专利名称：一种无频闪直流荧光灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光灯照明装置，特别是涉及一种无频闪直流荧光灯装置。
背景技术：
关于荧光灯照明的现有技术，目前，广泛使用的荧光灯主要有三大类一、普通交流荧光灯。它主要由普通荧光灯管，电感或电感电容串联组成的镇流器，启辉器和灯具四部分组成。这种荧光灯功率因数低，有频闪，在低温、低电压下很难启辉，因此只能作普通照明用。
二、高频荧光灯。它采用高频电子镇流器替代上述镇流器，由于它功率因数高，发光效率高，能在低电压下启辉，因此受到人们的重视。但它只是减少了视觉频闪，并没彻底解决频闪。因其工作在高频状态，电磁辐射干扰影响人的健康并污染了环境。
三、直流荧光灯。它采用交流供电，直流点灯的电子镇流器。它具有第二类的特点。而且只要设计、调试合理，可以做到无频闪，无电磁辐射干扰，保护人的视力与健康。是目前比较理想的光源，所以应用前途宽广。
由于直流荧光灯的灯管压降在相同功率下比交流荧光灯管的压降大得多，故其功率因数比交流荧光灯高，也即直流灯节能好，要使其更节能又不降低光效率和亮度，提高灯管压降是行之有效的办法。实验证明，用两支荧光灯串联起来共用一只镇流器，不仅减少了镇流器的损耗，提高了功率因数，还增加了发光面积，双管灯的亮度要比单管灯高1.5～1.8倍，且比值随电源电压的增高而增高。但用一只镇流器直接点燃双灯，采用电路复杂，或者让一只灯管处于冷启动状态，这对灯管本身不利。为此，设计一种长度比单管大一倍以上的荧光灯管，其结构上可做成环形、单U、双U、单H、双H或直管荧光灯管，这种荧光灯管的管压降是其单管的1.5～2倍。
由于灯管压降的提高，用一般直流电子镇流器启辉比较困难，尤其是在低温、低电压下，很难启辉。因为要使荧光灯管正常工作，必须具备三个条件第一是启辉所需的高压(直流、交流都可以)。此电压约为正常工作电压的六倍以上，但电流很小。第二是灯管工作所需的电压值。第三是灯管工作所需的电流值。后二项数值是由灯管的结构尺寸和功率决定的。此数值在一定的范围内变化，超出了这范围灯管就不能正常工作。因此所有的电子镇流器都是为满足这三个条件而设计的。以前也曾有很多人在这方面做过努力，如青岛海洋大学等团体就是把前述这三个条件用三种电路组合起来的，(中国专利公开号CN1127460A“高效节能直流荧光灯”)，它是输入交流电压直接经桥式整流后，通过串联稳压电路而得到灯管所需的直流电压；用三极管组成稳流电路；采用高频振荡产生高压来实现其启辉电路。其工作原理如图5所示。
此类方法的不足之处在于输入的220V交流电压经整流稳压后的直流电压往往超过220V电压，而普通直流荧光灯管的管压降均在100V左右，那么还有一半多的电压将要降在稳压电路的调整管(三极管)上，其功率损耗是可想而知的；如使用在110V交流电的地方，则由于电压高，所采用的元器件的成本高，不经济；再则采用并联的方式连接荧光灯灯管灯丝和振荡变压器的次级线圈，不利灯丝预热，造成冷启动现象，并且此方法不能适用各种荧光灯管的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能在低温、低电压状况下容易启动的无频闪直流荧光灯，不但亮度高，发光面积大，而且功率因数损耗小，经济、便利，适用范围广。
本发明是通过改进荧光灯管的设计和改进直流电子镇流器的设计来实现的A、 荧光灯管是本发明的特点之一，设计一种有效管长比普通使用的荧光灯管长一倍的荧光灯管，其一端是阳极灯丝而另一端是阴极灯丝。阴极灯丝上涂有一层电子粉，而阳极灯丝则没有电子粉。其形状结构除直管外，也可以做成环形、单U、双U、单H、双H等各种形状，此种长荧光灯管不但增加了发光面积，其亮度要比普通灯管高1.5～1.8倍，管压降是普通灯管的1.5～2倍，有利于减少电子镇流器的功率因数损耗。
B、直流电子镇流器是本发明的重点所在，该技术方案是一个组合电路，由直流限流电源、启辉电路、平滑滤波电路、补偿电路、四部分组成。其工作原理如图6所示。
