專利名稱：直流式熒光燈電子控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電子技術(shù)二、現(xiàn)有技術(shù)與發(fā)明目的(原始電源均為50/60HZ單相220V制的交流市電)。
電光源中的熒光燈與白熾燈相比，具有電光轉(zhuǎn)換效率高(50～60流明/瓦，白熾燈在20流明/瓦以下)、省電、壽命長(zhǎng)(最高5000小時(shí)，白熾燈1000小時(shí))、光色較好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。傳統(tǒng)的熒光燈采用電感兼作啟動(dòng)與限流，電路較簡(jiǎn)，因而存在許多缺點(diǎn)，主要有以下五點(diǎn)1、啟動(dòng)性能差，在市電電壓低和氣溫低時(shí)尤然，嚴(yán)重時(shí)不能啟動(dòng)，其應(yīng)用因而受到限制。
2、光閃爍;其頻率為市電頻率的二倍(即100/120HZ)在有運(yùn)動(dòng)物體的工廠車間等場(chǎng)合不宜采用，也不宜作攝影、攝象的照明，對(duì)人的視力也有不良影響。
3、其亮度隨市電電壓的波動(dòng)而大幅度的變化，且不能人為的調(diào)節(jié)。
4、無線電干擾嚴(yán)重其干擾頻譜相當(dāng)寬，對(duì)收音機(jī)、電視機(jī)的令人生厭的干擾早已為人們所感受(尤其是干擾電波直接竄入天線，則無法消除)，在生活和生產(chǎn)上大量使用電子設(shè)備、又同時(shí)大量使用熒光燈的現(xiàn)代社會(huì)，這種廣泛的電磁污染應(yīng)是一大缺點(diǎn)。
5、由于啟動(dòng)時(shí)燈絲即直熱式陰極通電加熱，故燈絲的衰老與斷落直接決定著熒光燈的使用壽命，市電電壓太高時(shí)，燈的壽命將明顯縮短。如何保持和延長(zhǎng)其使用壽命，是提高熒光燈性能的課題之一。
近年來，出現(xiàn)了應(yīng)用電子技術(shù)的用高頻電(頻率為30～40KHZ)燃點(diǎn)熒光燈的技術(shù)方案(即用“電子鎮(zhèn)流器”取代電感式鎮(zhèn)流器和啟輝器)，部分地克服了上述缺點(diǎn)由于高頻交流電可以用串連諧振的方法進(jìn)行升壓，其啟動(dòng)性能大為改善，啟動(dòng)時(shí)間明顯縮短;光閃爍的頻率很高，其影響基本消除;但是亮度隨市電電壓而變化且不能人為的調(diào)節(jié)和無線電干擾嚴(yán)重等缺點(diǎn)仍然存在，不免差強(qiáng)人意。
用高低頻交流電供電時(shí)，熒光燈在電原理上等效于兩個(gè)具有負(fù)阻特性的充氣式穩(wěn)壓二極管的反并連，并存在導(dǎo)通與截止的交替轉(zhuǎn)換過程，即通過熒光燈的電流周期性的產(chǎn)生與中斷，其無線電干擾總是存在的，只有采用直流供電才能根除，本發(fā)明提出了熒光燈的直流供電方案，在研究其伏安特性的基礎(chǔ)上解決其技術(shù)細(xì)節(jié)問題，目的是全面地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，并為進(jìn)一步提高熒光燈的性能(效率、超載性能、使用壽命等)創(chuàng)造條件。
三、直流式熒光燈電子控制器的原理與實(shí)施。
(一)直流式熒光燈用直流法測(cè)量(測(cè)量過程從略)了40W熒光燈在燈絲不通電加熱時(shí)的伏安特性，附

圖1為其特性曲線示意圖。ID、VD分別為燈電流、燈電壓。a點(diǎn)為擊穿電壓，約1000V上下，電流20～30μA才能維持擊穿(電離)狀態(tài)，即b點(diǎn)，電壓降約300V;此后電流增加，電壓降也上升，C點(diǎn)最高，約400V(電流3～5mA);過C點(diǎn)后電流增加，電壓降下降，呈現(xiàn)出負(fù)阻特性。以上電流值、電壓值因氣溫高低和熒光燈電性能的離散性而有相當(dāng)大的波動(dòng)。(交流供電時(shí)，附圖1作為第一象限，另在第三象限有與第一象限對(duì)稱的特性曲線)。
通電加熱燈絲(這里是指接直流電源負(fù)極端的燈絲)產(chǎn)生熱電子發(fā)射后，其伏安特性曲線左移，電壓降降低，啟動(dòng)條件有所改善。但是，設(shè)想啟動(dòng)時(shí)間很短(例如1秒鐘)，由于熱惰性，上述作用將來不及充分發(fā)揮。
