专利名称：降低灯丝电压和延迟加热时间来消除灯丝的热冲击的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有小型灯丝的电灯，更详细地说，涉及在这种类型的电灯中出现的已知的灯丝热冲击故障方式。
在采用高效红外反射涂敷卤素灯的情况下，灯丝尺寸变得更小了，因此，对冲击更敏感。对灯泡的制作者来说热冲击是一种熟知的故障方式，其中，白炽灯丝的两圈或两圈以上一次或二次线圈彼此碰到粘在一起，于是有效灯丝的一部分短路，引起灯丝的早期烧断。前些年从实际用户的应用中收集的数据指出这种类型灯泡中热冲击损坏大多发生在电源接通情况下的初次安装期间。虽然许多灯泡用户抱怨早期热冲击故障，但是，同样设计的新灯泡如果在电源断开的情况下安装，则热冲击故障大大减少。在极少数情况下，由于所述区域的结构引起的振动的缘故，所述难题还将继续存在下去。
目前，解决热冲击问题的主要办法要求以增加灯丝各匝之间的间距的形式来设计灯丝，和/或附加较高的氮气量。在这两种情况中的任意一种情况下，电灯的效率都会降低，而在很多情况下仅有的解决办法是在断开电源的情况下安装电灯。
因此，本发明提供一种消除安装期间或激励期间灯丝中灯丝热冲击、尤其是诸如高效红外反射涂敷卤素灯的小型灯丝光源中灯丝热冲击的装置和方法，其中，所述方法包括在预定的时限内降低加到灯丝上的电压的降压电路；和定时电路，该电路在每次灯丝通电时被激励并且控制所述降压电路降低加到灯丝上的电压的所述预定时限。作为所述装置的一部分，任选地包括一次锁存电路，它在通电时启动定时电路并且一旦降压电路已经连续工作所述预定的时限就使定时电路不工作，并且此后维持这种状态。
使用本发明意味着不必再增加灯丝各匝之间的间距或增加灯管中的氮气量来把热冲击减至最小。上述两种补救方法都降低电灯的效率，本发明消除这种缺点。
图1是典型的高效红外反射涂敷卤素灯灯丝管的示意图；图2是典型的高效红外反射涂敷卤素灯安装过程的示意图；图3是灯的灯丝电压曲线图；图4是典型的高效红外反射涂敷卤素灯安装过程的局部部件形式的示意图；图5是图4的灯的灯丝电压曲线图；图6是本发明第二实施例中典型的高效红外反射涂敷卤素灯安装过程的示意图；图7是本发明的延迟电路的一个实施例；以及图8是本发明的具有一次锁存器的延迟电路的第二实施例。
图1示出典型的高效红外反射涂敷卤素灯灯丝管10，本发明适用于该灯丝管。在一个实施例中，这种类型的灯丝管通常具有大致10毫米长度的灯丝12，后者包括8至25二次(secondary)匝。灯丝管10的内壁14通常是这样涂敷的，使得内壁对可见光范围内的电磁辐射16是半透明的，然而，它将反射红外线范围内的辐射18。反射的红外辐射18有助于加热灯丝12，从而降低灯的功耗。如果管子经受诸如在安装到通电的管座期间遭到的振动，则灯丝各匝之间的细密的间距将偶尔使灯丝的相邻的各匝彼此接触。在灯丝12的正常的工作温度下，甚至瞬时的接触也将使灯丝12的相邻的各匝永久地焊接在一起，将灯丝的一匝或多匝有效地短路，导致大的电流流动，大的功率消耗，灯丝12的过热以及跟着发生的灯丝12的早期故障。这种类型的故障方式称为灯泡制作者熟知的热冲击故障方式，其中，白炽灯丝12的两个或两个以上的一次或二次(primary or secondary)匝彼此碰到粘在一起，并且灯丝的有效部分短路，导致灯丝12的早期烧断。当然应当理解本发明也可以在因灯丝各匝的紧密度而遭受热冲击故障损害的其它类型和尺寸的灯泡中实施。
图2示出使用图1的灯丝管的、安装到通电的灯座22期间的高效红外反射涂敷卤素灯20。如图3中所示，在灯丝20插入灯座22时，加在灯丝12上的电压24基本上瞬时地达到满线电压26。在灯丝12通电之后，上紧灯泡20时的振动会使灯丝12的相邻的各匝接触，导致上述热冲击故障方式。
