专利名称：高频无极灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及放电灯，尤其涉及一种内部无电极的照明灯具。
高频无极灯是基于荧光气体放电和高频电磁场感应两个熟知原理相结合的一种新型光源，它由高频功率发生器(即高频电子源)、功率耦合器和无极放电灯泡三部分组成(如
图1所示)，灯泡内没有灯丝或电极，但泡内充有汞剂低压混合气体，玻壳内壁涂有稀土三基色荧光粉。灯泡的底部有一向里凹进的圆柱型空腔；一个卷绕在用高温绝缘合成材料制成的套筒上的感应线圈置于灯泡的圆柱型空腔内；套筒内装有一个由软磁材料制成的筒状铁芯；筒状铁芯内紧密接插一根金属棒；该金属棒下部与散热支座固定连接；一个高频电子源的输出端与感应线圈电连接。
高频电子源为无极放电泡提供激发能量。它由高频振荡器、激励器和D类零电压开关放大器所组成。美国专利5023566公布了Saged-Amr A.El-Hamamay等人发明的改进型高频高效D类功率放大器(图2)，它利用正弦波驱动，调整正弦波的幅度来选取过渡时间td(即V1、V2管同时不导通时间)，实现零电压开关。该电路简化了部分附加电路元件，容易调节，同时也改进了高频工作效率。但是，上述电路有两个应当处理的问题1、实际使用中，过渡时间td决定于开关器件(MOSFET功率场效应管)的输出电容、门槛电压、输出功率和负载网络的阻抗。而MOSFET必须工作在全开、全关状态才有高的效率。由图3可知，过渡时间td的长短直接与正弦激励电压相关，td与激励电压幅度成反比，激励电压幅度高，td时间减少，反之td增大；而要使MOSFET工作在全开、全关状态，激励电压一般需要10-12伏。对于某些MOSFET角电容较大的器件，要求有较大的td，这就要求激励电压幅度小些，而激励电压幅度太小，导通损耗可能增大。由此可见，最佳工作状态下所需的过渡时间与器件的全关、全开状态不易同时兼得。
2、根据MOSFET器件的特性，门槛电压随内部角温度的上升而降低，这就导致td时间和最佳激励电压产生变化。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种无需调整过渡时间，只要输入电压幅度合适，便可使MOSFET管工作于全开、全关状态的具有实用意义的高频电子源及其无极灯。
本实用新型的目的可以通过采取如下的技术措施来实现设计一种高频无极灯，包括高频电子源、功率耦合器和无极放电灯泡；功率耦合器置于无极放电灯泡凹进的空腔，并与高频电子源电连接。所述高频电子源包括高频振荡器、E类激励器和D类零电压开关放大器，E类激励器的电源输入和输出端分别接高频振荡器和D类零电压开关放大器，D类零电压开关放大器的电源输出连接功率耦合器，功率耦合器直接激发无极放电灯泡发光。所述E类激励器含有MOSFET管V1、电感扼流圈L1、高频磁环L2和电容C1～C2，MOSFET管V1的G极经电容C1接高频振荡器，V1的漏极D经C2和L2接入D类零电压开关放大器。所述D类零电压开关放大器含有1或2个变压器、1至2个MOSFET管以及外围的电感、电容等元器件，其高频电源输出可以是为单边输出，也可以是双边输出。
附图的图面说明如下图1是高频无极灯的结构示意图；图2是现有高频无极灯的原理电路图；图3是图2电路中的正弦激励电压的时序图；图4是本实用新型的高频无极灯的原理方框图5是本实用新型的高频无极灯的原理电路图(实施例一)；图6是本实用新型的高频无极灯的原理电路图(实施例二)。
以下结合附图对本实用新型的最佳实施例作进一步详细说明。
