專利名稱：無極放電燈點亮裝置及照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無極放電燈點亮裝置及照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
一種無極放電燈(electrodeless discharge lamp)點亮裝置，其配置為用功率放大器產(chǎn)生高頻功率，通過感應(yīng)線圈將此高頻功率提供給無極放電燈。但是該高頻功率的電壓和電流之間相位差的波動會產(chǎn)生各種問題。因此，人們提出了多種裝置，其較好地控制了提供給感應(yīng)線圈的高頻功率。
例如，現(xiàn)有技術(shù)如日本特開平No.H6-76971所述的裝置包括感應(yīng)線圈；半橋式逆變器，其構(gòu)成功率放大器；電容分壓器(condenser divider)，用于檢測來自逆變器輸出端的高頻方波電壓，從而提供檢測電壓；以及變流器(current transformer)，用于檢測來自上述輸出端的高頻方波電流，從而提供檢測電流。在此裝置中，當(dāng)檢測電壓和檢測電流之間的相位差減小時，加到該逆變器上的直流電壓降低；而當(dāng)該相位差增大時，該直流電壓升高。當(dāng)該相位差減小時，負(fù)載阻抗顯著下降，因此通過降低該直流電壓能夠防止對該逆變器的過度輸入。
現(xiàn)有技術(shù)如日本特開平No.H8-45684所述的裝置包括感應(yīng)線圈；半橋式逆變器，其構(gòu)成功率放大器；變壓器，用于檢測進(jìn)入該逆變器各控制端的電壓，從而提供檢測電壓；以及變流器，用于檢測來自該逆變器輸出端的高頻方波電流，從而提供檢測電流。在此裝置中，當(dāng)檢測電壓和檢測電流相比相位滯后時，方波的正脈沖持續(xù)寬度(ON width)減小，同時該功率放大器的工作頻率降低。當(dāng)檢測電壓和檢測電流相比相位超前時，方波的正脈沖持續(xù)寬度增大，并且該功率放大器的工作頻率升高。根據(jù)此裝置，由于該高頻功率的電壓和電流之間的相位差減小，因此無功電流(reactive current)會降低。
當(dāng)啟動無極放電燈時，由于其工作頻率較低，因此必須將流過感應(yīng)線圈的啟動電流增大。為了在工作頻域內(nèi)的每個頻率下都能夠啟動無極放電燈，啟動電流的目標(biāo)值設(shè)定為對該頻域內(nèi)的最小頻率下所需的電流增加一個余量而得到的電流值。這樣就出現(xiàn)了一個問題，即該余量對于該頻域內(nèi)的最大頻率而言太大了。
這個問題通過如日本特開平No.2003-332090所述的裝置得到解決。該裝置包括感應(yīng)線圈；功率放大器；變流器，用于檢測來自該放大器輸出端的高頻電流，從而提供檢測電流；以及頻率電壓轉(zhuǎn)換器(F-V converter)，用于檢測該功率放大器與工作頻率相對應(yīng)的驅(qū)動頻率；該裝置還包括設(shè)定點變更裝置和控制裝置。當(dāng)用該頻率電壓轉(zhuǎn)換器檢測到的頻率較高時，該設(shè)定點變更裝置將啟動電流的目標(biāo)值設(shè)定為較小值。該控制裝置控制驅(qū)動頻率，使得檢測電流值達(dá)到與該設(shè)定點變更裝置設(shè)定的電流值相等。根據(jù)此裝置，可以降低上述頻域內(nèi)的最大頻率側(cè)的余量。

發(fā)明內(nèi)容
順便提及，為了通過向上掃描(sweep up)加在感應(yīng)線圈上的啟動電壓而順利、穩(wěn)定地啟動無極放電燈，功率放大器例如是由諸如半橋式逆變器等直流/交流轉(zhuǎn)換器以及諧振電路構(gòu)成的。
但是，由于該配置需要從預(yù)定起始頻率至預(yù)定終止頻率向下掃描(sweepdown)工作頻率，因此按照該終止頻率的設(shè)置，存在著大的負(fù)載被加在電路上的問題。也就是說，該諧振電路具有以下諧振特性啟動模式中在預(yù)定諧振頻率處具有諧振峰的第一諧振曲線轉(zhuǎn)變?yōu)辄c亮模式中的低于該第一諧振曲線的第二諧振曲線。該啟動模式為無極放電燈點亮之前的模式，該點亮模式為當(dāng)無極放電燈點亮?xí)r的模式。因此，該諧振電路的諧振特性在該無極放電燈點亮的時刻發(fā)生改變，因而，當(dāng)終止頻率設(shè)置為靠近第二諧振曲線的高電壓區(qū)時，電路被施加了大的應(yīng)力(stress)。此外，如果第二諧振曲線的終止頻率對應(yīng)的電壓不足，那么該無極放電燈存在發(fā)生熄滅的問題。
本發(fā)明的目的在于穩(wěn)定地啟動無極放電燈，并且在該無極放電燈順利地啟動后控制電路上的應(yīng)力。
本發(fā)明的無極放電燈點亮裝置包括直流/交流轉(zhuǎn)換電路，諧振電路，感應(yīng)線圈，電壓檢測電路，驅(qū)動電路，啟動電路，電流檢測電路，控制電路以及抑制裝置。該直流/交流轉(zhuǎn)換電路響應(yīng)具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號，將直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率，該高頻功率具有對應(yīng)于該驅(qū)動頻率的工作頻率。該諧振電路具有諧振特性啟動模式中在預(yù)定諧振頻率處具有諧振峰的第一諧振曲線轉(zhuǎn)變?yōu)辄c亮模式中低于該第一諧振曲線的第二諧振曲線。該啟動模式為無極放電燈點亮之前的模式，該點亮模式為當(dāng)無極放電燈點亮?xí)r的模式。該諧振電路接收來自該直流/交流轉(zhuǎn)換電路的高頻功率，然后基于該諧振特性，提供響應(yīng)該工作頻率而變化的高頻功率。