专利名称：超高效率双兼容逆变源无极霓虹灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型霓虹灯及其灯源，特别是一种将霓虹灯芯柱电极及铁磁式常规高压变压器全部革除，能兼容交流电源50Hz、60Hz频率，220V、110V、127V、105V电压，同时兼容普通霓虹灯的超高效率双兼容逆变源无极霓虹灯。
现有技术中的霓虹灯及其灯源，国内外一直大量使用铁磁式高压变压器，其用电量高达450伏安，电流高达2安培以上，功率因数不足0.3，同时消耗电网400乏以上的无功功率。变压器本身还额外耗电数十瓦，时间稍长发热严重。其电压高达15000伏，绝缘等要求很高，其体积有250mm×200mm×150mm，重足有十公斤，制造使用安装均不便，很不安全(一般不能用于家庭和商店柜台等离人近的场合)，有较强的噪音，易击穿烧毁和烧灯。霓虹灯电压偏高升压比大，往往一串字幕需一串变压器，相当于点燃了多只千瓦级的电炉，造成巨大的能源消耗和浪费。现有技术中的霓虹灯必须有芯柱电极。芯柱电极是灯体主要部件。它由电极、特种封口引线、玻璃套、绝热片、支撑等众多配件组成，电极必须用纯净的金属材料，其要求溅欺率小，逸出功小，二次发射系数大，因而需经特殊处理。例如电解铜无氧铜需经高温硼化处理，而且要求每个电极必须均匀一致，否则较薄之处易受高温熔化。有些电极还需先经烧氢处理。电极的成型需要铸造、冲压、冷挤压等。电极引线要求亦很高，它必须与玻璃套匹配熔封，保证密封良好，热帐系数一致永不漏气，能通过足够大的电流，尤其是电极热加工时瞬间电流高达数安培之多，还得注意它和电极的焊接性能。玻璃套、绝热片等亦须一系列特别工序的处理等。所有这些因素使灯的一致性差，寿命短且参差不齐。现有技术的霓虹灯灯压很高，电极电位降大，离子轰击严重，电极功耗偏大呈红热状态，效率低灯管易损易坏，也使维修工作量增大。另一方面变化字样时现有技术的霓虹灯由于电流很大，需采用大容量的中间继电器和交流接触器等，体积大不易控制。为了解决这些问题，电子电路点霓虹灯是一个方向，但目前出现的电路技术尚不过关，除电路复杂造价高调试不易外，主要是抗高压断路、抗高压击穿、抗高压空间感应、抗电干扰等性能差。保护性电路动作多，其一旦动作需电工爬高梯恢复或更换，安全系数低等不能推广使用。
本发明的任务是要提供一种新型的超高效率双兼容逆变源无极霓虹灯。其将霓虹灯的芯柱电极全部革除掉，使之无电极损耗，极大的提高了效率。经实验若再向灯管内加入微量的汞，还能进一步提高效率。其亦将铁磁式普通高压变压器革除掉，效率又得到极大的提高，并且克服了电子电路的一系列技术难关，具备很强的抗高压断路、抗高压击穿、抗高压空间感应、抗电干扰的能力(简称四抗性能)，能够可靠的昼夜连续工作或间断工作，温升亦很低，能大大延长灯与灯源的寿命并且大幅度的节能。它还能够使灯源的体积微型化，方便制造与使用，扩大应用领域，而且电路简洁，具有优越的优价比。本发明有能力兼容多种市电电源，有能力兼容普通霓虹灯仍能保持超高效率，避免升级换代时造成换灯浪费。综上所述，本发明超高效率双兼容逆变源无极霓虹灯的出现最主要的任务是对霓虹灯系统进行根本性的全面技术改革与更新。
