СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛАМПЫ
LAMP EXCITING METHOD AND DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в целом, относится к области техники возбуждения ламп. Настоящее изобретение относится, в частности, но не исключительно, к области техники возбуждения газоразрядных ламп, и в дальнейшем изобретение будет разъяснено для случая газоразрядных ламп высокой интенсивности (HID).
Уровень техники изобретения
Для возбуждения источника света возможны различные формы сигнала электрического тока. Лампы накаливания и некоторые типы газоразрядных ламп могут возбуждаться посредством переменного тока, а LED (светодиоды) могут возбуждаться посредством постоянного тока. Как правило, лампы HID возбуждаются посредством коммутации постоянного тока; это означает, что величина электрического тока является постоянной, но направление электрического тока регулярно меняется на противоположное. Поскольку желательно, чтобы среднее значение электрического тока было равно нулю, продолжительность прохождения электрического тока в одном направлении равна продолжительности прохождения электрического тока в противоположном направлении. Другими словами: в периоде электрического тока электрический ток проходит в одном направлении в течение 50% периода и проходит в другом направлении в течение остального 50% времени. Поскольку такой ток коммутации сам по себе является известным, его дальнейшее описание в настоящем документе будет опущено.
В общем, разработчик имеет некоторую свободу выбора частоты электрического тока. Однако существуют и некоторые ограничения. Низкие частоты, например менее 100 Гц, могут привести к видимому мерцанию. На более высоких частотах акустический резонанс может привести к повреждению лампы, так что рабочая частота должна выбираться в частотном диапазоне, в котором, предположительно, акустический резонанс не произойдет. Разумеется, эти диапазоны зависят от типа лампы.
Существует желание иметь возможность передачи данных с использованием видимого света, испускаемого лампой. В одном примере передаваемые данные могут относиться к уникальному идентификационному номеру лампы для того, чтобы приемник, принимающий свет лампы, мог идентифицировать лампу, которая испустила свет. В другом примере передаваемые данные могут относиться к таким параметрам лампы, как срок службы, напряжение и т.д., для того чтобы технический персонал имел возможность проверять состояние лампы и принимать решение о замене лампы без необходимости фактически приближаться и осматривать лампу. Уже известно модулирование электрического тока лампы для предоставления "кодированного света", но в случае ламп HID нежелательно выполнять модуляцию амплитуды электрического тока, а полоса частот, доступная для частотной модуляции, ограничена.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа кодирования данных в выходной свет, генерируемый посредством источника света, подходящего для использования его лампой HID.
Эта цель достигается посредством способа по пункту 1 формулы изобретения.
Дополнительные предпочтительные разработки упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно разъяснены посредством нижеследующего описания одного или более предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, в которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые или подобные части и в которых:
фиг.1 схематично изображает схему возбуждения для возбуждения газоразрядной лампы;
фиг.2 является графиком, схематично иллюстрирующим традиционную форму волны коммутируемого тока;
фиг.3 является блок-схемой, схематично иллюстрирующей коммутатор;
фиг.4 является временной диаграммой;
фиг.5 является графиком, схематично иллюстрирующим традиционную форму волны коммутируемого тока с кодированием данных;
фиг.6 является графиком, схематично иллюстрирующим коммутируемый ток с кодированием данных в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 схематично изображает пример варианта осуществления схемы 100 возбуждения для возбуждения газоразрядной лампы 2. Этот вариант осуществления включает в себя источник 110 электрического тока, принимающий электропитание из подходящего источника электропитания (для простоты не показан) и способный генерировать постоянный ток Iconst, имеющий определенную величину Im. Схема 100 возбуждения из этого варианта осуществления дополнительно содержит коммутатор 120, принимающий постоянный ток Iconst из источника 110 тока и разработанный для многократного изменения направления электрического тока при поддержании величины Im электрического тока. Следует отметить, что также возможны и другие варианты осуществления схемы возбуждения для обеспечения коммутируемого тока лампы.
Фиг.2 является графиком, схематично иллюстрирующим традиционную форму волны коммутируемого тока Icomm, предоставленного посредством коммутатора 120 на лампу 2. В момент времени t0 электрический ток выполняет переход из отрицательного направления в положительное направление. Между моментами времени t0 и t1 электрический ток имеет постоянную величину Im и положительное направление, обозначенное как +Im. В момент времени t1 электрический ток выполняет переход из положительного направления в отрицательное направление. Между моментами времени t1 и t2 электрический ток имеет постоянную величину Im и отрицательное направление, обозначенное как -Im. В момент времени t2 электрический ток снова выполняет переход из отрицательного направления в положительное направление, и вышеупомянутые действия повторяются. Следует отметить, что направление тока, обозначенное как "положительное", и направление тока, обозначенное как "отрицательное", является произвольным.
