灯寿命终结检测装置、包含该检测装置的镇流器及灯

摘要

本发明提供一种灯寿命终结检测装置，包括：灯寿命终结电压检测支路，其适于并联在灯的两端，用于检测在灯进入寿命终结状态时灯两端的电压；以及与灯寿命终结电压检测支路耦接的灯寿命终结故障信号产生支路，用于根据灯寿命终结电压检测支路所检测的电压来产生表示灯进入寿命终结状态的灯寿命终结故障信号。利用本发明的灯寿命终结检测装置，可检测到表示灯的寿命终结的清晰的信号，而不论灯是否连接到地。结构简单，成本低廉，操作可靠。还提供了一种包含有上述的灯寿命终结检测装置的镇流器，以及应用这种镇流器的灯。

说明书

技术领域

本发明涉及灯异常状态保护的技术领域，更具体地说，涉及灯寿命终结(EOLL，end of lamp life)检测装置，以及包含该灯寿命终结检测装置的镇流器及灯。

背景技术

众所周知，当荧光灯到达寿命终结(EOLL)状态时，镇流器将使灯连续工作，从而引起灯管过热并产生放电“烟雾”，同时在灯阴极上产生非常高的电压，以使灯和镇流器处于异常和危险的状态。因此，设计时，在镇流器中必须设置灯寿命终结保护电路。

具体而言，当灯运行在EOLL期间时，在灯的两端出现直流电压。以荧光灯为例，荧光灯的载流子为电子，正常情况下灯管两端的灯丝上涂覆有容易发射电子的涂层。电子可以在镇流器的驱动下很容易地从一端灯丝发射到另一端灯丝。当灯管接近EOLL时，某一端灯丝上的发射涂层已经耗尽，电子无法通过涂层发射出去。而灯丝本身发射电子所需的电压要高出通过涂层发射所需的电压。这时一端发射电子的电压高，另一端发射电子的电压低，就会在灯管两端形成直流电压差。

参见图1，当灯连接到镇流器的地时，灯到达EOLL状态时灯两端的直流电压很容易通过由电阻R1、R2(可选)和电容C3所组成的平均值检波器来检测。在检测到灯的EOLL状态后，现有技术中的处理方案是中止镇流器的工作，以实现EOLL保护功能。但是，这种电路仅当灯连接到地时才能工作。

然而，实践中也存在灯通过隔直流电容C1被连接到地的情形，如图2所示。在这种情形中，灯两端的直流电压不能被连接到地的由电阻R1和电容C3所组成的平均值检波器所检测到。因为灯的直流电压浮置(floating)在隔直流电容C1的直流电压上，并且二者不容易被区分开。但是，如上所述，即使是在灯通过隔直流电容接地的情况下，也必须实现EOLL保护，以便及时更换达到寿命终结的灯以及避免镇流器的损坏。

当灯没有连接到地时，可通过HVIC(高压栅极驱动器)来检测在EOLL情形下灯两端出现的直流电压以执行保护。但是这种方式仅限于特定的ASIC(专用集成电路)，因而使用ASIC可能无法满足各种其他功能要求。而且，这种方式电路成本太高因而不适于实际应用。此外，还可通过检测灯两端的交流电压实现EOLL保护。在灯两端出现直流电压时，由于电路中存在隔直电容，例如图2中的C1，灯管两端的交流电压同时也会升高。但是交流电压上升的比例比直流电压的上升比例小很多。所以在低功率灯的应用场合，可以检测交流电压代替检测直流电压。此外，由于国际标准对不同的灯管在EOLL时有各自的额外损耗功率要求，通常在高功率灯下检测交流电压无法满足此要求。因此，这种通过检测交流电压来实现EOLL保护的方法仅仅在低功率灯情况下有效，在高功率灯的情况下不适用。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种灯寿命终结检测装置，该装置可同时适用于灯连接到地和不连接到地的情形而不需要配备特定功能的电子元件或者ASIC，从而简化了灯寿命终结检测电路结构，降低了成本，提高了操作可靠性。

