专利名称：电子启辉器的制作方法
技术领域：
本实用新型将LC串联二阶网络的暂态响应原理应用于日光灯启辉器，从而提高了日光灯的寿命。
目前，市售的普通启辉器是由一个双金属片氖泡和一个小电容并联构成的，存在着启点次数多，使灯管两端很快发黑，和启辉器自身寿命短的缺点。而从专利公告上查到的各种启辉器，虽然结构中各式各样，但所用原理不外有三类第一类，利用直流分量加快加热过程，这类启辉器多是在普通有触点启辉器的基础上串联一支二极管，得到有效电流较大的加热电流，使加热过程加速，或者另加了机械触点，但启辉原理仍和普通启辉器一样，是利用电感镇流器突然断流产生的感应电压，这类装置例如88209085.2，88216411.2，88207672.8，88214548.7，8922052.9，892027564.3，90210823.9，90221358.x，89218903.7；第二类，利用可控硅或二极管桥式整流串接电容倍压的冷阴极启辉器，这类启辉器不对灯丝进行加热，单纯利用高压迫使灯丝发射电子，使灯丝上发射物质迅速蒸发，严重缩短灯管寿命，这类装置例如8821280.x，89210021.4，88202180.x，87212609.9，89216097.7，89214142.5，89213586.7，90210748.8，88202180.x，90200529.4，91203811.x；第三类，可控硅与较大电容工作在串联状态，给与灯丝一定的加热电流，利用电容与电感镇流器的谐振效应在电容两端产生高压，并通过可控硅加在灯管两端，但这类电路由于是工作在谐振状态，电容两端的峰值电压极高可达1200V以上，且在临近谐振状态时这个电压依电容容量不同变化较大，加这电容与可控硅串联，这就大大提高了对可控硅在耐压和浪涌电流上的要求，而一般的可控硅均很难保证这个要求，使之容易被击穿，这样高而不稳定的电压，会使灯丝上射物质过多溅射，缩短灯管寿命，这类装置如87207111U，91220632.2，这两个电路均未设可控硅的保护装置，使可控硅易击穿。
本实用新型的目的是提供一种日光灯电子启辉器，它利用LC串联回路的暂态响应原理，有效地控制日光灯启辉时的各项电参数，使启辉次数少，时间短，从而大大延长日兴灯的使用寿命，并节电2％。
日光灯工作原理是这样的从灯管内气体放电伏安特性曲线图2来看，曲线OA段说明气体电离起始时，气体中单位体积内的电子或离子数与UAK成正比增长。曲线AB段说明当UAK足够大时，离子的定向速度很大，在气体内来不及复合就被驱到电极上，由于它的速度很快，会剧烈地轰击电极，使电极上物质蒸发加速，特别是发射电子的电极更严重。这样灯管启动时，灯丝就受到管内正离子的轰击，使灯丝上三元碳酸盐的蒸发加速，从而使灯管寿命缩短。曲线BC段说明灯管刚启动时，气体中单位体积内电子或离子数与UAK无关，这时单位时间内到达两极的离子数等于单位时间内气体中电离产生的全部离子数，曲线BC段对应的电流即饱和电流，它与电离剂的强度有关；当A、K两极间电压增加到某一数值UC时，气体中的电流急剧增加，气体由被激导电状态过渡到自激导电状态，产生雪崩效应，UC即为自激电压。这时获得较大动能的正离子轰击电极发生二次电子发射，UC在此过程中起着重要作用，当气体中电子或离子密度很大时，还会使电极温度升高产生热电子发射，因而气体中正负离子和电子数目急剧增长，气体导电就会过渡到自激阶段。单纯利用这一特性，在灯丝冷态启动时，为冷启动。冷启动要求启动电压UAK和启动电流(灯管内)更大些，这样对灯丝的冲击也越大，使灯丝上的发射物质过多地溅射出来，对灯管寿命影响很大。
图1说明，启动次数是影响灯管寿命的重要因素。图1的横座标代表灯管每启辉一次连续点燃的时间；纵座标代表以每启辉一次连续点燃3小时，灯管所能达到的寿命为额定寿命(即100％)的相对寿命。
目前普通的启辉器，主要是利用电感型镇流器中电流突然切断产生的自感电压与电源电压叠加形成的高压使日光灯管击穿导通，其简化电路如图3所示。其工作原理遵从如下公式UR＋UL＋UC＝USUL＝L (diL)/(di) ，iL＝C (dUc)/(dt)
