专利名称：一种高效节能照明电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种照明系统整体高频化及照明供电网络高频化的照明实现方案，特别是关于一种高效节能照明电路。
背景技术：
当前，能源矛盾日益尖锐；节能，成为时代要求。全社会能够提供的电能总量远不能满足需求，在高峰时期限制用电成为经常发生的情况。每年，照明方面耗费的电能约占社会全部电能耗费量的20％，约占全社会各种形式的全部能量耗费量的8％，因而照明领域的节能成为全社会节能洪流中的重要组成部分。
在照明领域，成本、寿命、可靠性、维护代价及发光质量等方面指标的全面改善和同步优化成为真正实现节能的支撑条件。任何方面指标的恶化都会挫伤人们选用节能照明产品的信心，造成其在全社会普及应用的困难，使具有社会意义的真正节能难于实现。
已知的照明实现方案均以灯具作为核心、在灯具自身范围内实现高频化，造成灯具结构复杂化、可靠性降低、成本升高、寿命缩短等弊病。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高效节能照明电路，它结构简单、可靠性高、成本低、寿命长、维护代价小、发光质量优异且能在此基础上实现良好的节能效果。
本实用新型的目的是这样实现的，设计一种高效节能照明电路，它至少包括照明负载、一高频电源，其特征是高频电源向并联电连接于其上的照明负载集中供电，相并联的照明负载的数量在两个至该高频电源的最大输出功率所允许的照明负载数量之间。
所述的照明负载、高频电源通过电源线路电连接，并且任意两个照明负载之间及任一照明负载与高频电源之间的空间直线距离都大于0.1m。
所述的高频电源的工作频率在3kHz-300kHz之间。
所述的高频电源的输出电压有效值在10V-10kV之间；所述的高频电源是由交流110V或交流220V通过电源变换装置得到的。
所述的电源线路是频率调制电源线路，通过在其与每一电源及负载之间均连接频率过滤电路，它既将工频电源与工频负载相连通、又将高频电源与高频负载相连通。
所述的照明负载是由两端带有电极的灯管、电感及电容连接构成的低气压气体放电灯，电感的一端作为一个电源输入端，另一端与灯管的一个灯丝端电连接，电容与灯管并联，所剩的灯管灯丝端作为另一电源输入端。
所述的照明负载是由闭环形式的灯管、磁环及线圈连接构成的高频电磁感应灯，磁环套在闭环形式的灯管上，线圈绕在磁环上，线圈的两端是电源输入端。
所述的照明负载是由发光半导体、副边带一个抽头的高频变压器、电容、两只三极管及两只电阻构成的半导体灯，高频变压器副边的抽头与发光半导体的阴极电连接，电容与发光半导体并联，高频变压器副边的两个输出端分别与两只三极管的集电极电连接，同一只三极管的基极与集电极电连接，两只三极管的发射极电连接且该连接点与发光半导体的阳极电连接，两只电阻分别与两只三极管的发射结并联，高频变压器原边的两端是电源输入端。
所述的照明负载是由发光半导体及电感构成的半导体灯，电感的一端作为正电源输入端，另一端与发光半导体的阳极电连接，发光半导体的阴极作为负电源输入端。
本实用新型的特点是它通过集中变频的方法，通过设置电源变换装置将从已知照明电源上获取的电能变换成高频形态的电能并输出到照明电源线路上供并联于其上的照明负载接取和应用。其中，实现高频电源的方法为通过电源变换装置对已知照明电源进行扩展并使扩展后的电源能够输出高频形态的电能，电源变换装置可以是电力电子电路，也可以是高频震荡电路；照明负载可以是单个灯具，也可以是由多个灯具与不改变频率的电气装置共同构成的电路系统，照明负载是适合高频电源的，实现照明负载的核心是实现适合高频电源的高频灯具，以某种类型的灯芯为基础实现高频灯具的方法为若灯芯本身适宜于在高频电源条件下工作，则其直接成为高频灯具；否则，通过设置电源环境调整电路，将高频电源环境调整为满足灯芯要求的电源环境，并以此调整电路与灯芯相结合所形成的整体作为高频灯具；高频电源线路的实现方法为设置专用于传输高频形态电能的电源线路，或者，借用已有的工频电源线路，向其上加载高频形态电能，使工频与高频两种形态的电能“同线”传输。
