用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括輸入端，所述輸入端布置成將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成當達到與氣體放電燈的一個或多個特性相關聯(lián)的預定條件時建立燈鎮(zhèn)流器和電燈之間的電連通。
【專利說明】用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于電燈器具的電路，以及尤其地但非排它性地涉及利用氣體放電燈的鎮(zhèn)流器來操作非氣體放電燈的電路。
【背景技術】
[0002]氣體放電燈，包括高壓放電燈、低壓放電燈(民用熒光燈)或鈉氣路燈，在許多民用和商業(yè)環(huán)境中是受歡迎的照明解決方案。其受歡迎的部分原因是由于其成本相對較低、壽命較長和效率較高。因此，氣體放電燈已被安裝在各種建筑物、車輛、飛機和政府基礎設施內(nèi)。
[0003]最近，隨著照明解決方案的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化形式的照明技術變得越來越受歡迎。這些現(xiàn)代化形式的照明技術實例包括發(fā)光二極管(LED)陣列，其較安全、可控、持久以及更高效。這些現(xiàn)代化的照明系統(tǒng)正逐步取代氣體放電燈在建筑物和車輛內(nèi)的許多傳統(tǒng)應用。然而，這些現(xiàn)代化形式的照明技術的用戶所面臨的一個難題是，現(xiàn)有的電力基礎設施可能不適合操作這些照明解決方案。這是因為許多這些照明解決方案具有相比于氣體放電燈完全不同的電特性，以及在一些情況下，由于許多這些照明系統(tǒng)利用被調(diào)節(jié)的直流電源來工作，因此必須安裝諸如電源、電線、鎮(zhèn)流器等新的基礎設施來操作這些照明解決方案。這將增加更新到更現(xiàn)代化的照明技術的成本，并迫使許多決策者繼續(xù)使用效率較低的照明技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)，其包括:輸入端，其布置成將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成當達到與氣體放電燈的一個或多個特性相關聯(lián)的預定條件時建立燈鎮(zhèn)流器和電燈之間的電連通。
[0005]在第一方面的一個實施例中，與氣體放電燈的特性相關聯(lián)的預定條件是與氣體放電燈擊穿階段的持續(xù)時間相關聯(lián)的。
[0006]在第一方面的一個實施例中，電燈是布置成取代氣體放電燈的一種改裝的電燈。
[0007]優(yōu)選地，在一個實施例中，改裝的電燈是直流電流驅動燈(諸如LED，OLED，白熾燈)或交流電流驅動燈(交流電流驅動的LED )。
[0008]在另一實施例中，改裝的電燈不是氣體放電燈。
[0009]在第一方面的一個實施例中，延遲電路包括延遲部分和與延遲部分電連接的開關部分。
[0010]在第一方面的一個實施例中，延遲部分布置成接收來自輸入端的電流，以便在開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓，當開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時，開關部分布置成將電流傳輸?shù)诫姛簟?br> [0011]在第一方面的一個實施例中，延遲部分是RC電路，其布置成當該延遲電路通電時利用電容器來在開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓。[0012]在第一方面的一個實施例中，開關部分包括TRIAC組件，其布置成當開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時建立燈鎮(zhèn)流器和電燈之間的電連通。
[0013]在第一方面的一個實施例中，開關部分還包括DIAC組件。
[0014]在第一方面的一個實施例中，TRIAC組件受控于DIAC組件，以便建立燈鎮(zhèn)流器和電燈之間的電連通。
[0015]在第一方面的一個實施例中，電燈包括一個或多個發(fā)光二極管的陣列。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了 一種用于模擬氣體放電燈的方法，其包括以下步驟:將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成當達到與氣體放電燈的一個或多個特性相關聯(lián)的預定條件時建立燈鎮(zhèn)流器和電燈之間的電連通。
[0017]在第二方面的一個實施例中，與氣體放電燈的特性相關聯(lián)的預定條件是與氣體放電燈擊穿階段的持續(xù)時間相關聯(lián)的。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種適用于照明電路的模擬系統(tǒng)，其包括:
