專利名稱：無電感式起動鎮(zhèn)流器及日光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬電器元件類現(xiàn)有的日光燈是一種氣體發(fā)光燈。內(nèi)部充有發(fā)光惰性氣體，氣體電離后發(fā)出波長較短的紫外光，經(jīng)涂在管壁上的熒光粉轉(zhuǎn)為可見光。這種燈是一種具有負(fù)電阻特性的器件，結(jié)構(gòu)簡圖如附

圖1。電極AB間的外部電特性如附圖2。
附圖2(a)是在A1A2和B1B2端加預(yù)熱電流后AB間特性曲線。虛線是起輝特性，實(shí)線是點(diǎn)燃后的特性，其中曲線1是電流上升段的曲線。曲線2是電流下降段的曲線。電流達(dá)到一定值后基本屬于恒電壓特性。
目前的日光燈系統(tǒng)的點(diǎn)燃方法都根據(jù)這種外特性設(shè)計(jì)的。利用電感元件及起輝電路的配合，對燈絲進(jìn)行預(yù)熱，克服起輝電壓點(diǎn)燃后，以串聯(lián)電感控制燈管電流，防止負(fù)阻特性所造成的電流驟增燒毀燈管。電源須是交流電，電極A、B(涂有能發(fā)射電子的氧化物)即作陰極，又作收集電子的陽極。根據(jù)上述原理，可以分析出幾個(gè)主要缺點(diǎn)1.鎮(zhèn)流電感消耗了大量的有金色屬及鐵磁材料。2.由于電極即做為陰極發(fā)射電子，又做為陽極收集電子，必須工作在熱絲狀態(tài)下。當(dāng)作為陰極時(shí)屬合理應(yīng)用。但作為陽極時(shí)，由于熱絲溫度高、做電極的金屬將蒸發(fā)。使燈管兩端漸漸發(fā)黑，燈絲變細(xì)，時(shí)間長了將燒斷燈絲。3.在交流工作狀態(tài)下，低頻時(shí)發(fā)光閃爍，發(fā)光質(zhì)量不高，高頻時(shí)交流電磁幅射嚴(yán)重，交流狀態(tài)下為克服電壓滯回特性，降低了發(fā)光效率。4.直接用于電源頻率時(shí)，功率因數(shù)低。
再看一下附圖2(b)，附圖2(b)是這類燈管不在A1A2及B1B2端加預(yù)熱電流時(shí)的電特性，虛線是起輝特性。起輝電壓一般比預(yù)熱方式的高一些。曲線1，曲線2與附圖2(a)中的相同。關(guān)鍵是曲線3其電壓峰值一般為曲線2的峰值電壓的三倍左右。這段特性是由于冷絲狀態(tài)下，陰極仍具有一定的電子發(fā)射能力。利用這段特性可以給燈絲加熱，燈絲發(fā)熱過程中，發(fā)射電子的能力逐漸增強(qiáng)，最后變?yōu)榍€1、2。
根據(jù)附圖2(b)的電特性，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種新的日光燈系統(tǒng)，原理可用附圖3來說明。由于應(yīng)用在直流工作狀態(tài)，所以只繪出第Ⅰ象限部分表示。
在剛合上電源時(shí)，系統(tǒng)首先在電極A、B兩端給出一個(gè)高于起輝電壓的電壓V1，使燈管電特性轉(zhuǎn)為曲線3，同時(shí)給出第二個(gè)電壓V2匹配一定的電阻R，此狀態(tài)下，系統(tǒng)具有負(fù)載線m與燈管特性曲線3所組成的關(guān)系來對燈絲加熱，隨著燈絲熱起來，曲線3變?yōu)榍€1，2。此時(shí)，給出第三個(gè)電壓V3串聯(lián)一個(gè)恒流電路。此狀態(tài)下，曲線n(恒流曲線)與曲線1、2穩(wěn)定地交于E點(diǎn)。E點(diǎn)功率應(yīng)為燈管的額定功率。燈管即處于照明狀態(tài)了。
