专利名称：软启动的串联灯管组限流装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种软启动的灯管限流装置，可使串联灯管组的灯丝在灯管启动前有足够的预热时间，以延长灯管组寿命。
灯管限流装置是目前热门的研制产品，其高频不闪烁、体小质轻、高效率及省电等特性均是传统镇流器所不能比拟的。但现有的灯管限流装置大都对灯管的寿命存在不利影响。其原因是目前使用的灯管大都是热阴极启动型的，灯丝预热后才能启动灯管点亮，如果在灯丝未预热前就以高频高压强行启动灯管点亮，会使涂布在灯丝上的碳酸盐化合物(如碳酸钡)被大量击打挥散至灯丝周围的管壁上，不但造成灯管两端黑化影响照明，也会因灯丝上活泼的碳酸盐化合物的骤减而造成灯管在启动中不易游离释出电离子，使灯管提前老化。
图1示出灯丝热度与启动灯管所需电压的关系，由图中曲线可以得知，灯丝预热越充分，所需的启动电压越低，因而对灯管的损害也越小。
一般灯管限流装置的电路原理如图2中所示，包括由整流电路11及逆变电路12组成的整流变换电路，其中整流电路11将外部交流电转为平稳的直流电，逆变电路12将该平稳的直流电转换为高频电压并供给负载单元13。负载单元13包括有与灯管131串接的电流储存元件L1和与灯管131并接的电压储存元件C1，另外还串接有电容C2。其中L1、C1用于构成谐振电路，即接收高频电压并通过振荡升压以启动灯管131，待灯管131启动点亮后就不再需要高压，故L1会转为与C2振荡，以维持灯管131继续点亮。通常L1是一电感，而C1、C2则各为电容，且C2的电容值远大于C1。由C1、C2及L1所构成的振荡电路升压启动灯管131。当灯管131未点亮时，灯管131阻抗极高，L1及C1作LC振荡产生一高频高压施加在灯管131两端，使灯管131内电离子活化产生辉光放电而启动点亮。当灯管131点亮后灯管131阻抗下降，C1呈短路，L1转为与C2作LC振荡，因C2的电容值远大于C1，故由振荡所产生的高压较前者低，虽不足以启动灯管131，但却足以维持已启动的灯管持续放电发亮。图3示出一般灯管限流装置中灯管131启动前后的两端电压，点A、B间为启动期，点B后为启动后的持续发亮期。由图可以看出，灯管131启动时需要高电压。由于一般的灯管限流装置在通电即振荡至高压以强迫启动灯管131时是不考虑灯丝预热的，因此往往造成灯管损坏。
基于预热灯丝的考虑，便产生了如图4所示的设计。在电容C1上并接一热敏电阻(PTC)20作简单预热，利用热敏电阻在低温时的低电阻特性使电容C1暂时短路，此时电感L1只能和电容C2作LC谐振，如前所述，所产生的电压不足以启动灯管。随着电流流过并加热灯丝及热敏电阻，热敏电阻的温度上升阻值变大，L1将和C1产生LC振荡提升电压而启动灯管。该技术的实施效果虽对灯丝寿命有所改善，但灯丝预热仍嫌不足，仍有大量碳酸盐类挥发至管壁上，且热敏电阻20本身会消耗功率，不但增加能耗也降低了灯管限流装置的效率。
另有一种使灯丝预热的灯管限流装置如图5所示，在灯管通电后，如图4电路先短路电容C1，使C1与L1无法谐振，不同的是在电容C1两端并接延迟电路30代替热敏电阻，利用MOS场效应晶体管的延迟关闭时间而获得灯管预热时间，由于电容C1两端是高频高压，故电路还需另加一整流器Db，输出直流电供后续电路使用。该技术方案虽能充分预热灯丝且无过多功率损耗，但电路结构过于复杂且成本较高，尤其在多灯管系统中，由于每支灯管都需配置一套，很不经济。
本发明的目的是设计一种软启动的串联灯管组限流装置，使灯管组在启动前有足够的灯丝预热时间，实现软启动，延长灯管寿命且无多余的功率损耗，并能适用于多灯管系统，不必为每个灯管配备一套装置。
本发明的目的是这样实现的，软启动的串联灯管组限流装置，包括用于产生高频电压、由整流电路及逆变电路构成的整流变换电路和接收高频电压并振荡升压启动灯管的负载单元负载单元包括与串联灯管组串接的电流储存装置及与每一灯管并接的电压储存装置，其特征在于还包括有控制所述的电流储存装置开闭的隔离开关和控制隔离开关的定时装置；所述的隔离开关与所述的电流储存装置并接，所述的定时装置与隔离开关连接。
所述的隔离开关由开关装置和信号源组成所述的开关装置与所述的电流储存装置并接，所述的信号源连接所述的定时装置并控制所述的开关装置。
电流储存装置与电压储存装置连接构成振荡电路，该振荡电路接收高频电压经振荡升压启动灯管，在电路接通时，定时装置控制隔离开关动作对电流储存装置构成旁路而关闭电流储存装置，使在定时时间内暂时不发生振荡升压，以作为灯管的预热时间，实现软启动，延长灯管寿命且不造成多余功率损耗，也无电磁干扰，还便于应用在多组串联灯管组系统中。