本实用新型这种系统实现方案，由高频电源、高频灯具及传输高频形态电能的照明线路构成。其中，多套灯具能够以在照明线路上并联的方式共享同一高频电源。灯具可以在高频条件下被点亮并正常工作，如果灯具是会产生频闪的类型，则由于电源频率的升高可以令人的视觉更难感知到其频闪，从而对健康的危害减小，获得发光质量的改善；灯具中总是会存在一些电感线圈，它们或者起到镇流分压作用，或者起到平滑电流的作用，或者是变压器，再或者是实现电能向其他能量形式转化的装置等等，在更高的频率下实现同样作用所需的电感量更小，相应地，电感线圈的体积和质量也更小，这样就可以节约材料耗费，在工作时，其以发热形式产生的铜损和铁损等能量损耗会更少、所耗费的无功功率也会减少，因而高频化带来节能的效果。通常，实现电能形态变换、输出高频形态电能的电源变换电路是比较复杂的，而适宜高频电源环境、应用高频形态电能的负载是简单的，将复杂的电源变换电路归入电源中，实现负载对其的共享，较之于将其归入负载，可以大大简化负载结构，同时使系统的集约化程度得到提高、结构更为合理，负载的结构简化及系统的集约化程度提高意味着电路系统整体的可靠性提高、成本降低，这是设置高频电源、集中向负载提供高频形态电能的益处。具体地，包括电源变换电路的完整灯具，在实现节能的同时伴随着结构复杂、可靠性低、成本高等不利附加条件；以完整灯具的重复构建而成的照明系统存在着众多功率小而功能全的电源变换电路，从而其重复性和冗余性强，而本实用新型所提供的设置高频专用照明电源、集中向灯具提供高频形态电能的方法，正可以克服完整灯具所固有的不利附加条件、弥补其性能缺陷，并且能够使照明系统整体在成本、寿命、可靠性、维护代价及发光质量等方面得到同步均衡优化且节能效果更加显著。
总之，面向照明用途实现专用高频电源、通过照明线路集中向灯具提供高频形态电能、实现灯具对高频电源的共享，是能够实现照明领域所关注的各方面指标全面改善、同步优化并在此基础上实现具有社会意义的真正节能的照明实现方案。
实现专用高频照明电源的工作，可以由电力部门来进行。如同供水部门将饮用水、清洁用水及热水分管网供给一样，电力部门也需要针对不同用途提供相应的供电品种。照明用途的电力供应，是电力部门全部电力供应的重要组成部分，照明负载普遍存在、数量巨大，电力部门完全有必要向照明领域提供专门品种的电力供应。倘能如此，电力部门便可综合其设施、资金、技术、管理等方面的优势，造成照明领域的深刻变革，带来重大而深远的社会效益。
电力部门构建照明专用高频供电网络时，可以不用重新敷设线路，而通过借用已有的工频供电线路来实现。这种方案的指导思想是利用同一段线路同时传输工频和高频两种形态的电能，换言之，将高频电“加载”于工频线路上。我们将供电网络中一段线路上工频电能输入的端称作该段线路的电网电源端，将工频电能输出的端称作该段线路的电网负载端。则该方案具体如下设置电源变换装置，将从已知电源上获取的通用形态的电能变换为高频形态的电能，并经由允许高频电能通过但阻止低频电能的“通高阻低”电路耦合到已有的工频线路上进行传输，在该线路的电网电源端及负载端均串联接入“通低阻高”电路，则该段线路就成为加载有高频电的供电线路，在该线路的任意位置，通过设置“通高阻低”的耦合电路均能获取到适宜于照明用途的高频电能。
将从已知电源上获取的通用形态电能变换为高频形态电能的电源变换装置通常应用电力电子逆变技术实现。电力电子技术以电力电子器件(简称器件)作为基础，因此，电源变换装置的输出特性，如电压、电流、容量及频率等，会受到器件的影响，但由于器件可以串联或并联使用，使电源变换电路的实现不受限制。器件的触发、安全保护及散热等问题是应用电力电子技术时应格外注意考虑的。
在电力部门尚未提供照明专用的高频电源环境时，用户只能得到现有的通用电源环境。用户可以通过设置电源变换装置来延伸已知电源，向自身提供丰富而专业的特殊电源环境，以方便使用。以电力部门提供的工频电源环境为基础，通过加设适当容量的电源变换装置，用户可以获得供自身使用的照明专用高频电源环境，且此高频电源环境的适用范围可以由用户自行决定，可以仅适用于用户电路系统中的一个局部，而不一定非要针对整个用户电路系统。这可以解决高频电源环境要求照明线路专用化的问题，因为在用户的电路系统中，照明负载与其他类型负载是混用的、共用同一线路且共享同一电源环境，从线路上将照明负载与其他负载分离开来、构成独立的照明系统，会涉及配线方案及电路系统结构的改变，这需要做大量的工作。而由用户自行选择照明专用高频电源环境的适用范围，该范围即是需要进行配线结构改变的范围，则会提供很大的灵活性，使用户逐渐实现自身范围的照明优化及照明节能成为现实。
本实用新型以电源作为核心，提出了面向照明用途实现专用高频电源的思想，并以此思想为引导，提供了实现照明系统整体高频化及照明供电网络高频化的方法。相对于以灯具为核心、仅在灯具本身范围实现高频化的照明实现方案，保持了其优势、克服了其缺陷。本实用新型高效节能照明电路在电气照明领域的广泛应用，必将产生深远影响、带来该领域的全面进步。
下面结合实施例附图对本实用新型做进一步说明。
