專利名稱：用于使燈工作的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使燈工作的系統(tǒng)，它包括與正弦電源電壓源相連的兩輸入端子；與所述輸入端子相連的編碼裝置，用于擾動(perturbe)預(yù)定數(shù)量的正弦電源電壓半周期的一部分，所述預(yù)定數(shù)量的正弦電源電壓半周期共同形成控制周期；鎮(zhèn)流器電路，它包括與所述編碼裝置連接的鎮(zhèn)流器輸入端子，用于在燈工作期間接收被擾動的正弦電源電壓；用于從擾動的正弦電源電壓產(chǎn)生燈電流的裝置I；與裝置I相連用于按照控制信號來控制燈的工作特性的裝置II；根據(jù)控制周期的形狀產(chǎn)生控制信號的解碼裝置。
本發(fā)明還涉及用于這種系統(tǒng)中的編碼裝置和鎮(zhèn)流器電路。
美國專利US 5068576披露了這種系統(tǒng)。該已知系統(tǒng)中，編碼裝置完全截斷或減小整個半周期的幅值，因而在鎮(zhèn)流器電路中包括的整流器的整流DC輸出中有丟失脈沖或電壓明顯減小的脈沖。該公開的鎮(zhèn)流器中，被控制的燈工作特性是光輸出。相繼丟失脈沖之間的時間周期代表調(diào)光指令。例如，丟失脈沖間的時間“n”可表示70％的調(diào)光級別(dimlevel)，而丟失脈沖間的時間“m”代表90％的調(diào)光級別。丟失脈沖意味著電源電壓的中斷，和使受鎮(zhèn)流器控制的燈閃爍。已知的步進(jìn)式調(diào)光鎮(zhèn)流器中，這種閃爍并不那么令人生厭，因為從一個光級，例如90％切換到下一級如75％時，用戶希望燈的光輸出有明顯而突然的改變。可是，希望連續(xù)調(diào)光效果即光應(yīng)以很小的增量平滑調(diào)整時，用戶就不希望從主電源截斷全部脈沖(和產(chǎn)生的閃爍)。
本發(fā)明的目的是提供一種用于使燈工作的系統(tǒng)，它在編碼裝置和克服了上述缺點的鎮(zhèn)流器電路之間具有改進(jìn)的聯(lián)系。
因此，按照本發(fā)明如開篇段中所述用于使燈工作的系統(tǒng)，其特征在于，由編碼裝置施加的擾動僅改變正弦電源電壓的各被擾動半周期中一部分的正弦電源電壓幅值。
以這種方式，本發(fā)明的編碼技術(shù)中的線電壓上的編碼擾動可選擇得很小，即使在電源電壓中帶有編碼信號，也能避免燈的閃爍。
已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)鎮(zhèn)流器電路的構(gòu)造，被擾動的半周期的那部分可選擇在10％與50％的半周期之間，最好在10％和25％之間。
擾動最好也是一種相位截斷(phase cut)。
相位截斷可選擇為低于45°，最好約30°。按這種方式，本發(fā)明編碼技術(shù)中的線電壓上的編碼擾動可很低，從而有效地避免燈的閃爍。
使用恒定相位截斷作擾動，能夠相對簡單地實施編碼和解碼電路。
解碼裝置最好包括對擾動的正弦電源電壓進(jìn)行微分的裝置。通過對波形進(jìn)行微分來解碼，會使擾動小從而使電源電壓信號中的擾動最小。
本發(fā)明的用于使燈工作的系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，用于控制燈工作特性的裝置在解碼裝置檢測出控制周期的第一種形狀時，會通過對所述燈的特性參量增加一個預(yù)定量，而在解碼裝置檢測出控制周期的第二種形狀時，對燈的工作特性參量減小一個預(yù)定量。
用于控制燈工作特性的裝置例如可以是控制燈光輸出的調(diào)光裝置。只有希望在燈工作特性參量中出現(xiàn)改變時，才會在線電壓上引入擾動。其優(yōu)點是，燈在保持恒定工作時，在電源電壓上未施加擾動，因而完全避免了燈的閃爍。這一點是很有意義的，因為，在用于一般照明目的時，使燈保持相同光級的時間長短遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際要改變光級的極短的時間范圍。這與雙向可控硅(triac)和電子調(diào)光器相反，在它們的中間光級時，要連續(xù)地對總電壓各周期施加相位截斷。