脉冲干扰大，再加上K的断开与否不以灯丝加热的程度为依据，使灯丝经常加热不充分。所有这些致使灯管受冲击大，发射物质过多溅射，启动次数增加，这就更对灯管寿命产生不良影响。而专利公报及某些刊物所载的电子启辉器，都是将电容与可控硅串联，利用倍压的原理启动日光灯，其弊病是不能对灯丝有效地加热，会产生冷启动，影响灯管寿命。如果元件参数调整不好，会使启辉电压不足。
从上面可看出，要解决这些矛盾，就要使灯丝充分加热；启辉电压足够大、稳定而又不致过高；使启辉电流维持足够的强度。
从这些角度出发，本技术成果利用与以往所有启辉技术截然不同的原理制成全电子启辉器，很好地达到了上述目的。其工作电压范围170V－250V。说明书附图中图5、6、8为本技术的应用原理图，图中标号相同的元件在电路中起相同的作用。例如三幅图中C1的作用是相同的；图5、6中可控硅T和图8中双向过压保护二极管T作用相同，均作为可控的电子开关。图7的(a)、(b)两部分图分别为对应图5、8和图6的波形图。UAK为灯管两端电压。其电路原理如下简化电路与图3相同，只是所利用的工作状态发生改变，普通启辉器“接通”与“断开”的时刻，与电源电压相位关联很小。因此，启辉器在“断开”时刻t′，镇流器中电流iL(t′)不稳定，而本电子启辉器中电子开关的“导通”直接与电源电压的相位有关，由于可忽略线路的直流电阻，则可认为其“关断”时刻固定地在电源电压达到峰值时。
电路原理如图5、6、8所示，图5、6的(1)中的可控硅T为电子开关，它通导时为灯丝提供加热电流，图6中的单向可控硅(下简称“单硅”)提供半波加热电流，它们工作的各时刻电压、电流相位关系见图7。双向可控硅(下简称“双硅”)在电源电压U2每个半周及过零时通导，在U2为峰值时，镇流器L及双硅中电流为零，双硅截止，C1与图9中L组成LC二阶串联回路，利用LC二阶串联回路的暂态响应，在施加陡峭脉冲电压时，电容两端产生大于脉冲电压幅度的上冲电压，使灯管内气体击穿，而过渡到正常发光状态。图6中的单硅在电源电压正半周通导，负半周最大值时单硅截止，发生暂态响应。
图5、6的(3)中R1、R2分压为C2充电，以使C2两端电压达到一定幅值时，使触发二极管导通，为可控硅提供触发电流。Rt为负温度系数电阻，冷态阻值较高，使灯丝开始加热时的电流受限减小，灯丝加热一定程度后灯丝阻值上升15倍左右，而Rt阻值因电流加热而下降2.5～3倍，由于Rt阻值比灯丝阻值大很多，这样使得总加热电流变大，加热过程加快，加热程度深；Rt的作用，虽然使加热时间及启动时间有所延长，但仍比普通启辉器快很多，且在很大程度上使灯丝所受冲击电流减小，从而灯丝寿命较不使用Rt时有所延长。灯管正常工作后，两端电压UAK维持在108V±10V以下(40W灯管，其它功率的灯管更低)，由于R1、R2的分压，使C2上电压不能使触发二极管导通，可控硅可靠地截止。
图5的(2)中PVC压敏电阻D1和图6的(2)中二极管D1的作用有二一是保护可控硅触发极不被击穿，二是使C2上充电电压与电源电压同步，以便使工作状态稳定和更好地吸收尖峰脉冲电压。图5中的双硅可利用正负半周两个暂态响应，图6中单硅仅利用一个半周的暂态响应，但由于它提供的是半波加热电流，直流成分大，使得加热电流(1A，不接Rt时)较使用双硅时大(0.65A，不接Rt时)，使加热过程时间缩短，再加上Rt的限流作用相配合，使得启辉最初时加热电流小，对灯丝的冲击小，而加热后期电流变大，加热过程快，使灯丝得到进一步的保护。实际产品当中，若为了降低成本可省去Rt。
从简化电路图3可以看出，电子启辉器的简化电路与普通启辉器的一样，只是工作状态不同而已。本电子启辉器同样遵从公式(1)，但其中iL(0)＝0，这就使得公式有所变化，即工作状态变了，式(1)变为UC(t)＝U2(0)［1－ (ω0)/(ωd) e-zi cos(ωdt－θ)］ 式(2)其中θ＝arctg (α)/(ωd) ，ω0=1+aω2d,]]>U2(0)＝U2(t′)另外，触发电路(3)的简化电路如图4，它符合公式ZC＝ 1/(jωC) ＝－j 1/(ωC)R3//ZC=R3-j1ωC-R3j1ωC]]>Z＝R2＋R3∥ZC=R2-R3-j1ωCR3j1ωC]]>
