本发明专利技术公开了一种节约能量的调光方法和装置，所述装置和方法能用来把宽范围的已有“不能调光”的电子照明产品和系统转换成“能调光的”照明产品和系统。不能调光的电子照明系统的例子如（１）或者经由磁性镇流器或者经由一些电子镇流器提供能量的高压和低压放电灯，（２）白炽灯和（３）一组电子照明系统。基于新的电压矢量控制和无功功率控制原理的集成方法，能够平滑的改变加载于照明系统的电压而不用处理照明系统的实际功率。结果，所提出的调光装置和方法能作为通用目的的给宽范围的“不能调光的”电子照明系统进行调光的节约能量的调光方法。通过经由能效切换模式无功功率控制电路插入辅助电压，合成电压能被控制和改变，其作为能改变和能控制的电压源用于给许多电子照明系统进行调光，该电子照明系统如由已有的磁性镇流器驱动的气体放电灯系统和白炽灯系统。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于给各个电灯，或者更通常的电子照明系统提供调光控制的装置和方法，该照明系统包括由多个单独的灯形成的系统。本专利技术特别涉及一个简单通用的目的和非插入式的调光系统，该系统能对已有灯进行回复式安装，并且在感觉上是非插入式的，当不使用时调光装置对灯的正常操作没有影响。
技术介绍
在各种各样的不同应用中使用了范围很广的不同类型的灯和照明系统。这些灯包括荧光灯、高能放电灯和气体放电灯。然而，这些灯的普遍缺点是在总体上它们被认为是“不能调光的”，也就是说它们往往有一个固定的功率输出和确定限度的亮度和强度。一般说来，这些都不是所期望的，因为它们的光经常是太亮和太刺目，并且浪费电能。由于审美和节约能量的原因，因此，在现有的技术中已经做出了各种各样的努力以提供这样一些带有调光控制能力的灯，从而能调整灯的亮度。用于已有照明系统的现有调光方法包括基于三端双向可控硅开关元件(triac)的调光器，该调光器用于同三端双向可控硅开关元件调光器相兼容的白炽灯和气体放电灯；包括应用于放电灯的能调光的电子镇流器；且包括用于对由磁性镇流器驱动的灯进行调光的一系列完全部同的技术。下面将依次讨论这些现有技术。爱迪生型的白炽灯已使用了很长时间。白炽灯没有内置的调光能力，为了控制白炽灯的光的强度，如图1(a所示)，已将三端双向可控硅开关元件调光器用作调光装置。三端双向可控硅开关元件调光器传统上由以两个反并联结构连接的可控硅元件(thyristor)和一个触发电路组成，该触发电路能控制延迟角以在相关的主电压半周期内开启适当的可控硅元件。如图1(b)所示，通过控制延迟点火角(α)，主电压的电压内容能被控制为三端双向可控硅开关元件调光器的输出电压，并被加载到白炽灯和一些同三端双向可控硅开关元件兼容的小型荧光灯(CFL)。但是，因为流过三端双向可控硅开关元件调光器的主输入电流受三端双向可控硅开关元件调光器的输出电压波形的影响，当延迟点火角不是零时，输入电流将偏离主电压的正弦曲线波形，导致电力线路谐波。此高电流谐波内容是由三端双向可控硅开关调光器控制的照明系统的一个固有问题，特别是当延迟角较大时更是如此。图1(c)显示了受三端双向可控硅开关调光器控制的照明系统中的功率流动表。三端双向可控硅开关调光器必须既处理实际功率(P)，又必须处理照明装置或者照明系统的无功功率(Q)。因此，它的电压-电流(VI)额定值必须大得足够处理照明系统的全部功率。基于三端双向可控硅开关调光器的两个例子已在US4,437,043和US5,757,145中进行了描述。最近，对放电灯使用能调光的电子镇流器具有逐渐增加的趋势，该放电灯如荧光灯和高强度(HID)放电灯。图2显示了用于放电灯的能调光的电子镇流器的示意图。能调光的电子镇流器通常在输入端有4线接头的配置。两个接头是用于AC主电压的“带电的”端和“不带电的”端，另两个用于DC调光级别控制信号，其通常设定为1V到10V之内。能调光的电子镇流器基本上是控制流向灯的电能的功率变换器。传统的能调光的电子镇流器是通过增加镇流器的逆变器的转换频率使灯变暗的。限定流向灯的电流的电感的阻抗将会随着操作频率增加，因此，灯的功率能通过控制逆变器的频率而被控制。因为带有三端双向可控硅开关元件调光器，能调光的电子镇流器通常连接在AC主电压和照明负载之间。因此，现有的能调光电子镇流器必须处理照明负载的全部功率(既有实际功率P又有无功功率Q)。因此，镇流器的功率容量必须高于全部灯的功率和电子损耗之和。如图1(c)和图2所示，功率流动表显示了现有的调光装置或者电路需要处理既有实际功率又有无功功率。因此，基于这些方法使用单个调光装置调暗由一大组灯所形成的照明系统或者灯网络是不经济的。