附图1是本实用新型高效节能照明电路结构原理示意图；附图2是高频电源实施例1的结构示意图；附图3是高频电源实施例2的结构示意图；附图4是本实用新型系统实施例1的结构示意图；附图5是单相逆变主电路结构示意图；附图6是三相逆变主电路结构示意图；附图7是高频电源实施例3的结构示意图；附图8是高频电源实施例4的结构示意图；附图9是照明负载实施例1的结构示意图；附图10是照明负载实施例2的结构示意图；附图11是照明负载实施例3的结构示意图；附图12是照明负载实施例4的结构示意图；附图13是电源线路实施例1的结构示意图；附图14是本实用新型系统实施例3的结构示意图；附图15是本实用新型系统实施例4的结构示意图；附图16是分散系统与集约系统进行比较的示意图。
图中1、照明负载；2、电源线路；3、高频电源；4、直流电源；5、控制单个绝缘栅双极型晶体管的触发电路；6、工频交流电源；7、与工频交流电源6相适合的整流电路；8、高频震荡电路；9、图3所示的高频电源；10、图10所示的高频电磁感应灯；11、单相工频交流电源；12、单相全波整流及滤波电路；13、图5所示的单相逆变主电路；14、用于对图5所示的单相逆变主电路提供触发信号的触发电路；15、三相工频交流电源；16、三相全波整流及滤波电路；17、图6所示的三相逆变主电路；18、应用正弦脉宽调制(SPWM)技术实现的用于对图6所示的三相逆变主电路提供触发信号的触发电路；19、低气压气体放电灯灯管；20、闭环形式的高频电磁感应灯灯管；21、磁环；22、线圈；23、图7所示的单相高频电源；24、“通低阻高”电路；25、“通高阻低”电路；26、单相工频交流负载；27、图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯；28、图8所示的三相高频电源；29、图2所示的直流脉冲高频电源；30、图11所示的半导体灯。
具体实施方式
如图1所示，图1是本实用新型高效节能照明电路结构原理示意图，它的特征是并联的照明负载由高频电源集中供电。所述的并联的照明负载由高频电源集中供电是指用同一高频电源向并联电连接于该高频电源上的所有照明负载集中供电。如图1所示，它通过电源线路2向并联于该线路上的照明负载1集中提供高频电源3，这种系统实现方案，包括系统配置及结构方案，系统配置方案则包括系统中所需配置的项目及对各项目的具体要求，而这又涉及到系统中所需配置的各项目的实现方案，包括电源实现方案、照明负载(或灯具)实现方案及电源线路实现方案等。本实用新型照明实现方案的应用，能够使所实现的灯具较已知灯具结构简化、可靠性提高、成本降低并获得节能和发光质量改善的双重效果，能够使所构建的照明系统克服已知照明系统重复性和冗余性强的弊病，实现集约化和集中控制、集中管理、集中维护，达到成本、寿命、可靠性、维护代价及发光质量等方面的全面改善和同步优化，并在此基础上实现显著节能的良好效果。
如图2所示，图2是高频电源实施例1的结构示意图，本高频电源实施例通过对电压值为12V的直流电源4实施频率变换，可输出频率为3kHz、电压有效值为10V的直流脉冲高频电源。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)VT1的阳极与直流电源4的正输出端电连接，其阴极成为本高频电源实施例的正输出端，控制单个绝缘栅双极型晶体管的触发电路5的输出端与VT1的控制极及阴极电连接，用于将所输出的触发脉冲施加给VT1，直流电源4的负输出端直接成为本高频电源实施例的负输出端，二极管D的阴极和阳极分别与本高频电源实施例的正、负输出端电连接，用于向负载提供续流通道。本电源实施例适合于向图11所示的半导体灯集中供电，绝缘栅双极型晶体管VT1用于进行直流斩波，通过改变其通断时间比(通常称为占空比)可以调节输出电压的有效值，以使之与照明负载相适应。图中所使用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)VT1还可以是可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/GTR)、功率场效应管(PMOSFET)等类型的功率全控型电力电子器件，只要其容量、耐压及频率能满足使用要求即可。
如图3所示，图3是高频电源实施例2的结构示意图，电压有效值为110V的工频交流电源6所输出的交流电经与工频交流电源6相适合的整流电路7整流成直流电并输入给高频震荡电路8，高频震荡电路8用于将直流电能转换为交流电能，其起震依靠初始扰动，选频则依靠LC谐振，其包括有正反馈环节且能够满足维持震荡所需的幅值及相位平衡条件。在输入工频交流电的条件下，本高频电源实施例能够通过变换输出频率为230kHz或300kHz、电压有效值为110V的正弦交流电，其适合于向图10所示的高频电磁感应灯集中供电。