不論燈絲通電加熱與否，啟動(dòng)時(shí)燈的全導(dǎo)即燈電流上升至額定值或調(diào)定值，有一定的時(shí)間延遲若氣溫高、觸發(fā)功率大，則延遲時(shí)間極短，甚至肉眼來不及現(xiàn)察;反之為2～3秒(氣溫較低、觸發(fā)功率較小時(shí))。這個(gè)現(xiàn)象可以理解為建立燈管內(nèi)的大范圍的穩(wěn)定的電離狀態(tài)，須要吸取一定的能量氣溫高時(shí)此能量小，氣溫低時(shí)此能量大(燈管內(nèi)惰性氣體、汞蒸氣具有的分子動(dòng)能及汞蒸氣密度與氣溫大致上成正比)。
總之，熒光燈的啟動(dòng)條件是足夠高的瞬間電壓(達(dá)擊穿電壓值)，足夠大的觸發(fā)功率。只要滿足了這兩個(gè)條件，無論燈絲通電加熱與否，也無論啟動(dòng)時(shí)施加的是低頻或高頻交流正弦波、交變脈沖波，還是直流脈沖波等，都是可以完成啟動(dòng)的，啟動(dòng)所需的時(shí)間則大致上反比于觸發(fā)功率有效值和氣溫。
傳統(tǒng)的電感式熒光燈和近年出現(xiàn)的高頻式熒光燈，啟動(dòng)時(shí)燈絲均通電加熱，目的是改善啟動(dòng)條件，在有限的觸發(fā)功率的條件下縮短啟動(dòng)時(shí)間，但這只是一種輔助作用，并不是啟動(dòng)的不可缺少的條件，當(dāng)用脈沖高壓進(jìn)行冷擊穿、觸發(fā)功率相當(dāng)大時(shí)，這種輔助作用便變得無關(guān)重要了，而且燈絲不通電加熱而完成啟動(dòng)，無疑將使使用壽命有相當(dāng)程度的延長(zhǎng)。以下的總體方案和實(shí)施例均放棄啟動(dòng)時(shí)燈絲通電加熱的傳統(tǒng)方法，而采用冷擊穿的新方法。
在工作區(qū)域內(nèi)，熒光燈等效于具有負(fù)阻特性的穩(wěn)壓二極管，即“電流主導(dǎo)型”器件，電流決定電壓降，那么只能由直流電源提供受控的恒穩(wěn)的直流電流(即恒流控制方式)從而有相應(yīng)的電壓降，而不能采用穩(wěn)壓的控制方式。如果亮度需要調(diào)節(jié)，受控的恒穩(wěn)電流還應(yīng)當(dāng)是可以調(diào)節(jié)的。
熒光燈在工作區(qū)域內(nèi)，同樣大的燈電流，在不同的氣溫時(shí)，電壓降和燈功率將有所變化;此外，在氣溫低于10℃、燈功率10～15W以下時(shí)，熒光燈會(huì)發(fā)生輕度光閃爍，這可以理解為在低氣溫時(shí)，小的功耗對(duì)建立燈管內(nèi)的大范圍的穩(wěn)定的電離狀態(tài)已顯不足，前后文中的所謂“工作區(qū)域”即是指在設(shè)計(jì)與使用中調(diào)節(jié)燈電流，使燈功率稍大，脫離輕度光閃爍狀態(tài)而進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。以上兩點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)(如燈電流/功率調(diào)節(jié)范圍)中要予以考慮。
直流供電的熒光燈即直流式熒光燈的啟動(dòng)與調(diào)控問題，用簡(jiǎn)單的電工技術(shù)是難以解決的，只有用電子技術(shù)才能全面與完滿的解決之。
(二)直流式熒光燈電子控制器。
實(shí)現(xiàn)直流式熒光燈要解決以下主要技術(shù)問題1、直流電源從電效率考慮，要采用電子技術(shù)中的開關(guān)式電源;由于熒光燈的功率較小(100W以下)，采用調(diào)脈寬-開關(guān)式電源具有體積小、重量輕、用銅量和用鋼量均小，輸出紋波電壓低等特點(diǎn)，優(yōu)于其他類型的開關(guān)式電源。
2、主電路。
對(duì)于50/60HZ、單相220V制的交流市電，鑒于熒光燈的工作電壓不高(手冊(cè)值最高者108V)，可使用串連饋電型調(diào)脈寬-開關(guān)式電源電路，它與并連饋電型調(diào)脈寬-開關(guān)式電源電路相比，具有峰流較小、峰壓較低、輸出紋波電壓較低、電路較簡(jiǎn)、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，故優(yōu)先采用。