三端双向可控硅开关元件调光器一般限制在几百瓦，能调光的电子镇流器经常是为一个或者一对放电灯设计的。磁性镇流器比电子镇流器的历史要长。它们已被广泛的使用到荧光灯和高强度放电(HID)灯。不像以高频率(一般＞40000赫兹)运行的电子镇流器，磁性镇流器在主频率(50赫兹或者60赫兹)运行。磁性镇流器比电子镇流器具有几个优势。这些优势包括极高的可靠性，很长的使用寿命(＞15年一般不需要更换)和抵抗短暂电压冲击(例如由于点亮)与不利工作环境(例如高湿和高温)的健壮性。特别的，磁性镇流器在HID灯中提供了优越的灯弧稳定性，HID灯有一个众所周知的问题当以高频率电子镇流器操作HID灯时会发生共鸣。这就是为什么高强度放电灯市场被磁性镇流器垄断的原因，其以主频率运行且在HID灯弧中不触发共鸣。大多数的磁性镇流器的主要限制是它们不能对放电灯进行调光。已经披露的几种技术努力解决和避免这个问题，且来提供调光磁性镇流器。一个现有的建议是分接AC主变压器以实现主电压中的幅度改变。理论上，由磁性镇流器驱动的放电灯，能够通过人工分接主变压器以使主电压减少来进行调光。但是，这是一个机械式的解决方案且不是合适的调光解决方案，特别是当调光过程必须被中心控制或者自动控制时。US6,271,635就描述了使用一个双线圈变压器来实现放电灯的2级调光系统。双线圈提供了两个单独的电压源。使用开关来选择来自一组线圈的电压或来自串联在一起的两组线圈的全部电压。这样的2级调光系统能应用于多个灯，但是调光级别是离散的并且也是不连续的。此书的作者们(“A performance comparison of electronic vs.magneticballast for power gas-discharge UV lamps”，Rad Tech’98，Chicago，第一页到第九页，1998年)提出了使用更复杂的变压器的多级别调光系统。另一个可能性是使用外部电流控制功率电路来控制电流进入磁性镇流器-放电灯系统。US6,538,395和US6,121,734公开了使用一个外部电流控制功率电路控制流进由磁性镇流器驱动的放电灯的输入电流的幅度。这样一个方法是通过在主频率下改变输入电流的幅度来控制灯功率的。然而，电流控制功率级仍然必须处理照明负载的实际功率和无功功率。可选的，原则上能使用AC-AC变换器例如循环变换器(图3)来产生具有对由镇流器和灯组成的照明负载可控幅度的主频AC电压。一个实用的AC-AC电压变换器(US4,350,935)使用功率变换器把AC正弦曲线电压调制成带有正弦曲线包络的电压脉冲。但是，AC-AC电压变换器方法(包括使用循环变换器和US4,350,935中的变换器)并不产生用于照明负载的正弦曲线电压。结果，将会在这个过程中产生许多电流谐波，导致了在电力线内的谐波污染问题。此外，图3描述的功率流动表示图显示了这样的方法也要求AC-AC电压变换器处理实际功率和无功功率。因此功率变换器的功率额定值必须要高于照明负载的全部功率。已经披露几项通过改变磁性镇流器系统的阻抗来调整磁性镇流器的技术。US5,389,857披露了使用2-级电感作为磁性镇流器内的扼流圈。2-级电感器由两个串联的电感组成。其利用能旁路两个电感中的一个的开关，以不连续的方式改变2-级电感器的电感。这个方法的缺点是不能实现连续的调光级别。US 5,432,406描述了在磁性镇流器中使用在有限的范围内能进行连续调光的可饱和电抗器(电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种给由设置在ＡＣ电源和灯之间的镇流器驱动的这种类型的电灯提供调光控制的装置，该装置包括串联在ＡＣ电源和镇流器之间的用于插入辅助电压的装置，所述辅助电压位于所述ＡＣ电源的相位之外，因此电源电压是加载于镇流器的电压和辅助电压的矢量和，由此加载于镇流器的电压的幅度比ＡＣ电源的电压的幅度要小，且该装置进一步包括控制辅助电压的装置，控制辅助电压是用于改变加载于灯的电压，其中辅助电压的相位被保持在与流经所述装置的电流的相位差９０或者２７０度，并且其中使用辅助电压的幅度变化来改变加载于灯的电压。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟树鸿，何艺文，许树源，
申请(专利权)人：研能双树有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]
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