专利名称：瞬间启动型荧光灯启动电路装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其采用一种高频开关电源，用一种非常简单的方式在一瞬间点亮荧光灯，还能调整荧光灯的亮度。
背景技术：
与白炽灯相比，荧光灯的发光效率要高出3到5倍(In/瓦)，寿命也要长得多。因此，荧光灯被用作一种非常重要的人造光源。但是，如辉光放电灯一样，荧光灯一般具有一种阴极电阻结构，并因此需要相对较高的放电触发电压。通常为了限制管中电流同时获得足够的放电触发电压，一般都要使用辉光启动器和包括一个扼流圈的镇流器。其辉光启动器采用一个双金属开关触点，当其开路的时候电流发生突变。因此，如图1和图5所示，在镇流器的帮助下，灯中的电流由A阶段(辉光放电电流)变为B阶段(辉光放电管短路电流)，然后再变为C阶段(正常启动电流)，灯的两端在B阶段产生很高的尖峰电压，从而点亮荧光灯。这一方法既简单成本又低，但是它有一个缺点，那就是点亮灯需要花费几秒钟的时间。
此外，人们知道有一种快速启动方法，通过这种方法灯会在一瞬间被点亮。但是，在这种方法中，需要一个相对较大的递升变压器，因此它具有一些缺点，比如成本高、重量重、电流损耗大以及需要使用专用的荧光灯装置(参考图2)。
为了克服上述缺点，有人提出了采用图3所示半导体器件的瞬间启动电路。参考图3，该装置采用扼流圈的补偿线圈(compensating turns)，利用二极管的导通角(angle)给一个圆盘(disc)充电。此外，将高压脉冲提供给补偿线圈，从而将它提供给荧光灯。另外，三端双向可控硅开关元件SCR(Silicon Controlled Rectifier可控硅整流器)，它是一个交流双向控制器件，(在负半周)通过具有充电饱和特性的非线性过饱和电容器CN充电到饱和，然后，在正半周内产生一个反向高压脉冲。参考图6，其中D为电源电压，E为触发脉冲，F为灯启动脉冲，G为灯丝电流。
荧光灯在这种情况，伴随着具有复杂负载的非线性阻抗放电。镇流器包括有电感部分的阻抗，使得放电特性由于延迟了的功率因数而变化很大。放电特性包括灯电流状态、失真板电压变化、环境温度和荧光灯的陈旧程度等等。在这个辉光放电管中，特性变化复杂，在交流半周内触发型的工作方式可能导致不完全放电，或者该电路会使灯管出现闪烁现象。
与此同时，最近已经广泛使用的电子镇流器是几千赫兹用于商业电源的一种强有力的开关方法(参考图4)。在这种镇流器中，损耗随着驱动频率的增加成正比地增加，会产生有害的电磁波，这种镇流器产品很贵，其它辅助成本也很贵。此外，参考图7(J为输入电压，K为输入电流，M为灯电流)，伴随机械开关的电压-电流的上升、浪涌电压和LC振荡电路导致开关发生相位偏移，从而导致电路损坏。此外，在启动过程中，交流电相位角控制方法依旧是一个问题。
在启动工程领域，灯是用高频驱动的，正在进行其它研究，以提高启动效率。
发明内容
本实用新型的目的就是克服传统技术中的上述缺点。
因此本实用新型的一个目的是提供一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其能够在一瞬间启动荧光灯，并具有很高的可靠性。
本实用新型的另一个目的是提供一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其能够在一瞬间启动，这个电路非常紧凑，成本低廉。
为了实现上述目的，本实用新型提出一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其包括一个放电电路部分，包括与荧光灯灯丝串联的一个扼流圈；一个启动电路部分，其与灯丝和扼流圈串联，从而通过供电在特定的时间间隔内打开，在荧光灯的辉光放电结束后关断；以及一个保护电路部分，在启动电路部分重复一定次数开/关操作以后，用于关闭启动电路部分。
