)間)與0.75秒進(jìn)行比較。如果小于或等于，則該過程返回到步驟122。否則，該過程由步驟128退出，并啟動(dòng)占空比調(diào)節(jié)程序，見圖3。當(dāng)脈寬端口在步驟124中表明電容器具有預(yù)定的電壓時(shí)，若定時(shí)器的內(nèi)容不為0，則在步驟128中啟動(dòng)圖3的占空比調(diào)節(jié)程序。
對(duì)于過程92來說，如果在步驟119中時(shí)間等于或超過9秒，則在步驟21中進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。然后進(jìn)入圖3所示的占空比調(diào)節(jié)程序。
在步驟123、125中，在每個(gè)充電循環(huán)的預(yù)定的時(shí)間間隔處發(fā)生多次模-數(shù)轉(zhuǎn)換。在不存在檢測(cè)到的過電壓的情況下(步驟127)，在步驟107中將最新電壓值的采樣時(shí)間與每個(gè)循環(huán)的最新的可能采樣時(shí)間進(jìn)行比較，以確定是否應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)閃光循環(huán)。
總之，對(duì)于過程92來說1.當(dāng)選擇了特定的光強(qiáng)時(shí)，可執(zhí)行指令分配了一個(gè)目標(biāo)燈泡電壓(見圖7-1和8-1中的#60)。在每次閃爍發(fā)生時(shí)，開始將燈泡電壓轉(zhuǎn)換成脈寬。在轉(zhuǎn)換完成后，結(jié)果用于與目標(biāo)脈寬值進(jìn)行比較。
2.如果結(jié)果燈泡電壓值大于目標(biāo)值，則增大充電占空比。占空比的增大導(dǎo)致充電量增加，結(jié)果燈泡電壓增大。占空比增大的幅度取決于實(shí)際燈泡電壓與目標(biāo)值的差距。與目標(biāo)燈泡電壓的差距越大，則充電量的增加越多。
3.如果結(jié)果燈泡電壓值小于目標(biāo)值，則出現(xiàn)與上面步驟2相反的情況。占空比將會(huì)降低以放慢充電速度。
在每次閃爍都要進(jìn)行充電調(diào)節(jié)，直至達(dá)到最終的目標(biāo)值，并且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)占空比以便保持燈泡電壓與目標(biāo)值相等。達(dá)到目標(biāo)燈泡電壓的過程使得系統(tǒng)能夠跟蹤對(duì)于該光強(qiáng)在指定范圍內(nèi)的任何輸入電壓。
利用A-D對(duì)電容器電壓持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以防止過充電。在電容器電壓大于目標(biāo)值的情況下，停止充電過程直到該電壓低于目標(biāo)值。占空比將在下一個(gè)充電循環(huán)的開始進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖3示出了對(duì)選定光強(qiáng)輸出進(jìn)行估算的過程，該光強(qiáng)是通過例如在步驟132中設(shè)定開關(guān)30而指定的。各個(gè)目標(biāo)脈寬是從存儲(chǔ)器件12a、12b檢索的(步驟134-1)，或各個(gè)目標(biāo)燈泡電壓是從存儲(chǔ)器檢索的(步驟134-2)。作為一種選擇，在步驟134-3中，選定的目標(biāo)燈泡電壓是從一個(gè)可變電壓源，例如電阻器電壓分壓電路感測(cè)到的。然后，從圖4-1或圖4-2中進(jìn)入各調(diào)節(jié)程序。
圖4-1示出了對(duì)光強(qiáng)輸出各種設(shè)定的電容器充電占空比參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟140，其中用到了脈寬反饋電路24-1和過程90。圖4-2示出了對(duì)光強(qiáng)輸出各種設(shè)定的電容器充電占空比參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟，其中用到了模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和過程92?？梢岳斫猓鳛榫植靠稍O(shè)定開關(guān)或元件的補(bǔ)充或替代，通過由電源輸入線P接收到的信息，也可以進(jìn)行電子形式的模式選擇。
在圖4-1的步驟142中將定時(shí)器緩存器中的內(nèi)容與最大允許時(shí)間例如0.75秒進(jìn)行比較。如果它們超出了閾值，則在步驟144中使占空比增加一個(gè)最大增量，例如20毫秒。
在步驟146中，子步驟146a用于計(jì)算以建立88％的當(dāng)前占空比。在步驟146b中確定94％的當(dāng)前占空比。如圖10所示，這兩個(gè)值用于下一個(gè)循環(huán)，以便使充電電流從最小值躍升(ramp up)到100％的全值。從步驟148退出閃爍程序。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以使用其它數(shù)值。