本发明的任务是以如下方式完成的一、创制了无芯柱无极霓虹灯灯管，其特征在于将玻管芯柱内部电极、特种封口引线、玻璃套、绝热片、支撑等全部革除，只用一简单的导电体在玻管外壁局部包裹或涂镀最少一层，在该外导电体之上接出馈电线。为进一步提高效率可在灯体内增添微量汞元素。该外导电体可以是金属的或非金属的如铜箔、石墨涂层、金属镀层、氧化锡透明导电层、导电布等。亦能用导电液体或导电片料的剪切料等。外导电体形状任意，只要能形成一定面积即可，其面积可任意大一般取≥1～20cm2，其面积愈大阻抗愈小，改变面积量可决定或调节阻抗的大小，以适应不同管径不同功率灯管的需要。该外导电体沿玻管外壁圆周面上可全包、半包、部分包(或螺旋包)等均可，其在玻璃管长度上的位置可在任意位置分布，在外包导电体外露面上可包保护层如绝缘漆、塑胶套管等。无极霓虹灯不仅可串联使用亦可并联、混联使用。二、创制了本发明灯源逆变源。其特征是由消扰电路、双兼整流电路、电源兼容转换电路、分压兼倍压储能电路、逆程电路、翻转饱和变压器、高速电子开关、开关管保护电路、镇流磁隔离变压器、全悬浮磁隔离高压变压器构成。由消扰电路对高频脉冲抑制，由双兼整流电路将工频电源转变为直流电，而后由高速电子开关推挽式逆变成高频电流，再经镇流磁隔离变压器产生较高的启动电压及镇流电流送入全悬浮磁隔离高压变压器输出具有四抗性能的高频高压点亮本发明无极霓虹灯或普通霓虹灯(兼容)。高速电子开关受控于翻转饱和变压器。为保证兼容不同频率不同电压的工频交流电源。本发明在电路上采取了四项有机联系的技术措施，一是两只开关三极管分别由分压兼倍压储能电路中的两只电容供电即直流双电源供电。其二设置了分压兼备压储能电路，当接入的是交流220V电源时自动分压储能，当接入的是交流110V、127V、105V电源时自动倍压储能。其三设置了电源兼容转换电路，在接220V电源时它迫使双兼整流电路变为桥式全波整流同时迫使分压兼倍压储能电路进行分压储能。当转换接至110V、127V、105V电源时它迫使双兼整流电路变为双半波整流，同时迫使分压兼倍压储能电路倍压储能。其四设置了双兼整流电路，它在电路中兼有全波桥式整流和双半波整流功能。为保证逆变源电路具有高效率和具有抗高压断路、抗高压击穿、抗高压空间感应、抗电干扰，本发明采取了六个措施一是设置了高速电子开关。其两只开关三极管推挽式工作在高速开关状态，效率很高，产生热量小，提高了安全系数。其高频率使发光效率亦大大提高，使无极霓虹灯得以点燃，使普通霓虹灯得以兼容。二是设置了翻转饱和变压器，开关状态翻转与开关三极管放大倍数无关，工作状态稳定一致，且大大降低了激磁电流，消除了电路不稳易产生异常脉冲的可能，亦使开关管与镇流磁隔离变压器提高了效率，使发热均进一步减小，其容量均得到宽余。因而又进一步提高了安全性能。三是设置了开关管保护电路，当有异常脉冲时，开关管基极得到保护。四是设置了逆程电路，较高的磁感应反电势得以降势并顺利通过逆程电路，使开关三极管在正程结束后在关断期间得到保护。同时提高了效率(逆程电流向电源充电)。五是设置了镇流磁隔离与全悬浮磁隔离。消除了高压电路与工作电路、交流电源之间的任何电气接通，只有双重的磁偶合，使之大大提高安全系数，消除电干扰，抗过载、抗空载。并且消除了高频高压电流点燃灯管对地空间分布引起的分流使灯变暗或发光不均的一大难关，即具有抗空间感应能力。镇流作用使电路在灯管冷态时得到较高的启动电压，启动后以较低电压工作，又提高了效率和安全系数。六是主回路工作电压在150伏左右的中压范围，降低了元器件耐压要求，并且交流电源直接整流供电，不用笨重的电源变压器，又提高了效率，缩小了体积，减轻了重量，降低了成本，使安全系数又得以大幅度提高。