В дальнейшем будут использоваться следующие определения:
1) изменение направлений тока на противоположные, как выполняется в моменты времени t0, t1, t2, будет обозначено как "коммутация"; коммутация изображается как безынерционная, то есть продолжительность процесса коммутации равна нулю, но на практике коммутация займет некоторое конечное время;
2) моменты времени t0, t1, t2, когда происходит коммутация, будут обозначены как "моменты коммутации";
3) переход из положительного электрического тока к отрицательному электрическому току будет обозначен как "отрицательная" коммутация, а соответствующие моменты коммутации (t1) будут обозначены как "отрицательные" моменты коммутации; аналогично переход из отрицательного электрического тока к положительному электрическому току будет обозначен как "положительная" коммутация, и соответствующие моменты коммутации (t0, t2) будут обозначены как "положительные" моменты коммутации;
4) частота сигнала электрического тока будет обозначена как частота коммутации fcomm; ее обратная величина будет обозначена как период коммутации Tcomm=1/fcomm=(t2-t0);
5) коммутации делят период коммутации на два временных сегмента коммутации, то есть на "положительный" временной сегмент коммутации, имеющий продолжительность tp=(t1-t0) между положительным моментом коммутации и последующим отрицательным моментом коммутации, и "отрицательный" временной сегмент коммутации, имеющий продолжительность tn=(t2-t1) между отрицательным моментом коммутации и последующим положительным моментом коммутации; должно быть ясно, что Tcomm=tp+tn.
Традиционно tp=tn=0,5×Tcomm; должно быть ясно, что, следовательно, среднее значение электрического тока равно нулю (без постоянной (DC) составляющей тока).
Фиг.3 является блок-схемой, схематично иллюстрирующей возможный вариант осуществления коммутатора 120; следует отметить, что также возможны и другие варианты осуществления коммутатора. Коммутатор 120 содержит две линии 121 и 122 электропитания, принимающие постоянный ток Iconst. Первое последовательное включение двух управляемых переключателей 123, 124 подсоединено между линиями 121 и 122 электропитания, с первым узлом A между ними. Второе последовательное включение двух управляемых переключателей 125, 126 подсоединено между линиями 121 и 122 электропитания со вторым узлом B между ними. Лампа 2 подсоединена между вышеупомянутыми узлами A и B. Коммутаторы 123, 124, 125, 126 управляются устройством 130 управления, например соответствующим образом запрограммированным микропроцессором или контроллером, который может работать в одном из двух состояний: в первом состоянии переключатели 123 и 126 являются проводящими, в то время как переключатели 124 и 125 являются непроводящими, для того чтобы электрический ток, проходящий через лампу, тек из A в B; во втором состоянии переключатели 123 и 126 являются непроводящими, в то время как переключатели 124 и 125 являются проводящими, для того чтобы электрический ток, проходящий через лампу, тек из B в A. Должно быть ясно, что эти два состояния контроллера соответствуют вышеупомянутым временным сегментам коммутации. Кроме того, должно быть ясно, что привязка по времени перехода из первого состояния контроллера к другому или наоборот определяет привязку по времени моментов коммутации.
Устройство 130 управления снабжено устройством 150 синхронизации, предоставляющим сигнал Sc синхронизации для задания временной развертки, соответствующей частоте коммутации fcomm. Эта временная развертка предоставляет возможность устройству 130 управления определять моменты коммутации. Для ясности устройство 150 синхронизации изображено как находящееся за пределами устройства 130 управления, но также оно может быть интегрировано в устройство 130 управления.
Фиг.3 также схематично изображает приемник 200, выполненный с возможностью приема света, испускаемого лампой 2. Отметим, что приемник 200 способен обнаруживать моменты коммутации, как будет объяснено со ссылкой на временную диаграмму фиг.4. На фиг.4 кривая 41 изображает коммутируемый ток лампы. Кривая 42 изображает соответствующее электропитание лампы и изображает провалы в электропитании, совпадающие с моментами коммутации, поскольку коммутация не может быть безынерционной. Кривая 43 изображает соответствующий уровень выходного света и также изображает провалы, соответствующие провалам электропитания, хотя не обязательно падающие до нуля в виду собственной инерционности физических свойств лампы. Из фиг.4 должно быть ясно, что частота провалов света вдвое выше, чем частота электрического тока лампы. Приемник 200 будет способен обнаруживать провалы интенсивности света, как должно быть понятно специалисту в данной области техники без необходимости дополнительного объяснения.
Отметим, что приемник 200 не может различать свет, сгенерированный при помощи положительного электрического тока, и свет, сгенерированный при помощи отрицательного электрического тока. Следовательно, приемник 200 не может непосредственно идентифицировать положительные моменты коммутации и отрицательные моменты коммутации.
