美国专利No.6,175,198揭示了一种在先技术的镇流器，用于操作具 有灯光调节功能的无电极放电灯。该镇流器包括置于灯邻近处的感应线圈， 和向该感应线圈提供高频电能以操作灯的高频电源。该镇流器中还包含调光 控制器，其响应指定调光比(即，额定亮度和实际亮度之比)的调光命令， 控制电源以改变施加到感应线圈上的线圈电压从而调节灯。为了调节灯，该 调光控制器配置为，以与调光比相匹配的占空比，重复开启和关闭灯。换言 之，镇流器设计为，交替提供开启灯的第一时段和关闭灯的第二时段。在第 一时段中，线圈电压固定在足以开启并维持亮灯状态的高电压，而在第二时 段中，线圈电压设定在不能维持亮灯状态的低电压。尽管上述控制方案能够 成功地调节灯，可是还存在这样的问题，即在第一时段刚刚开始的时候，镇 流器的线圈电压突然升高，这将导致不期望的噪音。因此在先技术的镇流器 并不完全令人满意。

针对上述不足，本发明提供一种改进的用于无电极放电灯的镇流器。依 照本发明的镇流器包括适于使用地置于灯邻近处的感应线圈，和向感应线圈 提供高频电能以操作灯的高频电源。该镇流器中还包含调光控制器，其响应 指定一变化的调光比的调光命令产生一控制信号。该控制信号限定第一时 段，在该时段中，控制该电源向该感应线圈施加第一电平的线圈电压来操作 灯。第一时段之后为第二时段，在该时段中，控制该电源施加第二电平的线 圈电压，第二电平低于第一电平且不能保持亮灯状态。从该调光控制器产生 的该控制信号在该第二时段和第一时段之间特别限定一启动时段，在该启动 时段中，该线圈电压持续增加。因此，灯能够以非常小的噪音下启动从而实 现了从关闭状态到开启状态的平滑变换。因此，确保了在低噪音下成功地进 行灯光调节。
优选地，在该启动时段中，该控制信号将该线圈电压从该第二电平持续 地增加到高于该第一电平的第三电平，以成功地启动灯。
而且，优选的，该控制信号在该第一时段的末端限定下降段，在该下降 段中，该线圈电压向着第二电平持续下降。这样，灯能够平滑地从开启状态 到关闭状态变换，并在该过渡中能减少噪音。
基本上，该控制信号设定为，当调光比下降以降低放电灯的亮度时，降 低第一时段的占空比。替换对第一时段的占空比的控制或与对第一时段的占 空比的控制相结合的是，该控制信号设定为，当调光比下降时，降低第一电 平的线圈电压。
优选地，当调光比下降以使放电灯的亮度下降到预定级别时，该控制信 号降低第一时段的占空比，并且当调光比下降以使该放电灯的亮度下降到预 定级别以下时，该控制信号降低该第一时段的线圈电压和占空比。通过这样 的设置，易于深度调节灯，即覆盖从灯的满亮度到微亮度的很宽的调光范围。
进一步，该控制信号设定为，当调光比下降时，增加第二时段的线圈电 压。这样，灯在相对较高的电平甚至在该第二时段中(即在关闭状态下)都 能够保持残余的等离子体。因此，通过在随后紧挨着的第一时段施加第一电 平的线圈电压，灯能够成功启动。因此，灯能够成功地深度调光。
就此而言，优选的还有，该控制信号设定为：当调光比下降到预定级别 时，降低该占空比，而在调光比下降到预定级别以下时，增加第二时段的线 圈电压和降低该占空比。
进一步，该控制信号可以设定为：当调光比增加时，在启动时段始端增 加该线圈电压。因此当调光比增加时，灯能够快速启动。这样，能够大幅度 地改变第一时段的占空比并因此确保了在宽范围内调节灯亮度。
另外，该控制信号可进一步限定紧挨在启动时段前的预启动时段。在预 启动时段中，当调光比下降时，线圈电压在第二电平与第一电平之间的范围 内增加。在预启动时段中，线圈电压可以自第二电平持续增加，以从第二时 段向预启动时段平滑过渡。