如图4所示，图4是本实用新型系统实施例1的结构示意图，图3所示的高频电源9所输出的频率为300kHz、电压有效值为110V的高频正弦交流电通过电源线路被提供给并联于该电源线路上且彼此之间的空间直线距离为1m的两个图10所示的高频电磁感应灯10，图3所示的高频电源9与距其最近的图10所示的高频电磁感应灯10之间的空间直线距离为1m，这两个图10所示的高频电磁感应灯10由于无须包括实现电源频率变换的电路而具有非常简洁的结构，这样就使灯具的成本大大降低且可靠性大幅提高，本系统实施例的结构也更为合理，克服了由已知高频电磁感应灯简单重复构建而成的照明系统重复性及冗余性强的弊病。
如图5所示，图5是单相逆变主电路结构示意图，该逆变主电路由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)VT1、VT2、VT3、VT4及二极管VD1、VD2、VD3、VD4电连接构成，具体构成方式如下VT1、VT3的阳极电连接并以该连接点作为与直流输入电压Ui的正极相连接的正电源输入端，VT2、VT4的阴极电连接并以该连接点作为与直流输入电压Ui的负极相连接的负电源输入端，VT1的阴极与VT2的阳极电连接并以该连接点作为输出单相交流电压uo的一个输出端，VT3的阴极与VT4的阳极电连接并以该连接点作为输出单相交流电压uo的另一个输出端，VT1、VT2、VT3、VT4各自的栅极与阴极构成其触发脉冲输入端，分别用于输入触发信号Ug1、Ug2、Ug3、Ug4，VT1、VT2、VT3、VT4各自的阳极和阴极分别与二极管VD1、VD2、VD3、VD4的阴极和阳极电连接。四只全控型电力电子器件分别与四只二极管反并联是为了向感性负载提供续流通道，多个照明负载可以连接于上述输出端之间。该逆变主电路输入直流电，可以逆变输出频率不超过40kHz、电压有效值不超过1800V的不同形式单相高频交流电，所输出交流电的形式主要取决于所采用的触发方案，采用正弦脉宽调制(SPWM)触发方案能够获得失真度非常小的正弦输出波形，采用其他触发方案所获得的输出波形则可能会有较大的失真度；在触发时序上，位于同一桥臂的两只器件(VT1和VT2或VT3和VT4)不能同时获得触发，而必须保证一定宽度的“触发死区”，否则会造成短路故障并损坏器件。图中所使用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)VT1、VT2、VT3、VT4还可以是可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/GTR)、功率场效应管(PMOSFET)等类型的功率全控型电力电子器件，只要其容量、耐压及频率能满足使用要求即可。
如图6所示，图6是三相逆变主电路结构示意图，该逆变主电路由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6及二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6电连接构成，具体构成方式如下VT1、VT3、VT5的阳极电连接并以该连接点作为与直流输入电压Ui的正极相连接的正电源输入端，VT2、VT4、VT6的阴极电连接并以该连接点作为与直流输入电压Ui的负极相连接的负电源输入端，VT1的阴极与VT2的阳极电连接并以该连接点作为A相电压输出端uoA，VT3的阴极与VT4的阳极电连接并以该连接点作为B相电压输出端uoB，VT5的阴极与VT6的阳极电连接并以该连接点作为C相电压输出端uoC，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6各自的栅极与阴极构成其触发脉冲输入端，分别用于输入触发信号Ug1、Ug2、Ug3、Ug4、Ug5、Ug6，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6各自的阳极和阴极分别与二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6的阴极和阳极电连接。六只全控型电力电子器件分别与六只二极管反并联是为了向感性负载提供续流通道，多个照明负载可以连接于上述输出端之间，或者也可以将具有“Y”形副边的三相变压器连接于上述输出端上，从而在变压器副边获得三相中点并将多个照明负载连接于变压器副边的相线与中线之间。