直流限流电源来自220V交流电经限流电源变成一定值的直流电压、电流，供给启辉电路，同时又供给补偿电路。
启辉电路产生高频振荡电压去启辉直流灯管，启辉后，通过高频变压器，把来自直流限流电源的直流电供给直流灯管，维持灯管工作，启辉电路通过平滑滤波器形成直流通路。
平滑滤波电路它是和直流灯管串联的，起滤波作用，因此，平滑滤波电路是启辉电路和直流灯管构成直流回路的必经之路。
补偿电路它的电源来自直流限流电源，它动作所需的触发信号，来自平滑滤波电路，它的输出电压经直流限流电路到启辉电路。灯管启辉后的电路走向是从直流限流电源正极，经启辉电路，到直流荧光灯管，再经平滑滤波电路，到直流限流电源负极为实现上述原理，具体的技术方案是通过以下的电路安排来体现的1、直流限流电源(附图1虚线框III)，它把输入的220V交流电变换成给定电流值的直流电，供点燃荧光灯。
交流电经电容C2限流，通过VD3--VD6桥式整流后成脉动直流电，再经电容C5作第一级滤波后输入启辉电路，输出电压幅值由荧光灯管决定，其余部分降在电容C2上，电容C2起限流和降压作用，电阻R2、R3是泄放电阻。
2、启辉电路(附图1虚线框II)，它产生大于600 V的高压去点燃荧光灯。启辉高压采用振荡器升压方式产生，由三极管VT1，二极管VD11，电阻R4、R5，电容器C7、C9及高频变压器B组成的变压器耦合振荡电路，产生高频电压，通过升压输出大于600 V的高频交流电压到荧光灯管阳极灯丝，高频变压器次级反馈回路与荧光灯管阴极灯丝串联，只要电路一振荡，就有电流流过灯丝，使灯丝预热，一旦荧光灯点燃，由于负载加重，振荡自行停止，来自直流限流电源正极的直流电通过高频变压器初级线圈流向荧光灯管阳极灯丝。振荡频率由电容C7及与C7并联的高频变压器电感值决定，电容C9是起隔直流作用，三极管VT1通过二极管VD11接至平滑滤波电路构成直流通路。
3、平滑滤波电路(附图1虚线框V)，它是确保荧光灯无频闪的主要电路。
由三极管VT2、电阻R7、R8、R9，电容C10、C11组成的第二级电子滤波电路，对电容C5的一级滤波作进一步的滤波。从对电子滤波电路的理论分析中得出的结论，在三极管VT2基极接入电容C10，相当于在其发射极接入一个容量为(1+β)C10的电容，其中β为VT2的放大倍数，即为C10容量的(1+β)倍，这么大容量的电容并联在VT2的发射极电阻R7上，所以R7上的电流是相当平稳的，由于荧光灯管通过其阴极灯丝与三极管VT2串联连接，因此，流过荧光灯管的电流也是相当平稳的，这就是说，荧光灯是无频闪的，二极管VD12是保护三极管VT2的，R8、R9决定了三极管VT2的工作点。
4、补偿电路(附图1虚线框I和IV)，它在荧光灯启辉(尤其是在低温、低电压)时，确保启辉电路正常启辉而设置的，并在低电压时补偿供电不足，使灯管发光亮度不致变化很大。
补偿电路由升压电路(附图1虚线框I)和控制电路(附图1虚线框IV)组成。补偿电路和荧光灯管是串联连接，而补偿电路是与直流限流电源并联连接，并由继电器J来控制其接通与断开。
由二极管VD1、VD2和电容C1组成的升压电路把输入交流电压整流升压成将近一倍压的直流脉动电压经继电器J的常闭接点接到滤波电容C5上，用以提高输出电压，增加输出电流。电阻R1是泄放电阻。
在控制电路中，可以有三种情况第一种控制电路(附图1虚线框IV)，由二极管VD7-VD10和电容C3、C4组成的直流限流电路，其交流输入来自直流限流电源，其输出通过电容C6滤波，在经过稳压管Vw的稳压输出到可控管Vs的阳极，继电器J与可控管Vs串联，可控管Vs的触发电压来自三极管VT2的发射极电阻R7，经电阻R6、电容C8限流后接可控管Vs触发极，电源刚接通时，由于荧光灯未启辉，三极管VT2电流很小，发射极电阻R7上电压达不到可控管Vs触发所需电压，可控管Vs不导通，继电器J不工作，升压电路通过继电器J常闭触点供给启辉电路，当荧光灯启辉后达到正常值时，三极管VT2发射极电阻R7上的电压达到可控管Vs触发电压值，可控管Vs导通，继电器J动作，常闭接点断开，升压电路切断，转到正常供电状态，在低电压时，由于供电电压的下降，致使荧光灯管的电流也下降，随着流过三极管VT2的电流下降，其发射极电阻R7上的电压也下降，当该电压低于可控管Vs的触发电压值时，可控管Vs不导通，继电器J不工作，升压电路通过继电器J常闭开关继续供电，补偿由于低电压时电压、电流的不足。