電源電壓兩個連續(xù)的被擾動的半周期和其間的若干個非擾動半周期構(gòu)成所述控制周期，信號則可取決于控制周期的持續(xù)時間。另一方面，所述控制周期可包括固定數(shù)量的正弦電源電壓半周期。后一種情況下，信號可以取決于控制周期中擾動的量。在這種情況下，編碼和解碼裝置可有較簡單的結(jié)構(gòu)。此外，控制周期可以表示為二進(jìn)制的數(shù)字，控制周期內(nèi)各非擾動半周期相應(yīng)于“0”(零)，而各擾動半周期相應(yīng)于“1”(一)。用這種方式可以把許多指令容納于控制周期中。當(dāng)然，一個等效的可能性是控制周期表示為二進(jìn)制數(shù)字，控制周期內(nèi)各非擾動半周期相應(yīng)于“1”(一)，而各擾動半周期相應(yīng)于“ 0”(零)。
通過參照附圖的詳細(xì)描述和權(quán)利要求書，將明了本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點。
附圖中


圖1是本發(fā)明的用于使燈工作的系統(tǒng)的一部分即鎮(zhèn)流器電路實施例的方框圖；圖2示出用于圖1所示實施例的解碼裝置；圖3示出適用于圖1所示本發(fā)明的用于使燈工作的系統(tǒng)中的鎮(zhèn)流器電路的編碼裝置的實施例；圖4示出圖1、2和3中所示的使燈工作的系統(tǒng)的實施例中的信號形狀，和圖5示出控制示于圖3的編碼裝置工作的流程圖。
圖1所示的熒光燈鎮(zhèn)流器電路包括EMI和與全橋式輸入整流器“B”連接的雙向可控硅阻尼濾波器“A”，它們共同把正弦AC電源電壓變換為在其輸出端上的整流和濾波過的輸出電壓。預(yù)處理器(pre-conditioner)電路“C”包括用于改善有效功率因數(shù)和加大并控制來自整流器電路B的跨接在一對DC干線RL1和RL2之間的直流(DC)電壓的電路。鎮(zhèn)流器電路包括DC-AC交換器或逆變器“ E”和用于控制逆變器的控制器“G”。逆變器E是一個半橋式結(jié)構(gòu)，它在半橋控制器或驅(qū)動器電路G控制下向與倒相器E連接的燈La提供高頻的燈電流。圖1所示的實施例中，由濾波器“A”、整流器“B”、預(yù)處理器電路“C”和倒相器“E”構(gòu)成產(chǎn)生燈電流的裝置I?？刂破鱃形成用于按照控制信號控制燈的工作特性(燈輸出)的裝置II。
調(diào)光接口電路“I”接在整流器電路“B”的輸出與鎮(zhèn)流器電路的位于控制器G處的控制輸入之間，以控制對燈的調(diào)光。調(diào)光接口電路向控制器G提供調(diào)光電壓信號(控制信號)，并構(gòu)成根據(jù)控制周期的形狀而產(chǎn)生信號的譯碼裝置。
美國專利申請第08/414859號對圖1所示除譯碼裝置外的鎮(zhèn)流器電路的所有部分的工作進(jìn)行了詳細(xì)描述，本文就不再重復(fù)。
按本發(fā)明在圖1、2和3所示使燈工作的系統(tǒng)的實施例的編碼裝置和譯碼裝置之間的編碼通信中，經(jīng)選定數(shù)量的電源周期或基波周期構(gòu)成了控制周期。在控制周期內(nèi)的預(yù)先選定的發(fā)生擾動的特征標(biāo)記表征為一個控制指令以便例如去改變燈的工作特性，如光亮級別。控制周期內(nèi)擾動的“產(chǎn)生特征標(biāo)記”可以只是表示為控制周期內(nèi)擾動產(chǎn)生的次數(shù)。產(chǎn)生特征標(biāo)記也可以是控制周期內(nèi)擾動的位置圖形。例如，可根據(jù)控制周期內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)對擾動編碼。
