专利名称：氙气光源整流器及氙气灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体或蒸气放电灯领域，尤其涉及氙气光源整流器及氙气灯。
背景技术：
HID (High intensity Discharge，高压气体放电灯)是一种引导21世纪潮流的新 型的光源，目前的应用还停留在汽车大灯照明的阶段。在民用市场，如展示厅、商店橱窗、贵 重商品照明、模特照射，家庭、宾馆等一些需要频繁开关的照明场所中采用的射灯、筒灯、吸 顶灯等灯具，目前99%以上仍使用卤素光源(也有小部分采用LED光源)，其发光原理是藉 由电流通过光源中的钨丝产生光与热。局限于钨丝本身的材料熔点，一般的55W卤素灯顶 多产生3000 3200K的色温度，其相对于HID氙气灯，具有耗电高、亮度低、显色性差、光衰 快、寿命短等众多缺点；同时，其安全可靠性较差。因此，有必要对HID氙气灯加以深入研 究，将HID氙气灯的技术应用在替代卤素光源的民用照明领域上。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种恒功率、节能、环保的氙气光源整流器。在此基础 上，本实用新型还提供一种安全可靠的氙气灯。为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是，一种氙气光源整流器，包括整流滤波及功率因素校正模块(21)，用于将市电输入电压转换为第一直流电压；开关电路模块(22)，用于将第一电压转换为第二直流电压；全桥转换及高压启动模块(23)，用于激发氙气灯光源点亮的预设高压，以及将第 二直流电压转换为氙气灯光源持续工作的交流工作电压。所述整流滤波及功率因素校正模块(21)包括全桥整流电路和功率因素校正电路。所述开关电路模块(22)包括若干功率开关管及变压器。所述全桥转换及高压启动模块(23)包括MOS管全桥转换电路和高压启动电路。还包括控制协调模块(24)，分别与整流滤波及功率因素校正模块(21)、开关电路 模块(22)、全桥转换高压启动模块连接(23)，以便协调它们之间的工作。在此基础上的氙气灯，包括氙气光源冷反射杯(1)，通过上述整流器接入市电输入 ⑶。所述氙气光源冷反射杯(1)，包括反光杯坯体(11)和装配在所述反光杯坯体(11) 内的氙气灯光源(13)，所述反光杯坯体(11)由近似圆弧的旋转曲面形成，所述氙气灯光源内充入高压放电氙气。所述反光杯坯体(11)的内表面镀有至少一层反射膜(12)。所述反光杯坯体(11)的内表面镀有二十层以上光学薄膜。所述反光杯坯体(11)的开口端设置滤紫外盖(14)，所述滤紫外盖(14)设置磨砂 部(15)。[0017]与现有技术相比，本实用新型通过恒功率输出设计，避免因电网电压波动造成的 灯光闪烁或忽亮忽暗的情况；同时，增加了功率因数校正电路，其功率因数达到0. 98以上， 可使得HID氙气灯更节能、更环保。此外，冷反射杯能有效反射可见光95%以上，而使对人体不利的紫外光、红外光向 灯具后方透射，其反射率降至3%以下，从而达到“冷光”的效果，从而提高氙气灯光源的安
全可靠性。
图1是本实用新型氙气光源整流器的电路方框图，其上游连接市电输入，下游连 接氙气光源冷反射杯；图2是本实用新型氙气灯的物理连接图；图3是图1中氙气光源冷反射杯的结构示意图，其中，实线为可见光；虚线为紫外 线与红外线。
具体实施方式
为了便于说明，下面先对有关术语进行解释。光及辐射，光是指人眼可以感知为明亮之电磁辐射，也可以说是整个电磁辐射光 谱中人眼可以看见之部份。这部份之波长分布在360 830nm，只占已知之电磁辐射光谱中 之非常微小之部份。光通量(流明Lm)，发光体每秒种所发出的光量之总和。光强(坎德拉Cd)，发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。照度(勒克斯Lm/m2)，发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。