下面结合实施例附图进一步说明本发明的技术图1是灯丝热度与灯管启动电压间的关系2是一般灯管限流装置的结构示意3是一般灯管限流装置启动前后的灯管端电压4是具有灯丝预热功能的灯管限流装置结构示意5是另一种具有灯丝预热功能的灯管限流装置结构示意6是本发明串联灯管组限流装置第一实施例结构示意7是本发明串联灯管组限流装置整流器BD的结构示意8是本发明串联灯管组限流装置第二实施例结构示意9是本发明串联灯管组限流装置第三实施例结构示意10是本发明串联灯管组限流装置应用于四灯管(20W)系统时的实测特性结果11是本发明的串联灯管组限流装置中负载单元与灯管的连接1至图5的说明前已述及，不再赘述。
参见图6，串联灯管组限流装置主要包括由整流电路611及逆变电路612构成的整流变换电路61，由电流储存装置L61(L62)、电压储存装置C611、C612(C621、C622)及串联灯管611、612(621、622)组成的负载单元62，定时装置64，和由信号源632、开关装置631构成的隔离开关63。交流电源AC送入整流变换电路61，经整流电路611整流为直流，再经逆变电路612振荡得高频电压并输出至负载单元62。结合参见图11，负载单元62包含两串联灯管组，第一灯管组由电流储存装置L61及热阴极莹光灯管611、612串接构成，而611及612又各自并接一电压储存装置C611及C612，电流储存装置可以是电感而电压储存装置可以是电容。热阴极莹光灯管611具有两灯丝n1、n2，电流储存装置L61与电压储存装置C611、C612连接构成振荡回路，提升高频电压以启动灯管611及612。此时，振荡电流由电流储存装置L61依序经灯丝n1、电压储存装置C611、n2、n3、电压储存装置C612、n4至地。同理，第二串联灯管组由电流储存装置L62及热阴极莹光灯管621、622串接而成，而611及612又各自并接一电压储存装置C621及C622，振荡电流也由电流储存装置L62依序经灯丝n5、电压储存装置C621、n6、n7、电压储存装置C622、n8至地，以启动灯管621及622。
图6中，当电路接通时，电压Vcc经电阻R61进入定时装置64，齐纳二极管D62及电容C63用于稳压，电阻R62及电容C64连接构成RC充电回路用于延时。在充电初期，A点为低电位，反相器IC61的输出B点为高电位，并送入隔离开关63。隔离开关63内含信号源632和开关装置631。本实施例中的开关装置631内包含有光电晶体管T61、功率晶体管T62和桥式整流器BD，由电阻R63、R64、R65、电容C65及齐纳二极管D63连接构成稳压电路，为功率晶体管T62提供偏压VGS。信号源632可为发光二极管(LED)或其它发光源。当B点为高电位时，发光管不发光，T61截止T62导通，BD的直流输出端被短路而对电感L61及L62构成旁路，L61和C611、C612及L62和C621、C622无法振荡产生高压，灯管611、612及621、622因压降不足暂时不能启动而处于预热状态。但此时灯丝n1-n8仍有电流流过而处于预热状态。随着C64的持续充电，A点电位上升至高电位，B点为低电位，信号源632发出光信号使光电晶体管T61导通，T62因偏压VGS被短路为零而截止，L61及L62恢复正常而分别和C611、C612及C621、C622构成LC振荡，灯管611、612及621、622的端电压将随LC振荡升高至辉光放电而启动灯管611、612、621、622，完成灯丝预热后启动。
预热时间由R62及C64的时间常数决定，当其时间常数较长时相对A点电压上升慢，预热时间长。预热时间通常调整为1秒，太长会造成使用不便。
参见图7，图6中的桥式整流器BD由四个二极管BD1-BD4构成，对第一串联灯管组而言是由BD1-BD4构成的桥式整流器，对第二串联灯管组而言是使用由BD1、BD2、BD3及D61构成的整流器，因此若有第三、第四灯管组，只要依上法连接二极管即可，其它元件及电路则可共用，十分经济方便。此外，桥式整流器B D也可用二极管来代替。
参见图8，图中实施例以二极管D64取代桥式整流器BD，二极管D661用于连接另一串联灯管组。线路简单成本更低。该例中对流经L61或L62的高频电压的半波予以旁路，另一半波则仍会和C611、C612或C621、C622产生振荡。
隔离开关的实施方式可以有多种，只要有一受定时装置64控制而发出控制信号的信号源和接收该控制信号并与电流储存装置并接的开关装置即可。该控制信号可以是光信号、磁信号或其它电磁波信号。由于开关装置直接连接电流储存装置(高频电压)，必须与地隔离，否则会造成流经电流储存装置L61或L62高频电压的流失，因此信号源与开关装置间不能有电流流过。
参见图9，图中所示实施例中，其隔离开关73是一继电器。以电磁线圈732为信号源，以触点731为开关装置。继电器73的电磁线圈732受定时装置64控制而产生磁场，其接点731吸合而旁路L61、L62。