[0019]輸入端，其布置成將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成一直抵制將電流傳輸?shù)诫姛?，直到達到預定的條件，當達到預定條件時，電流通過延遲電路傳輸?shù)诫姛簟?br> [0020]在第三方面的一個實施例中，預定的條件是預定的時間段。
[0021]在第三方面的一個實施例中，預定的時間段是與電燈擊穿階段相關聯(lián)的。
[0022]在第三方面的一個實施例中，延遲電路包括延遲部分和開關部分。
[0023]在第三方面的一個實施例中，延遲部分布置成接收來自輸入端的電流，以便在開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓，當開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時，開關部分布置成將電流傳輸?shù)诫姛簟?br> [0024]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于將非氣體放電燈連接到氣體放電燈鎮(zhèn)流器的電路布置，其包括:
[0025]延遲電路，其布置成接收來自燈鎮(zhèn)流器的電流；
[0026]抵制電流傳輸?shù)椒菤怏w放電燈，直到達到預定的條件；以及
[0027]當達到預定條件時，在電燈和鎮(zhèn)流器之間建立電連通。
[0028]在第四方面的一個實施例中，預定條件是與擊穿階段的持續(xù)時間相關聯(lián)的，而擊穿階段的持續(xù)時間是與對應于鎮(zhèn)流器的氣體放電燈相關聯(lián)的。
[0029]在第四方面的一個實施例中，延遲電路還包括一個或多個電感器。
[0030]在第四方面的一個實施例中，所述一個或多個電感器布置成接收來自氣體放電燈鎮(zhèn)流器的預熱電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]現(xiàn)在將參照附圖并以實例的方式來對本發(fā)明的實施例進行描述，其中:
[0032]圖1是包括燈鎮(zhèn)流器和氣體放電燈元件的氣體放電燈電路的框圖；
[0033]圖2是適用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)與圖1所示的鎮(zhèn)流器一起操作以使得鎮(zhèn)流器向改裝的電燈供電；以及
[0034]圖3是適用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)的一個實施例的接線圖?！揪唧w實施方式】
[0035]參照圖1，圖1示出了用于啟動和操作氣體放電燈的氣體放電燈電路100的框圖。在該實施例中，電路100包括燈鎮(zhèn)流器102，其布置成與交流電流(AC)電源104相接并控制該交流電流電源以便將電流傳輸?shù)綒怏w放電燈元件106。氣體放電燈元件106可包括任何類型的燈元件或設備，其中燈的照明是由電放電成電離氣體而產(chǎn)生的。
[0036]本領域的技術人員將意識到，燈鎮(zhèn)流器102可布置成提供多項功能，這些功能包括控制和調(diào)節(jié)提供給氣體放電燈元件106的電流以確保該氣體放電燈不會由于負阻特性而從交流電流電源吸取過大的電流。鎮(zhèn)流器102還可設計成在氣體放電燈元件的啟動階段操作，并且可通過編程來調(diào)節(jié)傳輸?shù)綗粼暮线m的電流量，以便預期在啟動階段期間氣體放電燈處于“非導通”狀態(tài)的具體持續(xù)時間，以及一旦燈達到成功啟動后的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則調(diào)節(jié)傳輸?shù)綗粼暮线m的電流量。
[0037]在圖1中示出的實例中，電路100布置成將氣體放電燈106從“關斷”狀態(tài)啟動。由于氣體放電燈與燈內(nèi)的氣態(tài)物質(zhì)相關地工作，因此不像白熾燈泡或光二極管(LED)那樣，氣體放電燈必須首先啟動啟動過程以便將燈啟動。氣體放電燈的這種啟動過程可以為一系列的氣體放電階段。這些階段的第一個被稱為“擊穿階段”。在這個階段中，燈元件106(或燈管)內(nèi)的氣體通過電擊穿而由非導通狀態(tài)轉換成導通狀態(tài)。
[0038]經(jīng)過一段時間之后，這一階段將大致完成。在該階段完成之后，燈陰極和元件/管通過稱為“熱電子低壓電弧”階段的過程而被充分加熱。最后，接下來的是燈內(nèi)的氣體將達到穩(wěn)態(tài)運行的壓力和溫度，以及鎮(zhèn)流器102可達到其額定的運行功率。
