專利名稱：受控于所需的負(fù)載功率譜的電源和/或鎮(zhèn)流系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于需要已調(diào)輸入信號(hào)以便正確工作的電負(fù)載的電源，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及高強(qiáng)度氣體放電燈的鎮(zhèn)流器。
當(dāng)以既是交變的又是以某種形式調(diào)制的輸入電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，某些類型的電負(fù)載以更高的效率工作。這樣的電負(fù)載的一個(gè)實(shí)例是高強(qiáng)度氣體放電(HID)燈，用于戶內(nèi)或戶外停車場(chǎng)和建筑物的一般照明。
如美國(guó)專利6,184,633 B1所公開(kāi)的，通過(guò)用或者調(diào)幅的或者在掃頻范圍內(nèi)有周期性變化的連續(xù)交變的掃頻輸入信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)燈，可以改善這種HID燈所發(fā)光的工作穩(wěn)定性和均勻性。詳細(xì)地說(shuō)，公開(kāi)一種輸入信號(hào)，它包含在大約10毫秒掃描時(shí)間內(nèi)從45到55kHz的電流掃頻，所述電流掃頻結(jié)合或者大約24.5Hz的恒定調(diào)幅頻率和.24的調(diào)制指數(shù)；或者大約12.3kHz的掃描頻率的周期性連續(xù)變化。在′633 B1專利中，掃描頻率和調(diào)幅信號(hào)是分別產(chǎn)生的并在求和點(diǎn)組合、以產(chǎn)生實(shí)際饋送到HID燈的信號(hào)。調(diào)制頻率是預(yù)定的，并維持不變。
共同轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的原始受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)S/N09/620,357提供了確定最佳調(diào)制頻率和/或連續(xù)工作頻率的另外方法和裝置，用于通過(guò)連續(xù)和定期測(cè)量在預(yù)定頻率范圍內(nèi)以多種調(diào)幅頻率供給HID燈的最大工作電流和/或電壓，來(lái)確定最佳調(diào)制頻率和/或連續(xù)工作頻率。一旦確定了適當(dāng)?shù)闹?，?57申請(qǐng)利用′633 B1專利中公開(kāi)的方法和裝置來(lái)產(chǎn)生輸入波形。
雖然上述專利和申請(qǐng)的原理對(duì)電負(fù)載(如HID燈)提供了顯著的性能改善，但還需要另外的改善。上述專利依賴相信能提供最佳性能的預(yù)定工作參數(shù)。上述專利申請(qǐng)通過(guò)把對(duì)燈電流和電壓的反饋測(cè)量用來(lái)調(diào)節(jié)工作參數(shù)以獲得最佳性能，從而獲得這方面的改善。上述專利或申請(qǐng)都未涉及可能由以下原因引出的變數(shù)HID燈之間性能的不同；以及與安裝相關(guān)的考慮，諸如燈的水平安裝位置和垂直安裝位置的關(guān)系。此外，最好電源和/或鎮(zhèn)流器適合于為多種類型的負(fù)載(HID燈類型或大小)提供優(yōu)化的性能。
因此，需要一種改進(jìn)的電源和/或鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明通過(guò)認(rèn)識(shí)到優(yōu)化性能中真正重要的是供給電負(fù)載的功率譜，來(lái)提供這樣一種改進(jìn)的電源和/或鎮(zhèn)流器。本發(fā)明監(jiān)控驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電流和電壓信號(hào)，并計(jì)算供給負(fù)載的有代表性的一部分功率譜。將所述供給功率譜中所述計(jì)算部分與所需功率譜比較，并這樣修改輸入到負(fù)載的輸入信號(hào)、使得所述供給功率譜更接近匹配所需功率譜。這樣，負(fù)載上的輸入電流和電壓以及頻率不象先有技術(shù)中那樣被直接控制、而是將修改后的輸入功率譜加到負(fù)載上的間接結(jié)果。通過(guò)以這種方式利用輸入功率譜，當(dāng)本發(fā)明提供的電源和/或鎮(zhèn)流器用于電負(fù)載(如HID燈)時(shí)，將實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的控制和性能。