В соответствии с настоящим изобретением схема 100 возбуждения способна кодировать данные в выходном свете лампы посредством модуляции привязки по времени моментов коммутации. С этой целью устройство управления 130 имеет устройство ввода данных для приема двоичных данных из источника 140 данных (фиг.3); характер источника данных не относится к делу, но для примера источник 140 данных может содержать запоминающее устройство, содержащее идентификационный номер. Устройство 130 управления разработано для изменения привязки по времени моментов коммутации в зависимости от текущих битов данных. Вообще, этот принцип также является известным. Фиг.5 является графиком, иллюстрирующим схему кодирования, предложенную ранее.
Для кодирования бита, имеющего значение "0", привязка по времени моментов коммутации устанавливается таким образом, чтобы в пределах одного периода электрического тока продолжительность положительного сегмента положительного временного сегмента коммутации имела значение tp0, а отрицательная продолжительность сегмента отрицательного временного сегмента коммутации имела значение tn0, причем tp0=tn0. Для кодирования бита, имеющего значение "1", привязка по времени моментов коммутации устанавливается таким образом, чтобы в пределах одного периода электрического тока продолжительность положительного сегмента положительного временного сегмента коммутации имела значение tp1, а продолжительность отрицательного сегмента отрицательного временного сегмента коммутации имела значение tn1, причем tp1=tn1. Кроме того, tp0=tn0≠tp1=tn1: в изображенном примере tp0-tn0<tp1=tn1. Следовательно, Tcomm,0<Tcomm,1. Преимущество данной более ранней схемы кодирования состоит, по существу, в том, что среднее значение электрического тока всегда равно нулю. Другое преимущество состоит в том, что приемнику относительно просто опознавать периоды электрического тока, а неудобство заключается в том, что более трудно фактически выполнить синхронизацию с периодами электрического тока. Кроме того, неудобство состоит в том, что скорость обработки данных f=1/Tcomm зависит от информационного содержания данных.
Настоящее изобретение предлагает схему кодирования данных, в которой Tcomm является постоянным с тем, чтобы скорость обработки данных f=1/Tcomm не зависела от информационного содержания данных. Фиг.6 является графиком, сопоставимым с фиг.5, иллюстрирующей пример схемы кодирования данных в соответствии с настоящим изобретением. Для кодирования бита, имеющего значение "0", привязка по времени моментов коммутации устанавливается таким образом, чтобы в пределах одного периода электрического тока с продолжительностью Tcomm продолжительность положительного сегмента положительного временного сегмента коммутации имела значение tp0=0,5×Tcomm-Δ, а продолжительность отрицательного сегмента отрицательного временного сегмента коммутации имела значение tn0=0,5×Tcomm+Δ. Для кодирования бита, имеющего значение "1", привязка по времени моментов коммутации устанавливается таким образом, чтобы в пределах одного периода электрического тока с продолжительностью Tcomm продолжительность положительного сегмента положительного временного сегмента коммутации имела значение tp1=0,5×Tcomm+Δ, а продолжительность отрицательного сегмента отрицательного временного сегмента коммутации имела значение tn1=0,5×Tcomm-Δ.
Преимущество этой схемы состоит в том, что периоды электрического тока всегда имеют одинаковую продолжительность. Это упрощает синхронизацию для приемника 200, поскольку временной интервал между провалом света и последующим вторым всегда должен иметь одно и то же значение, если падения совпадают с границами периода.
Следует отметить, что теперь среднее значение электрического тока одного периода электрического тока зависит от информационного содержания данных. Однако на большом временном отрезке среднее значение электрического тока снова может быть равным нулю, если количество нулей в заданном периоде времени равно количеству единиц. Разумеется, во входящем потоке данных нельзя гарантировать, что количество нулей будет равно количеству единиц на любом временном отрезке, в то время как желательно, чтобы среднее значение электрического тока было с большой достоверностью равно нулю на относительно коротком временном отрезке. Для гарантии этого устройство 130 управления разработано для конвертации битов входящих данных в байты исходящей передачи, причем каждый байт исходящей передачи, который может содержать любое подходящее четное число битов передачи, содержит 50% нулей и 50% единиц. Для примера в простом варианте осуществления бит входящих данных 0 может соответствовать байту исходящих данных 01, в то время как бит входящих данных 1 может соответствовать байту исходящих данных 10: в этом случае среднее значение электрического тока всегда равно нулю на временном отрезке, соответствующему двум периодам электрического тока. Возможны и другие, более сложные схемы конвертации, позволяющие среднему значению электрического тока быть равным нулю на несколько больших временных отрезках, как должно быть ясно специалисту в данной области техники. Примерами таких схем являются блочные коды Уолша-Адамара или блочные коды с ограничением между переходами при кодировании.