步驟150a示出了定時(shí)器緩存器中的內(nèi)容超出了對(duì)于各個(gè)光強(qiáng)值的目標(biāo)脈寬參數(shù)的情況。步驟150b示出了定時(shí)器緩存器中的內(nèi)容小于對(duì)于各個(gè)光強(qiáng)值的目標(biāo)脈寬參數(shù)的情況。
參照步驟150a以及圖5-1到5-3中的時(shí)序圖，在步驟150a-1和150a-2中確定了脈沖記數(shù)超出目標(biāo)脈沖記數(shù)的程度。如圖5-2所示，應(yīng)當(dāng)增大充電電流的占空比，以促進(jìn)電容器上的電壓的增加。見圖5-3，占空比的增大立即發(fā)生。在電容器持續(xù)充電并且最后的觸發(fā)信號(hào)出現(xiàn)1秒之后，由處理器12通過電路22發(fā)出下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，而不考慮接下來的電容器電壓值。這是在步驟148中由閃爍程序決定的。
在下一個(gè)循環(huán)開始時(shí)，在步驟146a中以88％的占空比開始對(duì)電容器進(jìn)行充電(也見圖10)。隨后在經(jīng)過一個(gè)選定的時(shí)間間隔后，正如所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，充電速率升高到94％的占空比(步驟146b)。然后，充電速率升高到100％的占空比，見圖5-3。
見圖5-1，對(duì)于一個(gè)1秒的閃爍周期來說，電容器可以以88％和94％的占空比充電15毫秒。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以采用其它時(shí)間間隔。
一旦電容器放電后，當(dāng)試圖重新充電時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)浪涌電流。通過在放電后以較低的速度啟動(dòng)每個(gè)充電循環(huán)并增大電流(增大占空百分比)，可以使過電流和浪涌電流的問題最小化。這個(gè)過程使電源折回或斷路的問題最小化。
步驟150b和圖6-1至6-3示出了系統(tǒng)10的工作情況，其中目標(biāo)脈寬值超過了脈寬定時(shí)器的內(nèi)容。在這種情況下，加在電容器兩端的電壓在0.75秒的間隔前就已經(jīng)越過了閾值。如圖6-1所示，加在電容器兩端的電壓已經(jīng)過快地增加。根據(jù)目標(biāo)脈寬和測(cè)量脈寬之間的差值(步驟150b-1和150b-2)，占空比將會(huì)降低，見圖6-3。
上述過程還會(huì)自動(dòng)地響應(yīng)于輸入電壓P的變化。在圖9中，圖解示出了燈泡觸發(fā)電壓與各個(gè)電容器充電的接通時(shí)間之間的關(guān)系。線60-66表示使閃光管(電路20)閃爍所必須的電壓，以產(chǎn)生圖示的各個(gè)光強(qiáng)輸出。
如圖9所示，占空比(接通時(shí)間)自動(dòng)調(diào)節(jié)到跟蹤例如8-33伏DC或8-33伏RMS全波整流AC范圍內(nèi)的輸入電壓。即使不存在這種變化，控制過程也會(huì)將光輸出和閃光管觸發(fā)電壓大致維持在預(yù)選定的值。
隨著外加電壓的降低，接通時(shí)間將會(huì)自動(dòng)增加以便為電容器充電增加電流。在充電周期為例如160毫秒的情況下，如圖9中X軸所表示的10-135毫秒的變化范圍，為了補(bǔ)償輸入電壓的下降而需要增加占空比。
圖4-2中的步驟與圖7-1、7-2，8-1和8-2結(jié)合在一起示出了占空比調(diào)節(jié)過程的步驟160，其中使用了模-數(shù)轉(zhuǎn)換器以及過程92中的分壓電路24-2。在步驟160中，將數(shù)字化的實(shí)際燈泡電壓與預(yù)選定的、與光強(qiáng)相關(guān)的輸出電壓進(jìn)行比較。如果其小于目標(biāo)電壓，則執(zhí)行增加占空比程序164的步驟，見圖7-1和7-2。
在每個(gè)閃爍循環(huán)例如1秒(見圖10)的結(jié)尾，在增加占空比程序的步驟166中，通過用預(yù)存儲(chǔ)的、光強(qiáng)特定的目標(biāo)電壓60減去實(shí)際的電容器電壓來確定誤差電壓。在步驟168中，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解的那樣，通過用誤差電壓除以一個(gè)常量來確定步長(zhǎng)。在步驟170中，作為結(jié)果的步長(zhǎng)被加到電流“接通時(shí)間”(圖7-2中的T1)上以形成下一個(gè)循環(huán)的“接通時(shí)間”，見圖10。
在經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后躍升到全值占空比的步驟172中，在步驟172a中確定88％的占空比，在步驟172b中確定94％的占空比。過程160在步驟174退出到閃爍程序，從而結(jié)束了當(dāng)前循環(huán)。