[0039]在一些實例中，燈鎮(zhèn)流器102可以包括安裝在其啟動過程控制計劃內(nèi)的某些檢測和保護功能。這樣，在燈元件突然被移除或其輸出突然發(fā)生短路的情況下，鎮(zhèn)流器能夠保護其自身。由于這些獨特的特征已包括在適用于氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器內(nèi)，如果燈元件由改裝的照明系統(tǒng)取代，而該系統(tǒng)可能包括具有不同的啟動和操作特性的不同類型的氣體放電燈，或者如果該燈由非氣體放電型照明系統(tǒng)(例如LED陣列或白熾燈系統(tǒng))取代，則該電子鎮(zhèn)流器也將需要更換以適應新更換的照明系統(tǒng)。這是因為原來的燈鎮(zhèn)流器可能僅可以在特定的氣體放電燈特性下操作，因此僅預期原來的燈鎮(zhèn)流器可在針對其設計的氣體放電燈的啟動階段和穩(wěn)態(tài)階段下操作。在鎮(zhèn)流器未檢測到這些特定的特性的情況下，鎮(zhèn)流器將不能提供電流，或者鎮(zhèn)流器的安全特征會被觸發(fā)以終止鎮(zhèn)流器的被調(diào)節(jié)的電流的供應。
[0040]圖2示出了電子鎮(zhèn)流器的一個實施例，該電子鎮(zhèn)流器具有用于模擬氣體放電燈200的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)布置成使得電子鎮(zhèn)流器可與改裝的電子燈一起操作，該改裝的電子燈不具有與現(xiàn)有燈鎮(zhèn)流器202相關聯(lián)的氣體放電燈的特性。該改裝的燈206可包括具有不同的特性的氣體放電燈或優(yōu)選地包括不是氣體放電燈的燈，該不是氣體放電燈的燈具有諸如用于直接取代氣體放電燈元件的發(fā)光二極管(LED)或白熾燈照明系統(tǒng)的其它的照明裝置。
[0041]如圖2中所示，用于模擬氣體放電燈200的系統(tǒng)的實施例包括:輸入端，其布置成將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路204，其中所述延遲電路204布置成當達到了與氣體放電燈的一個或多個特性相關聯(lián)的預定條件時建立燈鎮(zhèn)流器202和電燈206之間的電連通。
[0042]在該實施例中，延遲電路204布置成模擬被改裝的燈206取代的氣體放電燈從點火階段到穩(wěn)定狀態(tài)的物理行為。因此，當延遲電路204耦合以與不具有由其取代的氣體放電燈特性的改裝的燈206 (諸如LED照明陣列)一起操作時，燈鎮(zhèn)流器202仍然能夠進行點火階段到穩(wěn)定狀態(tài)的過程，并因此允許燈鎮(zhèn)流器202在無需進一步修改或更換的情況下可與改裝的燈206 —起操作。
[0043]在一個實例中，延遲電路204布置成通過在將電流從鎮(zhèn)流器傳輸?shù)礁难b的電燈206的過程中引入延遲來模擬氣體放電燈的特性。該延遲理想地類似于氣體放電燈非導通狀態(tài)所需的時間和電特性。通過引入這種延遲，鎮(zhèn)流器202 “被騙”而與改裝的燈206 —起操作，而且該改裝的燈206可以不具有氣體放電燈的任何非導通狀態(tài)。
[0044]為了產(chǎn)生這種延遲，在一個示例性的實施例中，延遲電路204包括延遲部分204A和與延遲部分204A電連通的開關部分204B。如圖2中所示，延遲部分204A布置成接收來自鎮(zhèn)流器的電流且接著在開關部分204B的組件的兩端之間產(chǎn)生電壓變化。一旦該電壓達到某個預定的閾值，即通常在優(yōu)選地類似于氣體放電燈“擊穿”階段的一段預定的時間之后，開關部分204B布置成閉合電路以使得電流可以被傳輸?shù)礁难b的電燈元件206。因此，即使改裝的電燈元件206可能不具有任何這些特性，但是延遲電路204可具有產(chǎn)生在時間和電特性方面類似于氣體放電燈啟動階段(擊穿階段)的延遲的效果。以下將參照圖3來對延遲電路204的實施例和執(zhí)行進行進一步的描述。
[0045]參照圖3，圖3示出了鎮(zhèn)流器302，改裝的電燈306以及用于模擬氣體放電燈的包括延遲電路204的系統(tǒng)的一個實施例的接線圖。在該實施例中，延遲電路204包括電阻器一電容器布置，以形成延遲部分，該延遲部分與開關部分電連接，該開關部分包括雙向三極晶閘管或雙通三極晶閘管或更常見的已知為適用于交流電流的三極管(TRIAC)308，以便將鎮(zhèn)流器的輸出在預定的一段時間(例如，幾毫秒)內(nèi)保持在開路狀態(tài)，從而模擬氣體放電燈的非導通狀態(tài)。一旦滿足了預定的條件，TRIAC將由適用于交流電流的二極管(DIAC)組件開啟以便導通以及使得改裝的燈306能夠在穩(wěn)定狀態(tài)下操作。在一個實施例中，有源組件被用于電路204來增加用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)的可靠性和使用期限。
[0046]在該實施例中，適用于TRIAC的控制電路包括二極管D314 (其優(yōu)選地為快速恢復二極管以便處理來自燈鎮(zhèn)流器的高頻率)、電阻器R316，薄膜電容器C318和DIAC320。該控制過程在燈的啟動過程中以以下的步驟來操作:
[0047]1.一旦燈鎮(zhèn)流器由用戶接通，則通過C318的電壓為零，以及DIAC320保持在阻斷狀態(tài)。這導致TRIAC308的柵極電壓為零，因此TRIAC不導通；
