使用集成螺线询问的寿命终止识别

技术领域

本发明涉及用于低压放电灯的工作电路。

背景技术

低压放电灯具有灯电极，一般每个灯有两个电极，它们有有限的寿命。灯 的寿命终止一般由电极的寿命终止规定。

已经知道，当电极显示出故障的迹象时应该尽可能更换低压放电灯。这首 先在于，在一个电极快要寿命终止前在该电极上会出现异常高的电极衰竭 (Elektrodenfall)，它导致电极以及放电灯的周围温度升高。这在小的低压放电 灯和热敏感组件的场合首先会引起安全的问题。

为此目的，使用用于识别电极寿命终止的识别电路(“寿命终止”识别， 下面简记为EOL识别)。一种已知的用于EOL早期识别方法是测量一个所谓 的耦合电容器上的电压，该电容器的一个电极连接到电源的正或负接线端，而 灯耦合到直流电源和交流电源。这一耦合电容器在正常运行时加载到时间平均 值的电源电压的一半。可以通过一个比较器采集该值的偏差，并可以用于识别 有威胁的寿命终止。

这种方法的缺点是其精确度和技术上存在困难。

                        发明内容

由此，本发明的目的是提供一种具有寿命终止识别电路地用于低压放电灯 的工作电路，它十分简单并且允许灯可靠而安全地操作。

为此，根据本发明，提供一个工作电路，其中，EOL识别电路可以测量电 极之间的直流电压，以便根据测量的直流电压实现早期识别，和可以通过一个 偏置电压改变电极之间的直流电压，使得在通过EOL识别电路测量电极之间 的直流电压改变时只出现一个极性。

本发明的工作电路的特性在于，EOL识别电路现在测量低压放电灯的电极 之间的直流电压。在完全无损的电极中操作时在理想方式下不出现任何直流电 压。为此，低压放电灯纯粹用交变电流操作，而根据直流方式从工作电路解耦 合。

然而已经证实，随着电极的退化增加会出现一个直流电压，而且由此在预 测具有较短寿命的电极前建立一个较强的电极衰竭区。因此低压放电灯整体有 一个整流效果。该不对称随着具有较短寿命的电极的不断老化而加强，直到损 坏为止。可以由经验确定一个电压阈值，由该阈值早期识别可能出现的电极损 坏。

其优点在于，测量较小的电压，其可以使用半导体器件处理，不需要大的 分压比。使用具有大的分压比的分压电路意味着本质上与精确度相关，这种问 题只有使用费用很高的器件才可能解决。另外，根据本发明，直接测量电极之 间的直流电压的优选方式简单，几乎与工作电路的其它单元无关。

本发明这些优点与下面的事实相关，即EOL识别电路具有一个电极询问 功能。通过该电极询问功能，通过EOL早期识别更有利于工作电路的安全性。 也就是说通过电极询问确定与工作电路连接的灯座的接线是否与低压放电灯所 属电极连接。当一个电极不存在时，那么该低压放电灯未正确装入或者已损坏。 当不存在任何电极时，那么推测根本未使用任何放电灯，由此需要中断灯座的 高压供给，以便切断对人的危险。

通过EOL识别电路采集关于各电极的一个参考电位实现本发明的电极询 问功能。当对该参考电位的连接失败时，则这一点由EOL识别电路采集，由 此确定电极是否存在。

当以所述方式可以只询问一个电极时就应该已经实现了本发明。放电灯故 障时就已经产生了阻止电压冲止的安全性。特别是此时可以询问一个“近地” 电极(询问“冷端”)，因为，这比触摸“远地”电极的危险更小。

然而优选询问所有存在的电极，亦即通常是两个电极。由此有利于在每种 情况下都可以识别一个正在使用的灯的故障。在本实施例中，EOL识别电路每 次必须与所有电极中的一个电极的第一接线端连接，此时每一个电极的另一个 接线端与各自的参考电位连接。

本发明的另一个实施例中，工作电路的参考电位或者至少一个参考电位用 作地的参考电位，因为其结构简单，因而特别有利。

此外，一个实施例中，提供电极询问，使用和用于EOL早期识别的直流 电压测量同样可以测量输入，和有同样的电极抽头。

另一个优选实施例的特征在于，电极之间用于EOL早期识别的直流电压 通过一个偏置电压移位，使得在由EOL识别电路进行测量时只出现该直流电 压的一个极性。因此该偏置电压必须至少和已经提到的电压阈值一样大。由于 只存在一个电压符号，因此有可能简化制造EOL识别电路的电压测量设备。