如圖10所示，對(duì)于兩個(gè)過程90和92，在下一個(gè)循環(huán)開始時(shí)，電路16和18被去激活(間隔154)。在間隔156-1過程中，以87.5％的當(dāng)前占空比向電路16和18供電。然后，在間隔156-2中增大到93.75％的當(dāng)前占空比。在間隔156-3中，以100％的當(dāng)前占空比為電容器充電。
當(dāng)執(zhí)行過程90時(shí)，在100％的充電占空比間隔154-1的結(jié)尾，在當(dāng)前循環(huán)過程中對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。
當(dāng)執(zhí)行過程72時(shí)，在下一個(gè)循環(huán)開始時(shí)對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)(間隔154)。
參見圖4-2，在燈泡電壓超過目標(biāo)電壓的情況下，執(zhí)行圖8-1和8-2的減少占空比程序的步驟178。在步驟180中確定誤差電壓。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，用接通時(shí)間減去誤差電壓，在進(jìn)行步驟172的運(yùn)算和退出之前在步驟182中減少占空比。
在閃爍之間執(zhí)行上述過程，直至達(dá)到最終的目標(biāo)值。系統(tǒng)10連續(xù)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)占空比，以保持脈寬與目標(biāo)值相等或保持實(shí)際電容器電壓與依賴于光強(qiáng)的目標(biāo)值相等。應(yīng)當(dāng)理解，前面討論的用于增加占空比的參數(shù)僅僅是示例性的，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以作出改變。
還應(yīng)當(dāng)理解，達(dá)到和維持目標(biāo)脈寬或達(dá)到和維持目標(biāo)電壓的控制過程，使得系統(tǒng)10能夠跟蹤如圖9所示的輸入線P中的可變輸入電壓。任何時(shí)候，如果電容器電壓超過預(yù)設(shè)值，則臨時(shí)中止充電并且使閃光管閃爍，從而為電容器放電。
圖11示出了監(jiān)控系統(tǒng)70，它包括公用控制元件72，雙向通信鏈路74和多個(gè)電器件76。多個(gè)電器件76可以包括周圍環(huán)境檢測(cè)器，例如火災(zāi)檢測(cè)器。與檢測(cè)火災(zāi)有關(guān)的信息可以通過鏈路74連接在控制元件72上。
與控制元件72連接的第二通信鏈路78同時(shí)還與輸出設(shè)備如裝置10的多個(gè)電器件80連接。鏈路78可以為多個(gè)電器件80提供電能以及同步信號(hào)?？刂圃?2可以向鏈路78提供電能。
還應(yīng)當(dāng)理解，諸如裝置10等電器件80也可以連接到鏈路74。在這個(gè)實(shí)施例中，電器件80不僅從鏈路74接收電能，還與多個(gè)電器件76之間收發(fā)信息。盡管電器件80連接到鏈路74上，但如果希望的話也可以從單獨(dú)的電源接收電能。
頻閃充電電路在電源接通時(shí)以及緊隨在一次閃爍之后通常會(huì)引起較大的電流，這是因?yàn)轭l閃放電管中的存儲(chǔ)電容器是大的能量存儲(chǔ)器件，它們?cè)陔妷鹤兓瘯r(shí)容易引起很高的浪涌電流。電源調(diào)節(jié)器14中的電路以及開關(guān)控制電路16與預(yù)先存儲(chǔ)的、由處理器12執(zhí)行的指令組合在一起，使這種啟動(dòng)電流最小化。放電管10結(jié)合了兩種不同類型的啟動(dòng)電流控制電路和操作過程。
參見圖18A-C，當(dāng)首先通過圖1中的電源輸入線施加直流電時(shí)，處理器12的浪涌電流受到調(diào)節(jié)器14中的平滑電容器的限制，見圖16-4、16-5和16-6。調(diào)節(jié)器輸出電壓VDD產(chǎn)生約40ms以獲得最終的輸出電壓，見圖18B。另外，在第一個(gè)500ms內(nèi)，由控制電路16中的限流電阻器R25對(duì)提供給頻閃器件20的電流進(jìn)行限制，見圖17。如圖18C所示，在500ms后，電阻 R25被場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Q11旁路，流向頻閃器件20的電流被允許在處理器12的控制下增大。
FET Q11被晶體管Q12切換成導(dǎo)通狀態(tài)。處理器12可以向晶體管Q12提供基極激勵(lì)。作為一種選擇，晶體管Q12可以由一個(gè)跨在正在被例如VDD充電的電容器兩端的電壓切換到導(dǎo)通狀態(tài)。
處理器12在圖12-4所示的15ms間隔內(nèi)使放電管20的充電電流的占空比增大到100％的占空比。當(dāng)電源輸入信號(hào)即脈沖200變?yōu)榈蜁r(shí)，斷開充電電路以阻止向電容器20-1進(jìn)一步充電，直到下一個(gè)充電循環(huán)的開始，見圖12-3。
脈沖200的向上變換導(dǎo)致火災(zāi)電路22使閃光管20-2閃爍。于是，與鏈路78連接的多個(gè)放電管產(chǎn)生光學(xué)同步可視輸出，見圖11。