本發(fā)明的一種形式提供一種操作電源的方法，所述電源適合于以向電負(fù)載提供所需功率譜的方式向電負(fù)載提供具有交變電流和電壓的輸入信號(hào)。所述方法包括計(jì)算通過(guò)輸入信號(hào)供給電負(fù)載的一部分功率譜；以及修改所述輸入信號(hào)、使得所述供給功率譜更接近匹配所需功率譜。計(jì)算所述供給功率譜的一部分的步驟可以包括對(duì)輸入信號(hào)的交變電流和電壓進(jìn)行監(jiān)控和積分。所述方法還可以包括把所需功率譜的表示存儲(chǔ)在所述電源中。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述電源包括脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。所述修改輸入信號(hào)的步驟包括控制脈寬調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器以產(chǎn)生所需功率譜。在要求輸入信號(hào)是帶有多種參數(shù)(包括幅度、以規(guī)定的周期在第一低頻與第二高頻值之間變化的掃描頻率、可調(diào)調(diào)制頻率以及可調(diào)調(diào)制指數(shù))的調(diào)幅掃頻信號(hào)的實(shí)施例中，修改輸入信號(hào)的步驟包括控制脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器以便調(diào)節(jié)這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。本方法還可以包括附加步驟，用來(lái)在各種調(diào)制或掃描頻率下根據(jù)對(duì)供給電負(fù)載的電流或電壓的掃頻，獨(dú)立地選擇所述參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值。
本發(fā)明還可以采用用于執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置或用于執(zhí)行本發(fā)明方法的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼的形式。
在本發(fā)明的一種形式中，提供一種以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)所述燈的所需功率譜的方式操作高強(qiáng)度放電燈(HID燈)的裝置。所述裝置包括脈寬調(diào)制器，其第一輸入端適合于連接到電力源，其第二輸入端用來(lái)接收控制信號(hào)，而其輸出端適合于連接到HID燈。所述脈寬調(diào)制器配置成當(dāng)把所述裝置連接在電力源和燈之間時(shí)向燈提供調(diào)幅掃頻信號(hào)，所述信號(hào)具有交變電流和電壓并且在燈上產(chǎn)生供給功率譜。所述裝置還包括控制器，所述控制器的輸入端連接到脈寬調(diào)制器的輸出端、用來(lái)接收交變電流和電壓信號(hào)，而所述控制器的輸出端連接到脈寬調(diào)制器的第二輸入端、用來(lái)把控制信號(hào)輸送到脈寬調(diào)制器?？刂破髋渲贸捎脕?lái)計(jì)算一部分供給功率譜，并且用來(lái)向脈寬調(diào)制器提供控制信號(hào)，以便這樣修改所述輸入信號(hào)、使得所述供給功率譜更接近匹配所需功率譜。
所述裝置的控制器可以包括用來(lái)對(duì)交變電流和電壓輸入信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和積分、以便計(jì)算一部分供給功率譜的處理器。所述控制器還可包括用來(lái)存儲(chǔ)所需功率譜的表示的裝置。
所述裝置還可以或者以模擬形式或者以利用對(duì)稱或非對(duì)稱PWM控制的數(shù)字脈寬調(diào)制形式實(shí)現(xiàn)。
結(jié)合附圖閱讀以下對(duì)示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。所述詳細(xì)描述和附圖只起說(shuō)明本發(fā)明的作用而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)及其等同物限定。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性裝置的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖3和4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的、分別利用模擬對(duì)稱PWM和非對(duì)稱PWM控制的裝置的操作的曲線圖；圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的、驅(qū)動(dòng)HID燈的電源的代表性功率譜的曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明將數(shù)字PWM控制與模擬PWM控制進(jìn)行比較的曲線圖；以及圖7是用于以本發(fā)明的方式選擇HID燈輸入信號(hào)的參數(shù)的方法的流程圖。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的示范性裝置10，它適合于以向負(fù)載12提供所需功率譜的方式、向電負(fù)載12提供具有交變電流和電壓的輸入信號(hào)。
具體地說(shuō)，圖1所示的裝置為電源或鎮(zhèn)流器10，用來(lái)驅(qū)動(dòng)高強(qiáng)度放電(HID)燈12形式的電負(fù)載。電源10包括脈寬調(diào)制器14和控制器16。