当控制信号设定为在启动时段内从第二电平持续增加到比第一电平高 的第三电平时，优选地，当调光比降低时增加第三电平，从而能够快速且成 功地启动灯，甚至在更低的调光比时。就此而言，优选的，在第一时段内控 制信号将线圈电压从第三电平持续下降到第一电平。
优选的，高频电源具有谐振电路，该谐振电路产生由施加到该谐振电路 的驱动频率所确定的线圈电压。为了调节高频电源所提供的线圈电压，控制 信号设定为响应于可变调光比改变驱动频率。优选的，该驱动频率在几十千 赫兹与几兆赫兹之间，这样可以使得感应线圈及其相关部件制造得更紧凑。
镇流器可以进一步包括：DC(直流)电源，提供DC电压输入到高频电 源。在这种情况下，控制信号可以设定为仅改变DC电压输入或者还结合驱 动频率的改变。
本发明的这些和其他目的和优点将结合附图，通过对优选实施例的详细 描述变得更加清晰。

图1是依照本发明优选实施例的用于无电极放电灯的镇流器的电路图；
图2示出了使用在本发明中的通过频移改变线圈电压的基础函数的曲线 图；
图3A至3C分别示出了用于以不同调光比调节灯的控制信号的波形图；
图4A至4C分别示出了对应于图3A至3C的不同调光比施加到灯的线 圈电压的波形图；
图5A和图5B示出了依照一替换控制方案用于调节灯的线圈电压的波形 图；
图6A和图6B示出了依照另一控制方案变化的线圈电压的波形图；
图7A和图7B示出了依照又一控制方案变化的线圈电压的波形图；
图8A和图8B示出了依照再一控制方案变化的线圈电压的波形图；
图9示出了上述控制方案的曲线图；
图10和图11是依照又一控制方案的线圈电压的波形图；
图12示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图13示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图14示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图15示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图16示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图17示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图18示出了依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的 波形图；
图19A和图19B分别示出了依照又一控制方案的用于调节灯的控制信号 的波形图；
图20是依照又一控制方案的线圈电压和用于调节灯的控制信号的波形 图；和
图21是本发明一改型的镇流器的电路图。

参考图1，显示了依照本发明优选实施例的用于无电极灯的电子镇流器。 该镇流器包括：感应线圈40，可使用地置于无电极放电灯50的邻近处，用 以向灯提供电能。该镇流器能够调节灯，即调节灯的亮度。该镇流器包括： 整流器10，提供将AC电压源整流后的DC电压；DC电压调整器20，其提 供经调整的DC电压；以及高频电源，即由DC电压调整器20的输出驱动的 逆变器30，用以向该放电灯50施加高频AC电源。逆变器30包括谐振电路， 通过该谐振电路，高频AC电源供给到放电灯50。
DC电压调整器20为传统的断路器的形式，其具有感应器22和能够重 复开启和关闭的开关元件23，这样，当开关元件23开启时，在感应器22中 存储能量；当开关元件23关闭时，释放能量，即DC电压进入到滤波电容器 24中，从而调整滤波电容器24积累的DC电压的输出。DC电压调整器20 还包括驱动器21，用以驱动开关元件23，以提供恒定的输出DC电压给逆变 器30。
