用于高强度放电灯的微控制电子镇流器系统 【发明领域】
本发明揭示了一种用于35和70[瓦]的气体放电灯的智能电子镇流器系统。特别是，本发明涉及用于高强度放电(HID)灯的微控制电子镇流器系统，它具有针对短路、过热、电网过电压的安全和保护的特点，一种改善其功率因数和射频发射和释放及传送到环境中的电磁干扰的系统。该镇流器提升了灯和设备的使用寿命达30％，将和工作的相关损耗降低至小于10％，且遵守和这种装置有关的国际标准。
用于本开发中的技术的描述
通常，照明设备主要由灯、镇流器、用于我们感兴趣的灯(气体放电灯)的某些点火装置和用于实施相应的功率因数校正的电容器组成。
已知，灯的电流必须流过具有包含某类气体的两个电极的灯泡，该灯将具有反向型电压-电流特性，即如果电流较低或为零，则用来保持该电流地工作电压必须较高，且相反地，如果电流较高，则用来保持该电流的工作电压必须较低。出于这种情况，由于没有电流循环通过灯，所以必须施加大大高于设备额定工作电压的电压脉冲以便建立电流的循环。该电压峰值由点火装置提供。一旦电流循环通过灯，则由于前述的反向特性必须限制它，这会使得该电流无限地增加。该限制由串联至电流的电感型电抗(电抗线圈(ractor)或镇流器)提供。
电磁镇流器，即使用变压器的那些，被开发来实施该电流控制。变压器用作电流源，它提供限制电流的作用而不管灯所具有的高阻抗。当灯接通时，电压接近0，且当灯稳定时，返回到正常电位。但是，为了增加变压器的电感，变压器的绕组需要大绕组(线圈)，这会使这类镇流器的效率变低。此外，电磁镇流器正常工作在50和60赫兹之间的频率上，这造成噪声和频闪效应的缺点。
出现了具有高效率、低损耗、低容量和重量、低噪声和外部控制的高便利的电子镇流器，作为这些缺点的解决方法。如技术上已知的，常规的电子镇流器系统由转换器电路和倒相器电路形成，它向灯提供交流电源。对于这些部分中的每一个都具有大量结构和控制的比较方案。
发明目的
由于具有含不同工作特性的多种高强度(HID)灯。
所以需要一种电子镇流器，它允许处理灯的这些不同特性而不需要修改构成其的电路，它能以智能方式通过某些预编程的电子装置感应和控制不同的电子系统步骤，以便获得灯和与之相关的电子电路的最佳使用寿命。
因此，本发明的目的如下：
-提供用于HID灯的智能电子镇流器，它能根据灯和设备的一般分析自动做出决定。
-实施其自我监控、监控装置和灯的工作情况、灯所处的和允许控制传递给灯的有用寿命阶段，。
-提供更好的灯产量和使用寿命率。
-提供用最小的硬件变化使之适于不同类型的气体放电灯的电子镇流器。
-提供遵守应用到该类型设备的不同国际标准的微控制电子镇流器。
-实施高可靠性设备，它具有用于人们安全和其安装位置的安全系统。
附图概述
图1示出包含本开发的电子镇流器和不同步骤的一般框图。
图2示出类似于70[瓦]电子镇流器的本发明中提出的电子镇流器(35[瓦]功率)的框图。
图3示出所用的控制方法的流程图。
发明描述
本发明涉及用于激励高强度放电(HID)灯的微控制电子镇流器系统。图1示出包含本开发的电子镇流器和不同步骤的框图。
1)输入步骤和线路滤波器
2)预转换器和功率因数校正
3)主开关转换器
4)直流到交流转换器，脉冲变压器和点火系统
5)用微控制器控制的嵌入控制系统
如图1所示，该微控制电子镇流器系统由线路滤波器构成，在输入步骤中该滤波器提供从电网到镇流器的不需要的中频和高频信号的滤波，它还将镇流器的电子系统产生的会最终损害电分布网格(electrical distribution grid)的中频和高频信号滤波。通过这种类型的滤波器，消除了范围从10KHz到超过30MHz的信号的寄生频率，所述寄生频率是其内部上的设备产生的大量转换的产物。随后，可以观察预转换和功率因数校正的步骤。没有前述步骤，由于用于这种类型的设备中的灯类型的内在特性，在电流和电压的波形之间产生很强的相差，由于这些设备呈现的低功率因数使得这引起较高的无功功率。通过校正步骤的使用和功率因数的改善可以获得等于或大于整个设备的98％的因数；该步骤还允许将谐波滤波并稳定该模块的输出电压，所述电压随后将进入之前的步骤。
下一个步骤是将电压调节在88伏处的补偿(Buck)型调节器源，该电压提供给转换器。此外，它保护电路不受负载(灯)可能出现的电流的过分消耗。
如图2所示的DC-AC转换器以150[赫兹]的频率将交流电传送给灯，它允许后者以20-400伏范围的电压工作，这可使照明稳定，因此降低了频闪效应；由于结合了向灯提供使灯接通或断开的电压的该方波信号，它不会被肉眼察觉(消除了不需要的闪烁)。
通过由Interlight开发的软件控制且在微控制器中编程的点火系统，如图2所示的电子点火器电路允许通过传递4-5[千伏]的初始脉冲串接通HID灯，可快速接通在其正常工作界限和使用寿命内的灯。还可以通过该点火系统实现灯的更长的使用寿命。
所用的点火系统的描述
以下详细地描述了本发明的电子镇流器的点火顺序：