脈寬調(diào)制器14的第一輸入端18適合于連接到電力源、諸如市電交流電網(wǎng)(未顯示)。脈寬調(diào)制器14還包括用來(lái)接收控制信號(hào)′C′的第二輸入端20以及用來(lái)將電源10連接到HID燈12的輸出端22。脈寬調(diào)制器14還包括順序地以串聯(lián)電路關(guān)系連接在脈寬調(diào)制器14的第一輸入端18和輸出端22之間的預(yù)處理器24、全橋反相器26和濾波器/點(diǎn)火器28。脈寬調(diào)制器14還包括以串聯(lián)電路關(guān)系連接在第二輸入端20和全橋電路26之間的柵極驅(qū)動(dòng)器30。
控制器16的輸入端32操作上連接到脈寬調(diào)制器14的輸出端22，用來(lái)接收交變電流和電壓信號(hào)′D′，而控制器16的輸出端34操作上連接到脈寬調(diào)制器14的第二輸入端20，用來(lái)將控制信號(hào)′C′輸送到柵極驅(qū)動(dòng)器30?？刂破?6還包括順序地以串聯(lián)電路關(guān)系連接在控制器16的輸入端32和輸出端34之間的微處理器36、模擬AMFM信號(hào)發(fā)生器38和PWM模塊40。
示范性實(shí)施例的脈寬調(diào)制器14配置成當(dāng)把電源10連接在電力源和燈12之間時(shí)向燈12提供調(diào)幅掃頻信號(hào)′D′，所述信號(hào)具有交變電流和電壓，并且和燈12協(xié)作在燈12上產(chǎn)生供給功率譜。
控制器16配置成用來(lái)計(jì)算一部分供給功率譜，并且用來(lái)向脈寬調(diào)制器14提供控制信號(hào)、以便這樣修改輸入信號(hào)′D、使得所述供給功率譜被修改成更接近匹配所需功率譜。
下面將詳細(xì)討論電源10的具體工作。如圖2所示，一般操作包括在電源10的控制器16的微處理器36中存儲(chǔ)所需功率譜的表示(42)。根據(jù)燈12的工作特性和所需性能來(lái)選擇所需功率譜。最初啟動(dòng)電源10并點(diǎn)亮燈12所需的其他工作指令也可存儲(chǔ)在微處理器36中。
微處理器36向模擬AMFM信號(hào)發(fā)生器38發(fā)送包含所需功率譜工作參數(shù)的信號(hào)′A′，發(fā)生器38又產(chǎn)生供給PWM模塊40的模擬控制信號(hào)′B′。PWM模塊40通過(guò)PWM處理組合模擬控制信號(hào)′B′與PWM頻率信號(hào)，并向柵極驅(qū)動(dòng)器30提供PWM控制信號(hào)′C′。
柵極驅(qū)動(dòng)器30根據(jù)PWM控制信號(hào)′C′控制全橋電路26的接通或斷開(kāi)，以便產(chǎn)生供給燈12的交變電流和電壓信號(hào)。具體地說(shuō)，全橋電路26被接通或斷開(kāi)、以便交替地傳導(dǎo)和阻塞在全橋電路26處從電源輸入端18接收到的電源。以本領(lǐng)域中眾所周知的方式利用預(yù)處理器24和濾波器/點(diǎn)火器28來(lái)將全橋電路26所產(chǎn)生的交變電流和電壓信號(hào)成形，方法是調(diào)節(jié)供給全橋電路26的輸入端18的電壓和頻率，并且有選擇地阻塞所述切換過(guò)程所產(chǎn)生的不需要的諧波。
脈寬調(diào)制器14工作(44)以便向燈12提供具有交變電流和電壓信號(hào)′D′輸入信號(hào)′D′并在燈12處產(chǎn)生供給功率譜，同時(shí)，微處理器36對(duì)供給燈12的交變電流和電壓進(jìn)行監(jiān)控和積分(46)，并通過(guò)一個(gè)諸如快速傅立葉變換(FFT)的處理來(lái)計(jì)算(48)一部分供給功率譜。雖然可以計(jì)算完整的功率譜FFT，但是在以提供供給功率譜和所需功率譜之間可接受的匹配的方式生成修改的信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)燈12時(shí)，實(shí)際意義上沒(méi)有必要或最好不考慮功率譜的所有項(xiàng)。僅計(jì)算一部分供給功率譜能節(jié)省所需的計(jì)算量，并減少完成計(jì)算所需的時(shí)間。
在將所述供給功率譜中所述計(jì)算部分與所需功率譜比較之后，微處理器36產(chǎn)生并向模擬AMFM信號(hào)發(fā)生器38發(fā)送修改的信號(hào)′A′，以修改提供給PWM模塊40的模擬信號(hào)′B′。PWM模塊40又產(chǎn)生并向柵極驅(qū)動(dòng)器30發(fā)送修改的PWM控制信號(hào)′C′，使柵極驅(qū)動(dòng)器30修改全橋電路26的接通或斷開(kāi)、使得脈寬調(diào)制器14向燈12供給(50)修改的輸入信號(hào)′D′，所述輸入信號(hào)′D′在燈12產(chǎn)生供給功率譜，所述供給功率譜更接近匹配存儲(chǔ)在微處理器36中的功率譜。
根據(jù)本發(fā)明，有許多種方法可以將本發(fā)明的特定細(xì)節(jié)體現(xiàn)在裝置、方法或計(jì)算機(jī)可讀代碼中。本專業(yè)的技術(shù)人員明白，控制器16可以配置成使用對(duì)稱或非對(duì)稱PWM控制的模擬裝置?？刂破鬟€可以是數(shù)字裝置，例如數(shù)字信號(hào)處理器，或模擬和數(shù)字裝置的組合。