亮度(坎德拉/每平方米cd/m2)，发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。色温，一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之标准黑体本身之绝对温度 值，此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点。标准黑体之温度越高，其辐射出 之光线光谱中蓝色成份越多，红色成份也就相对的越少。显色性，一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩，就如同在太阳光下看东西 一样。此准据即是光源之显色特性，称之为平均显色性指数。光色，一个灯的光色可以简单地以色温来表示。光色主要可分成三大类暖色 < 3300K，中间色 3300 5000K，昼光色> 5000K。光效(每瓦流明Lm/w)，电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电
量来表示。功率因数，在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数， 用符号cosO表示。在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosO =P/S。 功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率 因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路 供电损失。平均寿命(小时)，指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数。[0034]卤素灯，灯泡内加入卤素元素，电流通过钨丝将其加热至白炽状态而发光，大量应 用于各种民用照明场合。发光二极管(LED)，发光二极管为特殊材质制成之p-n 二极管。在顺向偏压下，电 子在接合面流动时，会在再结合而消灭的过程中发光。体积小、发光效率原不高，但近年来 发展迅速，适用场合已推广到交通信号灯、指示灯、室内照明、路灯等，甚至也适用于一些特 殊场合之照明用途。高压气体放电灯(HID，High intensity Discharge)，可称为重金属灯或氙气灯， 也可称为特殊的金卤灯。它的原理是在UV-cut抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气 体充填，其中大部份为氙气(Xenon)与碘化物等惰性气体，然后再通过专用的电子式整流 器(Ballast)将车上12伏特的直流电压瞬间增压至23000伏特的电流，经过高压震荡激发 石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。而由氙气所产 生的白色超强电弧光，可提高光线色温值，类似白昼的太阳光芒。HID氙气灯具有显著的特 点及优势，其工作时所需的电流量仅为3. 5A，亮度是传统卤素灯泡的三倍，使用寿命比传统 卤素灯泡长10倍。目前，HID产品只应用在高档汽车前照灯照明上，如日韩国家中、高档车 都安装了 HID氙气大灯，欧美这种氙气车灯则更为普及，而国产车中则只有奥迪A6和帕萨 特2. 8等顶级轿车安装了 HID氙气大灯。显然，如果在实际应用中突破相关技术难题，HID 氙气灯亦可大量应用在民用照明领域，其取代民用卤素灯是大势所趋。为了进一步理解本实用新型，