該感應(yīng)線圈響應(yīng)由該諧振電路提供的高頻功率，產(chǎn)生高頻電磁場，然后將該高頻電磁場施加給該無極放電燈，從而感生出高頻功率給該無極放電燈。該電壓檢測電路檢測由來自該諧振電路的高頻功率加在該感應(yīng)線圈上的電壓，然后提供檢測電壓。該驅(qū)動電路給該直流/交流轉(zhuǎn)換電路提供具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號，同時響應(yīng)可變功率調(diào)節(jié)驅(qū)動頻率。當(dāng)該無極放電燈啟動時，該啟動電路向下或者向上掃描該可變功率，以掃描該檢測電壓，同時從高于該諧振頻率的預(yù)定起始頻率至低于該起始頻率的預(yù)定終止頻率掃描工作頻率。該電流檢測電路檢測流經(jīng)該諧振電路的電流，以提供檢測電流。該控制電路增加或減小該可變功率，使得該檢測電流達(dá)到與用于將該工作頻率轉(zhuǎn)移到該起始頻率和該終止頻率之間的中間范圍頻率的預(yù)定電流相等。該預(yù)定電流設(shè)定為使得中間范圍頻率下的檢測電壓低于終止頻率下的檢測電壓。該抑制裝置當(dāng)該無極放電燈啟動時，開始抑制該控制電路的工作，然后至少在該啟動模式期間保持此抑制。
在此配置中，由于當(dāng)該無極放電燈啟動時，對于加在感應(yīng)線圈上的電壓是向上掃描，因此可以穩(wěn)定地啟動和點亮該無極放電燈。此外，在點亮模式中，加在感應(yīng)線圈上的電壓低于終止頻率的電壓，因此可以降低電路的應(yīng)力。
優(yōu)選地，該控制電路包括誤差放大電路，其增加或減小該可變功率的電流，使得該檢測電流達(dá)到與該預(yù)定電流相等，并且該抑制裝置至少在啟動模式期間使得從該誤差放大電路流向該驅(qū)動電路的電流變?yōu)榱慊蛘哳A(yù)定大小。該驅(qū)動電路響應(yīng)可變功率的電流的增加或減小，調(diào)節(jié)驅(qū)動頻率。該啟動電路向下或者向上掃描該可變功率的電流，以掃描該檢測電壓，同時從起始頻率至終止頻率向下掃描工作頻率。根據(jù)此配置，可以組成不依靠微計算機的各個電路。
優(yōu)選地，該誤差放大電路包括運算放大器，其具有同相輸入端、反相輸入端以及輸出端；該抑制裝置組成積分電路，連接于所述輸入端中的一個輸入端和該輸出端之間。該運算放大器在其輸入端接收與該預(yù)定電流相當(dāng)?shù)膮⒖茧妷汉团c該檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓，然后增加或減小該可變功率的電流，使得與該檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓達(dá)到與參考電壓相等。該積分電路具有時間常數(shù)，其值設(shè)定為大于與至少該啟動模式的時間段相當(dāng)?shù)闹怠Ｔ诖伺渲弥?，由于該運算放大器實質(zhì)上工作于該無極放電燈點亮之后，因此可以穩(wěn)定地啟動和點亮該無極放電燈。
優(yōu)選地，該誤差放大電路包括運算放大器，其具有同相輸入端、反相輸入端以及輸出端；該抑制裝置調(diào)節(jié)該參考電壓，使得至少在該啟動模式期間，該運算放大器的輸出電流實質(zhì)上等于零。該運算放大器在其輸入端接收與該預(yù)定電流相當(dāng)?shù)膮⒖茧妷汉团c該檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓，然后增加該可變功率的電流，使得在該抑制裝置解除抑制之后，與該檢測電流相當(dāng)?shù)脑摍z測電壓達(dá)到與參考電壓相等。在此配置中，由于該啟動電路至少在啟動模式期間工作，因此可以穩(wěn)定地啟動和點亮該無極放電燈。
在該工作頻率達(dá)到終止頻率后，該驅(qū)動電路實質(zhì)上可僅由控制電路控制。在這種情況下，點亮模式中控制電路的控制變得簡單。
該終止頻率可設(shè)置為靠近該第二諧振曲線的峰值的頻率。在這種情況下，可以較好地設(shè)置起始頻率和終止頻率之間的掃描范圍，以應(yīng)對例如周邊溫度等環(huán)境變化。
優(yōu)選地，該啟動電路包括掃描電路和運算放大器。該掃描電路提供掃描電壓，從該無極放電燈啟動的時間點開始向上或向下掃描。該運算放大器具有同相輸入端、反相輸入端以及輸出端。該運算放大器在其輸入端接收來自電壓檢測電路的檢測電壓和掃描電壓，然后減小或增加該可變功率的電流，使得該檢測電壓達(dá)到與該掃描電壓相等。在此配置中，可以穩(wěn)定地啟動和點亮該無極放電燈。
本發(fā)明的照明設(shè)備包括上述無極放電燈點亮裝置和上述無極放電燈。
根據(jù)本發(fā)明，可以穩(wěn)定地啟動無極放電燈，并且，在該無極放電燈順利啟動后，可以控制電路的應(yīng)力。


以下更詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。參照以下詳細(xì)說明和附圖，可以更好地了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的無極放電燈點亮裝置第一實施例的電路圖；圖2為顯示圖1中的無極放電燈點亮裝置的諧振特性的示意圖；圖3為顯示圖1中的無極放電燈點亮裝置的工作的時序圖；圖4為顯示圖1中的無極放電燈點亮裝置的替代實施例的諧振特性的示意圖；圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明的無極放電燈點亮裝置第二實施例的部分電路圖；圖6為顯示圖5中的無極放電燈點亮裝置的工作的時序圖；圖7為顯示圖5中的無極放電燈點亮裝置的替代實施例的部分電路圖；圖8為顯示根據(jù)本發(fā)明的無極放電燈點亮裝置第三實施例的部分電路圖；圖9為顯示圖8中的無極放電燈點亮裝置的工作的時序圖；圖10為顯示圖8中的無極放電燈點亮裝置的諧振特性的示意圖；圖11為顯示圖8中的無極放電燈點亮裝置的替代實施例的部分電路圖；圖12為顯示圖11中的無極放電燈點亮裝置的工作的時序圖；圖13為顯示根據(jù)本發(fā)明的無極放電燈點亮裝置第四實施例的部分電路圖；圖14為顯示圖13中的無極放電燈點亮裝置的工作的時序圖；以及圖15為顯示圖13中的無極放電燈點亮裝置的諧振特性的示意圖。
