专利名称：气体放电灯启动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体放电灯的启动器。
背景技术：
目前国内外对气体放电灯大多数采用单脉冲启动，运用的是汤生击穿理论。具体 而言，就是用高压脉冲击穿中性气体，使绝缘体转化成导体，就是使灯泡内气体转化为辉光 放电。灯泡进入辉光放电状态后，启动脉冲自动消失，放电需要的电子靠“+离子”轰击阴 极，拉出二次电子来补偿。单脉冲启动灯管时只能使灯进入辉光放电状态，启动讯号自动消 失，辉光放电期间所需要的电子由+离子轰击阴极降低阴极发射物的功函数，增加热发射， 即Y发射。而重离子轰击阴极时，将使阴极表面的部分发射物质飞溅造成对阴极的重大损 害，灯泡两端发黑就是由飞溅造成的，它将严重损害灯泡寿命。辉光放电时间越长阴极发射 物质消耗越大。由于热惯性需要较长时间，阴极温度才能达到最佳设计值，此时辉光放电将 过度到弧光放电，启动才算结束。单脉冲启动脉冲宽度一般在Urns，根据蔡祖泉教授和美国麻省理工学院约 翰·威谋斯教授的论述无论是高气压或低气压放电灯启动一次(指单脉冲时)所消耗 的发射物质相当于正常运用2小时所消耗的发射物质，例如现在高压钠灯寿命为32000小 时，设每天平均工作11小时加上启动一次(有时不止一次)相当于2小时共13小时为周 期进行计算，可使用M61天，正常启动用去15%，照明时间实际只有85%，可见启动消耗的 材料是很多的。消耗阴极发射物质较多，有损灯泡有效使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够延长灯管寿命的气体放电灯启动器。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种气体放电灯启动器，其特 征在于它包括多谐振荡器、正负脉冲发生器、灯管电抗器和封锁信号检测器；所述的多谐振荡器输入端与封锁信号检测器的输出端连接，多谐振荡器输出端与 正负脉冲发生器的输入端连接；所述的正负脉冲发生器的输出端通过一个启动电感与所述的灯管电抗器互感；所述的封锁信号检测器的输入端通过一个封锁电感从所述的灯管电抗器上取信 号；所述的灯管电抗器一端接地，另一端接入气体放电灯的阴极。按上述方案，所述的多谐振荡器包括第一与非门、第二与非门、第一电阻、第二电 阻、第三与非门和第二电容；第一与非门的输出端与第二与非门的输入端和第二电容的一 端连接，第二与非门的输出端串联第一电阻后与第二电容的另一端连接，再串联第二电阻， 第二电阻的输出端与第三与非门的输入端连接，第三与非门的输出端即为所述的多谐振荡 器的输出端，并与第一与非门的输入端连接。按上述方案，所述的正负脉冲发生器包括第四与非门、第三电阻、第四电阻、场效应管、第三电容、第四电容和稳压二极管；第四与非门的输出端和第三电阻连接，第三电阻 的另一端接场效应管的栅极，场效应管的漏极接所述的启动电感一端，同时漏极接第三电 容一端，第三电容的另一端接源极并接地，场效应管的源极接稳压二极管对的一端，稳压二 极管对的另一端端接场效应管的栅极，启动电感的另一端接第四电阻，同时接第四电容，第 四电阻的另一端接供电高压电源，第四电容的另一端接地；所述的稳压二极管对由两个输 出端相互连接的稳压二极管组成。按上述方案，所述的封锁信号检测器包括二极管和第一电容；第一电容的一端与 二极管输出端连接，另一端接地；二极管的输入端即为所述的封锁信号检测器的输入端，二 极管的输出端即为所述的封锁信号检测器的输出端。所述的启动电感L1和灯管电抗器L2互感的放大倍数视灯泡功率大小和灯的性质 而定；若气体放电灯的功率为35W-1000W，所述的启动电感和灯管电抗器互感的放大倍数 为8-9倍；若气体放电灯的功率为3000W以上，所述的启动电感和灯管电抗器互感的放大倍 数大于20倍；若气体放电灯的功率为30W以下，所述的启动电感和灯管电抗器互感的放大 倍数为3倍。本发明的工作原理为流注击穿理论主要特征是火花形成延迟时间极短，而且充 满灯泡内所有的空间，这样短的延时时间用二次发射、“士粒子”碰撞、电子雪崩都不能解 释。