在工作區(qū)域內(nèi)，熒光燈等效于具有負(fù)阻特性的穩(wěn)壓二極管，電壓降與電流成反比趨勢(shì)變化(這里是指瞬態(tài)，排除燈管溫升等緩變因素)，且燈電流比燈電壓的變化比率大得多，直流電源應(yīng)能對(duì)燈電流加以穩(wěn)定與控制，且可以在某種范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)(以調(diào)節(jié)其功率/亮度)，故不能直接采用調(diào)脈寬-開關(guān)式穩(wěn)壓電源，而是將其變形-直流負(fù)反饋的誤差放大級(jí)(亦稱比較放大級(jí)、取樣放大級(jí))，由對(duì)輸出電壓取樣改為對(duì)輸出電流即燈電流取樣，從而得到“調(diào)脈寬-開關(guān)式恒流電源”，其取樣可設(shè)計(jì)成可調(diào)式，該調(diào)節(jié)器即是燈電流/功率/亮度調(diào)節(jié)器。其調(diào)節(jié)范圍按熒光燈的伏安特性和實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
調(diào)脈寬-開關(guān)式電源有一個(gè)先決條件-其開關(guān)頻率必須設(shè)法穩(wěn)定，否則其穩(wěn)壓或恒流特性將失去保證，電視機(jī)中多用行頻脈沖作同步，簡(jiǎn)單而有效，故這里必須單獨(dú)設(shè)置“穩(wěn)頻級(jí)”作同步源，為頻率的穩(wěn)定計(jì)，至少是一級(jí)振蕩一級(jí)功率放大，并且其電源電壓要予以穩(wěn)定。
3、啟動(dòng)問題因?yàn)閱?dòng)是放棄了傳統(tǒng)的熱電子發(fā)射輔助法而采用冷擊穿法，故無須考慮燈絲的電源供給與切除電路，啟動(dòng)要解決的問題是(1)要提供足夠高的瞬間高壓(達(dá)熒光燈的冷擊穿電壓)，在短時(shí)間內(nèi)提供相當(dāng)大的觸發(fā)功率，以期能在1秒鐘左右的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。
(2)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)熒光燈為直流供電，熒光燈由啟動(dòng)狀態(tài)向穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換要自動(dòng)而簡(jiǎn)單。
(3)啟動(dòng)完成后啟動(dòng)部分應(yīng)立即停止工作，相關(guān)的電子開關(guān)電路(不使用繼電器等機(jī)械轉(zhuǎn)換方式)要較為簡(jiǎn)單且比較容易插入和可靠的工作。
(4)穩(wěn)態(tài)時(shí)，啟動(dòng)部分的另部件不得有明顯的不良影響。
(5)接至熒光燈的電路中要便于插入高頻濾波網(wǎng)路。
(6)啟動(dòng)部分在電路上要簡(jiǎn)單，另部件要少。
綜合以上各項(xiàng)要求，采用一個(gè)高反壓大功率開關(guān)三極管的高頻率(數(shù)+KHZ)、大輸出功率、基極定時(shí)、變壓器反饋的自激式間歇振蕩器，在振蕩管截止期間輸出直流脈沖電(經(jīng)升壓后)，直接饋給熒光燈，其瞬間電壓可自動(dòng)升高到熒光燈的冷擊穿電壓達(dá)到冷擊穿，燈電流增大時(shí)瞬間電壓同步下降，即自動(dòng)適應(yīng)熒光燈的伏安特性，可以作到瞬間電流、瞬間功率、有效功率均相當(dāng)大，以保證在1秒鐘左右的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng);在振蕩管基極接一個(gè)控制三極管，當(dāng)利用燈電流的產(chǎn)生使后者飽和時(shí)，振蕩管將得不到足夠的偏壓而使振蕩停止，從而完成電子開關(guān)的任務(wù);熒光燈由直流脈沖電供電而自動(dòng)轉(zhuǎn)換為直流供電。
4、干擾的衰減開關(guān)式電源不可避免的要產(chǎn)生諧波干擾即無線電干擾可控硅整流在可控硅開通時(shí)，由于電流的躍升而激起高頻振蕩;“斬波式整流”(由本人在1986年提出，專利申請(qǐng)?zhí)?6108440)在開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，由于續(xù)流二極管的存儲(chǔ)效應(yīng)而不能及時(shí)導(dǎo)通也會(huì)激起高頻振蕩，調(diào)脈寬-開關(guān)式電源也是如此?？傊?，電流或電壓的躍升而激起高頻振蕩，由于設(shè)備的功率相當(dāng)大，故諧波的能量也相當(dāng)大，干擾的頻譜相當(dāng)寬，其能量分布反比于頻率，其干擾途徑一是空間輻射，一是通過電力線路(在熒光燈中還有熒光燈管及其導(dǎo)線)的傳導(dǎo)和再輻射。調(diào)脈寬-開關(guān)式電源的開關(guān)頻率比可控硅整流或斬波式整流高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，故諧波干擾更為嚴(yán)重，所以要采取措施，對(duì)其進(jìn)行足夠的衰減，使其達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其措施是采用屏蔽和在有關(guān)部位插入高頻濾波網(wǎng)路。