實(shí)例以下實(shí)例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的幾種形式的電源10的操作，它們使用如圖5中所示的所需功率譜來(lái)驅(qū)動(dòng)70瓦的HID燈12。為取得圖5中所示的所需功率譜，燈12由調(diào)幅掃頻信號(hào)′D′驅(qū)動(dòng)，所述調(diào)幅掃頻信號(hào)具有在10毫秒內(nèi)從45至55kHz的頻率掃描、同時(shí)具有按大約24％的調(diào)制指數(shù)調(diào)制的振幅和大約25kHz的頻率。使用這些參數(shù)產(chǎn)生的理論上的復(fù)合輸入信號(hào)′D′表示為V(t)＝A(1+mcos(2πf1t))cos(2πf(t)t)，其中A表示信號(hào)的幅度、m表示調(diào)制指數(shù)、f1表示幅度調(diào)制頻率、f(t)表示作為時(shí)間的函數(shù)的掃描頻率。調(diào)制指數(shù)是從對(duì)掃頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制所產(chǎn)生的總幅度的百分比變化。燈的電阻基本上是不變的(除了在燈泡的壽命期間有小的變化外)，因此為了以下實(shí)例而假定是不變的。
實(shí)例1圖3描述作為模擬對(duì)稱PWM控制裝置用以產(chǎn)生如圖5中所示的示范的所需功率譜的電源10的操作。標(biāo)記為“三角”的信號(hào)是在PWM模塊40中產(chǎn)生的信號(hào)。標(biāo)記為“輸入”的信號(hào)是提供給燈12的所需調(diào)幅掃頻波形′D′，附加的直流電平大約為三角信號(hào)的半峰值電壓。這是由信號(hào)發(fā)生器38提供的波形，在圖1中標(biāo)記為信號(hào)′B′。在三角信號(hào)的每一周期期間，當(dāng)三角信號(hào)起始等于輸入時(shí)時(shí)、PWM模塊輸出信號(hào)達(dá)到“高”，而當(dāng)輸入信號(hào)下降到低于三角信號(hào)時(shí)、輸出信號(hào)達(dá)到“低”。結(jié)果信號(hào)標(biāo)記為“輸出”，是圖1中標(biāo)記為′C′的信號(hào)。
所產(chǎn)生的最小脈寬由與三角信號(hào)的最大和最小值有關(guān)的輸入波形的最大和最小值確定。因此，輸入信號(hào)的幅度A決定可能使用的脈寬范圍。因?yàn)檩斎胄盘?hào)具有三角峰值電壓一半的直流電平，所以平均脈寬將是PWM周期的50％，所述橋路輸出將不包含直流成分。因此，輸入波形′B′的最大理論值是A(1+m)。但由于實(shí)際電路中的前沿時(shí)間和下沿時(shí)間，實(shí)際橋路不可能工作在0-100％脈寬調(diào)制，本實(shí)例假設(shè)10-90％調(diào)制范圍為大約可以實(shí)際實(shí)現(xiàn)的調(diào)制范圍。
在250kHz或更高的PWM頻率(三角信號(hào)頻率)情況下，上述模擬對(duì)稱PWM控制器產(chǎn)生燈驅(qū)動(dòng)波形′D′，所述燈驅(qū)動(dòng)波形′D′提供接近(即在5％之內(nèi))圖5中所示所需功率譜的供給功率譜。所述供給功率譜的“額外成分”的有無(wú)以及準(zhǔn)確頻率隨所選實(shí)際PWM頻率和濾波器/點(diǎn)火器28的工作特性而變。
可以預(yù)期濾波器/點(diǎn)火器28是用來(lái)執(zhí)行多種功能的LCC器件。濾波器提供正增量電阻，以補(bǔ)償燈12的任何負(fù)電阻。它衰減所述橋路輸出的不需要的高頻成分，同時(shí)保留需要的成分。它考慮到燈啟動(dòng)并完成共振點(diǎn)火。利用按照已建立的技術(shù)的合理設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)能在燈12處提供正確的功率譜的濾波器/點(diǎn)火器28。
在電源10工作期間，微處理器36將調(diào)整參數(shù)A、m、f1和f(t)的值，以便以產(chǎn)生更接近匹配所需功率譜的供給功率譜的方式不斷更新所述供給功率譜。在本發(fā)明的某些形式中，可能希望讓控制器16執(zhí)行其他過(guò)程，如圖7中所示，以便為燈12的啟動(dòng)作好準(zhǔn)備，并選擇最優(yōu)的調(diào)幅頻率f1。在圖7的過(guò)程中，控制器16利用m的三個(gè)預(yù)定值來(lái)為啟動(dòng)作好準(zhǔn)備并選擇調(diào)幅頻率f1，所用的方式在共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/620,357號(hào)中有更加詳細(xì)的描述，所述專利申請(qǐng)通過(guò)引用被包括在本文中。在燈12啟動(dòng)期間，參數(shù)m的值被設(shè)定為等于零(m＝0)，使得點(diǎn)火和啟動(dòng)僅使用一個(gè)掃頻信號(hào)來(lái)達(dá)到。啟動(dòng)之后，參數(shù)m被設(shè)定為小的非零值，例如m小于.09，并在整個(gè)調(diào)制頻率范圍內(nèi)隨著調(diào)幅頻率(f1)的增加而監(jiān)控?zé)舻碾妷?，以便選擇能優(yōu)化燈性能的調(diào)制頻率(fss)。一旦確定了最優(yōu)頻率，就將m的值設(shè)定為穩(wěn)定狀態(tài)的工作值mss，它對(duì)于實(shí)例1將約為m＝.24。