圖13-1、13-2、13-3和13-4是一組圖表，示出了響應(yīng)于在外加DC信號(hào)中的雙控制脈沖200和202進(jìn)行電容器充電的細(xì)節(jié)。脈沖200在向上變換時(shí)觸發(fā)了與鏈路78同步連接的放電管。脈沖202提供了附加的控制功能。在圖13-3所示的雙控制脈沖200和202之間，斷開充電電路28以阻止向頻閃能量存儲(chǔ)電容器20-1進(jìn)一步充電，直到下一個(gè)充電循環(huán)的開始。
在圖14-1、14-2、14-3和14-4中示出了在外加的全波整流AC中的輸入電壓變化以及在0伏外加AC的條件下啟動(dòng)充電操作的次數(shù)。圖15-1至15-4示出了對(duì)于雙控制脈沖的啟動(dòng)控制。
如上所述，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以進(jìn)行多種變換和修改。還應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)在此說明的特定裝置不存在任何限制。因此，所附權(quán)利要求覆蓋了所有落入權(quán)利要求范圍的修改。
權(quán)利要求
1.一種頻閃放電管電路，包括可閃爍的照明源；電容器，與照明源連接，用于提供使照明源閃爍的能量；多狀態(tài)充電電路，與電容器連接，用于給電容器充電；控制電路，連接到充電電路，其中，控制電路使充電電路切換成多個(gè)狀態(tài)以便使啟動(dòng)電流最小化，并且占空比參數(shù)在一個(gè)選定的閃爍循環(huán)內(nèi)增大。
2.如權(quán)利要求1所述的頻閃放電管電路，其中充電電路包括與開關(guān)電路連接的阻抗元件，充電電路在一個(gè)階段通過該阻抗元件提供充電電流，而在另一個(gè)階段該阻抗元件被旁路以便提供更大的充電電流。
3.如權(quán)利要求1所述的頻閃放電管電路，其中還包括一個(gè)電源，該電源限制了控制電路的啟動(dòng)電流。
4.如權(quán)利要求3所述的頻閃放電管電路，其中控制電路調(diào)節(jié)充電電流的占空比參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的頻閃放電管電路，其中占空比響應(yīng)于選定的反饋在幾個(gè)充電循環(huán)后變化。
6.如權(quán)利要求4所述的頻閃放電管電路，其中照明源響應(yīng)于外加的多狀態(tài)控制信號(hào)而閃爍，并且在外加的控制信號(hào)的至少一個(gè)狀態(tài)下禁止充電。
7.如權(quán)利要求1所述的頻閃放電管電路，其中控制電路包括響應(yīng)于預(yù)定條件使電容器的放電最小化的電路。
8.如權(quán)利要求7所述的頻閃放電管電路，其中預(yù)定條件包括一個(gè)選定的輸入電壓。
9.如權(quán)利要求7所述的頻閃放電管電路，其中控制電路包括一種響應(yīng)于帶有由該電路感測(cè)的外加電源信號(hào)的變化信息的電路，以響應(yīng)于該信息使電容器的放電最小化。
10.一種限制電器件中的充電啟動(dòng)電流的方法，該電器件包括周期性充電和放電的能量存儲(chǔ)電容，該方法包括斷開充電電流一段時(shí)間；引入限流元件并在第一時(shí)間間隔內(nèi)啟動(dòng)具有第一量值的受限充電電流；建立小于100％的充電占空比；根據(jù)預(yù)設(shè)的方案增大占空比以便將電容器充電到選定的閾值；以及將電容器放電并在至少一個(gè)隨后的充電循環(huán)中重復(fù)上述步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中包括在放電步驟中提供一個(gè)周期性的放電信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中包括響應(yīng)于選定的反饋信號(hào)改變占空比。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中反饋信號(hào)表示在電容器中累積的電荷。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中包括響應(yīng)于切換的外加電壓，限制內(nèi)部電壓的增加速率。
全文摘要
一種閃光管控制電路,其結(jié)合了幾種方法來限制啟動(dòng)電流。一種電路響應(yīng)于已經(jīng)從無效狀態(tài)切換到激活狀態(tài)的外加電壓來限制初始電流。另一種電路在外加電壓切換到激活狀態(tài)的一段預(yù)定時(shí)間后,從高輸入阻抗?fàn)顟B(tài)切換到低輸入阻抗?fàn)顟B(tài)。
文檔編號(hào)H05B41/285GK1380810SQ0210251
公開日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2002年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月23日
發(fā)明者西蒙·哈, 丹尼爾·C·謝夫勒, 丹尼爾·J·奧斯汀 申請(qǐng)人:彼特威公司