必須指出，盡管直流式熒光燈采用調(diào)脈寬一開關(guān)式電源要產(chǎn)生諧波干擾，但與高低頻交流電供電的熒光燈的燈電流周期性的產(chǎn)生與中斷所產(chǎn)生的諧波干擾相比較，其能量要小得多，且可采取措施進(jìn)行衰減，而后者則很難進(jìn)行有效的衰減。
(三)實(shí)施例40W直流式熒光燈電子控制器(文中簡(jiǎn)稱控制器)。
電路圖見附圖2(圖中畫法和標(biāo)記多數(shù)按國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)按國(guó)際慣例)。市電電壓、橋式整流并經(jīng)電容濾波后的電壓、輸出電壓、燈電壓、燈電流分別記作V0、V1、V2、VD、ID。燈功率pD＝VD×ID。
由BG1、BG4、BG5和開關(guān)變壓器B2及有關(guān)元器件組成的主電路與自激式串連饋電型調(diào)脈寬一開關(guān)式穩(wěn)壓電源相近似，主要區(qū)別是誤差放大管BG5的取樣對(duì)象不是輸出電壓，而是輸出電流即燈電流一ID通過R14、R15、R16、W等時(shí)產(chǎn)生電壓降，經(jīng)保護(hù)電阻R9饋入BG5基極，其集電極電流又是脈寬調(diào)整管BG4的基極電流，設(shè)ID增加，BG5、BG4的集電極電流也增加，BG1導(dǎo)通期縮短，迫使ID下降，反之亦然，這就構(gòu)成了“調(diào)脈寬一開關(guān)式恒流電源”。C10濾除ID中的紋波成分。W是燈電流/功率/亮度調(diào)節(jié)器，它與R14、R15、R16等決定其調(diào)節(jié)范圍，旋至最左端為最大，旋至最右端為最小。當(dāng)W內(nèi)部接觸不良、滑動(dòng)臂斷路時(shí)，將引起B(yǎng)G5、BG4截止而使ID失控、可能燒毀BG1等，為此加接R17、R18，即使W滑動(dòng)臂斷路，BG5仍然處在線性工作狀態(tài)。電源接通后，熒光燈導(dǎo)通前的瞬間，ID＝0，BG5、BG4均截止，V2將失控而升高，為此接入D9，此時(shí)V2將不超過160V。
BG1、B2和有關(guān)元器件的作用及其自激式間歇振蕩過程同于自激式調(diào)脈寬一開關(guān)式穩(wěn)壓電源，從略。ID通過B4的4L1、4L2和R14、R15等將產(chǎn)生直流電壓降，故VD比V2略低。
調(diào)脈寬一開關(guān)式電源的負(fù)載多為電阻性(晶體管電路也大致上屬電阻性負(fù)載)，現(xiàn)改為熒光燈作負(fù)載，運(yùn)行機(jī)理將有所不同。串連饋電型調(diào)脈寬一開關(guān)式電源的主電路簡(jiǎn)化成附圖3(a)，開關(guān)管BG導(dǎo)通時(shí)，電流通過負(fù)載R，并同時(shí)給C充電，電流由最小值上升至最大值，其電流上升率主要受儲(chǔ)能電感L所限制;BG截止時(shí)，L中的磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通過續(xù)流二極管D向R提供電流，同時(shí)C也向R供電，電流由最大值下降至最小值，其電流下降率也主要為L(zhǎng)所限制;C、R兩端的電壓VC、VR的波形與L的電流IL的波形基本相同。附圖2的主電路簡(jiǎn)化成附圖3(b)，假定不接C，則熒光燈YD的燈電流ID與IL的波形相同(設(shè)啟動(dòng)已完成而進(jìn)入穩(wěn)態(tài));但由于工作區(qū)域內(nèi)熒光燈的負(fù)阻特性，其燈電壓VD與燈電流ID波形相反，即電流最大時(shí)電壓最低，電流最小時(shí)電壓最高。這就產(chǎn)生了兩個(gè)問題首先，如果接入C且容量相當(dāng)大，由于ID最大時(shí)VD最低，此時(shí)VC也最低(因是并連)，在BG關(guān)斷、ID由最大值下降時(shí)VD反而上升，此時(shí)因VC較低而對(duì)YD起不到補(bǔ)充電流的作用，相反的卻起著分流作用，如此C的接入致使YD的工作失常。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)C的容量較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的光閃爍，這意味著大容量電容與具有負(fù)阻特性的穩(wěn)壓二極管并連作負(fù)載并用負(fù)反饋調(diào)控時(shí)產(chǎn)生了超低頻間歇振蕩，故附圖2中的C8僅用1微法。