在外电场的作用下，阴极材料对放电没有多大的贡献，因此阴极的二次电子发射可以忽 略。由此可见启动的任务是创造条件，使灯泡内中性气体一开始就形成流注击穿(或流光 击穿)。本发明为创造上述条件采用正负脉冲束来启动气体放电灯，第Ki (i = 1.2.3···) 次启动正负脉冲组的幅值I 士Ki I <灯泡的耐压额定值，启动脉冲Ki的最大幅值随灯泡额定 耐压和功率大小确定；启动在20 μ S左右时间内灯进入弧光放电状态，而不在辉光放电状 态停留，以利于最大限度的减少发射物质的消耗；启动时灯阴极的发射物质消耗量为单脉 冲启动时所消耗的发射物质量的几万分之几，特别是不存在“正离子”轰击阴极的现象，以 利于延长灯泡的有效使用寿命。对灯而言，灯泡内绝缘的中性气体原子被击穿成为士离子和电子的导体。为简单 计，将电子和士离子，统称为粒子，凡是带正电的离子称为“正粒子”，带负电的离子和电子 称为“负粒子”。“正负粒子”在阳极工作电压Ua的作用下分别向阳极和阴极作加速度运动， 行进中不断吸取外电场的能量。当它们所吸收能量达到一定值时，又和新的中性原子或分 子碰撞产生新的电子、离子对，因为离子质量比电子质量大几个数量级，而它们所受的电场 力相同，所以电子的加速度远大于离子的加速度，当电子动能足够大时，就能和中性原子、 分子碰撞，这种新的碰撞有99. 9%都是电子与中性原子或分子的碰撞。离子与中性原子的 碰撞只有0.1%，是可以忽略不计的。当正负脉冲接踵而至，循环往复在20 25 μ s时间内有20 25对士脉冲作用。 如果说一个高压脉冲启动可以使气体击穿放电并且由于电子雪崩使放电进入辉光放电状 态，那么在士脉冲束启动的情况下除了电子雪崩以外，电离通道还有另外的过程，这就是 电离通道是线状的、分枝的、在不对称电极下，只要有不很高电压，它就开始发展而且可以 伸到较长的距离，这种现象称为“流注击穿”(或流光击穿)。因为它是线状的，流注击穿火 花，称为“流注击穿机制”。流注过程的发展极快，测试证明在10_8秒的时间内，在灯管内整个空间，中性气体原子、分子，显示出电离、激发、分解、复活、发光、发热。这种现象用气体的 “流注击穿”理论解释和计算阳极电流与实测值是符合得比较好的。士脉冲启动灯一开始 进入弧光放电状态。戴上黑色护光镜，仔细观察灯泡的发光过程，在灯泡两端有两个十分稳 定亮点，从阳极到阴极有均勻的金黄色的光圆柱体，没有闪烁、扭曲、跳跃、粗细不均、明暗 间隔等现象。这是典型弧光放电特征。只是亮度还不够亮，灯泡启动后，启动脉冲被电路自 动封锁而消失，弧光放电所需要的电子流，靠“士”粒子与灯泡内中性原子分子碰撞补偿，+ 脉冲作用Iys后-脉冲到来，负粒子将获得更大电场能量，加速电离、激发、分解、复活、发 热的过程。但二次电子发射不复存在。因为负脉冲只能使灯阴极表面襟带加厚，约束导带 中的自由电子，使它不能脱离阴极表面。阴极发射物质和灯泡内的气体呈中性时称为基态，中性气体原子、分子是绝缘体， 当它被击穿变成电离态、激发态转化成为导体，但这两种状态都是不稳定的。它将以量子化 形式反回基态呈现出气体原子或分子，这种现象叫做复活，同时并释放出光电子(即可见 的光线)和热量，在灯泡的阳极和阴极的轴线区域内，电子与中性原子和分子碰撞几率最 大，士粒子的密度最大。士粒子密度大的要向密度小的边缘区域扩散，在扩散中士粒子释 放(或吸收)多余价电子而复活成中性气体原子或分子。而灯泡靠近外壳区域处中性原子 和分子的密度大，它也要向密度小的中心区扩散，在扩散中与士粒子碰撞，发生电离或激 发，这两种扩散方向相反，前者是士粒子向灯泡边缘处扩散，后者是灯泡边缘处的中性原 子或分子向灯泡的中性区扩散，在扩散中不断的产生士粒子和中性原子或分子，并释放出 热量和光子。经过一定时间后进入动态平衡状态，即“+粒子”数和“_粒子”数“相等”，放 电区域成为“电中性”称为中柱区，发光主要靠这个区域，灯泡进入稳定状态。