现在参考图4，同时继续参考图2和3，说明本发明的第一实施例。除了把延迟电路28加到灯20上之外，图4的元件类似于图2的元件。在增加延迟电路28的情况下，灯丝电压24不再基本上瞬时地达到满线电压26。代之以，如图5中所示，在最初的30秒期间，灯丝电压24降低到大约40伏，然后才到达满线电压。延迟电路包括在预定的时限内降低加到电灯灯丝的电压的降压电路29和定时电路30，后者在每次将灯通电时被激活。定时电路30控制所述预定的时限，在该时限内，降压电路29降低加到灯的灯丝12的电压。
为确定延迟电路28的适当的最佳的电压降，对20个同样设计的电灯(60PAR/HIR120V)5个样品一组分别在120、80、60、和40伏的电压下进行实验。每个电灯在这些电压下借助恒流源点亮。然后使这些灯在摆动臂上触到止动器而振动。逐渐增加摆动的距离直到测量到表示出现热冲击的电压降为止。测试结果表明达到热冲击所需要的平均距离随电压降低而增加。在40伏时，使电灯受到热冲击所需的距离使灯丝变形并且导致立即烧断。因此，40伏被选择作为所述电灯(12)的延迟电路28的最佳电压降低量。在40伏时，灯丝12被加热到足以提供足够的照明向安装者证实电灯已工作，但是没有加热到足以造成热冲击故障方式。较低的电压不足以使电灯足够地发光，但是，把电压一直降低到80伏还是可以接受的。
上述延迟电路28在电灯20全发光之前产生短的延迟。由于这种类型的电灯通常用于商业环境，在这种环境下另外一些电灯同时满量发光，所以这种延迟不是明显的缺点。例如，零售商店的许多灯泡中可能有一个灯泡烧断了，需要更换这个灯泡，而这通常是在照明电路仍然通电的时候进行的。如果不希望有这种延迟，则延迟电路28还可以任选地包括一次锁存电路32，后者在降压电路工作以后永久性地断开定时电路，至少一次性地在所述整个预定时限连续地使定时电路断开。这样，电灯20在最初安装期间其加在灯丝12上的电压将被降低，但是，此后每次接通电灯时基本上立即把满线电压26加到灯丝12上。
现在参考图6说明本发明的第二实施例。在这个实施例中，延迟电路28被包含在转接器34中。被包含在转接器34中的延迟电路28包括和上述一样的降压电路29、定时电路30和任选的一次锁存电路32。转接器34被安装在与没有本发明的标准电灯20一样的灯头22中。在其它方面，第二实施例的操作与第一实施例的类似。
现在参考图7说明适合用于本发明的延迟电路的示范性的实施例。该电路包括整流电路10、定时电路12和与定时电路12并联的降压电路14。整流电路10连接在输入端子16和18之间，并包括整流二级管20，后者的阳级连接到输入端子16而阴极连接到电容滤波器22，电容22的另一根引线连接到输入端子18。整流电路10的目的是在整流二极管20和滤波电容22之间的接点上为定时电路12提供近似的直流电压。定时电路12包括第一定时电阻24、定时电容26和定时电阻28，它们按照所列的次序串联连接在整流二级管20与滤波电容22的接点和输入端子18之间。定时电路12还包括开关30、继电器32和限流电阻34，同时，继电器32包括激励线圈36和常闭接点38。在本实施例中，开关30包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，后者包括栅极40、源级42和漏级44，栅极40连接到定时电容26和第二定时电阻28的接点上，而源级42连接到输入端18。限流电阻34连接到整流二级管20和滤波电容22的接点上，同时滤波电容22的另一根引线连接到激励线圈36，后者的另一根引线连接到开关30的漏级44。降压电路14包括电阻46、电容48、二端交流开关元件50和可控硅整流器52。电阻46和电容48按照所列次序串联连接在输入端子16和输出端子54之间。继电器接点38也连接在输入端子16和输出端子54之间。可控硅整流器52包括电源端子MT1(58)、电源端子MT2(60)和栅极端子62，同时，端子58连接到输出端子54、而端子60连接到输入端子16。二端交流开关元件50连接在栅极端子62和电阻46与电容48的连接点之间。