如图4所示，本实用新型的高频无极灯包括高频电子源1、功率耦合器2和无极放电灯泡3；功率耦合器2置于无极放电灯泡3凹进的空腔31，并与高频电子源1电连接。所述高频电子源1包括高频振荡器11、E类激励器12和D类零电压开关放大器13，E类激励器12的电源输入和输出端分别接高频振荡器11和D类零电压开关放大器13，D类零电压开关放大器13的电源输出连接功率耦合器2，功率耦合器2直接激发无极放电灯泡3发光。
所述无极放电灯泡3内充有汞剂低压混合气体，其玻壳内壁涂有稀土三基色荧光粉，灯泡3的底部有一向内凹进的圆柱型空腔，功率耦合器2置于该圆柱型空腔内。所述功率耦合器2包括感应线圈L，该感应线圈L卷绕在用高温绝缘合成材料制成的套筒，由软磁材料制成的筒状铁芯装在套筒内，筒状铁芯内紧密接插一根软磁金属棒，软磁金属棒的下部与散热支座固定连接；高频电子源1的输出端与感应线圈L电连接。这些内容与现有技术是相类似的。本实用新型主要是针对E类激励器12和D类零电压开关放大器13两个电路进行改进。
如图5和图6所示，所述E类激励器12含有MOSFET管V1、电感扼流圈L1、高频磁环L2和电容C1～C2，MOSFET管V1的G极经电容C1接高频振荡器11，V1的漏极D经C2和L2接入D类零电压开关放大器13。关于D类零电压开关放大器13则有两种实施方式，即单边输出和双边输出。
对应于单边输出，所述D类零电压开关放大器13含有变压器T、MOSFET管V2、高频磁环L3、EE25型磁芯L4和电容C3～C4，变压器T的初级线圈接E类激励器12，其次级线圈一端接放大器V2的G极，另一端分别连接L3、L4和V2的栅极S，高频磁环L3和电容C3以及电容C4连接功率耦合器2的电磁感应线圈L(图5)。
对应于双边输出，所述D类零电压开关放大器13含有变压器T1和T2、MOSFET管V2和V3、高频磁环L3和L6、EE25型磁芯L4和L5、电容C3～C6，变压器T1和T2的初级线圈接E类激励器12，它们的次级线圈一端分别接放大器V2和V3的G极，另一端分别经L3、L4、C3、C4和L5、L6、C5、C6连接功率耦合器2的电磁感应线圈L7；V2和V3的漏极D并联后接直流电源。
现以图5为例说明高频无极灯的工作原理。高频振荡器11产生一个信号频率施于MOSFET管V1的G极，V1漏极D输出信号经过匹配网络C1和L2，在变压器T1和T2的次级连接端G3、G4上产生二个幅度相等、相位相反的正弦波，使V2、V3输流导通；L4、C3、C4，L5、C6、C5分别为V2、V3匹配网络；L为放置于无极放电灯泡内的电磁感应线圈，该线圈产生的功率电磁场通过玻壳内凹腔柱面的分布电容感应给放电泡内等离子体，转化为光和热。
V2、V3工作在开关状态并接成源极输出，点S2、S3分别为幅度相等、相位相反的方波信号，经过匹配网络L4、C3、C4和L5、C6、C5之后，在L两端成为正弦波功率信号；由于V2、V3为源极输出，输出阻抗大大降低，易于与放电泡内等离子体电阻(相当于L的次级)匹配，使工作稳定，提高电功转换率。
变压器T1、T2的次级不接地，免去了地电流尖冲对G极的干扰；T1、T2次级作为V2、V3的驱动源被设计成较低阻抗，提高了输入回路电荷漏放速度。
本电路也可适用于其他高频功率晶体管的应用，工作频率可高至数十兆以上。
应用实例作为使用本电路的一个实例，仅用一只型号为PP5N90的MOSFET管作单边输出的工作频率2.5MHZ，电功率为60W时，点燃一只高频无极灯泡，其发光稳定，而功放级的散热片为4×1.5×2.2cm3或更小。本电路使用的功率开关管MOSFET的漏源耐压应大于直流供电电压的3.8倍，漏源之间应接快速恢复二极管加以保护。
同现有技术相比较，本实用新型高频无极灯的优点在于其电路无需调整过渡时间，只要输入电压幅度合适，便可使MOSFET管工作于全开、全关状态，无需添加其他附加元件，结构简单，容易调节。