具体的技术方案是提供一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，该启动电路包括一个放电电路部分其包括一个与荧光灯串联的整流器，该荧光灯具有第一个和第二个灯丝且通过该整流器与一个交流电源连接；该整流器具有第一个H1和第二个输入端H2，分别与荧光灯的第一个和第二个灯丝连接，该整流器还具有第一个H3和第二个输出端H4；一个启动电路部分其包括一个硅控制器件，连接在第一个输入端H1和第二个输入端H2之间；和一个晶体管电路部分，连接在第一个输出端H3和第二个输出端H4之间。
所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，该硅控制器件SCR1的阳极连接到一个节点H1，硅控制器件SCR1的阴极则连接到另一个节点H2，两个节点H1和H2与一个整流桥的输入端连接，这个整流桥包括电桥二极管D1、D2、D3和D4。
所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，所述电桥二极管的正输出端与晶体管的集电极连接，还与齐纳二极管ZD1的阴极连接，而电桥二极管的负输出端则与晶体管Q的发射极连接。
所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，该晶体管电路部分包括一个晶体管，其具有一个基极、一个集电极和一个发射极，其中集电极与第一个输出端H3连接，发射极与第二个输出端H4连接。
所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，该晶体管电路部分还包括
一个变压器的初级线圈，其连接在晶体管基极和第二个输出端H4之间；一个变压器的次级线圈，具有第一端和第二端，第一端与第二个输出端H4连接；一个具有第一端和第二端的双向击穿二极管，其第一端与次级线圈的第二端连接；一个定时电容器，其连接在双向击穿二极管第二端和第二个输出端(H4)之间；一个齐纳二极管和一第二个电阻，串连在第一个和第二个输出端(H3，H4)之间；及一第一个电阻，第一端连接在齐纳二极管和第二个电阻之间，第二端与双向击穿二极管的第二端连接，其中的晶体管电路部分在以定时电容器和第一个电阻确定的时间常数给出的一个频率的基础之上产生开关电压脉冲，其开关电压脉冲的频率为在1kHz-20kHz之间。
所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，还包括一个保护电路部分，能够与晶体管电路部分一起禁止产生开关电压脉冲，该保护电路连接在两节点(H3和H4)之间，齐纳二极管ZD2和电阻R3和电阻R7串联，一个电解电容器C2则与齐纳二极管ZD2和电阻R7并联；该保护电路部分的硅控制器件(SCR2)的阳极与一个节点(H6)连接，而在两个节点(H7和H4)之间，串联着电阻R4和电解电容器C3；在一个节点(H4)和在电阻R4和电解电容器C3之间的一个节点之间，串联着电阻R5和电阻R6。电阻R5和电阻R6之间的一个节点与硅控制器件(SCR2)的栅极连接。
如果不采用扼流圈，本发明的电路装置在辉光启动器类型的荧光灯装置中替换成一种电热塞(g1ow plug)，从而能够以一种简单的方式将辉光启动器类型的荧光灯启动装置改造成一种瞬间启动装置。
在工作过程中，可以采用一种硅控制器件，其中负极或者正极导通电流通过启动电路部分，从而提供灯丝放电激励电流。
在本实用新型中，不采用通过电子镇流器对商业电源进行整流，从而以几千赫兹的开关驱动荧光灯的转换方法，而是使用以下方法。也就是说，如图9所示，在荧光灯P的放电路径H1和H2之间进行高速切换，通过镇流器的短路电流i1足以预热灯丝。例如，以1kHz-20kHz的频率开关的短路电流i1感应出启动镇流器中辉光放电的电压，然后，将这一电压提供给荧光灯的两端。当荧光灯点亮的时候，就撤销短路电流i1，点亮状态由一个放电电流i2维持，它流过镇流器和荧光灯两端。点亮操作是用相对较高频率的开关来启动的，因此，能够基本上消除所有的闪烁。
