专利名称：驱动气体放电灯的触发点亮电路及控制气体放电灯的方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动气体放电灯的电路和控制气体放电灯的方法。
典型的一灯或多灯用的控制电路由带“开”和“关”位置的开关来控制灯的发光。在这样的应用中，控制电路测知何时开关处于“开”位置，相应地产生一能使一灯或多灯发光的信号。控制电路测知何时开关处于“关”位置，相应地产生一不使一灯或多灯发光的信号。
这样的控制电路控制灯使之处于两种情况之一完全发光或不发光，取决于开关在该时刻处于“开”位置或是“关”位置。
在某些应用中，希望控制一灯或多灯处于第三种情况例如，发光亮度处于全亮和不亮之间的中间状态。在这样的应用中迄今为止必须或者使用有三种位置(例如“关”位置、“半开”位置和“全开”位置)的替代开关代替上述两位置开关，或者除上述二位置开关外使用另外一个二位置开关以便为该一灯或多灯的半发光状态提供另外的开关位置。在两种情况中，无论是使用代用开关还是使用辅助开关来为半发光提供另外的开关位置，都要求另外用导线将另外的开关位置连接到控制电路。
如果要求将有“全开”和“半开”(经常称为暗光)两者以及“关，，的功能的照明装置“改型”至仅仅有上述“开”和“关”功能的现有装置之中，这将需要用不同的或附加的开关，而且还需要外加导线，如像通常那样将一个或多个开关装到墙上，外接导线需要隐藏在墙壁和/或天花板中，这些都会大大增加改型的成本。
在已转让给受让人的美国专利5,194,781中，公开了一种这样的控制电路，它是能从“亮”状态到“暗”状态的调光电路。此电路最初以全功率激发灯。当使用者从“开”到“关”再返回到“开”这样拨动开关时，灯变暗。为了节能，使用者必须做出确认动作。
某些使用者可以不做出这样的确认动作，由于不使用电路的减光变暗能力，所以浪费能量。如果使用者只是简单地步入房间拨动开关到“开”而不考虑处于“暗”状态的灯是否应产生使用者所需的足够能量，则要浪费能量。
图1示出驱动三只荧光灯的驱动电路的示意性电路图。
下面将参照
本发明的优选实施例。
现在参看图1，驱动三只荧光灯102、104、106的电路100有二个用以接收供电电压约120V，频率60HZ的交流电的输入端108、110。
为了有效地激励灯，将第一频率为60Hz的交流电变换为更高的第二频率的交流电。电路100包括用以将交流电变成直流电的整流器112；用以升高直流电压的升压器113；和用以将直流电变成约为40kHz第二频率交流电的变换器174。此升压器113和变换器174是用以激励灯的装置。
全波桥式整流电路112有二个输入节点114、116和二个输出节点118、120。输入节点114经常规双刀开关50连接到输入端108，该开关50具有能在“开”和“关”位置间移动的元件(未绘出)。输入节点116直接与输入端110连接。电桥112的输出端118连接到地电压干线122。容值约为0.47μf的电容器123连接在桥式电路112的输出节点118和120之间。
电感量约1mH的带铁芯电感124一端连接到电桥112的输出节点120，另一端连接到节点126。例如型号为IRF731的场效应晶体管(FET)128的漏极连接到节点126。场效应晶体管(FET)128的源极经阻值约51Ω的电阻130连接到地电压干线122。例如型号为MUR160的二极管132的阳极连接到节点126，其阴极连接到输出节点134。
阻值约1.2MΩ的电阻138连接在电桥112的输出节点120和节点140之间。容值约0.0039μf的电容器102连接在节点140和地电压干线122之间。电流型可控集成电路(IC)144(型号例如为AS3845，可由ASTEC Semiconductor得到)的RT/CT输入端(管脚4)连接到节点140。电流型可控IC144的VREG输出端(管却8)经阻值约10KΩ的电阻146连接到节点140，还经容值约0.22μF的电容器148连接到地电压干线122。电流型可控IC144的控制信号输出端(管脚6)经阻值约20Ω的电阻150连接到FET128的栅极。此FET128的栅极也经阻值约22KΩ的电阻152连接到地电压干线122。