本實(shí)用新型的目的是節(jié)省金屬材料、降低成本，設(shè)計(jì)出省電、安靜(無機(jī)械噪聲和電磁輻射)、亮度穩(wěn)定的，使用壽命長的無電感式起動鎮(zhèn)流器和日光燈。
本實(shí)用新型推出一種實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)的無電感起動鎮(zhèn)流器，原理圖見附圖4，本鎮(zhèn)流器使用普通電力電網(wǎng)的交流電或非正弦交流電。這種鎮(zhèn)流器起輝和鎮(zhèn)流方法是這樣的首先，合上電源開關(guān)K1時(shí)，電壓狀態(tài)控制器J(控制K2a和K2b的)不動作，K2a和K2b是同步的且處于位置1處。此時(shí)鎮(zhèn)流器處于階梯升壓電路狀態(tài)，階梯升壓電路見Ⅰ，由于主要功能是取一個(gè)起輝電壓，C3－－Cn容量較小，故稱階梯升壓電路狀態(tài)，使燈管電極A、B兩端電壓升高到附圖3中的V1值，使燈管起輝，起輝后由于C1C2容量大，且串入電阻R。電路進(jìn)入第二狀態(tài)，給出電壓V2，組成了附圖3中的負(fù)載線m與曲線3相交狀態(tài)對燈絲進(jìn)行加熱，此狀態(tài)下由于燈管回路中的電流不夠大(附圖3中的D點(diǎn)電流值小于E點(diǎn)電流值)電壓狀態(tài)控制器仍不動作，這個(gè)狀態(tài)稱為倍壓整流預(yù)熱狀態(tài)，由工加Ⅱ部分組成。其中Ⅱ部分可經(jīng)狀態(tài)控制器J控制轉(zhuǎn)變?yōu)闃蚴秸麟娐?。隨著燈絲逐漸被加熱，燈管回路中的電流增大；附圖3中的曲線3變?yōu)榍€1和曲線2，進(jìn)入第三狀態(tài)，電壓狀態(tài)控制器受燈管回路電流的激勵而動作，使K2a、K2b同步地轉(zhuǎn)向開關(guān)觸點(diǎn)2的位置，電容C1和D1－－D4組成橋式整流濾波電路即電路Ⅱ，給出電壓V3，加上BG1、D5、R2即電路Ⅲ組成的恒流電路對燈管電流的限制，使工作點(diǎn)穩(wěn)定在附圖3中的E點(diǎn)處，系統(tǒng)即處于正常照明狀態(tài)了，此狀態(tài)稱為恒流鎮(zhèn)流狀態(tài)。此時(shí)附圖3中的負(fù)載線n雖然與曲線1、2另有焦點(diǎn)，但由于C1容量大，電網(wǎng)電壓的快速波動不會影響照明狀態(tài)，即使波動時(shí)間間隔長，使燈管電流阻斷，系統(tǒng)仍可重新起動。D6是保護(hù)BG1的，D7是在照明狀態(tài)下為燈管回路提供電流通路的。
這個(gè)鎮(zhèn)流器中的電壓狀態(tài)控制器利用了廉價(jià)的1Z、1D型微型繼電器，也可以利用無觸點(diǎn)的直流電子開關(guān)控制，但目前成本很高，恒流管使用NPN型雙極型大功率硅晶體管，也可以用PNP型硅晶體管或VMOS大功率管。同時(shí)其它電路做相應(yīng)的改變，整個(gè)裝置除電壓狀態(tài)控制器(電子式開關(guān)除外)和電容器，其它半導(dǎo)體器件和電阻元件可以集成在一起或用塑性絕緣材料封裝在一起。
燈管的額定工作電壓(指附圖3中的E點(diǎn)電壓值)可根據(jù)使用的電網(wǎng)電壓來設(shè)計(jì)，以求得最佳效率，例如現(xiàn)在使用的40W日光燈管可直接應(yīng)用在某些國家110V交流電網(wǎng)的場合，燈絲仍采用目前所使用的形式或改成兩端各引出一個(gè)電極的形式，燈管的額定工作電壓是通過控制燈管的長度直徑比和充氣濃度獲得的。燈絲另一端用金屬支撐架支撐，結(jié)構(gòu)簡圖見圖5。另一電極最好用易于在低溫情況下接收電子的材料做成的，這樣陰極和陽極分工明確，將不會出現(xiàn)燈管兩端發(fā)黑的現(xiàn)象。