具體實施例方式
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的無極放電燈點亮裝置1的第一實施例。
無極放電燈點亮裝置1安裝于配備有無極放電燈13的照明設(shè)備(未示出)上。無極放電燈點亮裝置1包括直流(DC)電源14，直流/交流(DC/AC)轉(zhuǎn)換電路15，諧振電路16，感應(yīng)線圈17，驅(qū)動電路18以及啟動電路19，如同日本特開平No.2003-332090所述的裝置。作為本實施例的一個特點，無極放電燈點亮裝置1還包括電壓檢測電路11，電流檢測電路12以及控制電路10。
無極放電燈13包括燈泡，例如透明玻璃燈泡、透明玻璃球體、內(nèi)表面涂有磷光涂層的玻璃燈泡、內(nèi)表面涂有磷光涂層的玻璃球體等。無極放電燈13的燈泡內(nèi)部還密封了放電氣體，例如惰性氣體、金屬蒸氣等等(如水銀蒸氣和稀有氣體)。
直流電源14例如由升壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，從而將交流電源AC的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以將該直流電提供給直流/交流轉(zhuǎn)換電路15。該轉(zhuǎn)換器包括整流器(rectifier)141；電感(inductor)142；開關(guān)元件143，其經(jīng)過(through)電感142而位于整流器141的兩個輸出端之間的下側(cè)；二極管144；以及濾波電容(smooth capacitor)145，其前向經(jīng)過二極管144而位于開關(guān)元件143的兩端之間的下側(cè)。此外，該轉(zhuǎn)換器還包括驅(qū)動電路140。驅(qū)動電路140控制開關(guān)元件143的開/關(guān)狀態(tài)，當(dāng)檢測該升壓轉(zhuǎn)換器的輸出(直流電壓VDC)時，使得該輸出達(dá)到與預(yù)定的輸出相等。
直流/交流轉(zhuǎn)換電路15例如由半橋式逆變器構(gòu)成，其響應(yīng)具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號，將來自直流電源14的直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率。該高頻功率具有與該驅(qū)動頻率相對應(yīng)的工作頻率(例如，幾十KHz到幾百MHz)。該逆變器由以下元件構(gòu)成開關(guān)元件(例如，場效應(yīng)晶體管(FET))151；以及開關(guān)元件(例如，場效應(yīng)晶體管)152，其經(jīng)過開關(guān)元件151而位于直流電源14的兩個輸出端之間的下側(cè)。開關(guān)元件151和152響應(yīng)來自驅(qū)動電路18的矩形脈沖驅(qū)動信號VDH和VDL，交替地導(dǎo)通和關(guān)斷。在送入開關(guān)元件151的驅(qū)動信號VDH和送入開關(guān)元件152的驅(qū)動信號VDL之間，大約有180度的相位差。
如圖1和圖2所示，諧振電路16配置為具有以下諧振特性啟動模式下在預(yù)定的諧振頻率fR處具有諧振峰的諧振曲線RCSM在點亮模式下轉(zhuǎn)變?yōu)榈陀谠撝C振曲線RCSM的諧振曲線RCLM。該啟動模式為無極放電燈13點亮前的模式，該點亮模式為無極放電燈13點亮?xí)r的模式。
例如，諧振電路16包括電感161；以及電容162，其經(jīng)過電感161而位于開關(guān)元件152的兩端之間的下側(cè)。諧振電路16從直流/交流轉(zhuǎn)換電路15接收高頻功率，然后基于諧振特性，向感應(yīng)線圈17提供響應(yīng)工作頻率fOP而變化的高頻功率。諧振電路16還包括電容163，其與電容162組合構(gòu)成匹配電路(matching circuit)。
感應(yīng)線圈17的位置靠近無極放電燈13，從而可以響應(yīng)經(jīng)諧振電路16提供的高頻功率，產(chǎn)生高頻電磁場；并通過施加(耦合)該高頻電磁場至無極放電燈13，而感生出高頻功率給無極放電燈13。因此，無極放電燈13在燈泡內(nèi)產(chǎn)生高頻等離子體電流，然后輻射出紫外線或可見光。