在調(diào)光的優(yōu)選實施例中，第一固定的擾動數(shù)表示將亮度增加預(yù)定增量的指令，第二不同的擾動數(shù)表示將燈亮度降低預(yù)定增量的指令?？刂浦芷谥械慕財嗟牡谌龜?shù)表示保持燈電平不變的指令。各控制周期中的無(0)截斷最好表示保持恒定亮度的指令。其優(yōu)點是，不希望變化時，就不將畸變引入電源線路波形中。此外，由于未引入畸變，對THD、功率因數(shù)或元件應(yīng)力就無不良作用。擾動是基波周期的標(biāo)稱波形中的相位截斷，因為控制雙向可控硅的導(dǎo)通可以容易地實現(xiàn)這種類型的擾動。
圖4(a)～4(c)表示來自構(gòu)成編碼裝置的墻上控制器(wallcotroller)的三條電源線路的波形，表明了該特殊調(diào)光的實施。選擇的控制周期在編碼裝置或墻上控制器為三(3)個完整的電源周期，經(jīng)整流后在鎮(zhèn)流器中的接口電路為六(6)個半波周期。圖4(d)為接收端的即調(diào)光接口的波形，它是圖4(c)電源波形的微分，如果不要求改變光強(qiáng)度，電源波形如圖4(a)所示不進(jìn)行修改。這種情況下在線路上不增加額外的畸變。這時，由于電源電壓為光滑的正弦信號，在微分接收器上的波形沒有脈沖。在每三個線路周期中有一個正側(cè)的波形中的相位截斷表示減少光亮的控制信號(圖4(b))，這在被接收器解碼(微分)后的接收器波形上產(chǎn)生一個脈沖。控制周期(圖4(c))中有兩個截斷表示增加光亮度的控制信號，使得接收器波形在每三個電源周期中有兩個脈沖，如圖4(d)所示。
鎮(zhèn)流器中，如果在整流電源波形中接收器未檢測到脈沖，亮度將保持不變。如果在每三個電源周期(整流后六個半波周期)中檢測產(chǎn)一個脈沖或兩個脈沖，亮度就改變一個級別，即按相應(yīng)方向改變預(yù)選的增量。
實驗證明，若最低和最高光級之間的步級數(shù)足夠大，亦即燈每次改變的增量非常小，則可模擬連續(xù)調(diào)光。下面的實施例中，選擇步驟數(shù)為100。如果用墻上控制器連續(xù)地產(chǎn)生增加或減小控制信號，則從最低電平至最高電平需要約5秒來改變燈光強(qiáng)度。
墻上控制器或用于編碼的調(diào)光技術(shù)的編碼裝置的主要功能是產(chǎn)生圖4(a)～4(c)所示的控制圖形。以墻上控制器形式的適當(dāng)?shù)陌l(fā)送器的電路圖示于圖3中。
兩個輸入端W1和W3分別連接電源線的白線(中性線)和黑線(火線)。輸出端W2與載有編碼的給鎮(zhèn)流器的帶電AC信號的紅色輸出線連接。雙向可控硅WU1連在端子W1和W3之間。降壓變壓器WT1的初級繞組WP1的各端分別與端子W1和W3的相應(yīng)端相連。次級繞組WS1的兩端分別與由二極管WD1～WD4構(gòu)成的全橋式整流器的相應(yīng)節(jié)點W4、W5相連。二極管WD1和WD2的陰極連接于節(jié)點W4，二極管WD3和WD4的陽極連接于節(jié)點W5。二極管WD3的陰極和二極管WD1的陽極連接于節(jié)點W6，二極管WD4的陰極和二極管WD2的陽極連接于節(jié)點W7。
用帶有內(nèi)裝振蕩器的8位微控制器IC1控制雙向可控硅W11的觸發(fā)。作為IC1的合適的控制器為Motorola MC 68HC05K1。微控制器IC1有兩個端口A、B。A端口有八個端子、B端口有兩個端子。有四個按鈕開關(guān)WS1～WS4，控制下列功能開、關(guān)、光增加、光減弱。微控制器IC1用其A端口端子PA4～PA7讀出這些開關(guān)的狀態(tài)。