具体地说，根据本发明的第一方面，提供一种灯寿命终结检测装置，包括：

灯寿命终结电压检测支路，其适于并联在灯的两端，用于检测在灯进入寿命终结状态时灯两端的电压；以及

与灯寿命终结电压检测支路耦接的灯寿命终结故障信号产生支路，用于根据灯寿命终结电压检测支路所检测的电压来产生表示灯进入寿命终结状态的灯寿命终结故障信号。

通过本发明，可通过产生用于保护的清晰的信号来检测灯的寿命终结，而不论灯是否连接到地。结构简单，成本低廉，操作可靠。

附图说明

通过结合附图对本发明的具体实施方式的描述，可以清楚本发明的以上的和其它目的、特点和优点。在各附图中，相同的附图标记表示相同或者类似的功能部件。在附图中：

图1是示出了现有技术中当灯接地时进行灯寿命终结检测的电路简图；

图2是示出了现有技术中当灯通过隔直流电容接地时的电路简图；

图3是示出了根据本发明一个实施例的灯寿命终结检测装置的电路简图；

图4是示出了对图3中所示的灯寿命终结检测装置进行的一种应用的电路简图；

图5是示出了对图3中所示的灯寿命终结检测装置进行的另一种应用的电路简图；

图6是示出了对图3中所示的灯寿命终结检测装置进行的又一种应用的电路简图。

具体实施方式

图3是示出了根据本发明一个实施例的灯寿命终结检测装置的电路简图。在图3中，晶体管Q1、O2、电感L1、电容C2、C1和灯构成一个典型的半桥逆变器，这种逆变器广泛地用作为用于荧光灯的镇流器。在工作中，晶体管Q1、Q2轮流饱和导通。半桥逆变器在晶体管Q1和Q2之间的节点A处输出近似方波的脉冲，通过灯启动电容C2的电流方向交替变化，使电感L1、电容C2、C1组成的串联谐振电路发生谐振，于是在启动电容C2两端产生一个高谐振电压脉冲并施加到灯管两端，将灯管击穿、点亮。一旦灯被成功启动，则进入稳态工作，电感L1起稳流作用。

灯通过隔直流电容C1连接到地。电阻R1和电容C3构成平均值检波器，用于感测灯的直流电压。T1a是变压器T1(图中未示出)的一个初级绕组，其利用该变压器T1的耦合次级绕组(图中未示出)把表示灯寿命终结的故障信号转换为任一所需的电平。电阻R5、双向交流开关二极管Diac(例如STM制造的DB3)以及T1a构成电容C3的放电路径。当灯运行在正常情况下时，电容C3上的电压为零；当电容C3上的电压没有超过Diac的接通电压时，电容C3的电压与灯两端的直流电压为电压跟随关系；当灯运行在EOLL情形下时，电容C3上的电压将超过Diac的接通电压。此时，电容C3经由双向交流开关二极管Diac、电阻R5和绕组T1a构成的路径放电。于是，一个清晰的信号将被传送到变压器T1的与绕组T1a相耦合的其他绕组。通过适当的电路参数设计，可使得该信号无论在功率、时间还是幅度上都远大于周围的噪音和干扰信号，从而可作为用于EOLL保护的触发信号。这种电路参数设计可由本领域技术人员根据实际要求来完成。

根据上面对灯的EOLL状态的原理的描述可知，灯丝上的发射涂层的耗尽有一个过程。当两端灯丝上发射涂层的消耗程度不同时，就会在灯两端产生直流电压差。但是，并非一出现这种电压差就判断灯达到了EOLL状态，而是当这种电压差到一定值时才认为灯达到EOLL状态。这个电压值就是使得电容C3上的电压超过Diac的接通电压的值。因此，当灯达到EOLL状态时，灯两端的直流电压达到一个特定的值，这时就需要采取保护措施，否则可能对镇流器及其相关电路造成损害。

如上所述，由于在实际应用环境中无法预先判定灯达到EOLL状态时其两端直流电压的方向，所以在本发明的这种灯寿命终结检测装置中，需要使用双向的检测元件，即双向交流开关二极管Diac用作灯的正常状态和异常状态的判断单元。本领域技术人员容易理解，该Diac还可用其他具有双向导通功能的元件或者功能块替换。变压器T1在此是作为信号耦合传递元件，还可用其他具有信号耦合传递功能的元件或者功能块替换，例如某些光电耦合元件。

从上面的描述可看出，在图3中，由电阻R1、电容C3、电阻R5、双向交流开关二极管Diac以及变压器T1构成本发明的灯寿命终结检测装置，整体上由附图标记301表示。在该灯寿命终结检测装置301中，电阻R1和电容C3构成的平均值检波器相当于一个灯寿命终结电压检测支路，其并联在灯的两端，用于检测在灯寿终结状态下该灯两端的电压。电阻R5，双向交流开关二极管Diac以及变压器T1所构成的电容C3的放电路径相当于一个灯寿命终结故障信号产生支路，用于根据电容C3上所检测的电压来产生表示灯进入寿命终结状态的灯寿命终结故障信号。其中的双向交流开关二极管Diac相当于一个灯寿命终结故障判断单元，其导通意味着灯进入寿命终结状态。变压器T1相当于一个灯寿命终结故障信号产生单元，该变压器T1的初级绕组T1a在双向交流开关二极管Diac导通时传递灯寿命终结故障信号产生支路中所产生的信号，该变压器的次级绕组T1b与初级绕组T1a相耦合，以便根据双向交流开关二极管Diac的导通产生灯寿命终结故障信号。该灯寿命终结检测装置301可作为镇流器的一个组成部分。

下面简单介绍运用了上述原理的两种具体应用电路。

图4是示出了对图3中所示的灯寿命终结检测装置进行的一种应用的电路简图，其中附图标记401表示的电路功能块对应于图3中附图标记301所指示的灯寿命终结检测装置。如图4中示出的电路适用于由结合了作为EOLL保护功能的窗口比较器的ASIC所控制的镇流器。