本发明的再一个优点是在电极之间使用一个分压电路，以便能够在一个抽 头点上为EOL识别电路抽取电极之间直流电压的一部分。然而这一分压电路 不同于现有技术，它的电极之间的直流电压达不到电源电压的一半，不会产生 问题。因此分压比适度，使得对所使用的电阻元件的故障的灵敏度不像现有技 术那样明显。

优选通过一个微控制器执行电极之间的直流电压-或者偏置移位的和分压的 直流电压-的测量和电极询问功能。该微控制器另外还可以提供一个用来产生偏 置电压的输出电压。用于输出偏置电压的优选微控制器的输出通过一个电阻器 连接到分压电路的上述抽头点。这一点参阅本实施例。

此外，根据本发明的工作电路可以构造成，它仅在EOL早期识别时动作， 即在电极之间能触发识别的直流电压已经经过规定的最小时间时动作。因为经 验表明，在操作开始时和在操作持续期间，在放电灯内可以出现能导致EOL 早期识别的短时现象，亦即在电极之间引起相应的高电压。通过定义一个最小 采集时间可以预防这样的错误识别。在询问中，可以由上述微控制器进行例如 循环询问或者建立关于一定数目的测量平均值。由于放电灯自身规定的热惯 性，所以可以无危险地容忍这一时延。

另外，该工作电路也可以为多个放电灯设置，例如为两个放电灯。这时优 选设计一个放电灯的电极与另一个放电灯的电极串联连接。剩下的电极可以接 地。这一点参阅本实施例。

附图说明

下面详细说明本发明的两个实施例，在这里，公开的单个特征也可用于本 发明的其它组合。

图1表示一个根据本发明用于低压放电灯的工作电路的电路结构原理图；

图2表示为两个低压放电灯的工作电路的相应结构；

图3表示根据另一个可选择的实施例的用于两个低压放电灯的工作电路的 相应结构。

具体实施方式

图1中用1表示一个低压放电灯，它包含两个电极2和3。如在低压放电 灯中常用的，这里是可预热的螺线电极。电极2和3由一个未在这里详细表示 但具有高频电源功率的常规半波桥式振荡电路供电，使得能够在放电灯1中触 发并保持放电。为预热电极2和3提供相应预热的电路。它也可以是常规电路， 因此不详细说明。

图1中电极2和3的各自左边的接线端连接到由两个电阻器4和5组成的 分压电路上，通过该分压电路把在电极2和3之间存在的直流电压分开。参考 电位(地电位)位于电极3的另一个接线端。在电阻器4和5中间的抽头点连 接微控制器7的一个输入6。该电压输入6通过一个电容器8接地，使得微控 制器7只分析直流电压信号。

在电阻器4和5之间的抽头点也是微控制器7的电压输入6，通过另外一 个电阻器9与辅助电压源10连接，在本实施例中微控制器7事实上同样使用 该辅助电压源10。此外，图1中上电极2的未与分压电路4和5连接的接线端 通过电阻器11连接到另外一个辅助电压源12。所有电压对地定义。辅助电压 源12在本实施例中相应于模拟电子设备(例如由一个MOSFET驱动器的)本 来就存在的电源，电压范围为12-18V。因此它的电势在本例中比微控制器7的 辅助电压源10略高。

当在放电灯1持续运行期间在电极2和3之间出现直流电压时，则它相应 地分配给在微控制器7的电压输入6上的电阻器4、5和9。考虑电压输入6， 可以通过电阻器4、5和9对微控制器7的技术先决条件进行电平匹配。因为 在电极2和3之间的高频电源电压部分通过具有较低阻抗的电容器8对地短路， 另一方面电阻器4和5具有相对大的值，因此电压输入6实际上没有这样的高 频分量。

借助辅助电压源10，可以通过电阻器9使电极2和3之间的电平有效偏移。 为此，辅助电压源10规定一个偏置电压，使得在考虑电阻器4，5和9之间的 数值比在电极2和3之间的所有允许的直流电压下在微控制器7的电压输入6 上始终产生同样的极性。此时在放电灯1自身上会不可避免地出现电位比的一 定的改变。然而，当电阻器4和5足够大时，这一效应只是理论上的。不会由 此产生实际作用。如果在这里出现干扰的话，还可以把辅助电压源10和12间 断操作，亦即只在规定的时间段激活，以便执行询问。于是把对放电的实际影 响限制在这一比较短的时间段内。

第二辅助电压12有可能对电极2电极询问。当电极2存在并导通时，影 响辅助电压源12的电压输入6上的电位。当电极2不存在或者不再导通时， 电压输入6上的电位仅由分压电路9、4影响。电阻器11用于供给测量分支中 的辅助电流。