在点火顺序之前，在镇流器输出中没有电压。一旦灯的点火开始，脉冲包在几个脉冲的帧(frame)或串中且每个都具有200[毫秒]的持续，该帧或串包含具有4[千伏]幅度的8个脉冲间隔，且叠加在400Vdc的直流电压上。一旦实现了灯的点火，则熄灭高电压脉冲且镇流器通过其控制系统自动地将输出电压调整到灯的工作电压额定值，产生150[赫兹]的方波电压，这使得镇流器和灯正常工作。
在较热的灯工作情况下且并使用有缺陷的灯，镇流器产生第一点火脉冲，开始作为在正常接通的情况中，通过控制算法检测到不能实施正常的点火，且将点火脉冲停止5秒，再次产生点火串并随后又停止5秒，依此类推10分钟的间隔。随后，如果在该时间段中没有实现正常的接通，则镇流控制方法停止设备工作并进入空闲状态，直到其再次接通并返回到其正常的工作。
微控制电子镇流器系统包括如图2所示的微处理器集成电路，和具有允许实施不同功能的预编程算法的软件。
微处理器集成电路实施不同电子系统步骤的监控和控制功能，允许使用其各分析控制通过程序限定的功率，且它使灯稳定，因此获得灯的最佳使用寿命。
微处理器的功能在于：感应被调节的电压Vout和电流Iout的水平，这可以知道灯的状况，即知道它是否断开、耗尽、损坏、有缺陷等等。使用这些电流和电压值通过循环操作Pout＝Vout*Iout计算设备的输出功率，将该输出功率和对应于容许(39瓦)和(70瓦)HID灯的最适工作的值的参考值比较，随后将结果发送到数模(D/A)转换器，并随后发送到补偿型调节器源。利用该信息来控制灯的输出功率水平。
通过8位微控制器用其各自的控制程序实施功率控制步骤，确定灯是否在正常的工作功率内，且如果不是，则停止输出功率。
还具有用于感应输出电压和输出电流水平的装置，用于确定在镇流器工作时何时产生短路。这能够在8毫秒[ms]的时延内检测到，当检测到短路时，停止灯的电源并在1分钟后重新启用，最终，如果在10次尝试期间该短路问题持续，则停止功率输出直到其再次重启。
微处理器的另一个功能是控制电子点火器电路的触发，因此它在必要的控制时间内将触发信号传递给点火系统，即它在最多2秒期间传递触发信号来激励灯，如果在该时间内未能实现，则在一分钟内微处理器将停止功率输出。10次尝试实施该过程，如果在该10次尝试期间没有将灯接通，则程序将中止该接通，在所述微处理器中留下记录表示灯没有接通，且它将不再点火直到再次重启镇流器。
电子镇流器控制方法的描述
根据图3的流程图所示，可以观察电子镇流设备控制方法所设想的不同步骤。
在过程开始时将所有的控制系统操作参数加载入存储器，这些参数允许微控制器电路实施其每个动作，为了开始控制任务启用微控制器的输入和输出端口。在该初始化过程中，将输出中设备允许的最大电流水平、灯的最佳工作电压值、设备开始工作时的功率，开关源的工作频率，镇流器的最大和最小工作温度的范围加载入存储器。
在下一个步骤中实施微控制器端口的初始化，通过变化的指示表示出哪个将是用于控制设备的信息输入和输出端口。将主要使用三个端口把模拟信号转换成数字信号，它们用于感应镇流器的电压、电流和温度水平，对它们来说，三个数字端口加上两个模拟端口用于控制设备的功率，它允许通过限定点(设定点)设定设备工作的额定范围。一旦已启用微控制系统端口，则开始获得电压、电流和温度的模拟信号。
镇流器控制系统的主程序(routine)
通过检查镇流器温度开始，如果低于所允许的最大值，则程序尝试接通灯，如果温度较高，则程序等待1分钟并再次测试温度水平，依此类推。
为了接通灯，程序调用‘TurnOnlamp’子程序并返回，如果已接通灯，则程序以主循环继续，或在灯没有接通的情况中，停止程序。
控制系统的主循环执行以下任务：
a)它通过‘Measure’子程序测量三个模拟变量，即：电压、电流和温度；随后它计算灯所使用的功率为：
功率＝电压*电流*时间
b)随后，程序计算平均功率值为所获得的最近4次测量的功率的平均值，随后如果与之前限定的设定点相比所计算的功率过高或过低则程序实施输出电压校正。
c)为了安全，实施温度和电流检查，以检查它们是否超过了所建立的最大限度的限制。如果这将要发生，则程序将断开灯并将再次尝试执行重新点火。这将执行10分钟的最大时间段。如果以常态接通灯且镇流器参数在常态范围内，则程序将返回其正常循环，如果这不发生，则镇流器将断开灯且镇流器操作将停止。
Turning on the Lamp：
该程序负责将点火脉冲发送到灯以将其接通。
在每秒的200毫秒时延期间发送脉冲组。第一次在8秒期间重复该过程，且测量电流值来了解灯是否接通，如果是，则该子程序返回到其正常工作循环。
如果灯保持断开，则该子程序等待一分钟，将在最大两秒期间再次尝试另一个点火脉冲组并再次测试灯是否已经接通，如果已实现接通，则控制子程序将返回，反之，将在以后重复该接通过程直到时间最大值达到10分钟。
Measurement：
该子程序通过采样读取模数转换器(ADC)：电压、电流和温度，该过程重复16次且其中返回这三个读取参数的平均值。
在具有150赫兹频率范围的正常镇流器工作循环期间调用该子程序。
Timer Interruption：
在其处于正常工作情况时，该程序通过中断管理且以150赫兹的周期调用来管理发送到灯的输出电压频率。