如图4所示，T1a和T1b是变压器T1的两个耦合绕组。Z1是齐纳二极管。电源Vref和电阻R6、R7被结合在用虚线框框出的ASIC中。如参照上面的图3所描述的，一旦由电容C3上的电压所代表的、灯两端的直流电压超过Diac的导通电压，一个清晰的信号就通过绕组T1a被传送到与绕组T1a耦合的绕组T1b，接着电容C4的电压将增加或者减小以触发结合在ASIC中的EOLL保护功能。在该电路中，绕组T1b实际上用作为ASIC内置的窗口比较器(未示出)的信号提供器。

此窗口比较器IC工作原理如下：内部的参考电压Vref(典型值例如为5V)通过两个阻值很高的电阻R6，R7(典型值例如分别为200k欧姆)分压得到一个基准值(典型值例如为2.5V)加在窗口比较器的输入端。该窗口比较器会判断其输入端的电压是否超出其内置的上下阈值(典型值例如为上阈值＝4.0V，下阈值＝1.0V)。如果其输入值在上下阈值中间，则窗口比较器的输出为无效；一旦其输入值低于下阈值或高于上阈值，则该窗口比较器的输出变为有效。可以根据此窗口比较器的输出执行不同的处理，例如EOLL保护处理。结合图4，当灯达到寿命终结时，假设当时由变压器T1传输过来的电压信号为左正右负，则此时变压器绕组T1b的电流方向为从右到左。此时窗口比较器的输入(与电容C4的电压相关)下降到小于窗口比较器的下阈值，触发比较器的输出有效，使得ASIC执行EOLL处理过程。这种ASIC例如是BL8305，电容C4的两端分别连接在BL8305的11管脚和8管脚。当然，也可以使用与BL8305具有类似功能的其他ASIC，引脚的连接关系也可根据实际情况进行调整。此外，上述窗口比较器的各参数值可根据实际情况进行相应的设置，在此不再赘述。

图5是示出了对图3中所示的灯寿命终结检测装置进行的另一种应用的电路简图，其中附图标记501表示的电路功能块对应于图3中附图标记301所指示的灯寿命终结检测装置。如图5所示，该电路适用于不具有用于EOLL检测的窗口比较器的镇流器。T1a和T1b是变压器T1的两个耦合绕组。D1-D4是二极管。一旦Diac被触发，就从T1b产生一个清晰的信号以驱动镇流器的保护电路。如图6所示，当绕组T1b上产生的电压的极性为左正右负时，二极管D1，D4导通，二极管D2，D3截止，电流的流向是D4—T1b—D1。当绕组T1b上产生的电压的极性为左负右正时，二极管D2，D3导通，二极管D1，D4截止，电流的流向是D2—T1b—D3。由此，在绕组T1b所在的电路的两输出端a，b产生触发EOLL保护功能的触发信号。该触发信号可被设计成使得EOLL保护电路的触发尽可能简单的任何所需要的电平。

此外，在存在一个以上与负载电路并联的灯的情况下，当变压器的绕组耦合在一起时，一个变压器就足以检测每个灯的EOLL。例如，如图6所示，由一个半桥逆变器驱动两个灯L1，L11。其中附图标记601和602表示的电路功能块分别对应于图3中的附图标记301所指示的灯寿命终结检测装置301。在这种情况下，仅需要一个具有三个耦合绕组，即初级绕组T1a、T1a’和次级绕组T1b的变压器就足够了。绕组T1b在图6中没有示出。但是，其在实践中是存在的，并且具有与图4和图5中的绕组T1b相同的功能，即，用作为触发EOLL保护功能的信号提供器。在实际应用过程中，只要有一个灯进入EOLL状态，保护电路就需要工作以便保护镇流器免受损害，而无需判断是哪个灯达到EOLL状态。只要EOLL保护功能还没有动作，则相应的灯寿命终结检测装置将不断周期性发出信号。由于两个以上的灯同时进入EOLL，并且各灯两端所产生的直流电压方向相反但是幅值相同的可能性其实无限趋近于零，因此在实际产品中可以忽略这种情形。即使需要判断是哪个灯达到EOLL状态，本领域技术人员也容易想到可以通过设置相应的判断装置或者为每个初级绕组T1a、T1a’分别设置独立的次级绕组来实现。此外，虽然图6中给出了由一个逆变器驱动两个灯的情形，但是，本领域技术人员容易理解，图6中的灯寿命终结检测模式可应用于任意数量的灯的情形。

尽管在上述的实施例中，灯寿命终结检测装置应用于低压水银放电灯，即通常所说的荧光灯。但是，本发明的灯寿命终结检测装置同样也可以适用于各种气体放电灯。这种灯寿命终结检测装置构成为灯镇流器的组成部分。

因此，本发明实际上还提供了一种包含有上述的灯寿命终结检测装置的镇流器，以及应用这种镇流器的灯。

尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。