第二种控制电路(附图2虚线框IV)电压也可从直流限流电源通过降压电阻R10接至可控管Vs的阳极。
第三种控制电路(附图3虚线框IV)也可用温度继电器来实现，这是一种间接加热式温度继电器J。温度继电器J的发热体接在三极管VT2的发射极电路中。动作开关也是一组常闭开关。
上述三种控制电路分别适用各种不同情况，采用何种电路视具体需要而定。
本装置的电子镇流器也适用于管压降小于150V的直流荧光灯，此时可取消补偿电路(附图4)，其效果也是非常好，在低温(-5℃至-10℃)，低电压(交流150V)下，可一次启辉，而且发光亮度也不致降低很多。确是一种比较理想的直流电子镇流电路。
本发明的优点可以从以下三个方面体现出来1、由于设置了补偿电路，在启辉时，提高了直流输出电压、输出电流，有利于荧光灯启辉；在低电压时，补偿了电压电流的不足，使荧光灯发光亮度不致减少很多。
2、由于采用高频升压形式的启辉电路，根据不同荧光灯管的需要来设计启辉电压值，而电路本身不需改动。同时灯丝预热方式采用与高频变压器次级回路串联形式，因此，只要电路振荡，就有电流流过灯丝，起到预热作用。
3、由于引进了平滑滤波电路，这对消除荧光灯管的频闪起到十分重要的作用，平滑滤波电路不同于普通的电子滤波器设置在负载的输入端，而是设置在负载的输出端。由于负载(本电路中是荧光灯管)和平滑滤波电路是串联的，故其作用是相同的，但由于输入端电压高，对电路中的元器件耐压要求高，而输出端就不同了，相应的耐压要求就要低多了，这就降低了产品成本，相应的体积也可减小，而且调试时也安全多了。
下面结合附图给出本发明的具体实施例图1无频闪直流荧光灯电子镇流器电路图；图2无频闪直流荧光灯电子镇流器电路中的第二种控制电路图；图3无频闪直流荧光灯电子镇流器电路中的第三种控制电路图；图4适用于管压降小于150V的直流荧光灯的电子镇流器电路图；图5无频闪直流荧光灯电子镇流器现有技术工作原理图；图6本发明无频闪直流荧光灯组合电路工作原理图。
具体实施例方式
实施例(一)结合附图1的电路，荧光灯管采用18W双U灯管，其它各元器件分别为电容C1为1.5μF，250V； 电容C2为4μF，250V；电容C3为0.47μF，630V；电容C4为0.47μF，630V；电容C5为47μF，400V； 电容C6为22μF，50V；电容C7为0.01μF，630V；电容C8为22μF，50V；电容C9为0.01μF，630V；电容C10为1000μF，25V；电容C11为22μF，50V；电阻R1为220KΩ；电阻R2为220KΩ；电阻R3为330KΩ；
电阻R4为200Ω； 电阻R5为100KΩ；电阻R6为1kΩ；电阻R7为10Ω； 电阻R8为2KΩ； 电阻R9为10KΩ；三极管VT1、VT2为13005；二极管VD1-VD12为1N4007；可控管Vs为3CT102；继电器J为HG4098。
实施例(二)结合附图2的电路，荧光灯管采用36W直管灯管，其它各元器件分别为电容C1为1.5μF，250V；电容C2为9μF，250V；电容C5为100μF，400V；电容C7为0.01μF，630V；电容C8为22μF，50V； 电容C9为0.01μF，630V；电容C10为1000μF，25V； 电容C11为22μF，50V；电阻R1为220KΩ； 电阻R2为220KΩ；电阻R3为330KΩ；电阻R4为200Ω；电阻R5为100KΩ；电阻R6为1kΩ；电阻R7为10Ω； 电阻R8为2KΩ； 电阻R9为10KΩ；电阻R10为75KΩ；三极管VT1、VT2为13005；二极管VD1-VD12为1N4007；可控管Vs为3CT102；继电器J为HG4098。