该逆变主电路输入直流电，可以逆变输出频率不超过40kHz、电压有效值不超过1800V的不同形式三相高频交流电，所输出交流电的形式主要取决于所采用的触发方案，采用正弦脉宽调制(SPWM)触发方案能够获得失真度非常小的正弦输出波形，采用其他触发方案所获得的输出波形则可能会有较大的失真度；在触发时序上，位于同一桥臂的两只器件(VT1和VT2或VT3和VT4或VT5和VT6)不能同时获得触发，而必须保证一定宽度的“触发死区”，否则会造成短路故障并损坏器件。图中所使用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6还可以是可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/GTR)、功率场效应管(PMOSFET)等类型的功率全控型电力电子器件，只要其容量、耐压及频率能满足使用要求即可；VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6也可以由同类型的功率全控型电力电子器件串联或并联构成，这样可以使该三相逆变主电路能适应更高的直流输入电压Ui、从而获得更高的逆变输出电压值，或者，可以使该三相逆变主电路的输出功率更大，在VTi(i＝1、2、…、6)采用6只绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联的条件下，该三相逆变主电路的输出线电压有效值可以达到10kV。
如图7所示，图7是高频电源实施例3的结构示意图，电压有效值为220V的单相工频交流电源11所输出的单相工频交流电经单相全波整流及滤波电路12变换为直流电并输入给图5所示的单相逆变主电路13，用于对图5所示的单相逆变主电路提供触发信号的触发电路14也同时将四路触发脉冲信号提供给图5所示的单相逆变主电路13，单相逆变主电路13输出的是频率为30kHz或40kHz、电压有效值为220V的方波形式高频交流电。本高频电源实施例以单相工频市电电源作为基础电源，通过设置整流和升频两个环节对基础电源进行扩展、从而实现高频电源，是实现高频电源的常用形式之一。
如图8所示，图8是高频电源实施例4的结构示意图，线电压有效值为10kV的三相工频交流电源15所输出的三相工频交流电经三相全波整流及滤波电路16变换为直流电并输入给图6所示的三相逆变主电路17，应用正弦脉宽调制(SPWM)技术实现的用于对图6所示的三相逆变主电路提供触发信号的触发电路18也同时将六路触发脉冲信号提供给图6所示的三相逆变主电路17，图6所示的三相逆变主电路17输出的是频率为30kHz或40kHz、线电压有效值为10kV的正弦形式高频交流电。本实施例以三相工频市电电源作为基础电源，通过设置整流和升频两个环节对基础电源进行扩展、从而实现高频电源，是实现高频电源的常用形式之一。
如图9所示，图9是照明负载实施例1的结构示意图，本照明负载实施例是以两端带有电极的低气压气体放电灯灯管作为基础而实现的高频灯具，其中，电感L的一端作为与输入电压Ui相连的一个电源输入端，另一端与低气压气体放电灯灯管19的一个灯丝端电连接，电容C与低气压气体放电灯灯管19并联，所剩的低气压气体放电灯灯管19的灯丝端作为与输入电压Ui相连的另一电源输入端，本照明负载实施例适合于在频率为30kHz或40kHz的高频交流电源条件下工作。其工作原理是在与高频电源接通但低气压气体放电灯灯管19尚未点亮的状态下，电感L和电容C在高频电源作用下发生串联谐振，电感L和电容C上均出现高电压，但由于两者的电压方向相反，总和仍等于电源电压值，该串联谐振电路中还同时串接有低气压气体放电灯灯管19两端的两段灯丝，在灯丝获得加热和低气压气体放电灯灯管19两端由于与电容C并联而获得其上的高电压的条件下，低气压气体放电灯灯管19起辉点亮；上述起辉点亮过程中，即使电感L和电容C并未发生严格意义上的“串联谐振”，但电路中发生的状况和存在的各种电量关系仍与上述发生“串联谐振”时相近，仍有可能保证电容C上获得高电压从而使低气压气体放电灯灯管19起辉点亮。低气压气体放电灯灯管19点亮后，其与电容C并联连接形成的整体同电感L成串联关系，电感L虽然电感量很小，但在高频条件下，却呈现出很高的交流感抗，能够起到对低气压气体放电灯灯管19的镇流分压作用，从而保证其获得安全工作电压而不被“击穿”和损坏。