在根據(jù)本發(fā)明的控制器16中不斷地修改PWM輸出信號(hào)′D′的能力允許在供給對(duì)于給定的負(fù)載和工作條件優(yōu)化的功率譜方面有很大的靈活性。例如，可以從輸出譜測(cè)量m的當(dāng)前值，并將其與特定工作條件下的所需的m值比較。然后控制器可以調(diào)節(jié)功率譜，以便將測(cè)量的m值和所需的m值之間的差別減至最小。作為供給接近匹配所需功率譜的功率譜的需要，可以將控制器16編程、以便周期性地調(diào)節(jié)任何或全部適用參數(shù)和/或執(zhí)行任何附加過(guò)程(如在圖7中所示的過(guò)程)。
實(shí)例2圖4描述作為模擬非對(duì)稱PWM控制裝置、用以產(chǎn)生示范的如圖5所示的所需功率譜的電源10的操作。標(biāo)記為“斜波”的信號(hào)是在PWM模塊40中產(chǎn)生的信號(hào)。標(biāo)記為“輸入”的信號(hào)是提供給燈12的所需調(diào)幅掃頻波形′D′，附加的直流電平大約為三角信號(hào)的半峰值電壓。這是由信號(hào)發(fā)生器38提供的波形，在圖1中標(biāo)記為信號(hào)′B′。在斜波信號(hào)的每個(gè)周期中，當(dāng)斜波信號(hào)起初等于輸入信號(hào)時(shí)、PWM模塊的輸出達(dá)到“高”，而當(dāng)斜波信號(hào)在其周期結(jié)束處復(fù)位時(shí)、PWM模塊的輸出達(dá)到“低”。結(jié)果信號(hào)標(biāo)記為“輸出”，在圖1中是標(biāo)記為′C′的信號(hào)。
與實(shí)例1的模擬對(duì)稱控制器相似，實(shí)例2的模擬非對(duì)稱控制器被假設(shè)為工作于約10-90％的最大實(shí)際調(diào)制范圍。但對(duì)于非對(duì)稱模擬控制器，則打算PWM頻率(斜波頻率)要較大些(如高于325kHz)，以便當(dāng)工作在上述驅(qū)動(dòng)70瓦HID燈的條件下時(shí)、取得接近匹配圖5所需功率譜的供給功率譜。在其他方面，上面給出的關(guān)于實(shí)例1的注釋和說(shuō)明也適用于實(shí)例2的模擬非對(duì)稱PWM控制器，具有相似的效能。
實(shí)例3我們?cè)O(shè)想本發(fā)明的某些形式，可能最好在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中執(zhí)行整個(gè)PWM過(guò)程，所述處理器本質(zhì)上取代圖1中所示的模擬控制器16。圖6描述數(shù)字對(duì)稱PWM控制裝置形式的電源10與模擬對(duì)稱PWM裝置在產(chǎn)生圖5所示的示范性所需功率譜中在操作方面的比較。
圖6中標(biāo)記為“三角”和“模擬輸入”的信號(hào)在數(shù)字PWM控制器中實(shí)際上不存在，而是表示由DSP進(jìn)行的數(shù)學(xué)計(jì)算。在這樣的DSP控制器的情況下，我們考慮有必要讓DSP工作在約500kHz或更高的PWM頻率，以便當(dāng)工作在上述驅(qū)動(dòng)70瓦HID燈的條件下時(shí)，實(shí)現(xiàn)接近匹配圖5所需功率譜的供給功率譜。在其他方面，上面給出的關(guān)于實(shí)例1和2的注釋和說(shuō)明也適用于實(shí)例3的數(shù)字對(duì)稱PWM控制器，具有相似的效能。我們進(jìn)一步設(shè)想在本發(fā)明的其他形式中，對(duì)于給定負(fù)載和工作條件，數(shù)字非對(duì)稱PWM控制器可以提供最佳設(shè)計(jì)解決方案。
雖然上面的描述利用了本發(fā)明的一些示范性實(shí)施例，但是在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以作出許多其他變化和修改。
從上面的描述可以看出，本發(fā)明提供了向電負(fù)載供給比先有技術(shù)的方法和電源可取得的更接近匹配所需功率譜的功率譜。
本發(fā)明的范圍僅受限于所附權(quán)利要求書(shū)，在等同的意義和范圍之內(nèi)的所有變化都將被包含其中。
權(quán)利要求