实施例(三)结合附图4的电路，荧光灯管采用32W单U灯管，其它各元器件分别为电容C2为9μF，250V； 电容C5为47μF，400V；电容C7为0.01μF，630V； 电容C9为0.01μF，630V；电容C10为1000μF，25V； 电容C11为22μF，50V；电阻R2为220KΩ；电阻R3为330KΩ； 电阻R4为200Ω；电阻R5为100KΩ；电阻R7为10Ω； 电阻R8为2KΩ；电阻R9为10KΩ； 三极管VT1、VT2为13005；二极管VD3-VD6为1N4007；二极管VD11、VD12为1N4007；可控管Vs为3CT102；继电器J为HG4098。
权利要求
1.一种无频闪直流荧光灯，包括荧光灯管、直流电子镇流器和灯具三个部分，其特征在于A、直流荧光灯管的一端是阳极灯丝，而另一端是阴极灯丝，阴极灯丝上面涂有一层电子粉，而阳极灯丝则没有电子粉。直流荧光灯管的有效长度比一般直流荧光灯管的长度长一倍，因而其灯管管压降是一般直流荧光灯管的1.5--2倍；B、直流电子镇流器是由直流限流电源、启辉电路、平滑滤波电路、补偿电路四部分组成，直流限流电源、启辉电路、平滑滤波电路、补偿电路和荧光灯管是串联连接，而补偿电路是与直流限流电源并联连接，并由继电器J来控制其接通与断开。
2.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器中的启辉电路是由三极管VT1、二极管VD11、电阻R4、R5、电容C7、C9和高频变压器B组成的变压器耦合振荡电路，荧光灯管阴极灯丝串联在高频变压器次级回路。其直流电源来自直流限流电源正极，输出接至荧光灯管阳极灯丝，三极管VT1通过二极管VD11接至平滑滤波电路构成直流通路。
3.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器中的平滑滤波电路是由三极管VT2、电阻R7、R8、R9、电容C10、C11组成的第二级电子滤波电路，荧光灯管与三极管VT2串联连接。
4.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器中的补偿电路是由升压电路和控制电路二部分组成，由二极管VD1、VD2和电容C1组成的升压电路，把输入交流电压整流升压成将近一倍压的直流脉动电压经继电器J的常闭接点接到滤波电容C5上。
5.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器中补偿电路的控制电路，可以由VD7-VD10和电容C3、C4组成的直流限流电路，通过电容C6滤波，经稳压管Vw稳压后输出到可控管Vs的阳极，继电器J与可控管Vs串联，可控管Vs的触发电压来自三极管VT2的发射极电阻R7，经电阻R6、电容C8限流后接至可控管Vs触发极。
6.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器中补偿电路的控制电路，其电压也可从直流限流电源通过降压电阻R10接至可控管Vs的阳极。
7.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器中补偿电路的控制电路，也可以用间接加热式温度继电器J来实现，温度继电器J的发热体接在三极管VT2的发射极电路中，其动作开关也是一组常闭开关。
8.根据权利要求1所述的无频闪直流荧光灯，其特征在于所述的直流电子镇流器，适用于5W-100W各种交直流荧光灯管，其灯管管压降可以高至200V，在灯管管压降小于150V时可不用补偿电路。
全文摘要
一种涉及无频闪直流荧光灯的照明设备，它主要由加长的荧光灯管和专门设计的直流电子镇流器组成。该直流电子镇流器包括直流限流电源、启辉电路、平滑滤波电路和补偿电路，实现对灯管的启辉电压提高，启辉电流增加，此种直流荧光灯的设计是一种能在低温、低电压状况下容易启动的无频闪直流荧光灯，不但亮度高，发光面积大，而且功率因数损耗小，经济、便利、可靠的，适用范围广的新技术。
文档编号H05B41/28GK1394107SQ01113238
公开日2003年1月29日 申请日期2001年7月4日 优先权日2001年7月4日
发明者唐筱花, 高杰, 金玉泉 申请人:高杰, 唐筱花, 金玉泉