驅(qū)動電路18例如由壓控振蕩器(VCO)等構(gòu)成，從而當(dāng)響應(yīng)輸入啟動電路19和控制電路10的可變功率的電流IVP而調(diào)整驅(qū)動頻率時，給直流/交流轉(zhuǎn)換電路15提供具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號VDH和VDL。例如，驅(qū)動電路18包括電阻181，連接在恒壓源VCV和啟動電路19的輸出端之間；電阻182，連接在電阻181和直流電源14的負(fù)極之間；以及壓控振蕩器180，其接受加在電阻182上的電壓作為輸入電壓，并響應(yīng)加在電阻182上的壓降調(diào)節(jié)驅(qū)動頻率。即，驅(qū)動電路18通過增加壓降來提高壓控振蕩器的輸入電壓，從而提高驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。驅(qū)動電路18也可通過減小壓降來降低壓控振蕩器的輸入電壓，從而降低驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。由于上述恒壓源的恒定電壓是確定起始頻率fS的電壓，因此基于所需的起始頻率fS來設(shè)定該恒定電壓。
啟動電路19配置為啟動無極放電燈13時，在從預(yù)定起始頻率fS至預(yù)定終止頻率fE向下掃描工作頻率fOP的同時，向下掃描可變功率的電流IVP，以向上掃描來自電壓檢測電路11的檢測電壓VDV。該起始頻率fS高于諧振頻率fR，而該終止頻率fE低于該起始頻率fS。但是不限于此，當(dāng)驅(qū)動電路18配置為響應(yīng)電流IVP的增加或減小而分別降低或提高給壓控振蕩器的輸入電壓時，啟動電路19可配置為向上掃描電流IVP。
例如，啟動電路19包括由開關(guān)190、參考電阻191、電容192和熱敏電阻193構(gòu)成的向上掃描電路，還包括由運算放大器(OP amp)194、反饋電阻195、輸入電阻196、輸出電阻197和二極管198構(gòu)成的誤差放大(erroramplification)電路。
開關(guān)190與參考電阻191及電容192并聯(lián)連接，同時，該開關(guān)190、參考電阻191及電容192的并聯(lián)組合與熱敏電阻193串聯(lián)連接。該參考電阻191與熱敏電阻193的串聯(lián)組合經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器(voltage regulator)或者直接從直流電源14接收直流電壓。在這種情況下，當(dāng)開關(guān)190斷開時，電容192給運算放大器194的同相輸入端施加電壓，并且以主要由電容192和熱敏電阻193所給定的時間常數(shù)向上掃描該電壓直到參考電阻191上的參考電壓。熱敏電阻193響應(yīng)周邊溫度來校正參考電阻191上的參考電壓。由于參考電阻191上的參考電壓是確定終止頻率fE的電壓，因此基于所需的終止頻率fE來設(shè)定該參考電壓。
反饋電阻195連接在運算放大器194的反相輸入端與輸出端之間。輸入電阻196連接在運算放大器194的該反相輸入端與電壓檢測電路11的輸出端之間。輸出電阻197連接在運算放大器194的輸出端與驅(qū)動電路18的輸入端之間。二極管198連接在輸出電阻197與驅(qū)動電路18的上述輸入端之間，而且二極管198的陰極連接輸出電阻197。誤差放大電路從0V電壓至對應(yīng)于參考電阻191上的參考電壓的電壓值，向上掃描其輸出電壓VSC，使得來自電壓檢測電路11的檢測電壓VDV達(dá)到與電容192上的向上掃描電壓VSU相等。因此，由于驅(qū)動電路18中的恒定電壓和誤差放大電路的輸出電壓VSC之間的電勢差向下掃描，所以該誤差放大電路的輸出電流ISC從對應(yīng)于起始頻率fS的預(yù)定啟動電流掃描到對應(yīng)于終止頻率fE的預(yù)定終止電流。輸出電壓VSC的掃描范圍設(shè)置為該范圍包括對應(yīng)于啟動無極放電燈13所需的輸出電壓VOUT的輸出電壓VSC。
電壓檢測電路11位于靠近感應(yīng)線圈17處，從而可以檢測由來自諧振電路16的高頻功率加在感應(yīng)線圈17上的電壓VOUT；然后提供檢測電壓VDV。
電壓檢測電路11例如由電阻110、電容111、二極管112和113以及放電電阻114構(gòu)成。電阻110和電容111組成RC積分電路，并接收電壓VOUT，以提供檢測電壓VDV。二極管112和113組成半波整流電路，將電壓VOUT轉(zhuǎn)換為半波電壓以將其加在電容111上。放電電阻114以由電容111和放電電阻114所給定的時間常數(shù)對電容111進(jìn)行放電。
電流檢測電路12例如由電阻120構(gòu)成，電阻120連接在開關(guān)元件152的源極和直流電源14的負(fù)極之間，以檢測流過諧振電路16的諧振電流，從而提供指示檢測電流的檢測電壓VDI。
控制電路10配置為增加或者減小可變功率的電流IVP，使得由檢測電壓VDI指示的檢測電流達(dá)到與一預(yù)定電流相等，該預(yù)定電流用于將工作頻率fOP轉(zhuǎn)移到處于起始頻率fS和終止頻率fE之間的預(yù)定中間范圍頻率fMR。該預(yù)定電流設(shè)置為對應(yīng)于無極放電燈13的額定電流的電流值；并且設(shè)置為使得中間范圍頻率fMR下的檢測電壓VDV小于終止頻率fE下的檢測電壓VDV。
例如，控制電路10包括由運算放大器100、參考電源101、反饋電阻102、輸入電阻103、輸出電阻104以及二極管105構(gòu)成的誤差放大電路，并且還包括電容106，該電容106與反饋電阻102組合構(gòu)成積分電路。
參考電源101將用于設(shè)定中間范圍頻率fMR的參考電壓加在運算放大器100的同相輸入端。反饋電阻102連接在運算放大器100的反相輸入端和其輸出端之間。輸入電阻103連接在運算放大器100的反相輸入端和開關(guān)元件152的源極之間。輸出電阻104連接在運算放大器100的輸出端和驅(qū)動電路18的輸入端之間。二極管105連接在輸出電阻104和驅(qū)動電路18的輸入端之間，而且二極管105的陰極連接輸出電阻104。