其次，當(dāng)BG截止、L的電壓反向、即將通過D向YD提供電流的瞬間，D因存儲(chǔ)效應(yīng)不能及時(shí)導(dǎo)通，(延時(shí)微秒級(jí))，將造成ID的瞬間中斷，雖然這對(duì)YD的電光性能并無影響，但將造成干擾增大，有違于本發(fā)明的宗旨(熒光燈電流為不中斷的直流電流)，為此將感應(yīng)量足夠大的電感L0與YD串連，利用其儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)化為電能而使ID不致中斷(C為其提供通路)，度過續(xù)流二極管因存儲(chǔ)效應(yīng)而延遲導(dǎo)通的瞬間。附圖2中的啟動(dòng)用脈沖變壓器B4的4L1、4L2即可充當(dāng)此任。
為了BG1間歇振蕩的開關(guān)頻率的穩(wěn)定以保證其相關(guān)的恒流特性，設(shè)置“穩(wěn)頻級(jí)”作同步源，為防止負(fù)載(被吸取的同步功率)對(duì)其振蕩頻率的影響，用一級(jí)振蕩、一級(jí)功放。采用電路簡(jiǎn)單、元器件少、溫度穩(wěn)定性好的單結(jié)晶體管馳張振蕩器作振蕩級(jí)(振蕩過程從略)，BG2的B1輸出的正脈沖，直接激勵(lì)功放管BG3，再通過B3作正極性輸出，即C7放電時(shí)，BG3導(dǎo)通并飽和，通過B3的3L1的電流線性增長(zhǎng)，3L2感應(yīng)出正脈沖電壓即為同步脈沖電壓，考慮到穩(wěn)定性，以R3、D7、C6組成的穩(wěn)壓電源供電。振蕩頻率約為15KHZ。
高反壓大功率開關(guān)三極管BG6和脈沖變壓器B4等組成一級(jí)大輸出功率、基極定時(shí)、變壓器反饋的自激式間歇振蕩器作為啟動(dòng)級(jí)，振蕩頻率較高(約30KHZ)。BG6截止期間，在導(dǎo)通期間B4積蓄的磁能在4L1、4L2(4L2為升壓繞組)感應(yīng)出脈沖電壓并與V2迭加，總數(shù)值升到熒光燈D的擊穿電壓時(shí)產(chǎn)生ID，ID瞬時(shí)值即急劇上升，電壓降VD按熒光燈的伏安特性同步降低，這樣一直到該磁能完全轉(zhuǎn)化成電能在D內(nèi)泄放完為止，其瞬時(shí)功率、有效功率都是相當(dāng)大的;燈管吸取能量后，內(nèi)部迅速建立起大范圍的穩(wěn)定的電離狀態(tài)，即穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)，主電路便通過B4的4L1、4L2為熒光燈提供直流電流，啟動(dòng)即告完成?，F(xiàn)場(chǎng)中可能發(fā)生控制器與熒光燈之間的連線斷路或短路，為保護(hù)計(jì)接入快速熔斷器RD2、壓敏電阻R10。
BG7是BG6的控制管，其偏壓取自ID在R14、R15上的電壓降。接通電源后、熒光燈D導(dǎo)通前的瞬間，由于ID＝0，BG7截止，BG6將不受BG7的影響，以導(dǎo)通期與截止期大致相等的狀態(tài)作間歇振蕩，對(duì)D提供脈沖高壓和觸發(fā)功率;待啟動(dòng)完成、ID達(dá)調(diào)定值后，由于R14的接入，BG7的偏壓至少比處于線性工作狀態(tài)的BG5的偏壓高約0.1V，即處于飽和狀態(tài)，BG6將得不到足夠的偏壓而停振，熒光燈穩(wěn)態(tài)工作時(shí)一直保持此種狀態(tài)，即BG7、R13、R14的插入完成啟動(dòng)級(jí)的電子開關(guān)的任務(wù)。
穩(wěn)態(tài)時(shí)，B4的4L1、4L2擔(dān)任了前文所述的附圖3(b)中的LO的作用。
調(diào)脈寬-開關(guān)式電源產(chǎn)生的諧波的能量分布反比于頻率，其空間輻射的強(qiáng)度反比于距離的平方，電力線路對(duì)于較高頻率諧波的傳導(dǎo)也因距離的增加而急劇衰減，樣機(jī)調(diào)試中，即使不用隔離罩、不插入高頻濾波網(wǎng)路，對(duì)同處一室的電視機(jī)和短波收音機(jī)均無干擾。