灯泡的阴极上加启动士脉冲“+K/时，阴极表面发射物质的禁带变薄降低了功 函数，使处于导带中能量较大的电子摆脱禁带势垒束缚，而脱离金属表面层，这样获得的电 子，称为二次电子发射。二次电子发射的数量，可以根据肖特基效应和隧道效应计算。显 然脉冲讯号宽度越窄，在阴极作用的时间越短，禁带变窄所处时间就越短，二次发射的电子 数将越少，阴极储备的发射物质消耗量越小。阴极上加上-脉冲时，使得阴极发射物质表 面层的禁带加厚，增加了禁带势垒对导带中电子的束缚，使它不能脱离阴极表面。但是高压 “-脉冲”可以驱赶已经脱离阴极的电子和“负离子”加速奔向阳极，从而大大的增加了电子 与中性原子、分子的碰撞次数，如前所述这就是形成流注击穿原因。本发明的有益效果为本发明的1组启动脉冲宽度仅600ns，正负脉冲束启动时 在几个微秒就进入弧光放电状态，启动脉冲自动消失，弧光放电所需要的电子不是靠“正离 子”轰击阴极拉出二次电子来补充，而是靠加速电场的作用增加电子和中性原子或分子的 碰撞增加的正负粒子数来补充，所以比单脉冲启动所消耗的发射物质量要少得多，而阴极 储存的发射材料是有限度的，消耗的少就意味着灯泡有效使用寿命的得到延长。
图1为本发明正负脉冲启动电原理框2为本发明一实施例的电路3为正负脉冲发生器产生的波形在示波器中显示的照片图4为启动时的输入输出特性曲线
具体实施例方式实施例一图1为本发明正负脉冲启动电原理框图，本启动器的正极与灯管的阴极B连接，灯 管的阳极A与工作电压Ua的正极连接，灯管内充有惰性气体，工作电压Ua的负极和本启动 器的负极均接地或接半桥电容器的中点。图2为本发明一实施例的电路图，包括灯管，灯管两端设有阳极A和阴极B，工作电 压Ua、多谐振荡器、正负脉冲发生器、灯管电抗器L2、和封锁信号检测器。灯管的阳极A与 电子镇流器中的第五电容C5连接。多谐振荡器包括第一与非门Dyl、第二与非门Dy2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三 与非门Dy3和第二电容C2 ；第一与非门Dyl的输出端与第二与非门Dy2的输入端和第二电 容C2的一端连接，第二与非门Dy2的输出端串联第一电阻Rl后与第二电容C2的另一端连 接，再串联第二电阻R2，第二电阻R2的输出端与第三与非门Dy3的输入端连接，第三与非门 Dy3的输出端即为所述的多谐振荡器的输出端，并与第一与非门Dyl的输入端连接。正负脉冲发生器包括第四与非门Dy4、第三电阻R3、第四电阻R4、场效应管VT、第 三电容C3、第四电容C4、稳压二极管DW和启动电感Ll ；第四与非门Dy4的输出端和第三电 阻R3连接，第三电阻R3的另一端接场效应管VT的栅极G，场效应管VT的漏极D接所述的 启动电感Ll 一端，同时漏极D接第三电容C3 —端，第三电容C3的另一端接源极S并接地， 场效应管VT的源极S接稳压二极管对DW的一端，稳压二极管对DW的另一端接场效应管VT 的栅极G，启动电感Ll的另一端接第四电阻R4，同时接第四电容C4，第四电阻R4的另一端 接供电高压电源，第四电容C4的另一端接地。图2中的场效应管VT即相当于图1中的开 关，场效应管导通后整个系统工作。封锁信号检测器包括封锁电感L3、二极管⑶和第一电容Cl ；第一电容Cl的一端 与二极管⑶输出端连接，另一端接地；二极管⑶的输入端与封锁电感L3的一端连接，封锁 电感L3的另一端接地；二极管的输出端即为所述的封锁信号检测器的输出端，与第一与非 门Dyl的输入端连接。封锁电感L3与灯管电抗器L2互感，从灯管电抗器取信号。所述的灯管电抗器L2 —端接地，另一端接入所述的灯管的阴极B。正负脉冲发生器产生的正负脉冲束为多组，每组士脉冲束包含15⑴25对，士脉 冲束的周期τ = μ8，宽度Δ = 600ns。每隔0. Is就发出一组士脉冲束，直到灯启动为 止。本实施例为250W高压钠灯，工作电压由电子镇流器提供，为200V的交流方波，周 期丁 > 25 μ S，启动电感Ll与灯管电抗器L2之间的放大系数为8. 57。刚启动时，正负脉冲 发生器先发出一组正负脉冲Κο，灯管电抗器L2放大8. 57倍后输入给灯管的阴极B启动高 压钠灯；高压钠灯被启动后封锁电感L3两端形成电压驱动封锁信号检测器，封锁信号检测 器给多谐振荡器发出信号使得多谐振荡器停止工作，节约电能。图3为正负脉冲发生器产 生的波形在示波器中显示的照片，下表为测得的一组图3所示的脉冲束波形对应的数据， II为灯管电抗器电压，III和IV分别是正负脉冲和单脉冲的工作电压UA。前者Ua = 200V, 后者Ua= 100V，所以前者的加速电压为后者的两倍。