1.一種用于操作電源(10)的方法，所述電源(10)適合于以向電負(fù)載(12)提供所需功率譜的方式向所述電負(fù)載(12)提供具有交變電流和電壓的輸入信號(hào)′D′，所述方法包括計(jì)算(48)通過(guò)所述輸入信號(hào)′D′供給所述電負(fù)載(12)的所述功率譜中的一部分，以及修改(50)所述輸入信號(hào)′D′、使得所述供給功率譜更接近匹配所述所需功率譜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于計(jì)算(48)所述供給功率譜的所述一部分包括監(jiān)控(46)所述交變電流和電壓輸入信號(hào)′D′。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在所述電源(10)中存儲(chǔ)(42)所述所需功率譜。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電源(10)包括脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)，并且修改所述輸入信號(hào)′D′包括控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以便產(chǎn)生所述所需功率譜。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述輸入信號(hào)′D′是調(diào)幅掃頻信號(hào)，具有幅度、在指定時(shí)段內(nèi)在第一低頻和第二高頻值之間范圍內(nèi)的掃描頻率、可調(diào)調(diào)制頻率和可調(diào)調(diào)制指數(shù)；以及修改(50)所述輸入信號(hào)包括控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以便調(diào)節(jié)所述幅度、所述掃描頻率、所述低頻或高頻值、所述掃描的時(shí)段、所述調(diào)制頻率和所述調(diào)制指數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述掃頻范圍在大約10毫秒的周期中從大約45kHz的頻率至大約55kHz的頻率，調(diào)制頻率在大約20kHz至大約30kHz的范圍內(nèi)，而調(diào)制指數(shù)的值在大約0至大約.27的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于通過(guò)以下方法來(lái)選擇(圖7)所述調(diào)制頻率相對(duì)于參考電壓監(jiān)控所述電負(fù)載12的輸入電壓，同時(shí)，增加調(diào)制頻率并選擇提供參考電壓值和監(jiān)控的輸入電壓值之間的最大電壓差的調(diào)制頻率。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于隨調(diào)制頻率而變地選擇所述調(diào)制指數(shù)。
9.一種包括電源(10)的裝置，所述電源(10)適合于以向電負(fù)載(12)提供所需功率譜的方式向所述電負(fù)載(12)提供具有交變電流和電壓的輸入信號(hào)′D′，所述裝置包括用以計(jì)算(16)供給功率譜的裝置，所述供給功率譜代表通過(guò)所述輸入信號(hào)′D′供給所述電負(fù)載的功率譜的一部分；以及用以修改所述輸入信號(hào)、使得所述供給功率譜更接近匹配所述所需功率譜的裝置(14、16)。
10.如權(quán)利要求9所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于用以計(jì)算(16)所述供給功率譜的所述裝置包括對(duì)所述交變電流和電壓輸入信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和積分的裝置(36)。
11.如權(quán)利要求9所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于還包括用以把所述所需功率譜存儲(chǔ)在包括所述電源(10)的裝置中的裝置(36)。
12.如權(quán)利要求9所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于還包括脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以及用以修改所述輸入信號(hào)′D′的所述裝置包括用以控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以產(chǎn)生所述所需功率譜的裝置(16)。
13.如權(quán)利要求12所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述輸入信號(hào)′D′是調(diào)幅掃頻信號(hào)，具有幅度、以指定的時(shí)間周期在第一低頻和第二高頻值之間變化的掃描頻率、可調(diào)調(diào)制頻率和可調(diào)調(diào)制指數(shù)；以及所述用以修改所述輸入信號(hào)的裝置(14、16)包括用以控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以便調(diào)節(jié)所述幅度、所述掃描頻率、所述低頻或高頻值、所述掃描時(shí)間周期、所述調(diào)制頻率和所述調(diào)制指數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的裝置(16)。