阻值分别为400KΩ和4.02KΩ的电阻154、156经中间节点158串联连接在升压器输出端134和地电压干线122之间。电流型可控IC144的VFB输入端(管脚2)连接到节点158。电流型可控IC144的COMP输出端(管脚1)经并联连接的阻值约680KΩ的电阻162和容值约0.22μF的电容器164连接到其VFB输入端(管脚2)。电流型可控IC144的电流检测输入端(管脚3)经容值约470PF的电容器166连接到地电压干线122，并经阻值约1KΩ的电阻168连接到FET128的源极。
电流型可控IC144的Vcc输入端(管脚7)经阻值约100KΩ的电阻170连接到桥式整流器的输出节点120，并经容值约100μF的电容器172连接到地电压干线122。电流型可控IC144的GND输入端(管脚5)连接到地电压干线122。绕在电感124同一铁芯上的线圈137的一端连接到地电压干线122，其另一端经二极管139连接到该IC144的Vcc输入端(管脚7)。
在升压器输出端134和接地干线122之间的电源输出端连接到由例如型号均为BUL146的两个NPN极晶体管178和180构成的半桥式变换器174。晶体管178的集电极连接到升压器输出端134，其发射极连接到变换器174的输出节点182。晶体管180的集电极连接到节点182，其发射极连接到接地干线122。容值均约47μF的两只电解电容器184和186并联连接在升压器输出端134和接地干线122之间。
容值均为0.47μF的半桥电容器185、187连接在升压器输出端134和接地干线122之间，并在节点188处相连。节点188上的电压是升压器输出端134和接地干线122之间电压的一半。
鉴于下述理由，阻值约1MΩ的电阻190和容值约0.1μF的电容器192经中间节点194串联连接在升压器输出端134和接地干线122之间。二极管193耦合节点182和194，其中二极管193的阴极连接到节点182。
变换器输出节点182与由感值约700μH的电感196和容值约15nF的电容器198构成的串联谐振回路连接。电感196和电容器198经基极耦合变压器202的初级绕组200串联连接在变换器输出节点182和节点188之间。基极耦合变压器202包括圈数约10匝的初级绕组200和绕在同一铁芯208上的二个圈数均为30匝的次级绕组204和206。次级绕组204和206分别以相反的极性连接在变换器晶体管178和180的基极和发射极之间。晶体管180的基极经击穿电压约32V的二端交流开关元件210连接到节点194。
输出耦合变压器212的初级绕组214与电感196串联连接，与电容器198和基极耦合变压器的初级绕组200并联连接以便传导由串联谐振的电感196和电容器198构成的谐振回路的输出电流。变压器212的初级绕组214在节点215处抽头，该节点215分别经二极管215A和215B耦联到升压器输出端134和接地干线122。
输出耦合变压器212包括圈数约91匝的初级绕组214、圈数约280匝的主要次级绕组216、和绕在同一铁芯226上圈数均约3匝的四个灯丝加热次级绕组218、220、222和224。主要次级绕组216跨接在输出端228和230上，输出端228和230之间串联连接有三只荧光灯102、104和106。灯102、104、106中每个灯在其相对两端都分别有一对灯丝102A与102B、104A与104B、和106A与106B。灯丝加热次级绕组218跨接在输出端228和232上，输出端228和232间连接有灯102的灯丝102A。灯丝加热次级绕组220跨接在输出端234和236上，输出端234和236之间并联连接有灯102的灯丝102B和灯104的灯丝104A。灯丝加热次级绕组222跨接在输出端238和240上，输出端238和240之间并联连接有灯104的灯丝104B和灯106的灯丝106A。灯丝加热次级绕组224跨接在输出端230和242上，输出端230和242之间连接有灯106的灯丝106B。
集成电路144及其相关元件形成电压升高电路113，它启动时在升压器输出端134和接地干线122之间产生升压3的250V直流输出电压。这样的升压电路的详细工作已在例如已转让给本申请同一受让人的美国专利申请No.07/665,830中更充分地进行了说明，而且本申请也参考了它所披露的内容。
