专利名称：节能调光无频闪电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到荧光灯配套的镇流装置。
荧光灯内充有隋性气体和少量汞蒸气，当灯管两端加上一定电压时，管内气体放电。汞蒸气放电时，幅射出紫外线，激发管内壁荧光物质，使使之发出可见光。
图2所示，OC、CD、DG、GH分别为气体被激、自激、辉光、弧光放电阶段。DEF、GHJ有相似变化，前者定为低能导通，后者定为全导通阶段。荧光灯的工作特性，处在GH段上，它呈现下降的伏安特性。由图2可知，要使 光灯工作在GH段上，必须配上一定的能对灯管两端电压进行自动调节的器具，即是镇流器的作用。镇流器不但要能启动灯管和稳定的工作，还要使灯管具有较长的使用寿命。
灯管的寿命，主要指阴极上具有逸出功的氧化物涂层消失的程度。氧化物挥发的速度近似地与灯管电流成正比，电流较小时灯管寿命较长。但电流大小，阴极放电发热的温度，不足以维持热电子发射时，氧化物将发生飞溅现象，反而使灯管寿命大为缩短。另外电流的畸变较大时，(局部电流上升率大是畸变因素之一)，不但使光通量输出减少，亦会使灯管寿命缩短。
预热阴极启动时，灯管直接进入弧光放电阶段，虽然可降低启动电压，但电流跳变大，瞬时电流大，这都是缩短灯管寿命的因素。
冷阴极启动时，如果采用直流或较平稳的脉动直流供电，由于阴极发射电子的连续性，只要几毫安便可使阴极温度呈上升趋势，在保证热电发射前提下，逐渐增加电流，直至进入弧光放电阶段，这是较理想的启动方式。如图2虚线STQ是冷阴极启动时，灯管从低能导通向全导通过渡的特性曲线，由于直流脉冲峰值工作在GH段，谷值时灯管截止。而GH呈下降特性，故代表脉冲峰值平均值的ST亦呈下降的伏安特性。
现有镇流器有三种类型线圈镇流器(分单线圈和双线圈)；倍压启动、电容限流的镇流器(如图3、4、5)；采用大功率三极管产生高频振荡，经LC谐振产生高压，启动灯管，由 限流的镇流器。这三类型的镇流器均存在一些问题。
线圈镇流器存在的问题是(1)使灯管发光存在频闪，此频闪人眼不易觉察出来，在有频闪的灯光下工作学习，易使眼睛疲劳，造成近视，(2)铜损、铁损较大，浪费电能，(3)功率因素低，(4)不能启动断丝灯管，(5)必须与相应规格的灯管和启辉器配套使用。否则，要么灯丝预热不足，启动电压过高，导致启动瞬间电流上升率增高；要么灯管工作过流，使灯管的使用寿命受到严重影响。
附图3、4、5所示的倍压启动，电容限流的镇流器电路，是目前前此类具有代表性的典型电路，经实验证明仍存在严重的缺陷，(1)均采用四倍压整流启动灯管，又分别采用L和RC滤波，其效果很差，启动时电流波形起伏大，影响阴极放电时温度的上升，不能保证热电子的发射，氧化物飞溅严重。(2)由于滤波效果差，存在严重频 ，其原因是由于脉冲谷值的电流、电压偏离GH轨迹，使灯管截止，而又需在约市电2倍压下才导通，电流变化率大。采用这三种形式的电路灯管寿命均较短，如图5电路所示的镇流器镇流时，40W的灯管，根据有关资料，启动次数约为4千次(每隔8秒启动一次，)。采用大功率三极管产生高频振荡，经LC谐振产生高压启动灯管，并由L限流的镇流器，虽能克服频闪，但不节能，功率因素低而且成本较高，生产工艺复杂，稳定性较差，不能通用灯管。
本发明针对现有的几种类型的镇流器的方法所存在的问题和缺陷，设计一种无频闪，损耗小，启动电流上升率小，能调光，并能延长灯光寿命，具有通用性的电子镇流器。