如果启动和放电操作以一稳定的方式进行，即使外界电压发生改变，荧光灯上的电压也能维持常数。所以，可以用变压器调整输入电压，从而控制荧光灯的亮度。
以下结合附图详细描述本发明的最佳实施例，本发明的上述目的和其它优点会更加显而易见。
图1是辉光启动器型的荧光灯启动电路的一个电路图说明；图2是传统快速启动型荧光灯启动电路的电路说明；图3是传统电子启动电路的电路说明；图4是传统高频型荧光灯启动电路的电路说明；图5说明传统荧光灯启辉器型的荧光灯启动电路的启动波形；图6说明传统电子启动电路的启动波形；图7说明传统高频型荧光灯启动电路的波形；图8是本实用新型中瞬间启动型的荧光灯启动电路装置的总的电路说明；图9说明本实用新型中荧光灯启动电路装置的工作原理；图10A和图10B说明本实用新型中在正常启动过程中辉光放电路径上的电压和电流关系；
图11A和图11B说明本实用新型中光输出与灯功率和启动电路电流的对照关系；图12说明本实用新型中启动电路装置点亮过程中的波形；和图13说明本实用新型启动电路装置中亮度调整时的波形。
具体实施方式
参考图8，本实用新型的荧光灯启动电路装置包括1.放电电路部分，2.启动电路部分和3.保护电路部分。
放电电路部分保持荧光灯的辉光放电状态。例如，100伏的交流商业电源从亮度控制变压器T通过镇流器(扼流圈)CH提供给荧光灯F的两端。然后，电能通过灯丝RfA和RfB分别阶段性到达节点H1和H2。
启动电路部分启动荧光灯的辉光放电过程。节点H1连接到一个硅控制器件SCR1的阳极，而节点H2则连接到硅控制器件SCR1的阴极。硅控制器件SCR1的栅极处于开路状态。此外，节点H1和H2与一个整流桥的输入端连接，这个整流桥包括电桥二极管D1、D2、D3和D4。此外，电桥二极管的正输出端与晶体管Q的集电极连接，还与齐纳二极管ZD1的阴极连接，而电桥二极管的负输出端则与晶体管Q的发射极连接。晶体管Q的基极与一个环形变压器的初级线圈N1连接，而当在初级线圈N1的另外一端与次级线圈N2(它们是连接在一起的)的一端之间的一个节点，通过晶体管Q的发射极和电阻R2与齐纳二极管ZD1的阳极(节点H5)连接时。次级线圈N2的另一端与一个双向击穿二极管(diac)DA的一端连接。而双向击穿二极管的另一端(节点H6)通过电阻R1与节点H5连接，还通过电容器C1与晶体管Q的发射极(节点H4)连接时，不给晶体管Q的基极提供一个偏置电流，因此，实现了E级工作(an E grade operationis carried out)。
当荧光灯发生故障、被取走或者电源电压太高的时候，保护电路保护启动电路部分。在节点H3和H4之间，齐纳二极管ZD2和电阻R3和R7串联，一个电解电容器C2则与齐纳二极管ZD2和电阻R7并联。这样，在节点H7和节点H4之间也就是在R3和R7之间，获得一个大约2V的低压直流电压。
节点H6与硅控制器件SCR2的阳极连接，而在节点H7和H4之间，串联着电阻R4和电解电容器C3。在节点H4和一个节点(在电阻R4和电解电容器C3之间)之间，串联电阻R5和R6。电阻R5和R6之间的一个节点与硅控制器件SCR2的栅极连接。
下面介绍上面描述的本发明设立的启动电路的工作过程。如果加上电，亮度控制变压器T通过镇流器CH和灯丝RfA、RfB提供初始电源给节点H1和H2，也就是电压电路输入端。在初始阶段，硅控制器件SCR1的栅极开路，因此，处于关闭状态。但是，如果稍后晶体管以特定的间隔打开和关闭，由于高感应电压的作用，在输入电压的正半周发生击穿，从而允许传导，结果是灯丝RfA和RfB得到了电流。当荧光灯启动辉光放电，以及当它被点亮的时候，晶体管Q被关闭，硅控制器件SCR1也保持在关闭状态。此后，一个正电压被突然加在处于接地状态的硅控制器件SCR1上，此时，一个大电压流过它并使它导通。因此，为了改善这一现象，连接在硅控制器件SCR1的阳极和阴极之间的两个电阻之间的一个节点可以与硅控制器件SCR1的栅极连接。