权利要求
1.一种气体放电灯启动器，其特征在于它包括多谐振荡器、正负脉冲发生器、灯管电 抗器和封锁信号检测器；所述的多谐振荡器输入端与封锁信号检测器的输出端连接，多谐振荡器输出端与正负 脉冲发生器的输入端连接；所述的正负脉冲发生器的输出端通过一个启动电感与所述的灯管电抗器互感；所述的封锁信号检测器的输入端通过一个封锁电感从所述的灯管电抗器上取信号；所述的灯管电抗器一端接地，另一端接入气体放电灯的阴极。
2.根据权利要求1所述的气体放电灯启动器，其特征在于所述的封锁信号发生器包 括二极管和第一电容；第一电容的一端与二极管输出端连接，另一端接地；二极管的输入 端即为所述的封锁信号发生器的输入端，二极管的输出端即为所述的封锁信号发生器的输 出端。
3.根据权利要求1所述的气体放电灯启动器，其特征在于所述的多谐振荡器包括第 一与非门、第二与非门、第一电阻、第二电阻、第三与非门和第二电容；第一与非门的输出端 与第二与非门的输入端和第二电容的一端连接，第二与非门的输出端串联第一电阻后与第 二电容的另一端连接，再串联第二电阻，第二电阻的输出端与第三与非门的输入端连接，第 三与非门的输出端即为所述的多谐振荡器的输出端，并与第一与非门的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的气体放电灯启动器，其特征在于所述的正负脉冲发生器包 括第四与非门、第三电阻、第四电阻、场效应管、第三电容、第四电容和稳压二极管；第四与 非门的输出端和第三电阻连接，第三电阻的另一端接场效应管的栅极，场效应管的漏极接 所述的启动电感一端，同时漏极接第三电容一端，第三电容的另一端接源极并接地，场效应 管的源极接稳压二极管对的一端，稳压二极管对的另一端端接场效应管的栅极，启动电感 的另一端接第四电阻，同时接第四电容，第四电阻的另一端接供电高压电源，第四电容的另 一端接地；所述的稳压二极管对由两个输出端相互连接的稳压二极管组成。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的气体放电灯启动器，其特征在于气体放电 灯的功率为35W-1000W，所述的启动电感和灯管电抗器互感的放大倍数为8-9倍。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的气体放电灯启动器，其特征在于气体放电 灯的功率为3000W以上，所述的启动电感和灯管电抗器互感的放大倍数大于20倍。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的气体放电灯启动器，其特征在于气体放电 灯的功率为30W以下，所述的启动电感和灯管电抗器互感的放大倍数为3倍。
全文摘要
本发明提供一种能够延长灯管寿命的气体放电灯启动器，采用正负脉冲束来启动气体放电灯，其特征在于它包括多谐振荡器、正负脉冲发生器、灯管电抗器和封锁信号检测器；所述的多谐振荡器输入端与封锁信号检测器的输出端连接，多谐振荡器输出端与正负脉冲发生器的输入端连接；所述的正负脉冲发生器的输出端通过一个启动电感与所述的灯管电抗器互感；所述的封锁信号检测器的输入端通过一个封锁电感从所述的灯管电抗器上取信号；所述的灯管电抗器一端接地，另一端接入气体放电灯的阴极。
文档编号H05B41/14GK102098858SQ20111000986
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者李国础 申请人:武汉和隆电子有限公司