由于控制器一般安裝在熒光燈附近，線路不長(zhǎng)，對(duì)諧波的傳導(dǎo)和再輻射作用較小，故衰減諧波的重點(diǎn)是電力線路(L2和B4的4L1、4L2)對(duì)通向熒光燈的導(dǎo)線進(jìn)行高頻濾波)，后者作為長(zhǎng)的傳輸線和大天線系統(tǒng)，對(duì)屬于中波廣播投(1MHZ上下)的諧波能傳輸?shù)煤苓h(yuǎn)，再輻射作用也很強(qiáng)，為此附圖2中在交流市電進(jìn)線處插入感應(yīng)量相當(dāng)大的互感式高頻阻流圈B1和電容C1、C2組成的高頻濾波網(wǎng)路，這一點(diǎn)與彩電相同，但彩電中由于內(nèi)部空間較大，布局上可將高頻濾波的另部件安排得距開關(guān)電源較遠(yuǎn)，可避免感應(yīng)作用;而控制器體積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，故將高頻濾波等另部件(B1、C1、C2、K、RD1、B4、L2等)集中安裝在一起，用一塊鐵板與其他部分隔離開，整個(gè)控制器則使用鐵殼(兼有散熱作用)，由于二次屏蔽而避免感應(yīng)作用。鐵殼則同時(shí)具有防止諧波的空間輻射的屏蔽作用。此外，開關(guān)變壓器B1的外表面包一層短路銅箔對(duì)諧波也有一定的衰減作用。
附圖2中的R3、R14、R15為線繞電阻。B1的兩個(gè)繞阻應(yīng)具有總共約4Ω的直流電阻，如此可省去一個(gè)限流電阻。端子1、2和3、4分別為交流市電和熒光燈的接線端子。
根據(jù)附圖2安裝的樣機(jī)的外形如附圖4(頂視圖)，面板上部為燈電流/功率/亮度調(diào)節(jié)器W的尖頭旋扭及功率刻度盤，下部為電源開關(guān)按鍵，底部為交流市電和熒光燈的接線端子1～4的接線盒，外形尺寸為150×95×50mm3(長(zhǎng)×寬×高)，垂直安裝在熒光燈附近的墻壁等處。
樣機(jī)的燈功率幾乎不隨Vo而變化，實(shí)測(cè)性能見下表。
測(cè)量條件有機(jī)殼;氣溫26±0.5℃;測(cè)VD用DT831型數(shù)字萬用表，測(cè)ID用MF10型萬用表;開機(jī)預(yù)熱1小時(shí)，從Vo＝105V開始(用3KVA園調(diào)壓器調(diào)壓)，每?jī)纱螠y(cè)量間隔半小時(shí)。W在最大亮度位置。
漏電電壓≤24V(用MF10型萬用表50
檔在機(jī)殼與地線間測(cè)得)，手背觸機(jī)殼無感覺。
從附圖4中，可以看出功率刻度是不均勻的，樣機(jī)中W是用線性型電位器，若用對(duì)數(shù)型電位器將有相當(dāng)程度的改善。
燈功率隨氣溫的變化而有相當(dāng)程度的漂移，并不是常數(shù)，燈功率調(diào)節(jié)范圍大致上不窄于13～40W。燈功率若設(shè)計(jì)得小于10W時(shí)，顯得暗淡無光，實(shí)用價(jià)值不大;并且如前文所述的，在氣溫低于10℃時(shí)，可能發(fā)生輕度光閃爍的不穩(wěn)定狀態(tài)，并使干擾性能惡化。其功率上限則受燈絲的限制一雖然這里啟動(dòng)時(shí)燈絲不通電加熱，已不存在傳統(tǒng)的熱電子發(fā)射的作用，但在穩(wěn)態(tài)時(shí)燈電流通過燈絲時(shí)產(chǎn)生電壓降(燈絲有若干電阻值)，消耗了一部份功率，表現(xiàn)為燈管兩端比其他部位溫度較高，甚至可以看見燈絲呈白亮狀態(tài)，與在用直流法測(cè)伏安特性的實(shí)驗(yàn)中，單獨(dú)用直流電源對(duì)燈絲供電時(shí)，燈絲在不同的電壓/功率呈現(xiàn)出的紅光或白光相比較，估計(jì)穩(wěn)態(tài)時(shí)燈絲功耗共約4W，即占總功率的10%。實(shí)驗(yàn)中曾將ID提高到近1A(PD約100W)，燃點(diǎn)一段時(shí)間后燈絲被燒斷。這樣就引伸出一個(gè)結(jié)論既然在這里燈絲已失去了啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生熱電子發(fā)射、改善啟動(dòng)條件、縮短啟動(dòng)時(shí)間的作用，而在穩(wěn)態(tài)時(shí)又白白增加功耗、降低效率，不如放棄傳統(tǒng)的制造方法，將其制成無電阻的屏板式電極，只起傳導(dǎo)電流的作用，這樣不但提高了效率，而且具有了電流超載性能，可以超(額定)負(fù)載運(yùn)行一這時(shí)的功率大小只受熒光燈的負(fù)荷設(shè)計(jì)的限制。
四、發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的比較1、啟動(dòng)性能很好，一般情況下約1秒鐘即可完成啟動(dòng)，感覺上按下按鍵燈即亮，相當(dāng)接近于白熾燈的開燈即亮的狀況。額定功率運(yùn)行時(shí)的最低交流市電電壓為105V，低于訖今為止所報(bào)道的最優(yōu)記錄。