整流器的節(jié)點W7通過包括5V電壓穩(wěn)壓器WU2的線WRL2與IC1的電源VDD端子相連。電解質(zhì)電容器WC1連在穩(wěn)壓器WU2的輸入(A)側(cè)的線WRL3和WRL2之間，以濾掉來自整流器的DC脈動。電容器WC2連在穩(wěn)壓器W2的輸出側(cè)(B)相同的線之間，以濾除噪聲。齊納二極管WD5跨接在線WRL3和WRL5之間，其陰極與WRL5線相連。端子RST(復(fù)位)和IRQ(中斷請求)也與穩(wěn)壓器WU2的+5V輸出相連。陶瓷諧振器XT跨接在振蕩器端子OSC1和OSC2之間，它具有由諧振器制造商指定的元件WC3、WC4和WR2，以確保諧振器XT的適當(dāng)工作。
微控制器IC需要線電壓的過零信號作為對觸發(fā)雙向可控硅WU1的基準(zhǔn)。用電阻器WR1和齊納二極管WD5提供該信號，并在端子PB0和PB1輸入。由于二極管WD5陰極的電壓僅為4.7V，該電壓比電源線峰值電壓低得多，因此當(dāng)線電壓過零時，在端子PB0和PB1上提供邏輯信號“1”和“0”?？刂破鱅C1由其端子PA0～PA3經(jīng)過線WRL4發(fā)出到雙向可控硅WU1的雙向可控硅觸發(fā)信號。電阻器WR3限制由雙向可控硅觸發(fā)信號流向雙向可控硅WU1的電流。這些端子被并聯(lián)以增加驅(qū)動可靠性。如果微控制器IC1根據(jù)檢測的線電壓過零點立即發(fā)出觸發(fā)信號，對電源波形就不會有改變。這提供了使光級恒定的如圖4(a)的圖形。為在一個或兩個半周期中提供相位截斷以產(chǎn)生增加或減小光級的信號(如圖4(b)和4(c)所示)，觸發(fā)信號在用于相應(yīng)的半周期的過零之后延遲約1.39ms。這就提供了約30度的小相位截斷。
圖5是墻上控制器的程序流程圖。經(jīng)初始化端口流向之后，程序進(jìn)入讀四個開關(guān)WS1～WS4的狀態(tài)的循環(huán)。如果開關(guān)動作程序?qū)?zhí)行相應(yīng)的功能。例如，按下開關(guān)WS4(減小鍵)時，墻上控制器將產(chǎn)生圖4(b)的波形來調(diào)光，按下開關(guān)WS3(增加鍵)時，將產(chǎn)生圖4(c)的波形來增加光級。按下開關(guān)WS1(開啟鍵)時，將把電源提供給連接的燈控制器而不在AC電源信號上施加任何擾動。按下開關(guān)WS2時，AC電源信號被完全中斷，電源就不提供給所連的鎮(zhèn)流器。
圖2是鎮(zhèn)流器電路中解碼裝置或接收器或接口電路的示意圖。接口電路的心臟是將調(diào)光控制信號變換為相應(yīng)PWM(脈沖寬度調(diào)制)輸出的微控制器IC2(例如，Zilog Inc.的Z 86C04)。微控制器IC2有接收編碼的調(diào)光信號的輸入P31。PWM輸出(調(diào)光)信號形成于端子P27上并被轉(zhuǎn)換成出現(xiàn)在端子Z7上的DC信號，以便輸入給在控制器“G”的“調(diào)光”輸入處的半橋式驅(qū)動器。整流器電路B的節(jié)點A(也就是參考點Z8)通過由電阻器GR1、GR2和GR3組成的分壓器網(wǎng)絡(luò)與地(基準(zhǔn)Z9)連接。輸入P31經(jīng)過由GC2和GR5構(gòu)成的微分電路與節(jié)點B相連。齊納二極管GD6與GR5并聯(lián)連接，以保護(hù)微控制器IC2的輸入。在端子VCC上向微控制器以5V的電壓源供電，在這種情況下來自穩(wěn)壓器U3的電壓。外部陶瓷諧振器XL1(2MHZ)連在時鐘端子X1、X2之間。時鐘端子分別通過保證諧振器恰當(dāng)工作的電容器GC3和GC4與地相連。電容器GC5接在地與電壓源之間，以抑制噪聲。電阻器GR6、GR7和電容器GC6和GC7使來自端子27的PWM輸出信號平滑成平均DC信號以輸入給控制器G的調(diào)光輸入端。