14.如權(quán)利要求13所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述掃描頻率以大約10毫秒的周期在大約45kHz的頻率與大約55kHz的頻率之間變化，所述調(diào)制頻率在大約20kHz至大約30kHz的范圍內(nèi)，而所述調(diào)制指數(shù)的值在大約0至大約.27的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于還包括用以從一系列調(diào)制頻率中選擇所述調(diào)制頻率的裝置(36)。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于還包括用以從一系列調(diào)制指數(shù)中選擇所述調(diào)制指數(shù)的裝置(36)。
17.一種包括電源(10)的裝置，所述電源(10)用于以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)高強(qiáng)度放電燈(12)的所需功率譜的形式操作所述燈(12)，包括所述電源(10)的所述裝置包括脈寬調(diào)制器(14)，它具有適合于連接到電力源的第一輸入端(18)、適合于接收控制信號(hào)′C′的第二輸入(20)和適合于連接到所述高強(qiáng)度放電燈(12)的輸出(22)，所述脈寬調(diào)制器(14)配置成向所述燈(12)提供具有交變電流和電壓的調(diào)幅掃頻信號(hào)′D′并且當(dāng)連接在所述電力源和所述燈(12)之間時(shí)在所述燈(12)上產(chǎn)生供給功率譜；以及控制器(16)，其輸入端(32)連接到所述脈寬調(diào)制器(14)的輸出端(22)、用于接收所述交變電流和電壓信號(hào)′D′，而其輸出端(34)連接到所述脈寬調(diào)制器(14)的所述第二輸入端(20)、用以把控制信號(hào)′C′輸送到所述脈寬調(diào)制器(14)，所述控制器(16)配置成用來(lái)計(jì)算所述供給功率譜的一部分并且用來(lái)向所述脈寬調(diào)制器(14)提供控制信號(hào)′C′、以便修改所述輸入信號(hào)′D′、使得所述供給功率譜更接近匹配所述所需功率譜。
18.如權(quán)利要求17所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述控制器(16)包括處理器(36)，用以對(duì)所述交變電流和電壓輸入信號(hào)′D′進(jìn)行監(jiān)控和積分。
19.如權(quán)利要求18所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述控制器(16)還包括用于存儲(chǔ)所述所需功率譜的裝置(36)。
20.如權(quán)利要求17所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述輸入信號(hào)′D′是調(diào)幅掃頻信號(hào)，具有幅度、以指定的時(shí)間周期在第一低頻和第二高頻值之間變化的掃描頻率、可調(diào)調(diào)制頻率和可調(diào)調(diào)制指數(shù)；以及所述控制器(16)包括用以控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以便調(diào)節(jié)所述幅度、所述掃描頻率、所述低頻或高頻值、所述掃描時(shí)間周期、所述調(diào)制頻率和所述調(diào)制指數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的裝置(36，38，40)。
21.如權(quán)利要求20所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述掃描頻率以大約10毫秒的周期在大約45kHz的頻率與大約55kHz的頻率之間變化，所述調(diào)制頻率在大約20kHz至大約30kHz的范圍內(nèi)，而所述調(diào)制指數(shù)的值在大約0至大約.27的范圍內(nèi)。
22.如權(quán)利要求20所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于還包括用以從一系列調(diào)制頻率中選擇所述調(diào)制頻率的裝置(36)。
23.如權(quán)利要求20所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于還包括從一系列調(diào)制指數(shù)中選擇所述調(diào)制指數(shù)的裝置(36)。
24.如權(quán)利要求17所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述控制器(16)是模擬控制器。
25.如權(quán)利要求24所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述控制器(16)利用對(duì)稱PWM控制。
26.如權(quán)利要求17所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述控制器(16)是具有數(shù)字信號(hào)處理器(36)的數(shù)字控制器。