如图10所示，图10是照明负载实施例2的结构示意图，本照明负载实施例是高频电磁感应灯的灯芯，由于此类灯芯本身适宜于在高频电源条件下工作，故而直接将其作为高频灯具。其中，磁环21套在闭环形式的高频电磁感应灯灯管20上，线圈22绕在磁环21上，其匝数为6匝，线圈22的两端是用于连接输入电压Ui的电源输入端，本照明负载实施例适合于在频率为230kHz或300kHz的高频交流电源条件下工作。其工作原理是在高频电源作用下，线圈22绕在磁环21上所形成的电磁体产生强度较高的空间电磁场，该空间电磁场在闭环形式的高频电磁感应灯灯管20内感应出较强的空间电势，闭环形式的高频电磁感应灯灯管20的闭环形式本身还提供了在管内形成电流的通路，在存在空间电势及电流通路的条件下，闭环形式的高频电磁感应灯灯管20内的电离物质被电离并形成电流，从而使闭环形式的高频电磁感应灯灯管20被点亮并进入工作状态。进入工作状态后，本灯具实施例成为“副边”仅有一匝的“变压器”，“原边”的线圈22从电源上获得的电能通过电磁耦合源源不断地进入到作为“副边”的闭环形式的高频电磁感应灯灯管20内。
如图11所示，图11是照明负载实施例3的结构示意图，本照明负载实施例是以发光半导体为基础实现的高频灯具，其中，电感L的一端作为与直流输入电压Ui的正极相连的正电源输入端，另一端与发光半导体LED的阳极电连接，发光半导体LED的阴极作为与直流输入电压Ui的负极相连的负电源输入端，或者，也可以将发光半导体LED的阳极作为与直流输入电压Ui的正极相连的正电源输入端，而将发光半导体LED的阴极与电感L的一端相连，电感L的另一端则作为与直流输入电压Ui的负极相连的负电源输入端，本照明负载实施例适合于在频率为3kHz且输出端反并联有续流二极管的高频直流脉冲电源条件下工作。其工作原理是在电源脉冲上升沿，电感L吸收电能并感应出与电源电压方向相反的电势，阻止作用在发光半导体LED上电压的升高，在此过程中，电源内置的与输出端反并联的续流二极管处于截止状态；在电源脉冲下降沿，电感L释放电能并感应出与电源电压方向相同的电势，阻止作用在发光半导体LED上电压的降低，在此过程中，电源内置的与输出端反并联的续流二极管处于导通状态，起到续流作用。电感L的蓄能、平流作用及电源内置的与输出端反并联的续流二极管的续流作用，能够将电源端上的高频直流脉冲、高电压幅值电源环境调整为适合于发光半导体LED的低电压幅值、电流连续、接近恒定直流的电源环境，使发光半导体LED能够间接适应高频直流脉冲电源，从而实现高频灯具。
如图12所示，图12是照明负载实施例4的结构示意图，本照明负载实施例是以发光半导体为基础实现的高频灯具，其中，高频变压器HTS副边的抽头与发光半导体LED的阴极电连接，电容C与发光半导体LED并联，高频变压器HTS副边的两个输出端分别与两只三极管V1、V2的集电极电连接，同一只三极管的基极与集电极电连接，两只三极管V1、V2的发射极电连接并且该连接点与发光半导体LED的阳极电连接，两只电阻R1、R2分别与两只三极管V1、V2的发射结并联，高频变压器HTS原边的两端是用于连接输入电压Ui的电源输入端，本照明负载实施例适合于在频率为30kHz或40kHz的高频交流电源条件下工作。其工作原理是高频变压器HTS实现交流降压，当其两个输出端的极性为上正下负时，三极管V1的基射结经电阻R2获得电流，三极管V1饱和导通，此时，三极管V2因其基射结承受反压而截止，高频变压器HTS的输出电流经过三极管V1的集射极和电容C与发光半导体LED的并联体之后回到高频变压器HTS副边的抽头上；当高频变压器HTS两个输出端的极性为上负下正时，三极管V2的基射结经电阻R1获得电流，三极管V2饱和导通，此时，三极管V1因其基射结承受反压而截止，高频变压器HTS的输出电流经过三极管V2的集射极和电容C与发光半导体LED的并联体之后回到高频变压器HTS副边的抽头上，至此完成了一个周期的全波整流，电容C用于对整流输出的直流脉动电压进行滤波，使其脉动量减小，稳定度提高。这样便可以向发光半导体LED提供满足其要求的接近恒定直流、低电压幅值、大电流的电源环境，使发光半导体LED能够间接适应高频交流电源，从而实现高频灯具。
如图13所示，图13是电源线路实施例1的结构示意图。在附图13中去掉工频电源、工频负载及“通低阻高”电路，剩余电路可以表示本实用新型系统实施例2的结构示意图。单相工频交流电源11所输出的工频电能经“通低阻高”电路24后到达电源线路并在其上进行传输，图7所示的单相高频电源23所输出的高频电能经“通高阻低”电路25后也到达电源线路并在其上进行传输，工频电能与高频电能交汇存在于电源线路上并同时得到传输，50个单相工频交流负载26分别经过与之容量相适应的“通低阻高”电路24从电源线路上获得工频电能，而30个图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯27则分别经过与之容量相适应的“通高阻低”电路25也从电源线路上获得高频电能，虽然高频电能与工频电能在同一电源线路上进行传输，但由于“通低阻高”电路24及“通高阻低”电路25的频率过滤作用，高频电源与工频电源及其负载并不会发生窜扰，工频电源与高频电源及其负载也不会发生窜扰，从而可靠实现高频电能在工频线路上的加载，“通低阻高”电路24及“通高阻低”电路25均为LC谐振选频电路。