逆变器30为传统的设计，具有以高频驱动开启和关闭的切换晶体管32 和33，以将输出DC电压转换成高频AC电源。该AC电源通过由感应器34 和电容器35、36组成的谐振电路施加以操作灯50。驱动器31由调光控制器 60控制，以在各种频率下开启或关闭切换晶体管32和33来调节灯50。即， 调光控制器60依照一指定灯的额定亮度对实际亮度的调光比的外部的调光 命令，向驱动器31发出控制信号Vf来调节灯。控制信号Vf是确定一驱动 频率(在该频率，驱动逆变器30以提供穿过感应线圈40的线圈电压Vcoi) 的电压信号。为了这个目的，调光控制器60包括主控制器61，其由开关62， 电阻器63和在固定电压源65的对面与电阻器63串联的电容器64组成。响 应在输入端67接收的外部调光命令Dim控制开关62开启和关闭，以改变控 制信号Vf的输出电压。该外部调光命令是占空比与该调光比成反比的宽脉 冲调制信号。
在讨论调光控制器60的功能之前，应当注意灯的调节是通过在对应于 调光比的各种占空比下，重复开启和关闭灯50来实现的。为了这个目的， 控制信号Vf限定开启灯50的第一时段Ton，其后为关闭灯的第二时段Toff。 该第一时段Ton和该第二时段Toff依照驱动频率finv设定，这将在下文中 描述。也就是，该控制信号将逆变器30的驱动频率确定为，当控制信号Vf 的输出电压降低时，驱动频率finv在比谐振频率f0高的范围内增加。如图2 中所示，依照驱动频率finv与所引起的施加到感应线圈40的线圈电压Vcoil 之间的关系，镇流器利用在f1至f3范围内变化的驱动频率finv来调节灯。 当灯关闭或镇流器空载时，频率f1给出比启动灯所需的启动电压Vst高的线 圈电压Vcoi。当灯开启或镇流器加载时，频率fl给出比熄灭电压Voff(低 于该电压时灯熄灭)高的线圈电压，以使灯保持开启。频率f2(＞f1)给出 比熄灭电压Voff高但是比频率f1所得到的电压低的线圈电压Vcoil。频率f3 (＞f2)选定为给出比熄灭电压Voff低的线圈电压Vcoil，以此关闭灯。因 此，控制信号Vf确定与调光命令Dim相匹配的第一时段Ton的占空比以调 节灯。
返回至图1，下面将讨论调光控制器60的详细情况。当调光命令Dim 为高电平时，开关62开启以降低控制信号Vf的输出电压，即电容器64两 端的电压。从而增加驱动频率至f3，f3使线圈电压Vcoil下降到低于Voff从 而关闭了灯。当调光命令Dim为低电平时，开关62关闭，这样电容器64开 始放电从而增加输出电压Vf，输出电压Vf将驱动频率finv从f3降低至f1， 因此增加了线圈电压Vcoil而启动了灯。驱动频率finv从f3降低至f1的时 段定义为如图3A至3C和4A至4C所示的启动时段Tst，启动时段Tst位于 第一时段Ton之前并且在该启动时段中，线圈电压Vcoil从低于熄灭电压Voff 的第二电压V2增加，经过比第二电压V2以及启动电压Vst高的第三电压 V3后，停留在高于熄灭电压Voff的第一电压V1上。作为控制信号Vf持续 增加的结果，在启动时段Tst内线圈电压Vcoil持续增加，这样可以减少每 次灯启动时的噪音。从而确保无噪音的灯光调节。
电阻器66与开关62串联在电容器64的两端，从而逐渐降低控制信号 的电压，由此逐渐增加了驱动频率finv。在第一时段Ton的末端给出一下降 段PFA，在该段中，线圈电压Vcoil从第一电平V1持续下降到该第二电平 V2，如图4A至4C中所示。因此，在从第一时段Ton向第二时段Toff转换 的过程中也能够减小噪音。