在100伏电源电压的情况之下，所用齐纳二极管ZD1的击穿电压是140伏。这个电路，包括晶体管Q、齐纳二极管ZD1、电阻R1和R2、初级线圈N1和次级线圈N2、双向击穿二极管DA和电容器C1，在电容器C1和电阻器R1确定的时间常数的基础之上产生脉冲信号。在这个条件下，只有在基极电流是从次级线圈N2吸取过来的相位期间，晶体管Q才被打开。没有电流从次级线圈N2吸收过来进入基极的时候，晶体管Q是反向偏置的，因而被关断。通过这种方式，如果晶体管Q以很高的频率打开和关断(例如1kHz-20kHz)，就会有一个高压脉冲能量流过电流桥的势垒，从而在节点H1和H2出现。结果，镇流器CH产生一个大约1000-1500伏的高频电压，从而启动荧光灯的辉光放电，点亮荧光灯。当晶体管Q导通的时候，电流被提供给灯丝RfA和RfB，从而促进辉光放电的开始。此外，如上所述，硅控制器件SCR1补充灯丝电流，从而保证辉光放电能够快速开始。
当辉光放电开始的时候，节点H1和H2之间的电压从大约200伏降到大约110伏。齐纳二极管ZD1的击穿电压是大约140伏，因此，包括晶体管Q的振荡电路会停止这一振荡。如果辉光放电因为某种原因停止，节点H1和H2之间的电压又再一次上升到200伏，结果包括晶体管Q的振荡电路就又恢复振荡。
如果因为使用的时间太长使得荧光灯性能下降或者荧光灯被拿走，节点H1和H2之间的电压维持在大约200伏，这一振荡电路就会继续振荡。于是，晶体管Q的负荷会过大。保护电路部分能够解决这一个问题。在供电时间过去5-7秒钟以后(该时间由C3和R4给出的时间常数确定)，触发硅控制器件SCR2的栅极，从而使硅控制器件SCR2导通。这样，电容器C1短路，从而停止振荡电路的振荡。也就是说，振荡电路能够被锁住，于是，如果因为某种原因荧光灯没有启动，晶体管Q的负荷能够在经历了大约5-7秒钟以后被驱散。尝试启动荧光灯的时候，电源被断开，然后，在电容器C3放完电以后，电源又恢复过来。
图10A为荧光灯的电路简图，其中vL为灯电压，iL为灯电流；图10B表示了灯等效电阻r＝ΔvL/ΔiL＜0，其中座标横轴为灯电流il，纵轴为灯电压vL；图11A表示了输入电源P与光输出之间的对照关系；
图11B表示了灯电流I与灯电压V之间的对照关系；图12表示了启动电路装置中，自初始时刻To开始的波形，座标横轴为时间；图13表示了启动电路装置中亮度调整时的波形，其中横轴为时间，……为100％时的曲线，——为调整到50％时的曲线，S部分为灯电压组合的开关脉冲。
图10到图13显示的这些图或者波形，说明本实用新型的工作特性。
根据上面描述，本发明不需要体积大的特殊的元件，比如快速启动方法中的启动装置，而在瞬间启动荧光灯的电路中只需要体积小、便宜的元件。在启动以后，启动状态不会导致任何功耗，而在传统的辉光起动器启动方法中则会维持这一功耗。此外，本发明能够很容易地应用于现有的辉光启动荧光灯。
权利要求1.一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于，该启动电路装置包括一个放电电路部分其包括一个与荧光灯串联的整流器，该荧光灯具有第一个和第二个灯丝且通过该整流器与一个交流电源连接；该整流器具有第一个和第二个输入端(H1，H2)，分别与荧光灯的第一个和第二个灯丝连接，该整流器还具有第一个和第二个输出端(H3，H4)；一个启动电路部分其包括一个硅控制器件，连接在第一个和第二个输入端(H1，H2)之间；和一个晶体管电路部分，连接在第一个和第二个输出端(H3，H4)之间。