本发明通过以上实现措施，功率由450伏安下降为45伏安左右，电流由2A下降为0.2A左右，重量由10公斤下降为0.5公斤左右，灯源本身耗电由数十瓦下降为数瓦水平，体积微型化，且温升很低(与体温相近)。点燃7～7.5mm管径的红色霓虹灯由常规耗电23.5W/米，下降为5～11W/米左右，兼容点燃普通霓虹灯时其电极等损耗大幅度下降，其芯柱电极由红热到微热，灯寿命延长5～10倍以上，光电效率均得以大幅度提高。当点燃本发明无极霓虹灯管，光电效率又进一步得到大幅度提高且无极灯寿命极长可接近半永久性。本发明无噪音无50周或60周等交流频闪，发光非常平稳柔和，光色十分鲜亮美丽。其节能效果十分显著，用户换用本发明后由原先相当于点几只大电炉到目前的少点一只普通灯泡(几十瓦)就可点亮一串霓虹灯，并可昼夜连点寿命极长。由于可兼容普通霓虹灯，可使现有霓虹灯得到充分兼容利用，避免升级换代造成浪费，由于可兼容多种交流电源，故可方便地适应于世界不同的广大地区。由于本发明安全系数高具有四抗性能，具有双重磁隔离和高压悬浮，无危及生命危险的严重问题，故只要布灯绝缘良好可扩大应用于家庭或商店柜台等离人近的场合开拓了新的应用领域。由于效率极高、发热甚微，还可降低空调等设备的负荷等等。推广使用后可为国家和用户节约巨量的电力、原材料和人力物力。当采用下面要详述的本发明结构时即可达到上述超高效率等高指标。以下将结合实施例附图对发明做进一步的详细描述
图1是本发明的电原理方框图。
图2是本发明无极灯管结构图及其首创符号图。
图3是本发明电原理图。
参照图1～3，本发明由消扰电路(1)、双兼整流电路(2)、电源兼容转换电路(3)、分压倍压储能电路(4)、逆程电路(5)、高速电子开关(6)、翻转饱和变压器(7)、开关管保护电路(8)、镇流磁隔离变压器(9)、全悬浮磁隔离高压变压器(10)、无极霓虹灯(11)、兼容常规霓虹灯(12)组成。其无极霓虹灯灯管电路图符号(13)如图2a所示，为一长方条形(表示灯体)，两端上部画有虚线(表示外包导电体)与外延伸实线(表示馈电线)。图2b示出无极霓虹灯灯管结构，其由无芯柱无极灯体(14)、外包导电体(15)馈电线(16)、保护层(17)构成。外包导电体可全包(18)、半包(19)、部分包(20)。为进一步提高效率还可在灯内增添微量汞(22)。灯的其它工艺可不变。50周或60周频率的220V或110V、127V、105V交流电源经消扰电路(1)的L1、L2和C1对残余的高频脉冲分量进行抑制，经双兼整流电路(2)的D1、D2、D3、D4桥式全波整流，以适应交流220V电源。若经D1、D2双半波整流(D3、D4退出回路)以适应交流110V、127V、105V电源。参照图3，D3、D4的退出回路或进入回路是由电源兼容转换电路(3)决定的。(3)中设有一只单刀双投开关或其它类似接头转换装置(21)即K1。K1(21)上投时D3、D4退出桥式整流回路，仅D1、D2进入双半波整流;K1下投时D3、D4进入桥式整流回路。整流所得脉动直流电源经分压倍压储能电路(4)滤波并储能于C1、C2。当用220V电源时C1、C2分压储能形成双电源，C1、C2各充足二分之一交流峰值(空载);当用110V等其它电源时，C1、C2在K1(21)的作用下接通电源后倍压储能亦形成双电源，C1、C2每半周各充足交流峰值(空载)，保证了直流电源供给每管的工作电压始终在150V左右的中压范围。该直流双电源向高速电子开关(6)供电。(6)中的开管BG1由C1供电、BG2由C2供电。BG1、BG2交替高速开关将C1、C2所充直流电能逆变为高频交流电流。(6)的翻转是由翻转饱和变压器B1(7)提供保证，(7)的次级两绕组分别接至BG1、BG2的基射极之间形成正反馈，初级绕组接至开关管输出端得到充足的翻转饱和电流，使B1磁芯饱和后翻转，B1次级绕组即感应出控制开关管基极的开关脉冲，因此翻转与否与开关管的放大倍数无关。