[发明专利]带有用于检测弧光放电灯的整流效应的保护电路的镇流器

说明书

本发明披露和要求保护弧光放电灯保护电路的结构特征，它是对James L.Lester等人于1994年5月提交的美国专利申请No.08/237,465号的相关主题的继续改进，此申请已转让给本申请的受让人。

本发明涉及弧光放电灯、特别是微型和紧凑型荧光灯，并且尤其涉及到带有防止电灯在使用寿命的末尾时过热和防止镇流器元件损坏的电路的电子镇流器。

低压弧光放电灯(倒如荧光灯)已是公知技术，这种灯一般包括一对钨丝线圈阴极，钨丝上涂敷有由碱金属氧化物(即BaO，CaO，SrO)电子发射材料组成的涂层，用以降低阴极逸出功，提高灯的效率。由于涂敷在阴极灯丝上的电子发射材料，典型的阴极电压降(catchode fall voltage)约为10～15V。然而当一个阴级灯丝上电子发射材料耗尽、灯的使用寿命到达末尾时，阴极电压降迅速增加100V或更高。如果外部电路不能限制提供给灯的功率，则会使该灯在由灯阴极区承受着附加功率的情况下继续工作。例如，按0.1A的电流正常工作的灯，在正常工作期间每个阴极上功耗1～2W。在其寿命的末尾时，耗尽的阴极由于阴极电压降增加，其功率可高达20W。这种额外功率能导致灯和夹具局部过热。

小直径(例如T2或1/4英寸)的荧光灯通常要求非常高的点火电压，需使用开路输出电压超过1,000V的镇流器。这样的电压降足以使得一个具有50～150V电弧压降的导通的灯承受耗尽的阴极和200V的寿命末尾时的阴极压降。在此例中，因为如此过量的电压主要降落在镇流器的输出阻抗上，所以灯工作在额定电流值的附近。由于这种小直径的T2灯的阴极比大直径的灯更靠近内管壁设置，因而较小的阴极功率就会使阴极区玻璃过热。在这样的T2直径的灯中，希望把阴极功率的增加限制到4W左右，以避免局部过热。

为了避免因过载使电路损坏，进行过多种试验以便在变换器型(inverter-type)镇流器中提供过压或过流保护。例如，1993年11月16日授予Sun等人的美国专利No.5,262,699中讨论了这样一种变换器型镇流器，它带有检测因谐振状态或开路(无负载)状态引起的电流的相对增加过大的装置。该变换器当灯被移除掉或者灯不能点燃时总是被截止的。当一个或多个灯电极上的发射材料耗尽从而使灯不能点燃时，就将引起开路状态。

1985年3月5日授予Nilssen的美国专利No.4,503,363披露了一种变换器型镇流器，该设备具有检测跨在镇流器输出端电压的组件。当在该组件输入端检测到因灯从其插座移开或因灯不能启辉造成的开路状态时，该变换器就被截止。

虽然美国专利No.5,262,699和4,503,363中的截止电路可以在检测到电流或电压有较大的增加时而使变换器截止时发挥作用，然而这些电路对于响应阴极上功率较小的增加却是无效的。

由OSRAM GmbH制造的用于使“Dulux DE”紧凑型荧光灯工作的“Quicktronic”变换器型镇流器，可以通过检测随灯的射频反馈而增加的电源电压而监测镇流器输入功率的增加。实际上，由于灯电流在检测范围内在镇流器中几乎是常数，所以可检测到灯电压。为使变换器截止，要求输入功率增加6～10W(误差为±2W)。由于上述电压检测的缺点，这种方法最适合于检测非常大的电压增加，例如灯未启动或开路状态。而且，这种方法对电路元件公差要求严格，这增加了成本，也降低了负载的灵活性。

因此，本发明的一个目的是克服已有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种变换器截止电路，它能在灯的使用寿命的末尾因阴极功率的较小增加而引起灯电压的小量增加时对灯和电路元件提供保护。

根据本发明的一个方面，这些目的通过为带有一对阴极的放电灯设置的一种镇流器装置来达到，该放电灯的特征是：当灯由于它的其中一个阴极上的发射材料耗尽从而接近寿命末尾时，灯电压波形具有直流电压分量。该镇流器包括一对适于接收来自交流电源的交流信号的交流输入端和一个与该交流输入端相连接的直流电源。变换器连接到直流电源。负载包括一个具有近谐振模状态和谐振模状态的谐振槽路，该负载连接到变换器的输出端。一个第一检测器有一个适于与放电灯连接的输入端，用以检测直流电压分量的增加。一个截止电路连接到第一检测器输出端，用以至少响应直流分量增加而使变换器截止。

根据本发明的进一步的教导，谐振槽路包括一个带电感谐振槽路绕组的磁性组件。镇流器最好还包括一个具有连接到磁性组件的输入端的第二检测器，用以至少检测谐振槽路的谐振模状态。在优选的实施例中，该第二检测器适合于检测近谐振模状态。