27.如權(quán)利要求26所述的包括電源(10)的裝置，其特征在于所述控制器(16)利用對(duì)稱PWM控制。
28.一種在計(jì)算機(jī)可讀媒體上用來(lái)操作電源(10)的代碼，所述電源(10)適合于以向電負(fù)載(12)提供所需功率譜的方式向所述電負(fù)載(12)提供具有交變電流和電壓的輸入信號(hào)′D′，所述代碼包括用以計(jì)算通過(guò)所述輸入信號(hào)′D′供給所述電負(fù)載(12)所述功率譜的一部分的指令(48)；以及用以修改所述輸入信號(hào)′D′、使得所述供給功率譜更加接近匹配所述所需功率譜的指令(50)。
29.如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼，其特征在于用以計(jì)算所述供給功率譜的所述一部分的所述指令(48)包括用以對(duì)所述交變電流和電壓輸入信號(hào)′D′進(jìn)行監(jiān)控和積分的指令(46)。
30.如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼，其特征在于還包括用以把所述所需功率譜存儲(chǔ)在所述電源中的指令(42)。
31.如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼，其特征在于包括用以控制脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)的指令(50)，并且其中用于修改所述輸入信號(hào)′D′的所述指令(50)包括用以控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以便產(chǎn)生所述所需功率譜的指令(50)。
32.如權(quán)利要求31所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼，其特征在于所述輸入信號(hào)′D′是調(diào)幅掃頻信號(hào)，具有幅度、以指定的時(shí)間周期在第一低頻和第二高頻值之間變化的掃描頻率、可調(diào)調(diào)制頻率和可調(diào)調(diào)制指數(shù)；以及用以修改所述輸入信號(hào)′D′的所述指令(50)包括用以控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(14)以便調(diào)節(jié)所述幅度、所述掃描頻率、所述低頻或高頻值、所述掃描時(shí)間周期、所述調(diào)制頻率和所述調(diào)制指數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的指令。
33.如權(quán)利要求32所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼，其特征在于包括提供輸入信號(hào)的指令(44)，所述輸入信號(hào)的掃描頻率以大約10毫秒的周期在大約45kHz的頻率與大約55kHz的頻率之間變化，所述輸入信號(hào)具有在大約20kHz至大約30kHz范圍內(nèi)的調(diào)制頻率并且具有其值在大約0至大約.27范圍內(nèi)的調(diào)制指數(shù)。
34.如權(quán)利要求32所述的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的代碼，其特征在于包括用以選擇所述調(diào)制頻率的指令(50)(圖7)，其方法是相對(duì)于參考電壓監(jiān)控所述電負(fù)載12的輸入電壓′D′，同時(shí)，增加所述調(diào)制頻率并且選擇提供所述參考電壓值和監(jiān)控的輸入電壓值之間的最大電壓差的調(diào)制頻率。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于包括用以隨調(diào)制頻率的變化而選擇所述調(diào)制指數(shù)的指令(50)(圖7)。
全文摘要
一種電源和/或鎮(zhèn)流器優(yōu)化了電負(fù)載(如高強(qiáng)度放電(HID)燈)性能，其方法是監(jiān)控驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電流和電壓信號(hào)并計(jì)算供給負(fù)載的功率譜中有代表性的一部分功率譜。將所述供給功率譜的所述計(jì)算部分與所需功率譜比較，并修改輸入到負(fù)載的輸入信號(hào)、使得所述供給功率譜更接近匹配所需功率譜。這樣，輸入電流和電壓以及負(fù)載處的頻率不被直接控制，而是將修改的輸入功率譜加到負(fù)載的間接結(jié)果。通過(guò)以這種方式利用輸入功率譜，所述電源和/或鎮(zhèn)流器當(dāng)用于電負(fù)載(如HID燈)時(shí)將提供改進(jìn)的控制和性能。
文檔編號(hào)H05B41/18GK1476739SQ02803026
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月27日
發(fā)明者G·W·布魯寧, G W 布魯寧, D·A·卡馬克, 卡馬克 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司