本实用新型工作电原理如附图1所示。电源通过开关K1输入到由C1－C5、D1－D6倍压桥式电路，经L电感线圈，K2开关加到灯管两端，灯管导通后，电路由倍压转为桥式整流经LC滤波后供灯管工作。
以下结合附图1所示，对本设计的工作过程进行详细说明AB两端接入市电Vo时，当A为正、B为负极性时，电流同时对C2、C3、C4充电，充电电路的等效图如图1－b所示，(其中忽略二极管内阻和假定灯管未导通)充电到Vo的峰值Vom。
当A负正B为正极时，充电等效电路如图1－C所示，从图1－b中可知VC2＝Vom，由图1－C中看出VC2与Vo同极性，故Vo与VC2相加，同时对C3、C5充电，此时C3在VC3＝Vom基础上充电到VC3＝VC5＝2Vom，同时Vo亦对C1充电至Vom，此是在Vo第一个周期的过程。
在第二周期中，即当A为正、B为负时，电路工作过程，可用等效图1－d，由图1－C中可知，VC1＝Vom，在图1－D中看到，VC1与Vo同相，故Vo与VC1叠加，同时对C3、C4充电，因V′C3已到2Vom，故只对C4充电，充电到2Vom，由此V′C3＝VC4＝2Vom。
在倍压过程中，C3、C4、C5只起充电作用，C1、C2充电后与Vo叠加放电，对C3、C4、C5充电至VC3＝VC4＝VC5＝2Vom。但由于C3是普通电解电容，存在漏电，且C3＞＞C1，C2，由C1、C2决定的充电电流无法使C3达到2Vom值，只能充到约450V，故灯管两端电压Vmm＝
4＋VC5＝900V。冷阴极启动时900V电压足以使灯管启辉。但当市电大低，低到150V时Vmm只能达到600V，这时启动困难。需克服这一启动困难，只需将A、B两端的极性互换一下就可以。即使B端接相线(火线)。因为A端接火线时，灯管任一端必须通过多只电容串联才与火线相接，而B端接火线时灯管两端未经电容接到火线，而管内气体在启辉前已开始电离，所以启辉电压就低。
荧灯管启辉后，很快处于低能导通状态，如图2中DEF所示，由于负载电流的增加，VC1、VC2与Vo叠加的放电时间常数逐渐缩小，于是C1、C2两端电压下降不能有效抑制D1、D2。在此瞬间D1、D2很快重新导通，逐渐增大导通电流，此电流分别经D5、D6对C4、C5充电到2倍压后(由于C4、C5足够大，在1－2UF之间)峰值点的电流电压值大于图2中G点值，则保证了灯管由低能状态转向为全导通状态。此时C3与L组成 特殊的滤波器，C3对倍压输入源滤波，L对倍压输出滤波其效果优于L与LC对同一电源滤波，改善电流波形使其成为较平稳的脉动直流，以接近理想的冷阴极启动，使灯管过渡到全导通。
灯管导通后，由D1～D4组成的桥式整流电路，提供120mA左右的电流。比C1、C2提供的电流(大约7mA)大得多，在电路工作中此电流起主要作用。此时C3与L组成LC滤波器，对桥整流输出进行滤波，为灯管提供平稳的直流，达到灯管无频闪。
本设计采用一般的电子元件组成，其L电感值在1－2享之间，体积仅为原线圈镇流器的五分之一左右，成批生产可节约大量的铜材和矽钢片，整个装置成本在拾元以下。
由于采用电容限流，其功率因素超前，在一定程度上补偿了电网中的功率因素滞后，从而提高整个电网的功率因素，起到间接节能的效果。
本装置实施后，能使灯管用电效率达到99％，与一般线圈镇流器对比直接节约电约28％；因为改善电流波形，使其成为较平稳的脉动电流供灯管工作，使发光无频闪，并能使灯管寿命延长。经实验40W灯管，开启15000次仍能正常点亮(每隔8～10秒启动一次)。与用图5所示镇流器延长3.7倍。
图1为本设计的电原理图。