本实用新型装置实施例所用主要元、器件型号、参数如下电路符号 名称规格型号V1 MOSFET管 IRF820V2 MOSFET管 PP5N90V3 MOSFET管 PP5N90C1～C6 电容L1 电感扼流圈 ≥10μHL2 高频磁环 13μHL3、L6 高频磁环 33μHL4、L5 EE25型磁芯 18μHL 高频磁筒 10μH
权利要求1.一种高频无极灯，包括高频电子源(1)、功率耦合器(2)和无极放电灯泡(3)；功率耦合器(2)置于无极放电灯泡(3)凹进的空腔(31)，并与高频电子源(1)电连接；其特征在于所述高频电子源(1)包括高频振荡器(11)、E类激励器(12)和D类零电压开关放大器(13)，E类激励器(12)的电源输入和输出端分别接高频振荡器(11)和D类零电压开关放大器(13)，D类零电压开关放大器(13)的电源输出连接功率耦合器(2)，功率耦合器(2)直接激发无极放电灯泡(3)发光。
2.根据权利要求1所述的高频无极灯，其特征在于所述无极放电灯泡(3)内充有汞剂低压混合气体，其玻壳内壁涂有稀土三基色荧光粉，灯泡(3)的底部有一向内凹进的圆柱型空腔，功率耦合器(2)置于该圆柱型空腔内。
3.根据权利要求1所述的高频无极灯，其特征在于所述功率耦合器(2)包括感应线圈L，该感应线圈L卷绕在用高温绝缘合成材料制成的套筒，由软磁材料制成的筒状铁芯装在套筒内，筒状铁芯内紧密接插一根金属棒，金属棒的下部与散热支座固定连接；高频电子源(1)的输出端与感应线圈L电连接。
4.根据权利要求1所述的高频无极灯，其特征在于所述E类激励器(12)含有MOSFET管V1、电感扼流圈L1、高频磁环L2和电容C1～C2，MOSFET管V1的G极经电容C1接高频振荡器(11)，V1的漏极D经C2和L2接入D类零电压开关放大器(13)。
5.根据权利要求1所述的高频无极灯，其特征在于所述D类零电压开关放大器(13)为单边输出，含有变压器T、MOSFET管V2、高频磁环L3、EE25型磁芯L4和电容C3～C4，变压器T的初级线圈接E类激励器(12)，其次级线圈一端接放大器V2的G极，另一端分别连接L3、L4和V2的栅极S，高频磁环L3和电容C3以及电容C4连接功率耦合器(2)的电磁感应线圈L。
6.根据权利要求1所述的高频无极灯，其特征在于所述D类零电压开关放大器(13)为双边输出，含有变压器T1和T2、MOSFET管V2和V3、高频磁环L3和L6、EE25型磁芯L4和L5、电容C3～C6，变压器T1和T2的初级线圈接E类激励器(12)，它们的次级线圈一端分别接放大器V2和V3的G极，另一端分别经L3、L4、C3、C4和L5、L6、C5、C6连接功率耦合器(2)的电磁感应线圈L；V2和V3的漏极D并联后接电源。
专利摘要一种高频无极灯,包括高频电子源1、功率耦合器2和无极放电灯泡3;功率耦合器2置于无极放电灯泡3凹进的空腔31;高频电子源1包括高频振荡器11、E类激励器12和D类零电压开关放大器13,E类激励器12的电源输入和输出端分别接高频振荡器11和D类零电压开关放大器13,D类零电压开关放大器13被设计单边或双边输出,其电源输出连接功率耦合器2,功率耦合器2直接激发无极放电灯泡3发光。本实用新型装置的电路无需调整过渡时间,只要输入电压幅度合适,便可使MOSFET管工作于全开、全关状态。
文档编号H05B41/24GK2507134SQ01215488
公开日2002年8月21日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者谢立山, 陈裕嘉, 郑耿标 申请人:深圳市格林莱电子技术有限公司