2.如权利要求1所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于所述硅控制器件(SCR1)的阳极连接到一个节点(H1)，硅控制器件(SCR1)的阴极则连接到另一个节点(H2)，两个节点(H1和H2)与一个整流桥的输入端连接，这个整流桥包括电桥二极管D1、D2、D3和D4。
3.如权利要求2所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于所述电桥二极管的正输出端与晶体管的集电极连接，还与齐纳二极管(ZD1)的阴极连接，而电桥二极管的负输出端则与晶体管(Q)的发射极连接。
4.如权利要求1所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于，该晶体管电路部分包括一个晶体管，其具有一个基极、一个集电极和一个发射极，其中集电极与第一个输出端(H3)连接，发射极与第二个输出端(H4)连接。
5.如权利要求4所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于，该晶体管电路部分还包括一个变压器的初级线圈，其连接在晶体管基极和第二个输出端(H4)之间；一个变压器的次级线圈，具有第一端和第二端，第一端与第二个输出端(H4)连接；一个具有第一端和第二端的双向击穿二极管，其第一端与次级线圈的第二端连接；一个定时电容器，其连接在双向击穿二极管第二端和第二个输出端(H4)之间；一个齐纳二极管和一第二个电阻，串连在第一个和第二个输出端(H3，H4)之间；及一第一个电阻，第一端连接在齐纳二极管和第二个电阻之间，第二端与双向击穿二极管的第二端连接，其中的晶体管电路部分在以定时电容器和第一个电阻确定的时间常数给出的一个频率的基础之上产生开关电压脉冲。
6.如权利要求5所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于其开关电压脉冲的频率为在1kHz-20kHz之间。
7.如权利要求1所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于，还包括一个保护电路部分，能够与晶体管电路部分一起禁止产生开关电压脉冲，该保护电路连接在两节点(H3和H4)之间，齐纳二极管ZD2和电阻R3和电阻R7串联，一个电解电容器C2则与齐纳二极管ZD2和电阻R7并联。
8.如权利要求7所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于该保护电路部分的硅控制器件(SCR2)的阳极与一个节点(H6)连接，而在两个节点(H7和H4)之间，串联着电阻R4和电解电容器C3；在一个节点(H4)和在电阻R4和电解电容器C3之间的一个节点之间，串联着电阻R5和电阻R6。电阻R5和电阻R6之间的一个节点与硅控制器件(SCR2)的栅极连接。
9.如权利要求1所述的瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其特征在于，其放电电路部分还包括一个亮度控制变压器，其在镇流器和第二个灯丝之间与交流电源并联。
专利摘要本实用新型提出一种瞬间启动型荧光灯启动电路装置，其包括一个放电电路部分，包括与荧光灯灯丝串联的一个扼流圈；一个启动电路部分，其与灯丝和扼流圈串联，从而通过供电在特定的时间间隔内打开，在荧光灯的辉光放电结束后关断；以及一个保护电路部分，在启动电路部分重复一定次数开/关操作以后，用于关闭启动电路部分。
文档编号H05B41/16GK2560186SQ0127878
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月19日 优先权日2001年12月19日
发明者李晴雨 申请人:金勇三