以下结合附图与具体实施例进行说明。参见图1，本实用新型整流器2上游连接市电输入3，下游连接氙气光源冷反射杯 1，其包括四大电路模块，以下具体说明。第一电路模块为整流滤波及功率因素校正模块21，通过全桥整流电路及功率因数 校正电路，可实现民用电网宽电压85V-260V交流电，频率50HZ或60HZ的电压输入，同时将 功率因数提高到0. 98以上，更节能、更环保，适合目前全世界主流民用电网IlOV和220V的 要求。85V-260V交流电输入后，经本部分电路转换为400V的第一直流电压供给下一电路模 块部分工作。第二电路模块为即开关电路模块22，由功率开关管和变压器等零部件组成开关电 路，实现电压的转换，将第一电路模块中输送过来的400V直流电压转换为85V第二直流电 压。第三电路模块为全桥转换高压启动模块23，即通过MOS管全桥转换电路及高压启 动电路，用20KV的高压激发HID氙气灯光源点亮，同时将85V直流电压转换为适合HID氙 气灯光源持续工作使用的85V交流工作电压。第四电路模块为控制协调模块24，与其它各模块连接，以便协调它们之间的工作。 控制协调模块24优选为全数字控制，选用电可擦写数字单芯片，通过编写软件程序，提高 HID整流器的性能，包括丰富的故障检测、高性能的环路响应、展频特性等，实现异常保护、 恒功率及各部分协调控制等。其中变频控制使EMI降到最低，同时减少EMI元件数量；结 合硬件进行算法优化，完善对HID的过程控制和限流保护处理；实现整套控制算法，包括 DC/DC，DC/AC，保护功能等。在上述数字化控制整流器中，高速数字式智能芯片是整个系统的核心，通过数字 式智能芯片可以控制整流器的每个细节和节电状态，实现输出端短路、开路保护，自动恢复工作保护，高压控制保护等功能。实验结果表明，假定氙气灯管的额定电压为85士 17V，数字式智能芯片及软件程序 设置能在灯管电压AC 65 140V左右正常工作，无须做任何调整就能适应不同HID氙气灯 管的特性，保护HID氙气灯泡不受损坏，从而使HID氙气灯泡寿命延长，同时也为给提供消 费者后续服务带来很大方便。参见图2，氙气灯包括氙气光源冷反射杯1，其通过整流器2接入市电输入3，从而 实现民用领域的应用。其中，氙气光源冷反射杯1可进一步加以改进，具体如下所述。参见图3，为装配有HID高压气体放电灯光源的新型冷反射杯1，包括反光杯坯体 11，由近似圆弧的旋转曲面形成；氙气灯光源13，装配在反光杯坯体11内，充入高压放电氙 气。具体地，氙气光源冷反射杯1主要采用以下三方面技术。所述反光杯毛胚11由玻璃制成采用高硼低应力的玻璃配方，用高精度控温的全 电熔炉压制而成，制成的反光杯玻璃毛胚具有膨胀系数<40*10_8、耐高低温的优点，从而保 证反光杯的安全可靠。特别地，反光杯坯体11上镀多层介质干涉膜12 用光学干涉原理，用多种介质薄 膜材料，用物理方法，镀制二十多层光学薄膜，实现对可见光的反射率达到95%以上，而对 紫外线和红外线的反射率小于3%，从而保证HID光源13和反光杯坯体组合后的光源，在可 见区达到最大的输出光能，而避免了紫外线和红外线的照射，从而达到“冷光”的效果。此外，反光杯坯体上加盖钢化玻璃组成的滤紫外盖14，从而进一步过滤紫外线，并 在盖子中心1/3直径处作磨砂处理，通过磨砂部15使光源照出的光更柔和，避免眩光。采用上述冷反射杯，并匹配可直接接入国家电网使用的新型数字电子式整流器 及HID高压气体放电灯，可与多种天花板灯具配套，作定向照明之用，照射发射角度可有 25°、38°、60°等，可满足各种使用要求，应用于展示厅、商店橱窗、贵重商品照明、模特照 射，家庭、宾馆、一些需要频繁开关的照明场所。这种反射定向照明小功率电子式HID氙气灯，相对于目前民用市场的传统卤素光 源拥有无可比拟的优势1、冷反射定向照明小功率电子式HID氙气灯采用的反射杯用耐高温的低膨胀系 数玻璃制成，并镀上多层介质反射膜，能有效反射可见光95%以上，而使对人体不利的紫外 光，红外光向灯具后方透射，其反射率降至3%以下，从而达到“冷光”的效果，使离射灯2米 处温升不超过摄氏5度，这就可有效降低所照明物体因红外光和紫外光的直射造成变褪色 等损伤。2、光效及转换效率卤素光源由于燃烧钨丝发光时产生大量的热能损耗，所以光 效不高，最高也只能达到201m/W;而HID氙气灯光效可达到901m/W，高光效光源的甚至可达 到1001m/W以上。同时，HID氙气灯的功率转换效率达到85%以上，所以，HID氙气灯更节 能。3、寿命及光衰HID氙气灯在连续使用5000小时后仍能达到初使使用光效的70% 以上，而卤素光源的钨丝经过几百小时的使用便会烧断中止使用寿命，并在使用过程中光 衰非常明显。