2、由于是直流供電，所以絕對(duì)不存在光閃爍。
3、在一定的市電電壓范圍內(nèi)(105～300V)，亮度不隨市電電壓而變化，且可以人為地進(jìn)行調(diào)節(jié)，這一方面可以滿足人們盡善盡美的要求，同時(shí)還具有節(jié)電的意義(很多場(chǎng)合人們希望調(diào)小亮度)，使其成為節(jié)能型產(chǎn)品。電費(fèi)的節(jié)省對(duì)一次性投資較大將有所補(bǔ)償。
4、由于熒光燈電流是不間斷的恒定的直流電流，且控制器采取了屏蔽與高頻濾波的措施，故諧波干擾減到了最低程度，若本發(fā)明推廣使用，則可消除一個(gè)面積很廣、影響惡劣的“熒光燈干擾網(wǎng)”，為消除電磁污染解決一大問題。
5、由于啟動(dòng)時(shí)燈絲不通電加熱，故熒光燈的使用壽命有相當(dāng)程度的延長(zhǎng)。
以上五點(diǎn)克服了傳統(tǒng)的電感式熒光燈和近年出現(xiàn)的高頻式熒光燈存在的缺點(diǎn)。
6、前文中對(duì)燈絲的討論，引伸出熒光燈兩端作成屏板式電極的改進(jìn)的制造方法，其結(jié)果是可以簡(jiǎn)化制造工藝(無須涂復(fù)熱電子發(fā)射用的活性物質(zhì))，提高效率(無燈絲電壓降)，具有超載性能(屏板式電極比燈絲的電流負(fù)載能力強(qiáng)得多一當(dāng)然控制器的功率容量和熒光燈的負(fù)荷設(shè)計(jì)也應(yīng)適應(yīng)之)，極大地延長(zhǎng)其使用壽命(不存在燈絲衰老與斷落而造成壽命終結(jié)的問題)一其使用壽命可稱之為準(zhǔn)永久性的?？傊锌赡苁篃晒鉄艏夹g(shù)有一個(gè)突破性的進(jìn)步。
五、實(shí)現(xiàn)發(fā)明的最好方式1、對(duì)于附圖2中的C3、若能研制出耐壓500V者，則可抗受交流市電的過電壓達(dá)350V，現(xiàn)有的耐壓400V、450V者尚不能足以應(yīng)付此種極端情況。
2、若能研制出帶按鍵開關(guān)的電位器在控制器中應(yīng)用，即電源開關(guān)與亮度調(diào)節(jié)合用一個(gè)旋扭，將給使用帶來方便。電位器最好是對(duì)數(shù)型的。
3、若能開發(fā)出性能參數(shù)并不惡化的塑封DF104系列產(chǎn)品，將簡(jiǎn)化控制器的機(jī)械設(shè)計(jì)，并能縮小其體積。
4、附圖2中的RD2為小型快速熔斷器，此種產(chǎn)品有待于生產(chǎn)廠家進(jìn)行開發(fā)。
5、前文提出的熒光燈兩端制成屏板式電極的新產(chǎn)品與本發(fā)明配合使用，將使本發(fā)明的特點(diǎn)能夠充分發(fā)揮，各項(xiàng)性能將有較大的提高，熒光燈新產(chǎn)品應(yīng)兼顧超載性能進(jìn)行負(fù)荷設(shè)計(jì)。
6、實(shí)施例所以選用40W熒光燈，除了應(yīng)用較廣外，還因?yàn)槠涔ぷ麟妷狠^其他品種為高(手冊(cè)值108V，實(shí)測(cè)也在此數(shù)值上下)，對(duì)于本發(fā)明最適用的調(diào)脈寬一開關(guān)式電源，占空比較大，峰流較小，對(duì)開關(guān)管的要求較低，輸出紋波電壓較低。若為了適應(yīng)本發(fā)明而設(shè)計(jì)熒光燈新產(chǎn)品，應(yīng)考慮上述情況。
權(quán)利要求
1.權(quán)利要求1-直流式熒光燈電子控制器。發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域電子技術(shù)。傳統(tǒng)的電感式熒光燈存在著啟動(dòng)性能差(嚴(yán)重時(shí)不能啟動(dòng))、光閃爍、亮度隨市電電壓的波動(dòng)而大幅度的變化且不能人為的調(diào)節(jié)、無線電干擾嚴(yán)重、燈絲的衰老與斷落限制了使用壽命等缺點(diǎn)；近年出現(xiàn)的高頻電供電的技術(shù)方案(用“電子鎮(zhèn)流器”取代電感式鎮(zhèn)流器和啟輝器)，部分地克服了上述缺點(diǎn)；為了全面地克服上述缺點(diǎn)并進(jìn)一步提高熒光燈的性能，本發(fā)明提出了熒光燈直流供電新方案，并用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)之，其特征是(1)放棄現(xiàn)有技術(shù)的高低頻交流供電方式，而對(duì)熒光燈采用直流供電。