系统实施例2中，高频电源通过电源线路并联电连接有两个以上的照明负载，并联的照明负载由高频电源集中供电。所述的并联的照明负载由高频电源集中供电是指高频电源通过电源线路上与此高频电源同频率的高频传输通道向并联电连接于该高频传输通道上的所有照明负载集中供电。图7所示的单相高频电源23所输出的频率为30kHz、电压有效值为220V的高频交流电经电源线路被集中提供给并联于该电源线路上且彼此之间的空间直线距离为3m的50个图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯27，图7所示的单相高频电源23与距其最近的图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯27之间的空间直线距离为30m，这些图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯27由于无须包括实现电源频率变换的电路而具有非常简洁的结构，这样就使灯具的成本大大降低且可靠性大幅提高，且使照明系统实现了集约化。本系统实施例克服了灯具本身结构复杂、成本高、可靠性低及照明系统整体重复性和冗余性强的弊病，保持了高频化所带来的节能和发光质量改善的双重效果，使照明系统整体在成本、寿命、可靠性、维护代价及发光质量等方面得到同步均衡优化且节能效果更加显著。本系统实施例提供了照明用户在局部范围内构建属于自身的集约式高频照明系统的实施方案。
如图14所示，图14是本实用新型系统实施例3的结构示意图。在附图14中去掉三相高频电源及三相高压高频电源线路，剩余电路可以表示照明负载实施例5的结构示意图。图8所示的三相高频电源28所输出的频率为40kHz、线电压有效值为10kV的三相高压高频交流电经照明专用三相高压高频电源线路进行传输，该线路上并联连接有50台彼此之间的空间直线距离为500m的三相10kV∶380V高频变压器3HTS1、3HTS2、…、3HTS50，图8所示的三相高频电源28与距其最近的三相高频变压器3HTS1之间的空间直线距离为1000m，每台三相高频变压器3HTSi(i＝1、2、…、50)的副边均引出一根中线，以三相四线、线电压有效值为380V的方式对照明专用高频电能进行传输，其每一相上均并联连接有30个彼此相距10m的图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯27。本系统实施例提供了构建高频照明系统的一般结构形式，可以作为电力部门构建照明专用供电网络、集中提供高频电力供应的实施方案。本系统实施例克服了灯具本身结构复杂、成本高、可靠性低及照明系统整体重复性和冗余性强的弊病，保持了高频化所带来的节能和发光质量改善的双重效果，使照明系统整体在成本、寿命、可靠性、维护代价及发光质量等方面得到同步均衡优化且节能效果更加显著。照明负载实施例5的90个图9所示的低气压气体放电灯或图12所示的半导体灯27以三相平衡的方式连接于不改变频率的三相高频变压器3HTS1的副边，这样所构成的电路系统是照明负载的一般形式。
如图15所示，图15是本实用新型系统实施例4的结构示意图，图2所示的直流脉冲高频电源29所输出的频率为3kHz、电压有效值为10V的高频脉冲直流电经电源线路集中提供给并联于该电源线路上且彼此之间的空间直线距离为0.2m的100个图11所示的半导体灯30，图2所示的直流脉冲高频电源29与距其最近的图11所示的半导体灯30之间的空间直线距离为0.2m，图2所示的直流脉冲高频电源29内置有与输出端反并联的续流二极管，可以向图11所示的半导体灯30提供续流通道，这些图11所示的半导体灯30由于无须包括实现电源频率变换的电路而具有非常简洁的结构，这样就使灯具的成本大大降低且可靠性大幅提高，且使照明系统实现了集约化。本系统实施例克服了灯具本身结构复杂、成本高、可靠性低及照明系统整体重复性和冗余性强的弊病，保持了高频化所带来的节能和发光质量改善的双重效果，使照明系统整体在成本、寿命、可靠性、维护代价及发光质量等方面得到同步均衡优化且节能效果更加显著。