電源接通時，即來自墻上控制器的電源電壓施加于鎮(zhèn)流器輸入端1′、2′時，微控制器IC2被初始化，輸出P27置于相當(dāng)于設(shè)定的光級的設(shè)定的PWM值，例如85％的光輸出。微控制器輸入閾值電壓為約2.5V。這意味著若輸入高于2.5V則為邏輯“1”，若輸入低于2.5V則為邏輯“0”。只有在P31上的電壓高于2.5V時，在端子P31上才接收到邏輯“1”。每當(dāng)正弦半周期含有作為編碼調(diào)光的相位截斷時(圖4(d))，微分電路就提供給端子P31一個大于2.5V的脈沖(邏輯“1”)。供給接口電路的整流后的DC輸出為120HZ的帶脈沖的DC。如果代替調(diào)光控制裝置而安裝標(biāo)準(zhǔn)ON/OFF墻上開關(guān)，由于電源未改變，微控制器U2在其輸入端不檢測任何脈沖，因而PWM輸出信號被置于設(shè)定的級別。
微控制器IC2包括稱作PWM的8位寄存器，它控制存在于P27的PWM寄存器輸出端的大體為方波形狀的PWM輸出信號。微控制器中的定時器0根據(jù)寄存器中的PWM值決定th(高PWM輸出信號的時間間隔)和tL(低輸出信號的時間間隔)的持續(xù)長度。定時器0在到時間之后，就產(chǎn)生中斷4。在中斷子程序中，第一個測試是當(dāng)前PWM寄存器輸出狀態(tài)。如果當(dāng)前PWM寄存器輸出為邏輯“0”，那么它就設(shè)置PWM寄存器輸出為1，并將PWM值裝入定時器0。如果電流PWM寄存器輸出為邏輯“1”，它就設(shè)置PWM寄存器輸出為邏輯“0”，并把(255-PWM)裝入定時器0。起動下一個中斷的時間與裝入定時器0中的值成比例。th加tL的時間被設(shè)置成與PWM值無關(guān)，以使PWM信號頻率不變。這樣，在較大的PWM值時，PWM寄存器的更多時間處于邏輯“1”狀態(tài)，因而在管腳27提供較高的平均輸出調(diào)光控制電壓。由于邏輯“0”為0V，邏輯“1”為5V，在設(shè)置從0.4V～3V的調(diào)光控制電壓范圍時，該范圍使PWM占空因子為8％～60％。
端子P31上的脈沖調(diào)用子程序“中斷1”?！爸袛?”程序把稱作“脈沖數(shù)”的寄存器的值加1。裝在微控制器IC2中的編碼的調(diào)光控制(CDL)循環(huán)每50ms檢查一次“脈沖數(shù)”寄存器中的值。由于50ms等于3個電源周期，“脈沖數(shù)”寄存器的值將決定光級是否應(yīng)改變?！懊}沖數(shù)”寄存器中的值等于零(0)時 沒有脈沖，因此光級或PWM值不產(chǎn)生變化。當(dāng)寄存器“脈沖數(shù)”等于1時，PWM值減小，直到減至預(yù)設(shè)的最小值。當(dāng)寄存器“脈沖數(shù)”等于2時，PWM增加，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的最大值。因此，接口電路使鎮(zhèn)流器自動地從墻上控制器接收調(diào)光輸入，并產(chǎn)生DC信號，輸入給控制器G以控制熒光燈的光級。
非調(diào)光條件下，所述的鎮(zhèn)流器保持功率因數(shù)＞0.99，THD＜10％和波峰因數(shù)＜1.6，因此，該電路既滿足可調(diào)光鎮(zhèn)流器的需要，同時即使在最低調(diào)光級下也提供了高功率因數(shù)和保持THD、EMI和元件應(yīng)力非常低。
權(quán)利要求
1.一種用于使燈工作的系統(tǒng)，包括與正弦電壓源相連的兩輸入端子；與所述輸入端子相連的編碼裝置，用于擾動預(yù)定數(shù)量的正弦電源電壓半周期的一部分，所述預(yù)定數(shù)量的正弦電源電壓半周期共同形成控制周期；鎮(zhèn)流器電路，它包括與所述編碼裝置連接的鎮(zhèn)流器輸入端子，用于在燈工作期間接收被擾動的正弦電源電壓；用于從擾動的正弦電源電壓產(chǎn)生燈電流的裝置I；與裝置I相連用于按照控制信號來控制燈的工作特性的裝置II；根據(jù)控制周期的形狀產(chǎn)生控制信號的解碼裝置；其特征在于，由編碼裝置施加的擾動僅改變正弦電源電壓每個被擾動半周期的一部分的正弦電源電壓的幅值。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個半周期的該部分是在半周期的10％和50％之間，最好在10％與25％之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，該擾動是相位截斷。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，解碼裝置包括對被擾動的正弦電源電壓進(jìn)行微分的裝置。