为了保护高速电子开关(6)中的开关管BG1、BG2，在其基射极之间分别接入了R1、D7和R2、D8使不致因异常反向脉冲导致击穿开关管，形成开关管保护电路(8)。同时设置了逆程电路(5)，其由D5、D6反向接至BG1、BG2的集射极之上。当BG1、BG2轮流关断时，由镇流磁隔离变压器(9)初级产生的反电势形成逆程电流得以通过D5、D6。逆程期间D5、D6压降只有0.7V左右能有效保护集射极不击穿。为进一步保护BG1、BG2还设置了降势电容C3延缓了逆程速度，使反电势降势。高速电子开关(6)的BG1发射极、BG2集电极推挽输出的高频电流送入镇流磁隔离变压器B2(9)进行磁隔离镇流。为保证磁隔离镇流初次级绕组分绕于B2磁芯两侧并与磁芯绝缘良好。经(9)的次级输出之磁隔离高频电流，送入全悬浮磁隔离高压变压器B3(10)转变为高频高压送入灯回路。灯回路可以是无极霓虹灯(11)，亦可兼容常规霓虹灯(12)。为保证高压全悬浮并磁隔离，消除高压空间感应，B3的磁芯必须与高压输出线圈靠近磁芯的一端接通形成同电位，B3初级必须与磁芯绝缘十分可靠，整个高压变压器各部分均要求高强度绝缘并单独电隔离放置，使其与其它工作回路与电源之间只有磁偶合而无任何电交连。高压变压器即能输出具有四抗性能的高频高压使无极霓虹灯或普通霓虹灯超高效率正常工作。
权利要求
1.本发明超高效率双兼容逆变源无极霓虹灯，其特征是灯管由无芯柱无极灯体(14)、外包导电体(15)、馈电线(16)、保护层(17)、灯符号(13)构成，灯源逆变源由消扰电路(1)、双兼整流电路(2)、电源兼容转换电路(3)、分压倍压储能电路(4)、逆程电路(5)、高速电子开关(6)、翻转饱和变压器(7)、开关管保护电路(8)、镇流磁隔离变压器(9)、全悬浮磁隔离高压变压器(10)、无极霓虹灯(11)、兼容常规霓虹灯(12)组成。
2.根据权项1所说的霓虹灯，其特征是将玻管芯柱内部电极、特种封口引线、玻璃套、绝热片、支撑全部革除，其它工艺不变而成无极灯体(14)。
3.根据权项1或2所说的霓虹灯，其特征是用铜箔或石墨涂层或电镀层或氧化锡层等金属或非金属的导电体在玻管外壁局部包裹或涂镀至少一层而成外包导电体(15)。
4.根据权项1或2、3所述的霓虹灯，其特征是在外包导电体(15)上连有馈电线(16)并包有保护层(17)。
5.根据权项1或2、3、4所说的霓虹灯，其特征是无极灯管符号(13)其长方体代表灯体(14)、两端虚线代表外包导电体(15)、虚线外延伸实线代表馈电线(16)。
6.根据权项1或3所说的霓虹灯，其特征还在于a)外包导电体(15)可全包(18)、半包(19)、部分包(20)最少一层，面积≥1～20cm2或任意。b)外包导电体(15)在玻管长度上的分布位置不限。
7.根据权项1所说的霓虹灯，其特征是用四项有机联系的技术措施保证兼容不同频率不同电压的工频电源1)两只开关三极管分别由C1、C2储能供电即直流双电源供电。2)设置分压兼倍压电路(4);3)设置电源兼容转换电路(3);4)设置双兼整流电路(2)。
8.根据权项1或7所说的霓虹灯，其特征是用六项技术措施保证抗高压断路、抗高压击穿、抗高压空间感应、抗电干扰和具有电路高效率1)设置高速电子开关(6);2)设置翻转饱和变压器(7);3)设置开关管保护电路(8);4)设置逆程电路(5);5)设置镇流磁隔离(9)与全悬浮高压磁隔离(10);6)主回路工作电压在中压150伏范围。
9.根据权项1或7、8所说的霓虹灯，其特征是设有消扰电路(1)由L1、L2和C组成。