为了简要说明图7电路的操作，当电路开始通电、电容22快速充电到大约170伏时，假定端子16和18之间有120伏有效值的输入电压。现在电流流过第一定时电阻24、定时电容26和第二定时电阻28，对定时电容26充电。这个充电电流在第二电阻28的两端产生足以使开关30接通的电压降，开关30接通又使电流流过激励线圈36，断开触点38。在触点38断开的情况下，在输入端子16和输出端子54之间流动的电流现在必须流过降压电路14。降压电路14是一个典型的光线明暗调节电路，其中，直至电容48上累积足以克服二端交流开关元件50的击穿电压时可控硅整流器52才导通。这样选择二端交流开关元件50、电阻46和电容48，使得输出电压有效值被降低到所需要的值，在本实施例中为有效值40伏。这样选择定时电阻24和28以及定时电容26，使得大约30秒钟之后定时电阻28两端的电压降不足以保持开关30接通，此时，电流停止流过激励线圈36、使接点38闭合、随后又使端子16上的输入电压无约束地传到输出端子54。还这样选择定时电阻24和28，使得栅极40的电压额定值不被超过。输入端18和输出端56被互连并且被确定为地电位。继电器32具有常闭接点38，因此，如果整流电路10或定时电路12中出现故障，则端子16上的全部输入电压将传送到输出端子54。可以使电容22的容量大到足以提供短时间存储，使得输入电压的瞬时断开在满输入电压再加到输出端子54和56上之前将不会引起另外的时间延迟。
图8说明类似于图7的示范的实施例，其中附加的部件用来在完成一个满降压周期之后使定时电路和降压电路不工作。除了以下的例外之外，图8中的电路和图7中的电路是一样的。时间延迟保险丝64和串联电阻66被插入在整流二极管20的阴极和电容22之间。电阻24和34的接点被再连接到保险丝64和电阻66的接点上。电阻68和稳压二极管70按照上列次序串联在漏极44和输入接地端子18之间。插入开关72，其栅极74连接到电阻68与稳压二极管70的接点上，其源极76连接到输入端子18，而其漏极78连接到电容22和电阻66的接点上。图8的电路的主要操作与图7的相同，但是，当开关30断开大约30秒之后，开关72接通，拉出足够的电流烧断保险丝64，从而使定时电路不工作。该电路的进一步的通电将不会引起时间延迟。
图7和图8电路中主要元件数值如下整流二极管20..............1A，200V滤波电容22................0.1法拉第一定时电阻24............220兆欧定时电容26................0.06法拉第二定时电阻28............22兆欧开关30..........MOSFET，220V，VG＝2V继电器32........1A，VCOIL＝24V，at 5mA电阻34..................20千欧电阻46..................330千欧电容48..................0.062法拉二端交流开关元件50......32V可控硅整流器52..........1A，200V保险丝64................0.1A 时间延迟电阻66..................220欧电阻68..................100千欧齐纳二极管70............12V开关72..............MOSFET，200V，VG＝2V
现有技术中有许多已知的其它定时和降压电路适用于本发明。因此，本发明预计把这些电路中的任何电路包括在根据图7和图8的实施例中。