(2)放棄現(xiàn)有技術(shù)的啟動(dòng)時(shí)燈絲通電加熱，產(chǎn)生熱電子發(fā)射的方法，而采用脈沖高壓進(jìn)行冷擊穿、瞬間功率和有效功率均相當(dāng)大的脈沖電進(jìn)行觸發(fā)而完成熒光燈的啟動(dòng)。(3)采用電子技術(shù)中的調(diào)脈寬-開關(guān)式電源作為熒光燈的直流電源。(4)對(duì)于50/60HZ、單相220V制的交流市電，主電路采用“串連饋電型調(diào)脈寬-開關(guān)式恒流電源電路”，它與串連饋電型調(diào)脈寬-開關(guān)式穩(wěn)壓電源電路的主要差別是，作為負(fù)反饋的誤差放大級(jí)對(duì)輸出電流即熒光燈電流取樣而不是對(duì)輸出電壓取樣，從而對(duì)熒光燈提供受控的恒穩(wěn)的不間斷的直流電流；其次要差別是，輸出電壓的濾波電容的容量相當(dāng)小，并采取防止空載時(shí)輸出電壓失控的電路措施。(5)上述主電路的誤差放大級(jí)對(duì)燈電流的取樣可作成可調(diào)式，該調(diào)節(jié)器即為燈電流/功率/亮度調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)范圍按熒光燈的伏安特性和實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。(6)為穩(wěn)定主電路的開關(guān)頻率以保證其恒流特性，設(shè)置“穩(wěn)頻級(jí)”作為同步源，至少是一級(jí)振蕩一級(jí)功率放大，且其電源電壓要予以穩(wěn)定。(7)設(shè)置熒光燈啟動(dòng)用的啟動(dòng)級(jí)，它是一個(gè)高反壓大功率開關(guān)三極管的高頻率(數(shù)十KHZ)、大輸出功率、基極定時(shí)、變壓器反饋的自激式間歇振蕩器，在振蕩管截止時(shí)輸出直流脈沖電，其脈沖高壓應(yīng)達(dá)熒光燈的冷擊穿(燈絲不通電加熱即不利用熱電子發(fā)射)電壓，瞬間功率和有效功率應(yīng)足夠大一大到在1秒鐘左右的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)；另在振蕩管基極接一個(gè)控制三極管，利用燈電流的產(chǎn)生而使之飽和，從而使振蕩管得不到足夠的偏壓而停振，施行啟動(dòng)完成后關(guān)斷啟動(dòng)級(jí)的電子開關(guān)的任務(wù)。(8)為衰減諧波干擾而采取的措施在交流市電進(jìn)線和接至熒光燈的出線中插入高頻濾波網(wǎng)路；控制器用鐵殼施行整體屏蔽，對(duì)高頻濾波及有關(guān)的另部件施行二次屏蔽一最終目標(biāo)是使干擾性能達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.權(quán)利要求2。根據(jù)權(quán)利要求1中熒光燈啟動(dòng)時(shí)燈絲不通電加熱、不利用熱電子發(fā)射的特點(diǎn)而獲得的進(jìn)一步提高熒光燈的各項(xiàng)性能(效率、超載性能、使用壽命等)及簡(jiǎn)化制造工藝的熒光燈制造的改進(jìn)方案，其特征是(1)熒光燈管兩端電極作成屏板式且不涂熱電子發(fā)射用的活性物質(zhì)，即放棄傳統(tǒng)的燈絲一熱電子發(fā)射的形式。(2)鑒于屏板式電極具有大電流負(fù)載量，改進(jìn)型熒光燈管應(yīng)兼顧超載性能進(jìn)行負(fù)荷設(shè)計(jì)。
全文摘要
發(fā)明用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了熒光燈的直流供電，全面地克服了電感式熒光燈的啟動(dòng)性能差、光閃爍、亮度隨市電電壓而波動(dòng)且不能人為的調(diào)節(jié)、無線電干擾嚴(yán)重等缺點(diǎn)。主要特征是啟動(dòng)時(shí)燈絲不通電加熱而用脈沖高壓冷擊穿和大功率脈沖電觸發(fā)；采用串連型調(diào)脈寬—開關(guān)式恒流電源對(duì)熒光燈提供可調(diào)的恒穩(wěn)的直流電流而實(shí)現(xiàn)其功率和亮度的穩(wěn)定與可調(diào)；采用屏蔽和高頻濾波而大幅度地衰減諧波干擾。提出了熒光燈兩端制成屏板式電極的新方案，為進(jìn)一步提高其性能開辟了途徑。
文檔編號(hào)H05B41/16GK1042037SQ8910393
公開日1990年5月9日 申請(qǐng)日期1989年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月10日
發(fā)明者李上燦 申請(qǐng)人:李上燦