晶体管178和180、电感196、电容器198和它们的相关元件构成自激振荡变换器电路174，它启动时在输出耦合变压器212的初级绕组214两端产生一高频(例如40kHz)交流电压。在输出耦合变压器的次级绕组218、220、222和224感生的电压用以加热灯丝102A与102B、104A与104B、和106A与106B，输出耦合变压器的次级绕组216感生的电压用以驱动电流通过灯102、104和106。这样的自激振荡变换器电路的详细工作已在例如已转让给本申请同一受让人的美国专利申请No.07/705,856中更充分地进行了说明，而且本申请也参考了它所披露的内容。
当开关50闭合将120V，60Hz的电压加到两输入端108和110而使图1所示的电路工作时，电桥112在节点120和地电压干线122之间产生一频率为120Hz的单向全波整流直流电压。
当开始给电路供电时，由于下面将要说明的原因，用连接在桥式电路112的输出节点118和120之间的阻—容分压器170，172来控制升压IC144的启动。图1电路的优选实施例中的元件数值选择得使电路开始供电和升压IC144启动之间延迟约0.7秒。同样，当电路开始供电时，自激振荡变换器174的启动也受连接在升压器输出端134和接地干线122之间的阻—容分压器190，192控制。图1电路的优选实施例中元件的数值选择得从开始向电路供电到自激振荡变换器174启动延迟约40毫秒。
图1的电路是如此安排的在自激振荡变换器174已启动而在升压IC144启动之前，在升压器输出端134和接地干线122之间出现约160V的未升压电压，次级绕组218、220、222和224中感生的电压足以加热灯丝102A与102B、104A与104B、106A与106B，但次级绕组216感生的电压对使灯放电是不够的。然而在升压IC144启动后在升压器输出端134和接地干线122间出现约250V的升压电压。在次级绕组218、220、222和224中感生的电压继续加热灯丝，这时在次级绕组216中感生的电压就足以使灯放电了。
通过电路工作按下列顺序安排(i)输出端134上未升压电压使灯丝102A与102B、104A与104B、106A与106B加热但不会使灯102、104和106放电；(ii)从自激振荡变换器174启动到升压电路113启动延迟约2/3秒(0.7-0.04＝0.66)；(iii)升压器输出端134和接地干线122之间的升压电压使灯102、104和106放电并继续加热灯丝102A与102B、104A与104B和106A与106B，图1的电路能在灯放电前简单而有效地使灯丝预热。
在已转让给本申请同一受让人的美国专利申请No.07/705,865中更详细地说明了这样不同延迟的变换器/升压器的启动，本申请也参考了它所公开的内容。
镇流器电路100包括一控制电路300。控制电路300通过晶体管302耦联到IC144的15V的功率输出端。为了理解电路的工作，必须在开关50接通和开关50被拨动时在电路起动期间对该电路加以考虑。
在启动时当首先对电路供电时，晶体管302截止。当Vcc处(管脚7)电压增加到10V时IC144接通。因为借助于二极管308和可控硅310阻止电流流过电阻304和306，因此，晶体管的集电—发射结不能变成为正向偏置，所以在电压增加时晶体管302将维持不导通。
当IC144的VREG输出端(管脚8)变成5V时，借助可控硅310，阻止电流流过电阻312和二极管308。电流流过电阻314和二极管316。
由于电容器318在启动时完全放电，所它最初是短路状态。因而电流不流过与电容器318并联连接的电阻320。
因此，电流流过电阻319，在可控硅310的栅极上建立电压，触发可控硅310导通。当可控硅310导通时，电流流过电阻304、306，从而使晶体管302正向偏置。当晶体管302导通时在电阻322和324的接点处产生+15电压。
电流经电阻322流入电容器326再流过电阻328，从而使晶体管330正向偏置。只要晶体管330导通，电流就经电阻324流到IC144的GND。没有电流流过二极管332、334和电阻336、338进入IC144电流测量控制脚(管脚3)或IC144频率控制脚(管脚4)。