電容106與反饋電阻102并聯(lián)連接。包括電容106的積分電路的時間常數(shù)設(shè)定為點亮無極放電燈13后，該時間常數(shù)的值用以充分地延遲控制電路10中誤差放大電路的有效輸出，直到預(yù)定的時間點t3(參考圖3)。具體而言，電容106的值設(shè)定為通過該值，使得控制電路10提供的電壓VCC變得比驅(qū)動電路18的恒定電壓高，直到上述向上掃描電路的向上掃描完成；并且在向上掃描電路的向上掃描完成以后，在預(yù)定的時間點t3，控制電路10提供的電壓VCC達(dá)到與驅(qū)動電路18的恒定電壓相等。
簡而言之，控制電路10實質(zhì)上工作于點亮無極放電燈13后的時間點t3，然后增加或減小輸出電壓VCC，使來自電流檢測電路12的檢測電壓VDI達(dá)到與參考電源101的參考電壓相等。當(dāng)驅(qū)動電路18的恒定電壓與控制電路10的輸出電壓VCC之間的電勢差增加時，控制電路10的輸出電流ICC增加，而當(dāng)該電勢差減小時，輸出電流ICC減小。
在控制電路10的誤差放大電路實際工作之前，驅(qū)動電路18由輸出電流ISC組成的電流IVP所控制。因此，驅(qū)動電路18從對應(yīng)于起始頻率fS的頻率到對應(yīng)于終止頻率fE的頻率掃描驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。在控制電路10的誤差放大電路實際工作以后，驅(qū)動電路18由將輸出電流ISC和輸出電流ICC相加而得到的電流IVP所控制。因此，驅(qū)動電路18從對應(yīng)于終止頻率fE的頻率到對應(yīng)于中間范圍頻率fMR的頻率掃描驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。
以下參考圖3說明無極放電燈點亮裝置1的工作。當(dāng)無極放電燈點亮裝置1在時間點t1啟動并且開關(guān)190同時導(dǎo)通的時候，加在啟動電路19的電容192上的電壓VSU和電壓檢測電路11的檢測電壓VDV都為0V。因此，驅(qū)動電路18給直流/交流轉(zhuǎn)換電路15提供具有對應(yīng)于起始頻率fS的驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號VDH和VDL。由于直流/交流轉(zhuǎn)換電路15和諧振電路16隨后都工作于起始頻率fS，所以諧振電路16將電壓VOUT施加在感應(yīng)線圈17上。該電壓VOUT對應(yīng)于諧振曲線RCSM中的起始頻率fS。
隨后向上掃描加在電容192上的電壓VSU。因此，驅(qū)動電路18從對應(yīng)于起始頻率fS的頻率到對應(yīng)于終止頻率fE的頻率掃描驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。響應(yīng)對驅(qū)動頻率的掃描，直流/交流轉(zhuǎn)換電路15和諧振電路16從起始頻率fS到終止頻率fE掃描工作頻率fOP。因而，由于諧振電路16從對應(yīng)于起始頻率fS的電壓到對應(yīng)于終止頻率fE的電壓掃描電壓VOUT，因此在掃描過程中，無極放電燈13可被點亮。圖3示出無極放電燈13在t2順利點亮的實例。此外，fTO為當(dāng)無極放電燈13在t2點亮?xí)r對應(yīng)的頻率。
當(dāng)無極放電燈13在t2點亮?xí)r，諧振電路16的諧振特性從諧振曲線RCSM轉(zhuǎn)變?yōu)橹C振曲線RCLM。因此，諧振電路16將諧振曲線RCSM中對應(yīng)于頻率fTO的電壓降低到諧振曲線RCLM中對應(yīng)于頻率fTO的電壓。此時，因為電壓檢測電路11的檢測電壓VDV降低，所以響應(yīng)加在電容192上的向上掃描電壓VSU，諧振電路16隨后從對應(yīng)于比fTO高的頻率的電壓掃描到對應(yīng)于終止頻率fE的電壓。
在此操作之后，控制電路10的誤差放大電路在無極放電燈13點亮后的時間點t3實際工作。因此，驅(qū)動電路18從對應(yīng)于終止頻率fE的頻率到對應(yīng)于中間范圍頻率fMR的頻率掃描驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。因此，諧振電路16從對應(yīng)于起始頻率fS的電壓到對應(yīng)于中間范圍頻率fMR的電壓掃描電壓VOUT。
在此實施例中，由于控制電路10的誤差放大電路在無極放電燈13點亮后的時間點t3實際工作，因此可以通過啟動電路19穩(wěn)定地啟動無極放電燈13。在無極放電燈13點亮后，就可以將諧振電路16的輸出是過量的時間段限制為從t2至t3的時間段，因此能夠控制電路上的應(yīng)力。
在替代實施例中，當(dāng)無極放電燈13在t2時刻點亮，電壓檢測電路11的檢測電壓VDV和啟動電路19的輸出電壓VSC之間的電勢差變?yōu)楦哂隍?qū)動電路18中恒定電壓的電壓。在這種情況下，當(dāng)啟動電路19的電容192上的電壓達(dá)到對應(yīng)于終止頻率fE的電壓以后，驅(qū)動電路18的驅(qū)動頻率僅由控制電路10控制。因此，在點亮模式中，控制電路10的控制簡單。
在另一替代實施例中，如圖4所示，終止頻率fE設(shè)定為接近諧振曲線RCSM中諧振頻率fR以及諧振曲線RCLM中諧振峰的頻率。在這種情況下，可以較好地設(shè)置起始頻率fS和終止頻率fE之間的掃描范圍，以應(yīng)對例如周邊溫度等環(huán)境變化。由于諧振曲線RCLM中的終止頻率fE不會變?yōu)榈陀谥C振曲線RCLM中諧振峰的頻率，因此對應(yīng)于終止頻率fE的電壓VOUT可以達(dá)到最高。從而可以防止無極放電燈13點亮以后發(fā)生熄滅。
圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的無極放電燈點亮裝置2的部分電路圖。
無極放電燈點亮裝置2的特點在于控制電路20，其與第一實施例的區(qū)別在于控制電路20還包括二極管206a和箝位電路206b，取代了電容106。
控制電路20包括運算放大器200、參考電源201、反饋電阻202、輸入電阻203、輸出電阻204以及二極管205，如同第一實施例。二極管206a的陰極連接運算放大器200的輸出端，其陽極連接箝位電路206b的輸出端。二極管206a起開關(guān)作用，其從箝位電路206b接收電壓VF，并且在電壓VF為高電位時，將電壓VF加到運算放大器200的輸出端。
如圖6所示，箝位電路206b配置為在時間段t1至t3內(nèi)，提供高電位的電壓VF，其等于或大于驅(qū)動電路中的恒定電壓；在t3以后，將電壓VF降至低(零)電位。因此，控制電路20的誤差放大電路實際上在無極放電燈點亮以后的預(yù)定時間點(t3)才開始工作。
以下說明控制電路20的操作。當(dāng)無極放電燈點亮裝置2在t1時啟動，控制電路20的輸出保持(fix)在高電位的電壓VF，直到t3。因此，控制電路20的輸出電流ICC保持為零，直到t3。
當(dāng)無極放電燈在t2時點亮后，箝位電路206b在t3時將電壓VF恢復(fù)至0V，同時控制電路20的誤差放大電路實際開始工作。因此，驅(qū)動電路從對應(yīng)于終止頻率fE的頻率到對應(yīng)于中間范圍頻率fMR的頻率掃描驅(qū)動信號VDH和VDL的驅(qū)動頻率。
在此實施例中，由于是在無極放電燈點亮后的時間點t3控制電路20的誤差放大電路實際工作，因此通過啟動電路可以穩(wěn)定地啟動無極放電燈。在無極放電燈點亮后，可以將諧振電路的輸出是過量的時間段限制為從t2至t3的時間段，因而能夠控制電路上的應(yīng)力?？刂齐娐?0的誤差放大電路的工作在期望的時間段內(nèi)能夠被確定無疑地終止。
在一替代實施例中，至少在時間段t1至t2內(nèi)，箝位電路206b通過二極管206a將高電位的電壓VF加到運算放大器200的輸出端，然后保持控制電路20的輸出為電壓VF。無極放電燈點亮裝置2還包括用于測量時間段的計時器。但是不限于此，當(dāng)時間段為從t1到t2，無極放電燈點亮裝置2還可包括例如用于檢測該無極放電燈的點亮以檢測t2的檢測電路等電路。可以通過監(jiān)控例如在t2時刻電壓檢測電路的檢測電壓VDV的下降或者啟動電路的電壓VSC的上升等等變化來檢測該無極放電燈的點亮。
在另一替代實施例中，如圖7所示的無極放電燈點亮裝置2還包括二極管207，其連接于參考電源201和運算放大器200的同相輸入端之間。二極管207的陰極連接運算放大器200的同相輸入端。二極管206a的陰極連接運算放大器200的反相輸入端，其陽極連接箝位電路206b的輸出端。二極管206a起開關(guān)作用，其從箝位電路206b接收電壓VF，并且當(dāng)電壓VF為高電位時，將電壓VF加在運算放大器200的輸出端。箝位電路206b的高電位電壓VF的電位設(shè)定為充分地高于參考電源201的參考電壓，使得輸出電流ICC幾乎為零。在這種情況下，通過箝位電路206b調(diào)節(jié)參考電源201的參考電壓。
圖8為顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的無極放電燈點亮裝置3的部分電路圖。
無極放電燈點亮裝置3的特點在于控制電路30，其與第一實施例的區(qū)別在于控制電路30還包括二極管308a、電阻308b以及點亮檢測電路308c。
控制電路30包括運算放大器300、參考電源301、反饋電阻302、輸入電阻303、輸出電阻304、二極管305以及電容306，如同第一實施例。二極管308a的陽極連接運算放大器300的輸出端，其陰極通過電阻308b連接點亮檢測電路308c的輸出端。二極管308a起開關(guān)作用，其通過電阻308b從點亮檢測電路308c接收電壓VS，并且當(dāng)電壓VS為低電位時，將電壓VS加到運算放大器300的輸出端。
如圖9所示，點亮檢測電路308c配置為從t1開始，提供通常為高電位的電壓VS；當(dāng)來自電壓檢測電路的檢測電壓VDV在先超過預(yù)定的閾值電壓VTH1和VTH2之后下降到低于它們時，檢測該無極放電燈的點亮；以及僅在自點亮?xí)r刻開始的預(yù)定時間段T1內(nèi)，將電壓VS降低到低(零)電位。即，如圖9和圖10所示，點亮檢測電路308c在t2時提供預(yù)定大小(level)的輸出電流ICC，將頻率fTO轉(zhuǎn)移到預(yù)定的更高頻率fTOS。因此，當(dāng)無極放電燈順利點亮后，可以防止驅(qū)動頻率fOP達(dá)到終止頻率fE。在時間段t2至t3內(nèi)，輸出電流ICC由輸出電阻304和電阻308b設(shè)定。電壓VS的高電位設(shè)置為等于或大于驅(qū)動電路中恒定電壓的電位。
以下說明控制電路30的工作。當(dāng)無極放電燈點亮裝置3在t1時啟動后，點亮檢測電路308c提供高電位的電壓VS。因此，控制電路30的輸出電流ICC保持為零，直到該無極放電燈點亮為止，并且通過啟動電路的工作，感應(yīng)線圈的電壓和電壓檢測電路的檢測電壓VDV升高。