先有技术对热冲击故障方式的解决办法要求把灯丝设计成在灯丝各匝之间增加间距和/或附加较高的氮气量。在这两种情况下电灯的效率都会降低。在许多情况下仅有的解决办法是在断电的情况下安装电灯。以上公开的这些方法避免了由增加灯丝各匝之间的间距招致的缺点。
虽然已经在特定的实施例方面通过举例说明描述了本发明，但是对于本专业的技术人员来说将出现许多修改和变化。因此，显然，后附的权利要书用来覆盖属于本发明的真正的精神和范围的许多这种修改和变化。
权利要求
1.一种消除电灯安装期间电灯灯丝中灯丝热冲击的装置，所述装置包括在预定的时限内降低加到灯丝上的电压的降压电路；和定时电路，该电路在每次所述电灯通电时被激励并且控制所述降压电路降低加到所述电灯灯丝上的电压的所述预定时限。
2.权利要求1的装置，其特征在于所述降压电路和所述定时电路安装在所述电灯中。
3.权利要求1的装置，其特征在于所述降压电路和所述定时电路安装在转接器中，所述转接器安装在所述灯头和所述电灯将被安装在其中的插座之间。
4.权利要求1的装置，其特征在于所述电灯包括高效红外反射型电灯。
5.权利要求1的装置，其特征在于所述降压电路将加在所述电灯灯丝的所述电压降低到大约40至80伏。
6.权利要求1的装置，其特征在于所述定时电路将所述降压电路激活大约30秒钟。
7.权利要求1的装置，其特征在于所述电灯灯丝的长度为大约10毫米。
8.权利要求1的装置，其特征在于所述电灯灯丝包括8至25匝二次(secondary)线圈。
9.一种消除电灯安装期间电灯灯丝中灯丝热冲击的装置，所述装置包括连接到电源的灯座；灯丝型电灯；在预定的时限内降低加到灯丝上的电压的降压电路；和定时电路，该电路在每次所述电灯通电时被激励并且控制所述降压电路降低加到所述电灯灯丝上的电压的所述预定时限。
10.一种消除通电安装期间或初次通电期间电灯灯丝中灯丝热冲击的方法，所述方法包括利用降压电路在预定的时限内降低加到所述电灯灯丝上的电压；和利用定时电路控制所述降压电路降低加到所述电灯灯丝上的电压的所述预定时限。
11.权利要求10的方法，其特征在于还包括以下步骤通电时，利用一次锁存电路启动所述定时电路；以及在所述降压电路连续工作所述预定的时限之后，使所述定时电路不工作，并且此后一直保持这种状态。
12.权利要求10的方法，其特征在于所述降压电路和所述定时电路安装在所述电灯中。
13.权利要求10的方法，其特征在于所述降压电路、所述定时电路和所述锁存电路安装在转接器中，所述转接器安装在所述灯头和所述电灯将被安装在其中的插座之间。
14.权利要求10的方法，其特征在于所述电灯包括高效红外反射型电灯。
15.权利要求10的方法，其特征在于所述降压电路将加在所述电灯灯丝的所述电压降低到大约40至80伏。
16.权利要求10的方法，其特征在于所述定时电路将所述降压电路激活大约30秒钟。
17.权利要求10的装置，其特征在于所述电灯灯丝的长度为大约10毫米。
18.权利要求10的装置，其特征在于所述电灯灯丝包括8至25匝二次(secondary)线圈。
全文摘要
一种消除安装期间或激发期间灯丝中灯丝热冲击、尤其是诸如高效红外反射涂敷卤素灯的小型灯丝光源中灯丝热冲击的方法,它包括:在预定的时限内降低加到灯丝上的电压的降压电路;和定时电路,该电路在每次电灯通电时被启动并且控制所述降压电路降低加到灯丝上的电压的所述预定时限。可以作为选项包括一次锁存电路,它在通电时启动定时电路并且在降压电路已经连续工作所述预定的时限之后使定时电路不工作,并且此后维持这种状态。
文档编号H05B39/00GK1332596SQ0111922
公开日2002年1月23日 申请日期2001年5月8日 优先权日2000年5月5日
发明者L·N·斯基尔斯基, L·V·利斯兹科夫斯基, L·E·赫格勒, E·J·科林斯 申请人:通用电气公司