只要电流不流入IC电流检测控制脚(管脚3)或IC频率控制脚(管脚4)，在输出端134就呈现全功率。在输出端134需要全功率以便灯102、104、106能可靠地起辉。
最终，电容器326将完全充电。充完电时，电流不再流过电容器326或电阻328。由于电流不流过电阻328，晶体管330不导通。晶体管330导通的时间长度取决于电容器326和电阻322的时间常数。如电阻322为100KΩ、电容为33μF时，则晶体管330导通时间约一秒。一秒钟的全功率对灯102、104和106的可靠起辉已足够。
当晶体管330不导通时，电流流过电容器340。当电容器340完全充电时，二极管332、344正向偏置。然后电流经二极管332和电阻336流入IC电流检测控制脚(管脚3)，和经二极管334和电阻338流入IC频率控制脚(管脚4)。当电流流入IC144时，IC144通过限制升压器113的峰值电流使升压器113的输出功率减少。这就可使灯102、104、106变暗。
此电路如上所述使灯在全功率下激励约一秒钟以保证灯起辉，然后再低于全功率向灯供电。这样灯在起辉后自动变暗。
在所例举的实施例中，灯的低能量值约为高能量值的一半。人们可以通过调整电阻336、338的阻值来调整低能量值。
开关的拨动现在来说明当开关50迅速地从“闭合”的第一状态改变为打开的第二状态(即“被拨动”)时电路的工作。拨动出现在开关50打开的时间不到0.5秒的时候。
在开关50打开约50毫秒后，IC144的管脚7处的15V电压将下降到零。然后在Vcc(管脚7)或VREG(管脚8)上都将不存在电压。电流不流过可控硅310，可控硅30立即脱开。
然而电容器318上有电荷。电容器318的容量和电阻320的阻值要选择得使时间常数为1.6秒。
当通过在0.5秒之前闭合开关50再向电路供电时，电阻319两端用以触发可控硅310的电压将显得不足。因而可控硅310保持不导通，电流将不流过电阻304、306，这样，晶体管302将不导通。可控硅310作为敏感元件用以确定电容器318是否充电。
如果晶体管302不导通，电流将不流入IC电流检测脚(管脚3)或IC频率检测脚(管脚4)。因此将在输出端134施加全功率，使灯处于全亮度。
电路工作概况在启动时，此电路使灯在全亮度导通约一秒以保证灯起辉。然后此电路再自动使灯降到低能量级而变暗。如果开关50被拨动，灯被激发到最大能量级。如果开关50被打开一秒以上然后闭合，灯将在全亮度导通约一秒，然后转暗。
这种工作模式可以在较低能量下激发灯以节约能量。也就是说，人们必须做出确认动作以增加灯所消耗的能量。
在许多情况下，人们进入房间，打开灯，然后在房间里从事他的或她的工作。利用这里所说的电路，灯将自动处于节能模式。如果人们确定需要更多的能量，他就要做出确认动作以(使灯)消耗额外的能量。
表1示出控制电路300的元件的规格。显然，本领域的熟练人员能在不超出本发明的精神的情况下对元件和电路进行多种变化和改进。
表1控制电路元件的规格
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种用以由交流电源向气体放电灯供电的电路，包括灯激励装置，用以以一高能级和一低能级激励灯；一电容器，当向电路供电时其被充电；一控制电路，用以控制灯激励装置，以便当向电路供电时如果电容器的电量低于预定值，则灯激励装置在短时间内以高能级激励灯，直到灯被点亮，然后，过一小段时间后，用低能级激励灯；但是，如果电容器的充电量高于预定值，则灯激励装置以高能级激励灯。
2.按照权利要求1所说的电路，还包括一开关，此开关有一第一和一第二状态，它耦连到一灯激励装置和一交流电源，当开关处于第一状态时，不向灯激励装置供电；当开关处于第二状态时，全功率向灯激励装置供电。
3.按照权利要求2所说的电路，其中灯激励装置包括一变换器。
4.按照权利要求3所说的电路，其中所说的低能级约为所说的高能级的一半。
5.一种在一低能级或一高能级下控制荧光灯的方法，其特征在于它包括如下步骤