如图16所示，图16是分散系统与集约系统进行比较的示意图，其中，左边的子图表示分散系统，右边的子图表示集约系统，A表示通用电源环境，B表示灯芯或其他类型的最终负载所要求的电源环境，所有的B均表示相同的意思，有向线段表示从其始点到其末点所需设置的电源环境调整电路，C表示从A调整而来、能够被进一步调整为B的中间电源环境。在如左边子图所示的分散系统中，每一最终负载均独立配置有相同的从A到B的完整电源环境调整电路，所有的有向线段均相同，表明分散系统中存在着较强的重复性和冗余性；而在如右边子图所示的集约系统中，从A到C的电源环境调整电路成为所有从A到B的完整电源环境调整电路的共同交汇段，换言之，每一最终负载仅需独立配置相同的从C到B的部分电源环境调整电路，而从A到C的电源环境调整电路则为所有最终负载所共享，C本质上成为A的延伸，成为对所有最终负载配置电源环境调整电路的实际开始点，这表明集约系统中通过设置共享装置将不必要的重复和冗余进行了有效压缩。两者相比，集约系统较之分散系统，结构更为紧凑、合理，负载结构也得到大幅简化。
权利要求1.一种高效节能照明电路，它至少包括照明负载、一高频电源，其特征是高频电源向并联电连接于其上的照明负载集中供电，相并联的照明负载的数量在两个至该高频电源的最大输出功率所允许的照明负载数量之间。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的照明负载、高频电源通过电源线路电连接，并且任意两个照明负载之间及任一照明负载与高频电源之间的空间直线距离都大于0.1m。
3.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的高频电源的工作频率在3kHz-300kHz之间。
4.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是高频电源的输出电压有效值在10V-10kV之间；
5.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的高频电源是由交流110V或交流220V通过电源变换装置得到的。
6.根据权利要求2所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的电源线路是频率调制电源线路，通过在其与每一电源及负载之间均连接频率过滤电路，它既将工频电源与工频负载相连通、又将高频电源与高频负载相连通。
7.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的照明负载是由两端带有电极的灯管、电感及电容连接构成的低气压气体放电灯，电感的一端作为一个电源输入端，另一端与灯管的一个灯丝端电连接，电容与灯管并联，所剩的灯管灯丝端作为另一电源输入端。
8.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的照明负载是由闭环形式的灯管、磁环及线圈连接构成的高频电磁感应灯，磁环套在闭环形式的灯管上，线圈绕在磁环上，线圈的两端是电源输入端。
9.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的照明负载是由发光半导体、副边带一个抽头的高频变压器、电容、两只三极管及两只电阻构成的半导体灯，高频变压器副边的抽头与发光半导体的阴极电连接，电容与发光半导体并联，高频变压器副边的两个输出端分别与两只三极管的集电极电连接，同一只三极管的基极与集电极电连接，两只三极管的发射极电连接且该连接点与发光半导体的阳极电连接，两只电阻分别与两只三极管的发射结并联，高频变压器原边的两端是电源输入端。
10.根据权利要求1所述的一种高效节能照明电路，其特征是所述的照明负载是由发光半导体及电感构成的半导体灯，电感的一端作为正电源输入端，另一端与发光半导体的阳极电连接，发光半导体的阴极作为负电源输入端。
专利摘要本实用新型是关于一种高效节能照明电路，它至少包括照明负载、一高频电源，其特征是高频电源向并联电连接于其上的照明负载集中供电，相并联的照明负载的数量在两个至该高频电源的最大输出功率所允许的照明负载数量之间。所述的照明负载、高频电源通过电源线路电连接，并且任意两个照明负载之间及任一照明负载与高频电源之间的空间直线距离都大于0.1m，这种高效节能照明电路，它结构简单、可靠性高、成本低、寿命长、维护代价小、发光质量优异且能在此基础上实现良好的节能效果。
文档编号H05B41/26GK2857405SQ20052010589
公开日2007年1月10日 申请日期2005年12月11日 优先权日2005年12月11日
发明者常涛涛 申请人:常涛涛