图1－a、b、c、d、为本设计的工作过程瞬时分析等效图。
图2为40W日光灯在常温下，以直流供电测得的伏安特性曲线图，其中实践参照有资料绘制，虚线STQ较平稳的脉动直流平均值的特性曲线。
图3、4、5为倍压启动，电容限流的典型电路，市场上大多数是采用图4所示的，其R以电阻丝代替，且接成灯管的输出线中，以掩人耳目，经测阻值在150～250Ω之间不但不节能，并是火灾的隐患。
按电原图1所示来实施本设计，其中D1～D6为1N4004或1N4007，C1＝C2＝0.1UF／160V，C3＝33UF／450，C4＝C5＝1UF／160V，C′1＝C′2＝2UF／250V，L为1－2H，K1为调光开关，它可用多刀多掷开关、用来调节C1 C2…Cn＋1的串、并得到各种不同容量值，进行不同程度的调光，本例中采用双刀三掷开关，对C1、C2变换为并联、单串、双串在电路中，得到强中、弱三档调光效果。
K2为双刀双掷开关，其作用是变换输入到灯管两端的电压的极性，因为采用的直流供电(即为单相导电状态)汞离子在负极复合后，就在负极附近的管壁上凝结，时间长对灯管的寿命有影响，而且发光效率不均匀(一端强、一端弱)。装上K2后在工作一段时间后，拨一下K2，可使灯管两极互换，即原来当阳极换成阴极，阴极转换成阳极。从灯管两极方面看，轮流发射电子从管壁上的 光物质、发光率，保证均匀度，所以从两方面能延长灯管使用寿命。
C′1、C′2的容值，决定于所需的输出功率。以C′1、C′2并联值C与灯管型号的要求有关。
灯管类型8W15W20W30W40WC2UF／2504.5UF／250V5.5UF5UF／2506UF／250由上述C值的要求，可将本装置的镇流器分为两段功率，即8－15W段，其C值取2－3Uf／20－40W档 取4－6UF。
C3与L的取值取决于C′1∥C′2并联值C的值，C3＝9C，L在数量上约为C′1、C′2并联C值的1／3数值。
权利要求1.节能调光无频闪电子镇流器，其特征在于由K1(使C′n，C′n+1组成串联、并联)调光开关；D1～D6、C1～C5构成倍压桥式的整流电路，L电感和换相开关K2所组成。
2.根据权利要求1所述的镇流器，其特征在于利用多刀多掷开关K1使C′1、C′2…C′n＋1串、并联，组成不同容值的档次，以达到不同档次的调光程度。
3.根据权利要求2所述的Cn、Cn＋1并联C容值，取决于对电子镇流器输出功率的要求，随着要求输出功率的增高，C值容量增大，如8～15WC值的2～3Uf；20～40W，C值约为4～6Uf。
4.根据权利要求1所述镇流器，其特征在于C3容量取决于Cn、Cn＋1并联C容量大小。C3大约为9×C之值，L(享)在数量上约为C值的三分之一值。
5.根据权利要求1所述镇流器，其特征在于采用K2换极性开关，使灯管中两热丝轮流发射热电子，且使灯管壁上的发光物质均匀性，确保光效及由发光物质影响寿命，以进一步延长灯管寿命。
专利摘要本实用新型采用倍压启动和电容限流的镇流器，它具有节能、调光(弱、中、强)并且使灯管光亮无频闪。用电效率达99％，与一般线圈镇流器直接节电约28％，与一般的倍压启动，电容限流的镇流器相比较，节能供灯管工作电流的脉动性小，克服频闪。在大批量生产可节省大量的铜材和矽钢片。延长灯管的使用寿命达到3.7倍。
文档编号H05B41/16GK2062541SQ89216408
公开日1990年9月19日 申请日期1989年8月30日 优先权日1989年8月30日
发明者邓放明 申请人:邓放明