由交流电源激励荧光灯以使灯放电；过一小段时间后自动减少加到荧光灯的能量，以使灯在低能级下工作；如果加到荧光灯的电源中断短暂的一段时间，则增加供给荧光灯的能量以使灯在高能级下工作。
6.按照权利要求5所说的方法，其中所说的短暂时间小于0.5秒。
7.按照权利要求6所说的方法，其中还包括下列步骤当灯被激励时电容器充电；当灯不被激励时电容器放电；如果供给灯的能量中断，则检测电容器是否放电；如果在能量中断期间电容器尚未放电，则使灯在高能级下工作。
8.一种用第一频率的交流电源驱动荧光灯的电路，它包括一整流器，可控制地与交流电源耦连，用以将第一频率的交流电转换为直流电；一与整流器耦联的升压电路，用以将直流电压升高到一高电平或一低电平；一与整流器耦联的变换器，用以将直流电变换成更高的第二频率的交流电；一连接电路，用以把变换器所产生的直流电连接到荧光灯；一控制电路，用以使升压电路
(1)当电开始加到整流器时，产生高电压的直流电；(2)在电开始加到整流器过一小段时间后，产生低电压的直流电；(3)如果加到整流器的电源瞬时中断，则产生高电压的直流电。
9.按照权利要求8所说的电路，还包括一开关，用以控制第一频率的交流电源是否耦联到整流器。
10.按照权利要求9所说的电路，还包括一耦联到控制电路的电容器，当开关闭合时该电容器充电，当开关打开时该电容器放电。
权利要求
1.一种用以由交流电源向气体放电灯供电的电路，包括灯激励装置，用于以一高能量级和一低能量级激励灯；一电容器，当向电路供电时其被充电；一控制电路，用以控制灯激励装置以便当向电路供电时如果电容器充电量低于一预定电平，则灯激励装置在短的时间内以高能量级激励灯，然后，在短的时间之后，以低的能量级激励灯；但如果电容器的充电电平高于预定电平，则灯激励装置以高能量级激励灯。
2.按照权利要求1所说的电路，包括一开关，此开关耦联到一灯激励装置和一交流电源并有一第一和一第二状态，以致当开关处第一状态时，不向灯激励装置供电，当开关处于第二状态时，全功率向灯激励装置供电。
3.按照权利要求2所说的电路，其中灯激励装置包括一变换器。
4.按照权利要求3所说的电路，其中低能量级约为高能量级的一半。
5.一种控制荧光灯的方法，包括如下步骤由交流电源激励荧光灯以使灯放电；在预定的时间长度之后自动减少加到荧光灯的能量以使灯在低能量级下工作；如果加到荧光灯的电源短时间中断，则增加供给荧光灯的能量以使灯在高灯量级下工作。
6.按照权利要求5所说的方法，其中所说的短时间小于0.5秒。
7.按照权利要求6所说的方法，还包括下列步骤当灯被激励时使电容器充电；当灯不被激励时电容器放电；如果供给灯的能量中断，检测电容器是否被放电；如果在能量中断期间电容器尚未放电，使灯在高能量级下工作。
8.一种用第一频率的交流电源驱动荧光灯的电路，其特征在于它包括如下部分一整流器，可控制地与交流电源耦联，用以将在第一频率下的交流电转换为直流电；一与整流器耦联的升压电路，用以将直流电压提高到一高电平或一低电平；一与整流器耦联的变换器，用以将直流电变换成更高的第二频率的交流电；一连接电路，用以将变换器所产生的交流电连接到荧光灯；一控制电路，用以使升压电路去(1)当电首先加到整流器时，产生高电压的直流电；(2)在电首先加到整流器的短时间后，产生低电压的直流电；(3)如果加到整流器的电源瞬间中断，产生高电压的直流。
9.按照权利要求8所说的电路，还包括一开关，用以控制第一频率下的交流电源是否耦联到整流器。
10.按照权利要求9所说的电路，还包括一耦联到控制电路的电容器，当开关闭合时该电容器充电，当开关打开时，该电容器放电。
全文摘要
一种用以向荧光灯(102、104、106)供电的电路(100)包括有“打开”和“闭合”位置的开关(50)。当开始向电路供电时，灯被全功率供电以使它们“起辉”。在短时间后减少供给灯的能量。随后控制电路(300)检测开关是否“拨动”。如有拨动，则增加供给灯的能量，灯变亮。此电路使用常规的两位置的开关和常规的导线，不需要另外的开关和另外的导线。
文档编号H05B41/42GK1108864SQ94190255
公开日1995年9月20日 申请日期1994年4月8日 优先权日1993年5月4日
发明者约翰·G·科纳浦卡, 皮特·W·查克勒, J·瑞·伍德 申请人:摩托罗拉照明公司