在此操作之后，檢測電壓VDV超過閾值電壓VTH1和VTH2。當(dāng)檢測電壓VDV超過閾值電壓VTH1時，可以確定啟動電路的工作正常。然后，在時間點t2檢測電壓VDV下降到低于閾值電壓VTH1和VTH2，電壓VS下降至低電位。因此，當(dāng)無極放電燈順利點亮后，頻率fTO立即轉(zhuǎn)移到頻率fTOS。盡管工作頻率fOP隨后從頻率fTOS掃描到終止頻率fE一側(cè)，但是在時間段T1內(nèi)，電流IVP仍然通過電流ICC而增加，使得驅(qū)動頻率fOP在高于終止頻率fE的頻率處終止掃描。然后，點亮檢測電路308c在t3時刻提供高電位的電壓VS。隨后的工作與第一實施例相同。
在此實施例中，因為在該無極放電燈順利點亮后，可以防止驅(qū)動頻率fOP達(dá)到終止頻率fE，所以能較好地減小電路上的應(yīng)力。
在一替代實施例中，與第一實施例相比，如圖11所示的控制電路30還包括二極管308a以及點亮檢測電路308c。二極管308a的陰極連接運算放大器300的反相輸入端，其陽極連接點亮檢測電路308c的輸出端。如圖12所示的二極管308a起開關(guān)作用，其從點亮檢測電路308c接收電壓VS，并且當(dāng)電壓VS為高電位時，將電壓VS加在運算放大器300的輸出端。點亮檢測電路308c配置為從t1開始，提供通常為低(零)電位的電壓VS；當(dāng)來自電壓檢測電路的檢測電壓VDV在先超過閾值電壓VTH1和VTH2之后下降到低于它們時，檢測該無極放電燈的點亮；以及僅在自點亮?xí)r刻開始的預(yù)定時間段T1內(nèi)，將電壓VS升至高電位。電壓VS的高電位設(shè)置為使得T1時間段內(nèi)的輸出電流ICC變成預(yù)定大小，如同圖9中的ICC。
圖13為顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的無極放電燈點亮裝置4的部分電路圖。
無極放電燈點亮裝置4的特點主要在于控制電路40，其與第一實施例的區(qū)別在于啟動電路49還包括二極管499，并且控制電路40還包括二極管409a和掃描終止電路409b。
啟動電路49包括參考電阻491、電容492、熱敏電阻493、運算放大器494、反饋電阻495、輸入電阻496、輸出電阻497以及二極管498，如同第一實施例。開關(guān)490與電容492并聯(lián)連接。二極管499的陽極連接于參考電阻491和熱敏電阻493之間，其陰極連接運算放大器494的同相輸入端。
控制電路40包括運算放大器400、參考電源401、反饋電阻402、輸入電阻403、輸出電阻404、二極管405以及電容406，如同第一實施例。二極管409a的陽極連接于參考電阻491和熱敏電阻493之間，其陰極連接掃描終止電路409b的輸出端。二極管409a起開關(guān)作用，其從掃描終止電路409b接收電壓VSS，并且當(dāng)電壓VSS為低電位時，將電壓VSS加在參考電阻491和熱敏電阻493之間。
如圖14所示，掃描終止電路409b配置為從t1開始，提供通常為高電位的電壓VSS；當(dāng)來自電壓檢測電路的檢測電壓VDV在先超過預(yù)定的閾值電壓VTH1和VTH2之后下降到低于它們時，檢測該無極放電燈的點亮；以及僅在自點亮?xí)r刻開始的預(yù)定時間段T1內(nèi)，將電壓VSS降至低(零)電位。即，如圖14和圖15所示，掃描終止電路409b在t2時終止啟動電路49中向上掃描電路的工作，以在頻率fTO終止工作頻率fOP向下掃描。電壓VSS的高電位設(shè)置為等于或大于參考電阻491的參考電壓的電位。
以下說明控制電路40的工作。當(dāng)無極放電燈點亮裝置4在t1時啟動后，掃描終止電路409b提供高電位的電壓VSS。因此，二極管409a截止，而啟動電路49如同在第一實施例中一樣工作。
在此操作之后，檢測電壓VDV超過閾值電壓VTH1和VTH2。然后，在時間點t2檢測電壓VDV下降到低于閾值電壓VTH1和VTH2，電壓VSS下降至低電位。因此，由于從熱敏電阻493流向電容492的電流沉降入(sink in)二極管409a一側(cè)，所以啟動電路49的向上掃描電路的工作(給電容492充電)終止，并且工作頻率fOP的向下掃描在頻率fTO終止。
此操作之后，在t3時刻，掃描終止電路409b提供高電位的電壓VSS，同時該向上掃描電路重新開始工作。此時，通過終止向上掃描電路的工作，啟動電路49提供的電壓VSC變?yōu)榈陀诳刂齐娐?0提供的電壓VCC，所以電流ISC向下掃描，直到電壓VSC等于電壓VCC為止。隨后的工作與第一實施例相同。
在此實施例中，因為在該無極放電燈順利點亮后，可以防止驅(qū)動頻率fOP達(dá)到終止頻率fE，所以能較好地減小電路上的應(yīng)力。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定優(yōu)選實施例作出說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出各種變更和修飾，都不脫離本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種無極放電燈點亮裝置，包括直流/交流轉(zhuǎn)換電路，其響應(yīng)具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號，將直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率，所述高頻功率具有對應(yīng)于該驅(qū)動頻率的工作頻率；諧振電路，其具有諧振特性，并接收所述高頻功率，從而基于該諧振特性，提供響應(yīng)所述工作頻率而變化的高頻功率，所述諧振特性為啟動模式中在預(yù)定諧振頻率處具有諧振峰的第一諧振曲線轉(zhuǎn)變?yōu)辄c亮模式中低于該第一諧振曲線的第二諧振曲線，所述啟動模式為無極放電燈點亮之前的模式，所