以相似的方式进行关于电极3的电极询问，这里，接地线用作参考电位。 如果电极3有故障，则由分压电路5、9和11以及辅助电压源10和12决定在 电压输入6上的电位。当根本不使用放电灯1或者两个电极2、3都损坏时， 则辅助电压源10单独规定电压输入6的电平。

通过使用两个辅助电压源10和12(理论上也可以只用一个辅助电压源) 可以只用微控制器7的一个唯一的电压输入6既执行非常简单的EOL识别， 也执行双电极询问。

当该作用只在短时出现时，微控制器7可以通过简单的数字过程例如通过 规定数目的测量过程建立的平均值(例如0.5秒或更长一些)或者循环询问来 用于不考虑EOL早期识别。除了微控制器以外，只需要4个附加的电阻器(当 偏置电压和双电极询问同时存在时的每一场合)。由于分压电路比较适度的分 压比，电阻器的精度不会产生与实践相关的问题。通过适当选择辅助电压和电 阻值，电压测量输入6上的可想象的电压值处于对要确定的不同操作状态的一 个直接的1∶1关系。典型的数值是：对于电压测量输入6的测量范围是0-5V； 对于辅助电压源10的电压值是1V-5V；和对于辅助电压源12的电压值是5V- 500V。电阻值例如可以是：对于电阻器4的电阻值为3.9kΩ到1MΩ；对于 电阻器5的电阻值为47kΩ到2.2MΩ；对于电阻器9的电阻值为3.9kΩ到330 kΩ；对于电阻器11为47kΩ到10MΩ，而对于电容器8的电容量为100pF到 1μF。

作为一个例子，电阻器4的电阻值为56kΩ，电阻器5的电阻值为330k Ω和电阻器9的电阻值为47kΩ，电阻器11的电阻值为470kΩ和电容器8的 电容量为100nF。辅助电压源10和12的值是5V或者15V。于是在不同操作 状态和在电压测量输入6上的电压值之间产生下面的示例性分配：在尚未起动 未损坏的灯1的场合，在点6的电压是3.10V。

当尚未起动灯和上螺线损坏时，测量值是2.72V，当下螺线损坏时它超过 5V，可以通过测量输入6限制。当灯1被起动并且正常时测量值是2,52V。当 灯1被起动并且在电极之间产生例如20V的正向直流电压时，测量值是3.96V， 在同样的直流电压在负方向是1.09V。由此可以知道，适当确定测量输入6上 的电压值的大小可以产生与不同操作状态唯一的对应关系。

上面的结论对相应于图2中的第二实施例也适用，图2相对于图1的特征 在于提供了两个放电灯1和1’。电极相应用2、3、2’、3’表示。图2表示，电 极2、3和2’借助另一个电阻13(防止电极2和3之间短路)连接到辅助电压 源12，而电极3’再次连接到地。其余的结构同(除了实际的供电电路的大小) 图1。可以看出，既可以采集电极2和3之间的直流电压，也可以采集电极2’ 和3’之间的直流电压，因为它们在分压电路4、5内相加。理论上可想象的情 况是，一方面在电极2和3之间、另一方面在电极2’和3’之间的直流电压在时 间上平行地以精确配合的反相产生，使得它们完全补偿，但是还首先考虑到在 电极之间的直流电压产生的时间变化，这种理论情况不可能发生，以致它对实 际应用没有多少用处。

此外，电极2、3和2’可以通过辅助电压源12询问。在该实施例中还可以 检测每一电极的损坏或者不存在。

然而不能通过电极询问决定电极2、3和2’哪一个损坏。

图3表示具有一个同样通过两个放电灯1和1’设置的工作电路的第三实施 例。在该实施例中，所述螺线询问每次只为下电极3和3’实现，因为它是通过 使用灯1或者1’的“冷端”构造的。由于这一理由，在这里可以把两个并行工 作的灯1和1’以特别简单的方式用一个统一的电路监视。EOL早期识别各通过 已经说明的电阻器4和5或者4’和5’实现。当在电极2和3或者在电极2’和3’ 之间的直流电压过大时，这一点完全和图1的实施例1一样被采集。区别仅在 于，使在电压测量输入6上的两个灯1和1’的两个电极之间的直流电压变得可 以察觉。理论上想象的情况是，在同样的灯内精确相反产生直流电压，它们在 电压测量输入6上完全补偿，但是与实际不相关，因为极不可能。不过当然也 可以当两个直流电压没有一个精确相应于该阈值时，在两个灯1和1’上各建立 一个电压并因此在超过一个阈值时触发。另一方面，在实际中阈值的精确大小 并不重要，所以图3概略描绘的方式实际上可以很好地工作。