В вышеупомянутом варианте осуществления периоды электрического тока задают между двумя последовательными положительными моментами коммутации, в то время как модуляцию привязки по времени отрицательных моментов коммутации выполняют при помощи +Δ или -Δ в соответствии с битом данных, который будет закодирован. Также возможно задать периоды электрического тока между двумя последовательными отрицательными моментами коммутации, в то время как выполняется модуляция привязки по времени положительных моментов коммутации.
В вышеупомянутом варианте осуществления модуляция привязки по времени момента коммутации в пределах периода электрического тока выполняется при помощи +Δ или -Δ в соответствии с битом данных, который будет закодирован. Другими словами, привязка по времени этого момента коммутации смещается относительно его нормальной, немодулированной привязки по времени, которая находится на 50% периода электрического тока. В последующем описании интервал смещения относительно нормальной, немодулированной привязки по времени будет обозначаться как интервал модуляции. Интервал модуляции задан так, чтобы быть положительным, если модуляция подразумевает запаздывание, или отрицательным, если модуляция подразумевает опережение.
В вышеупомянутом варианте осуществления абсолютное значение интервала модуляции может иметь только одно значение для того, чтобы было возможно закодировать один бит данных передачи за один период электрического тока. Также возможно позволить множественность возможных значений для абсолютного значения интервала модуляции для того, чтобы быть способным закодировать множественные биты данных передачи за один период электрического тока. Например, интервалы модуляции -2Δ, -Δ, +Δ, +2Δ могут закодировать два бита (00, 01, 10, 11) за один период электрического тока.
В вышеупомянутом варианте осуществления только половина моментов коммутации (отрицательные моменты коммутации) является модулированной по времени, в то время как другая половина моментов коммутации (положительные моменты коммутации) нет. В вышеприведенном объяснении моменты коммутации, которые модулированы, объясняются как моменты модуляции, которые расположены в 50% каждого периода, в то время как периоды объясняются, как заданные посредством немодулированных моментов коммутации. Однако это не является необходимым. Как объяснялось выше, устройство 130 управления имеет доступный сигнал синхронизации Sc, позволяющий задавать временную развертку исходных немодулированных моментов коммутации, имеющих фиксированные взаимные интервалы, равные 0,5×Tcomm. Рассматривая эту временную развертку в качестве эталона, возможно выполнить модуляцию по времени отрицательных моментов коммутации, а также положительных моментов коммутации. Это позволит удвоить скорость обработки данных.
Для упрощения синхронизации приемника 200 предпочтительно, чтобы с регулярными временными интервалами фиксированная комбинация данных была включена в поток данных, известных приемнику. Например, такая комбинация данных может включать в себя серию из последовательностей "01".
В заключение, настоящее изобретение обеспечивает способ возбуждения лампы 2, каковой способ содержит этапы, на которых:
генерируют электрический ток Iconst лампы, имеющий постоянную величину;
задают период коммутации, имеющий продолжительность Tcomm;
задают временную развертку исходных моментов коммутации, имеющих фиксированные взаимные интервалы 0,5×Tcomm;
принимают данные, которые должны быть вложены в световой выход;
коммутируют электрический ток лампы в моменты коммутации;
причем отдельные коммутации модулируют по времени для кодирования упомянутых принятых данных.
Предпочтительно момент коммутации является:
либо равным исходному моменту коммутации, если нет никаких данных для вложения;
или опережающим на интервал Δ модуляции относительно соответствующего исходного момента коммутации для кодирования данных, имеющих первое значение "0";
или запаздывающим на упомянутый интервал Δ модуляции относительно соответствующего исходного момента коммутации для кодирования данных, имеющих второе значение "1".
Несмотря на то, что изобретение было иллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что такую иллюстрацию и описание следует рассматривать, как иллюстративные, а не ограничивающие. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления; скорее, возможны некоторые изменения и модификации в пределах охраняемого объема изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.
Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявленного изобретения из рассмотрения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а признак множественного числа не исключает наличия множества. Один процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что сочетание этих мер не может быть предпочтительно использовано. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничения объема.
В вышеприведенном описании настоящее изобретение было разъяснено со ссылкой на блок-схемы, которые иллюстрируют функциональные блоки устройства, в соответствии с настоящим изобретением. Следует понимать, что один или несколько этих функциональных блоков могут быть реализованы в аппаратных средствах, где функции такого функционального блока выполняются посредством отдельных компонентов аппаратных средств, но также возможно, что один или несколько этих функциональных блоков реализуются в программных средствах, с тем чтобы функция такого функционального блока выполнялась посредством одной или более программных строк компьютерной программы или программируемым устройством, таким как микропроцессор, микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор и т.д.