调光控制器60还包括由电阻器72和电容器73组成的集成电路，用来 平滑调光命令Dim，并向电位调整器74提供所产生的信号。电位调整器74 配置为，当调光比下降到预定级别以下时，在第一时段Ton内改变驱动频率 finv以使线圈电压Vcoil降低。即，电位调整器74用于提供：第一调光模式， 当调光比在高于预定级别的高电平范围内时，基于主控制器61的输出改变 第一时段Ton的占空比；第二调光模式，当调光比下降到低于预定级别时， 基于主控制器61的输出和集成电路的输出的结合，除了改变第一时段Ton 的占空比外，还仅在第一时段Ton内改变线圈电压Vcoil。在第一调光模式 中，驱动频率finv在f3至f1之间变化，以使线圈电压Vcoil根据由第一时 段Ton的可变占空比确定的模式主要在V2和V1之间变化，如图3A和3B， 以及图4A和4B所示。在第二调光模式中，驱动频率finv在f3至f2之间变 化，从而改变在第一时段Ton中的线圈电压，如图3B和3C，以及图4B和4C 所示。通过这两种调光模式，深度调光变得可行而可以扩展灯光调节范围。 就此而言，当调光比下降到低于预定级别时，还可以将第二调光模式定义为 只降低该第一时段Ton中的线圈电压Vcoil，而不改变第一时段Ton的占空 比。
可替代地或者除了上述控制方案，电位调整器74可以配置为给出第二 调光模式，在该模式中，当调光比下降到低于预定级别时，在第二时段Toff 中的线圈电压Vcoil在低于熄灭电压Voff的范围内增加。即，当调光比在高 级别内时，根据由第一时段Ton的可变占空比确定的模式改变线圈电压 Vcoi，如图5A中所示。当调光比下降到低于预定级别时，在第二时段Toff 中，改变线圈电压Vcoil，即，当调光比下降到预定级别以下时，线圈电压 Vcoil增加，如与图5A相对照的图5B所示。依照该控制方案(即当调光比 下降到低于预定级别之后，在第二时段Toff中与调光比的下降成比例地增加 线圈电压Vcoil)，与线圈电压固定在低电平的情况相比，可以降低在随后 的第一时段Ton的启动电压。这是由于当在第二时段Toff中提供给灯增加的 电压时，灯内保留了大量残余的等离子体。就此而言，当该调光比进一步下 降到预定级别之下时，可以在第二时段Toff中增加线圈电压Vcoil，而无需 进一步降低第一时段Ton的占空比。
图6A和6B示出了又一控制方案，即，当调光比下降到低于预定级别时， 增加在启动时段Tst末端出现的最大线圈电压V3，以便能够成功地启动灯， 甚至经过灯已关闭的很长的第二时段Toff之后。即，当调光比下降到低于预 定级别时，来自调光控制器60的控制信号使逆变器30产生增加了的最大线 圈电压V3。
图7A和7B示出了又一控制方案，即，当调光比下降到低于预定级别时， 除了增加最大线圈电压V3之外，从启动时段Tst的末端到第一时段Ton的 末端持续降低线圈电压Vcoil。该方案还有利于减小驱动频率finv变化时的 谐波噪音，该驱动频率finv的变化对应于线圈电压Vcoil从启动时段Tst的 V3到第一时段Ton的V1的变化。在上述实施例及其改型中，优选地，在调 光比下降到低于预定级别之后，除了改变第一时段Ton的占空比以外，在第 一时段Ton或该第二时段Toff中改变线圈电压Vcoil。然而，在调光比下降 到低于预定级别之后，也可以在该第一时段Ton或第二时段Toff中改变线圈 电压Vcoil而不改变第一时段Ton的占空比，或者给出另一低电位，低于该 低电位时，第一时段Ton的占空比固定，仅有线圈电压改变。