將圖中的C1C1′做成串聯(lián)組合形式，可降低對功率管BG1的耐壓要求；而降低鎮(zhèn)流器的成本。
由于本系統(tǒng)中，一旦確定了日光燈的工作點(diǎn)，則整個(gè)裝置即為恒電流負(fù)載。如果在電源輸入端采用磁飽合穩(wěn)壓器或其它型式的低成本交流電壓穩(wěn)定器，系統(tǒng)將能適應(yīng)電壓變化范圍很大的交流電源。
這樣的系統(tǒng)達(dá)到了壽命長，發(fā)光質(zhì)量和光電轉(zhuǎn)換效率高，可靠，技術(shù)合理的目的。
另外，只要恒流管的電流做成可調(diào)節(jié)形式，可以使用一只起動鎮(zhèn)流器適用于多種功率系列的日光燈管。
特別是，本系統(tǒng)沒有任何機(jī)械噪聲和電磁幅射干擾，是一種高級的安靜型的電光源系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種無電感式起動鎮(zhèn)流器及日光燈，是由鎮(zhèn)流器和日光燈管構(gòu)成的，其特征是a、日光燈管兩端各有一個(gè)電極同鎮(zhèn)流器相聯(lián)接；b、無電感式起動鎮(zhèn)流器的構(gòu)成包括由于K2a、K2b組成的電壓狀態(tài)控制器，由D2-Dn，C2-Cn組成的階梯升壓電路I，由C1，C1′及D1-D4組成的橋式整流電路Ⅱ，多倍壓整流電路I加Ⅱ，由R1、R2、BG1、D5、D6、J組成的恒流電路Ⅲ及照明通路二極管D7；c、鎮(zhèn)流器中的電壓狀態(tài)控制器J同步地控制K2a、K2b的轉(zhuǎn)換位置，當(dāng)K2a、K2b處于開關(guān)觸點(diǎn)的位置1時(shí)，電路I和Ⅱ被聯(lián)接成階梯升壓及倍壓整流形式，而當(dāng)K2a、K2b處于位置2時(shí)，電路I為開路狀態(tài)，Ⅱ被轉(zhuǎn)換成橋式整流電路。
2.如權(quán)利要求1所述的無電感式起動鎮(zhèn)流器及日光燈，其特征是鎮(zhèn)流器中的電壓狀態(tài)控制器J的受控端串聯(lián)在恒流管的電流回路中，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)K2a、K2b是機(jī)械觸點(diǎn)式開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的無電感式起動鎮(zhèn)流器及日光燈，其特征是組成鎮(zhèn)流器的半導(dǎo)器件和電阻元件塑封在一起，或集成在一片絕緣基片上。
專利摘要無電感式起動鎮(zhèn)流器及日光燈，本實(shí)用新型改變了傳統(tǒng)的日光燈鎮(zhèn)流方法和起動方法。在交流電源供電狀態(tài)下，采用了階梯升壓起輝，倍壓整流預(yù)熱，恒流管電路鎮(zhèn)流的技術(shù)。使得本日光燈系統(tǒng)的壽命長，成本低，發(fā)光質(zhì)量高，可以成為一種普及型的安靜的高效電光源。
文檔編號H05B41/14GK2046697SQ8820629
公開日1989年10月25日 申請日期1988年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月26日
發(fā)明者丁家仁 申請人:丁家仁