述點亮模式為當(dāng)無極放電燈點亮?xí)r的模式；感應(yīng)線圈，其響應(yīng)通過所述諧振電路提供的高頻功率，產(chǎn)生高頻電磁場；并將該高頻電磁場施加給所述無極放電燈，從而感生出高頻功率給所述無極放電燈；電壓檢測電路，其檢測由來自所述諧振電路的高頻功率加在所述感應(yīng)線圈上的電壓，然后提供檢測電壓；驅(qū)動電路，其給所述直流/交流轉(zhuǎn)換電路提供所述具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號，同時響應(yīng)可變功率調(diào)節(jié)該驅(qū)動頻率；以及啟動電路，當(dāng)所述無極放電燈啟動時，向下或者向上掃描所述可變功率，以掃描所述檢測電壓，同時從高于所述諧振頻率的預(yù)定起始頻率至低于該起始頻率的預(yù)定終止頻率向下掃描所述工作頻率；其中所述無極放電燈點亮裝置還包括電流檢測電路，其檢測流經(jīng)所述諧振電路的電流，以提供檢測電流；控制電路，其增加或減小所述可變功率，使得所述檢測電流達(dá)到與用于將所述工作頻率轉(zhuǎn)移到所述起始頻率和所述終止頻率之間的中間范圍頻率的預(yù)定電流相等，所述預(yù)定電流設(shè)定為使得中間范圍頻率下的檢測電壓低于該終止頻率下的檢測電壓；以及抑制裝置，當(dāng)所述無極放電燈啟動時，開始抑制所述控制電路的工作，然后至少在所述啟動模式期間保持此抑制。
2.如權(quán)利要求1所述的無極放電燈點亮裝置，其中所述驅(qū)動電路響應(yīng)所述可變功率的電流的增加或減小，調(diào)節(jié)所述驅(qū)動頻率；所述啟動電路向下或向上掃描所述可變功率的電流，以掃描所述檢測電壓，同時從所述起始頻率至所述終止頻率向下掃描所述工作頻率；所述控制電路包括誤差放大電路，其增加或減小所述可變功率的電流，使得所述檢測電流達(dá)到與所述預(yù)定電流相等；以及所述抑制裝置至少在所述啟動模式期間使得從所述誤差放大電路流向所述驅(qū)動電路的電流變?yōu)榱慊蛘哳A(yù)定大小。
3.如權(quán)利要求2所述的無極放電燈點亮裝置，其中所述誤差放大電路包括運算放大器，其具有同相輸入端、反相輸入端以及輸出端，該運算放大器在其輸入端接收與所述預(yù)定電流相當(dāng)?shù)膮⒖茧妷汉团c所述檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓，然后增加或減少所述可變功率的電流，使得與所述檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓達(dá)到與該參考電壓相等；以及所述抑制裝置組成積分電路，連接于所述輸入端中的一個輸入端和所述輸出端之間，所述積分電路具有時間常數(shù)，其值設(shè)定為大于與至少所述啟動模式的時間段相當(dāng)?shù)闹怠?br> 4.如權(quán)利要求2所述的無極放電燈點亮裝置，其中所述誤差放大電路包括運算放大器，其具有同相輸入端、反相輸入端以及輸出端，該運算放大器在其輸入端接收與所述預(yù)定電流相當(dāng)?shù)膮⒖茧妷汉团c所述檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓，然后增加所述可變功率的電流，使得在所述抑制裝置解除所述抑制后，與所述檢測電流相當(dāng)?shù)臋z測電壓達(dá)到與該參考電壓相等；以及所述抑制裝置調(diào)節(jié)所述參考電壓，使得至少在所述啟動模式期間，所述運算放大器的輸出電流實質(zhì)上等于零。
5.如權(quán)利要求2所述的無極放電燈點亮裝置，其中在所述工作頻率達(dá)到所述終止頻率后，所述驅(qū)動電路實質(zhì)上僅由所述控制電路所控制。
6.如權(quán)利要求2所述的無極放電燈點亮裝置，其中所述終止頻率設(shè)定為接近所述第二諧振曲線峰值的頻率。
7.如權(quán)利要求2所述的無極放電燈點亮裝置，其中所述啟動電路包括掃描電路，其提供從所述無極放電燈啟動的時間點開始向上或向下掃描的掃描電壓；以及運算放大器，其具有同相輸入端、反相輸入端以及輸出端，該運算放大器在其輸入端接收來自所述電壓檢測電路的所述檢測電壓和所述掃描電壓，然后減少或增加所述可變功率的電流，使得該檢測電壓達(dá)到與該掃描電壓相等。
8.一種照明設(shè)備，包括權(quán)利要求1所述的無極放電燈點亮裝置和無極放電燈。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無極放電燈點亮裝置。啟動電路(19)通過驅(qū)動電路(18)和直流/交流轉(zhuǎn)換電路(15)，從諧振頻率側(cè)的起始頻率至終止頻率掃描諧振電路(16)的工作頻率，從而啟動無極放電燈(13)?？刂齐娐?10)增加或減小提供給驅(qū)動電路(18)的可變功率，使得檢測電流與預(yù)定電流相等，用以將工作頻率轉(zhuǎn)移到起始頻率和終止頻率之間的中間范圍頻率。該預(yù)定電流設(shè)定為使中間范圍頻率下的檢測電壓低于終止頻率下的檢測電壓。組成積分電路的電容(106)在無極放電燈(13)啟動期間開始抑制控制電路(10)的工作，并至少在啟動模式期間保持該抑制。由此，無極放電燈(13)能夠穩(wěn)定地啟動，并且在其順利啟動后，能夠抑制電路應(yīng)力。
文檔編號H05B41/24GK1883235SQ20048003386
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者牧村紳司, 城戶大志, 增本進(jìn)吾 申請人:松下電工株式會社