图8A和8B示出了又一控制方案，即，在启动时段Tst的始端改变线圈 电压Vcoil和依赖于调光比改变启动时段Tst的宽度。图8A示出了当调光比 处于高级别范围内时施加到灯上的线圈电压Vcoil，在该高级别范围内，在 启动时段Tst的始端增加启动线圈电压Vst，并且当调光比增加时使启动时 段Tst变窄，以能够快速并且成功地启动灯，由此给出一较宽的范围(在该 范围中，第一时段Ton的宽度，即第一时段Ton的占空比变化)，从而可以 以高的调光比进行精确的调光控制。图8B示出了当调光比处于低级别范围 内时的线圈电压Vcoil，在该低级别范围内，在启动时段Tst的始端启动线圈 电压Vst被降低至第二时段Toff的V2，并且作为调光比降低的结果，启动 时段Tst变宽。因此，灯能够通过延长的启动时段Tst而成功地启动。为此， 给出启动线圈电压Vst的驱动频率finv被选定为与该调光比直接成比例，如 图9中所示，从而在调光比降低时降低启动线圈电压Vst。
图10示出了可以应用在上述实施例中的又一控制方案，其特征在于， 其具有紧挨在启动时段Tst之前的预启动时段Tpr，用于在较低的调光比的 情况下成功地启动灯。为了这个目的，来自调光控制器60的控制信号给出 预启动时段Tpr，在该时段中，当调光比降低时，线圈电压V4在第二时段 Toff的电压V2与第一时段Ton的操作电压V1之间的范围内增加。通过设 置预启动时段Tpr，在灯的内部能够出现了一定量的等离子体，以备在随后 的启动时段Tst中在向灯提供启动线圈电压时立即启动灯，由此即使在较低 的调光比的情况下也能够成功地启动灯。就此而言，预启动时段Tpr的线圈 电压V4从第二时段Toff的末端到启动时段Tst持续增加，如图11所示。
图12示出了一种改进的调光控制，除了控制信号给出在启动时段Tst 和第一时段Ton持续变化的驱动频率finv，以在各时段内提供必要的线圈电 压Vcoil以外，与上述实施例相同。由于控制信号限定了这种持续变化的驱 动频率finv，可以减少灯产生噪音。可替换地，可以使驱动频率finv沿着图 13所示的曲线变化。
在上述实施例的另一种改型中，使驱动频率finv在第二时段Toff和启动 时段Tst中变化，如图14和15中所示。
图16和17示出了又一种改进的调光控制，除了控制信号给出在第一时 段Ton的末端的下降段PFA和启动时段Tst中分别沿指数曲线持续变化的驱 动频率finv以外，与上述实施例相同。
图18示出了又一种改进的调光控制，除了控制信号给出在从启动时段 Tst经第一时段Ton至第二时段Toff的整个时段内沿正弦曲线持续变化的驱 动频率finv以外，与上述实施例相同。在本改型中，通过依照变化的调光比 改变驱动频率finv来调节灯。
除了改变驱动频率finv，还可以通过对在整个时段内持续变化的波形整 形来调节灯，如图19A和19B所示。驱动频率finv定义为具有时段T1和 T2，在T1时段中频率位于f2与f1(f1＜f2)之间；在T2时段中频率位于f2 与f3(f2＜f3)之间。当调光比增加时，T1的占空比增加，如对应于高调光 比的图19A所示。另一方面，当调光比减少时，T1的占空比减少，如对应 于低调光比的图19B所示。
图20示出了又一种改进的控制方案，除了控制信号给出三角形波形的 驱动频率finv(其限定了后面跟随有第一时段Ton和第二时段Toff的启动时 段Tst)以外，与上述实施例相同。
尽管上述优选实施例揭示了通过改变提供给逆变器30的驱动频率finv 来改变线圈电压Vcoil，本发明并不限于这种特定的实现方式，还可以配置 为单独改变DC电压调整器20的输出或改变驱动频率与DC电压调整器20 的输出，如图21所示。在该图中，调光控制器60给出控制信号，该控制信 号确定提供给DC电压调整器20的驱动器21的电压信号Vc和提供给逆变 器30的驱动器31的驱动频率Vf。
应当注意到，这里所揭示的特性能够通过恰当地组合实现其他改型，但 其仍然包含在本发明的范围内。
本申请基于2003年2月14日递交的日本专利申请No.2003-36518，并 要求其优先权，其整个内容通过援引合并在此。