[0048]2.D314作用以對鎮(zhèn)流器的輸出電壓進行整流，該整流后的電壓通過R給C充電，因此在達到DIAC的擊穿電壓之前，C兩端之間的電壓逐漸增大。在該過程中，DIAC保持阻斷以及TRIAC處于關斷狀態(tài)，這過程將需要幾毫秒的時間；以及
[0049]3.當C兩端之間的電壓達到DIAC的擊穿電壓時，DIAC變成導通狀態(tài)，以使得TRIAC的柵極電壓變?yōu)楦?，且TRIAC被開啟。
[0050]一旦TRIAC被開啟，則來自燈鎮(zhèn)流器302的電流被傳輸?shù)礁难b的燈306，且接著給電燈306供電。因此，在上述的過程中，延遲電路204將根據(jù)鎮(zhèn)流器302預期針對其進行的設計來模擬氣體放電燈的啟動階段，并因此能夠給燈306供電，而鎮(zhèn)流器不會不能激活燈或觸發(fā)一個或多個鎮(zhèn)流器的安全特征來終止其被調(diào)節(jié)的電流的供應。
[0051 ] 在燈鎮(zhèn)流器包括提供交流電壓以便加熱燈絲的預熱功能的一些實例中，可使用四個小型電感器Lf312來模擬被預熱的燈絲。這是有利的，其原因在于電感器312可用于限制由鎮(zhèn)流器的預熱電壓所產(chǎn)生的環(huán)流。
[0052]上述的這些實施例是有利的，其原因在于在無需更換現(xiàn)有的燈具及氣體放電燈的電路(諸如在辦公室、車庫和建筑物內(nèi)常見的熒光燈)的情況下，就可以允許使用非氣體放電燈或使用具有不同的特性的氣體放電燈。這是因為在這些氣體放電燈的鎮(zhèn)流器內(nèi)執(zhí)行的啟動階段能夠作為附加電路來與改裝的燈一起運行，該附加電路可以附加到改裝的燈上或集成到改裝的燈內(nèi)來執(zhí)行，上述可模擬氣體放電燈的啟動過程，從而允許現(xiàn)有的燈具、配線和鎮(zhèn)流器可與新的照明系統(tǒng)一起使用。
[0053]本領域的技術人員將意識到，在不脫離如廣義描述的本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對如以具體實施例示出的本發(fā)明做出許多變化和/或修改。因此本發(fā)明的實施例在所有方面都應被視為是說明性的而非限制性的。
[0054]此處包含的現(xiàn)有技術的任何參考，除非另外指出，否則不應被視為承認該信息是常見的公知常識。
【權利要求】
1.一種用于模擬氣體放電燈的系統(tǒng)，其包括: 輸入端，其布置成將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成當達到與氣體放電燈的一個或多個特性相關聯(lián)的預定條件時建立所述燈鎮(zhèn)流器和所述電燈之間的電連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述與氣體放電燈的特性相關聯(lián)的預定條件是與氣體放電燈擊穿階段的持續(xù)時間相關聯(lián)的。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電燈是布置成取代氣體放電燈的一種改裝的燈。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述延遲電路包括延遲部分和與所述延遲部分電連接的開關部分。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述延遲部分布置成接收來自所述輸入端的電流，以便在所述開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓，當所述開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時，所述開關部分布置成將電流傳輸?shù)剿鲭姛簟?br> 6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述延遲部分是RC電路，其布置成當該延遲電路通電時利用電容器來在所述開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓。
7.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述開關部分包括TRIAC組件，其布置成當所述開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時建立所述燈鎮(zhèn)流器和所述電燈之間的電連通。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述開關部分還包括DIAC組件。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述TRIAC組件受控于所述DIAC組件，以便建立所述燈鎮(zhèn)流器和所述電燈之間的電連通。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電燈包括一個或多個發(fā)光二極管的陣列。