4、显色性HID氙气灯显色指数可达95，而卤素光源的显色指数，一般在65-85之 间。所以，使用HID氙气灯照射的物体其色彩的还原度及鲜艳度更亮丽，完全可以达到人眼区分颜色的需求，特别适合展示厅、商店橱窗、贵重商品照明、模特照射等照明场所需求。5、色温HID氙气灯可呈现出从3000K至30000K不同的色温，特别还能以红、绿、 紫、蓝等多种色彩呈现，而卤素光源只能局限于3000K左右的色温，也不能有多种色彩变 化。因此，HID氙气灯应用更广、更灵活。6、恒功率HID氙气灯采用恒功率输出设计，避免因电网电压波动造成的灯光闪 烁或忽亮忽暗的情况，而卤素光源则没有相似的性能。7、功率因数本技术中小功率电子式HID氙气灯增加了功率因数校正电路，功率 因数达到0. 98以上，而普通的卤素光源的功率因数只有0. 5左右，因此，使用HID氙气灯更 节能、更环保。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视 为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干 改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种氙气光源整流器，其特征在于，包括整流滤波及功率因素校正模块(21)，用于将市电输入电压转换为第一直流电压； 开关电路模块(22)，用于将第一电压转换为第二直流电压；全桥转换及高压启动模块(23)，用于激发氙气灯光源点亮的预设高压，以及将第二直 流电压转换为氙气灯光源持续工作的交流工作电压。
2.如权利要求1所述的氙气光源整流器，其特征在于，所述整流滤波及功率因素校正 模块(21)包括全桥整流电路和功率因素校正电路。
3.如权利要求1所述的氙气光源整流器，其特征在于，所述开关电路模块(22)包括若 干功率开关管及变压器。
4.如权利要求1所述的氙气光源整流器，其特征在于，所述全桥转换及高压启动模块 (23)包括MOS管全桥转换电路和高压启动电路。
5.如权利要求1所述的氙气光源整流器，其特征在于，还包括控制协调模块(24)，分 别与整流滤波及功率因素校正模块(21)、开关电路模块(22)、全桥转换高压启动模块连接 (23)，以便协调它们之间的工作。
6.一种氙气灯，包括氙气光源冷反射杯(1)，通过如权利要求1-5任一项所述的整流器 接入市电输入⑶。
7.如权利要求6所述的氙气灯，其特征在于，所述氙气光源冷反射杯(1)，包括反光杯 坯体(11)和装配在所述反光杯坯体(11)内的氙气灯光源(13)，所述反光杯坯体(11)由近 似圆弧的旋转曲面形成，所述氙气灯光源(13)内充入高压放电氙气。
8.如权利要求7所述的氙气灯，其特征在于，所述反光杯坯体(11)的内表面镀有至少 一层反射膜(12)。
9.如权利要求7所述的氙气灯，其特征在于，所述反光杯坯体(11)的内表面镀有二十层以上光学薄膜。
10.如权利要求7所述的氙气灯，其特征在于，其特征在于，所述反光杯坯体(11)的开 口端设置滤紫外盖(14)，所述滤紫外盖(14)设置磨砂部(15)。
专利摘要本实用新型公开一种氙气光源整流器，包括整流滤波及功率因素校正模块(21)，用于将市电输入电压转换为第一直流电压；开关电路模块(22)，用于将第一电压转换为第二直流电压；全桥转换及高压启动模块(23)，用于激发氙气灯光源点亮的预设高压，以及将第二直流电压转换为氙气灯光源持续工作的交流工作电压。通过恒功率输出设计，避免因电网电压波动造成的灯光闪烁或忽亮忽暗的情况；同时，增加了功率因数校正电路，可使得HID氙气灯更节能、更环保。在此基础上的氙气灯，通过改进冷反射杯，可提高氙气灯光源的安全可靠性。
文档编号F21S2/00GK201781674SQ20102021688
公开日2011年3月30日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者李喜明, 苏纪苏, 马汶伟 申请人:陈少通