10.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有双兼整流电路(2)，由K1下推接交流220V位置时D1、D2、D3、D4全部工作为全波桥式整流，由K1上推接交流110V、127V、105V位置时，D1半波整流，D2整流另半波，D3、D4退出整流电路。
11.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有电源兼容转换电路(3)其K1为单刀双投开关或单双投接头装置，K1上投兼容50Hz或60Hz的110V、127V、105V交流电源，下投兼容220V交流电源，K1上端接D3、D4中点，K1下端接空位，K1中端接C1、C2中点。
12.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有分压倍压储能电路(4)，C1、C2串联的中点接K1中端由K2上投兼容110V、127V、105V交流电源，D1、D2分别半波整流向C1、C2分别充电至电源峰值(空载时)成为倍压储能，由K1下投兼容220V交流电源，D1、D2、D3、D4全波桥式整流向C1、C2串联充电，C1、C2分别充入二分之一电源峰值(空载时)成为分压储能。
13.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有逆程电路(5)由逆程二极管D5、D6和逆程电容器C3组成。
14.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有高速电子开关(6)由BG1、BG2充任开关，BG1、BG2分别由C1、C2双直流电源供电逆变为高频交流电。
15.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有翻转饱和变压器B1(7)，B1次级两绕组分接BG1、BG2的基射极，初级绕组接至开关管输出端得到翻转饱和电流使(7)的磁芯饱和后翻转，初、次级之间接成正反馈关系，翻转与否与开关管放大倍数无关。
16.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有开关保护电路(8)在BG1、BG′2基射极之间分别接有R1、D7和R2、D8，基射极不致反向击穿。
17.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有镇流磁隔离变压器B2(9)，其初次级绕组分绕于B2磁芯两侧并与磁芯绝缘良好。
18.根据权项1或7、8、9所说的霓虹灯，其特征是设有全悬浮磁隔离高压变压器B3(10)，B3的磁芯与高压输出线圈靠近磁芯的一端接通为同电位，B3的初级与磁芯间高强绝缘并且整个高压变压器单独电隔离放置与其它回路与电源之间只有磁偶合关系无任何电交连。
19.根据权项1或2～6所说的霓虹灯，其特征是无极霓虹灯灯管可串联、并联或混联连接使用。
20.根据权项1或2～6所说的霓虹灯，其特征是无极霓虹灯灯管还可添加微量的汞元素(22)。
全文摘要
本发明涉及超高效率双兼容逆变源无极霓虹灯。逆变源由消扰电路、双兼整流电路、电源兼容转换电路、分压倍压储能电路、逆程电路、高连电子开关、翻转饱和变压器、开关管保护电路、镇流磁隔离变压器、全悬浮磁隔离高压变压器、无极霓虹灯、兼容常规霓虹灯组成。
文档编号H01J65/00GK1041503SQ8810667
公开日1990年4月18日 申请日期1988年9月23日 优先权日1988年9月23日
发明者戴占明, 戴占顺, 戴占亮 申请人:戴占明