11.一種用于模擬氣體放電燈的方法，其包括以下步驟: 將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成當達到與氣體放電燈的一個或多個特性相關聯(lián)的預定條件時建立所述燈鎮(zhèn)流器和所述電燈之間的電連通。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述與氣體放電燈的特性相關聯(lián)的預定條件是與氣體放電燈擊穿階段的持續(xù)時間相關聯(lián)的。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述電燈是布置成取代氣體放電燈的一種改裝的燈。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述延遲電路包括延遲部分和與所述延遲部分電連接的開關部分。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于所述延遲部分布置成接收來自所述輸入端的電流，以便在所述開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓，當所述開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時，所述開關部分布置成將電流傳輸?shù)剿鲭姛簟?br> 16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于所述延遲部分是RC電路，其布置成當該延遲電路通電時利用電容器來在所述開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于所述開關部分包括TRIAC組件，其布置成當所述開關部分兩端之間的電壓達到預定的水平時建立所述燈鎮(zhèn)流器和所述電燈之間的電連通。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于所述開關部分還包括DIAC組件。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于所述TRIAC組件受控于所述DIAC組件，以便建立所述燈鎮(zhèn)流器和所述電燈之間的電連通。
20.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于所述電燈包括一個或多個發(fā)光二極管的陣列。
21.適用于照明電路的一種模擬系統(tǒng)，其包括: 輸入端，其布置成將來自燈鎮(zhèn)流器的電流引導到延遲電路，其中所述延遲電路布置成一直抵制將電流傳輸?shù)诫姛簦钡竭_到預定的條件，當達到預定的條件時，電流通過所述延遲電路傳輸?shù)剿鲭姛簟?br> 22.根據(jù)權利要求21所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于所述預定的條件是預定的時間段。
23.根據(jù)權利要求22所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于所述預定的時間段是與所述電燈的擊穿階段相關聯(lián)的 。
24.根據(jù)權利要求21所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于所述延遲電路包括延遲部分和開關部分。
25.根據(jù)權利要求24所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于所述延遲部分布置成接收來自所述輸入端的電流，以便在所述開關部分的兩端之間產(chǎn)生逐漸增大的電壓，當所述開關部分兩端之間的電壓達到預定水平時，所述開關部分布置成將電流傳輸?shù)剿鲭姛簟?br> 26.一種用于將非氣體放電燈連接到氣體放電燈鎮(zhèn)流器的電路布置，其包括: 延遲電路，其布置成接收來自所述氣體放電燈鎮(zhèn)流器的電流； 抵制電流傳輸?shù)椒菤怏w放電燈，直到達到預定的條件；以及 當達到預定的條件時，在非氣體放電燈和鎮(zhèn)流器之間建立電連通。
27.根據(jù)權利要求26所述的電路布置，其特征在于所述預定條件是與擊穿階段的持續(xù)時間相關聯(lián)的，而所述擊穿階段的持續(xù)時間是與對應于所述鎮(zhèn)流器的所述氣體放電燈相關聯(lián)的。
28.根據(jù)權利要求27所述的電路布置，其特征在于所述延遲電路布置成將來自所述鎮(zhèn)流器的電流延遲傳輸?shù)剿龇菤怏w放電燈，該延遲持續(xù)的時間段是與所述氣體放電燈的擊穿階段相關聯(lián)的。
29.根據(jù)權利要求26所述的電路布置，其特征在于所述延遲電路還包括一個或多個電感器。
30.根據(jù)權利要求29所述的電路布置，其特征在于所述一個或多個電感器布置成接收來自所述氣體放電燈鎮(zhèn)流器的預熱電流。
【文檔編號】H05B37/02GK103517514SQ201310244396
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權日:2012年6月22日
【發(fā)明者】陳楠, 鐘樹鴻 申請人:香港城市大學