负载单元62所含的串联灯管组不限为两组，只要各灯管组间的总额定电压(即各灯管组内的各灯管的额定电压总合)大致相同即可，而最常用的是如图11所示的接法，两组40W的串联灯管组，每组灯管组由两支20W的灯管组成。
本发明装置的定时装置64也可采用如计数器一类的部件，而电流储存装置也可串接在灯管接地侧，但这样做会使由电流储存装置产生的振荡电流流向电源侧而造成电磁干扰，因而不建议这样做。
本发明以简单的电路实现串联灯管组灯丝预热，经测试启动一万次不会造成灯管黑化，并仍能保持优良特性无无为功率损耗。图10中所示为本装置应用于40W灯管组、每组两支20W灯管的四个灯管组系统的实测特性，包括输入电压V、输入电流mA、输入功率W、功率因数％、谐波失真％、管电流mA、管功率W、管功率因数％和管ACF值。
综上所述，本发明简捷实用，确能达到串、并联灯管组的灯丝预热效果。
权利要求
1.一种软启动的串联灯管组限流装置，包括用于产生高频电压、由整流电路及逆变电路连接构成的整流变换电路和接收高频电压并振荡升压启动灯管的负载单元；负载单元包括与串联灯管组串接的电流储存装置及与每一灯管并接的电压储存装置，其特征在于还包括有控制所述的电流储存装置开闭的隔离开关和控制隔离开关开闭的定时装置；所述的隔离开关与所述的电流储存装置并接，所述的定时装置与隔离开关连接。
2.根据权利要求1所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的隔离开关由开关装置和信号源组成；所述的开关装置与所述的电流储存装置并接，所述的信号源连接所述的定时装置并控制所述的开关装置。
3.根据权利要求2所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的信号源是发光二极管，所述的开关装置由光电晶体管，功率晶体管和整流器顺序连接构成，所述的整流器与所述的电流储存装置并接。
4.根据权利要求2所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的隔离开关是继电器，所述的信号源是继电器线圈，所述的开关装置是继电器接点，继电器接点与所述的电流储存装置并接。
5.根据权利要求3所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的整流器是二极管桥式整流器，桥式整流器的交流输入端与所述的电流储存装置并接，桥式整流器的直流输出端与所述的功率晶体管并接。
6.根据权利要求3所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的整流器是整流二极管。
7.根据权利要求1所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的电流储存装置是电感，所述的电压储存装置是电容。
8.根据权利要求1所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的负载单元有一个以上，第二负载单元后的各负载单元的电流储存装置与所述的隔离开关间连接有二极管。
9.根据权利要求3或4或5或6或8所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的第二负载单元后连接的二极管是连接在相应电流储存装置与所述的整流器间。
10.根据权利要求1所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的定时装置由稳压电路、RC延时电路和反相器顺序连接构成。
11.根据权利要求1所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的定时装置是计数器。
12.根据权利要求1所述的软启动的串联灯管组限流装置，其特征在于所述的各串联灯管组的总额定电压相同。
全文摘要
本发明涉及一种软启动的串联灯管组限流装置,可使灯管组在启动前有足够的灯丝预热时间,以延长灯管寿命。包括产生高频高压的整流变换电路,由与串联灯管组串接的电流储存装置和与每一灯管并接的电压储存装置组成的负载部,控制电流储存装置开闭的隔离开关和控制隔离开关的定时装置。电流、电压储存装置构成振荡回路,接收高频电压作振荡升压以启动灯管。电路接通时,定时装置控制隔离开关动作,暂时关闭电流储存装置不发生振荡升压而预热灯丝。
文档编号H05B41/24GK1222822SQ9810030
公开日1999年7月14日 申请日期1998年1月5日 优先权日1998年1月5日
发明者王宇睦 申请人:创鸿科技股份有限公司