5.如上述權(quán)利要求中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制工作特性的裝置在解碼裝置測出控制周期的第一種形狀時按預(yù)定量增大燈工作特性，在解碼裝置測出控制周期的第二種形狀時按預(yù)定量減小燈工作特性。
6.如上述權(quán)利要求中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其特征在于，由電源電壓的兩個連續(xù)的擾動半周期和在其間的非擾動半周期構(gòu)成所述控制周期，而調(diào)光信號取決于控制周期期間的持續(xù)時間。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制周期包括固定數(shù)量的正弦電源電壓的半周期。
8.如上述權(quán)利要求中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制周期表示為一個二進(jìn)制的數(shù)，控制周期的各非擾動半周期相應(yīng)于“0”(零)，各擾動半周期相應(yīng)于“1”(一)。
9.如上述權(quán)利要求中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制周期表示為一個二進(jìn)制的數(shù)，控制周期的各非擾動周期相應(yīng)于“1”(一)，各擾動半周期相應(yīng)于“0”(零)。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，信號取決于控制周期中正弦電源電壓被擾動的半周期的數(shù)量。
11.如上述權(quán)利要求中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其特征在于，燈的工作特性是其光輸出。
12.適用于上述權(quán)利要求中的一項或多項的系統(tǒng)的編碼裝置。
13.適用于上述權(quán)利要求中的一項或多項的系統(tǒng)的鎮(zhèn)流器電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及使燈工作的一種系統(tǒng)，它包括編碼裝置，用于擾動預(yù)定數(shù)量的正弦電源電壓的半周期的一部分，這些數(shù)量的半周期數(shù)構(gòu)成控制周期；還包括鎮(zhèn)流器電路，它有與編碼裝置相連的輸入端子(1′，2′)，用于接收擾動電壓。鎮(zhèn)流器電路包括用于從被擾動的電壓產(chǎn)生燈電流的裝置(A、B、C、E)；與產(chǎn)生燈電流的裝置相連用于根據(jù)控制信號控制燈的工作特性的裝置(G)；以及用于根據(jù)控制周期的形狀產(chǎn)生控制信號的解碼裝置(I)。由編碼裝置施加的擾動僅改變電源電壓各被擾動半周期的一部分正弦電源電壓幅值，從而防止燈光閃爍。
文檔編號H05B41/392GK1161126SQ96190892
公開日1997年10月1日 申請日期1996年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月9日
發(fā)明者夏永平, S·維基塔什伯雷曼尼恩, R·杰亞雷曼, T·法卡斯 申請人:菲利浦電子有限公司