UC2＝ (R3∥ZC)/(Z) U2U2＝ (Z)/(R3∥ZC) UC2=(R2R3jj1ωC-R3+1)UC2]]>则由R1、R2所规定的分压比 (R2)/(R1+R2) ≈ (31V)/(155V) 可确定UC与U2的相位关系，从而得出UC达到触发电压时，U2的电压值，即U2(0)。可以看出U2(0)是稳定的，也就是UC(t)是稳定的。且由式(2)可知UC(t)直接与C1有关，又由于C1取得较大，比普通启辉器大数十倍，所以启辉电压UC(t)不会过高，也决不会过低，被控制在450V左右这个适当值上，而且由于C1的加大，得到了足够大的启辉维持电流，使灯管启辉时能产生足够多的离子，过渡到自激导电状态，从而解决了矛盾中的后两个问题。C1的作用还可使灯管发光稳定，消除了由于电力变化和灯管老化产生的闪烁现象。另外，从分析可以看出，如果灯丝没有被充分加热，灯管就不能很好地自激导通，UAK就不能稳定地维持在108±10V以下，这样就会使可控硅触发导通，为灯丝提供加热电流，这一反应过程极快，可以发生在每一个半周内，是在灯丝未被充分加热的同时发生的，这样就解决了矛盾中第一个问题，避免了启辉时的闪烁现象，减少了启动次数。
图8是使用双向过压保护二极管T为电子开关的优化电路，它以电感L1和电容C2形成LC串联移相回路，使C1两端产生上冲电压时，C2两端的上冲电压滞后，且幅值减小，使T不被触发。当灯管没有激穿导通时，加在T两端的是被移相的带上冲杂波的正弦电压，这时L1与C2串联移相回路，使UT相位落后于UC1，即使得在同一时刻UT远远小于UC1，但不能使T两端电压UT总低于其导通域值电压UTP，当UT≥UTP时T导通，电流流经镇流器、L1、T给灯丝加热。其起辉过程和特性同图5电路。其工作原理和L1、C2的参数同样附合式(1)、式(2)的公式推导。图8电路最简单易实现，造价最低，价格性能比最优。
图9是本装置在线路中的安装位置及安装后的原理简图。
本装置约节电2％。
从图1可以看出，若每启辉一次连续点燃1小时，由于普通启辉器启辉一次要启动2至6次，平均4次，才能点燃灯管，而电子启辉器启动一次即可点燃灯管，则使用电子启辉器灯管寿命为额定寿命的66％，使用普通启辉器为38％，再加上启动时间、冲击电压的影响，实测可使日光灯寿命比使用普通启辉器时延长70％以上。
另外，本启辉器元件少，安装后体积小，封装在与原普通启辉器安装规格相同的外壳内，可直接替换普通启辉器，直接代换性极佳，且与电感型镇流器这样的老产品相配套，是日常照明设备，更新换代时期(以电子镇流器代替电感镇流器和启辉器，但成本太高，一次性投资大，很难很快推广)，提高设备性能的装置。
本实用新型的技术方案归纳如下电子元件安装在线路板上，封装在绝缘外壳中，外壳上有两个金属电极把内部电路的两极引出和灯管两端联接，如图9所示，D为灯管，L为电感镇流器，Q为电子启辉器，a、b为启辉器上两个金属电极，它们分别与原日光灯线路中启辉器插座上的两个金属片状电极相接触；在线路板上电容C1两端分别接到外壳上的两个金属电极a、b上，这两个电极从外部与灯管两端灯丝相联，使用方法与普通启辉器相同(即C1与灯管直接并联，且串接灯丝后与电感镇流器串联)；由可控硅或双向过压保护二极管T组成的电子开关与C1直接并联，电子开关中可控硅阳极A端串接负温度系数的PTC热敏电阻Rt后接a电极，阴极K端接b电极(如图5，6中(1)所示)，图8中双向过压保护二极管A端串接一个电感L1后接a电极，K端接b电极；图5，6中(3)所示为电子开关的控制部分，它是由电阻R1的一端接a电极，另一端分别串接电阻R2、双向触发二极管D2和电容C2，R2的另一端接b电极，C2与R2并联，D2的另一端接电子开关的控制端G，图8所示的电子开关控制部分由电感L1与电容C2串联构成，C2与双向过压保护二极管T并联；如图5中(2)所示的保护部分由PVC压敏电阻D1与C1并联构成，如图6中(2)所示的同步及保护部分由二极管D1负极接电子开关的控制端G，正极接b电极构成，如图8所示该方案无保护部分。本电子启辉器的外形结构可参见市售的普通启辉器。
采用上述方案，可达到延长灯管寿命的目的，且电路结构简单，成本低。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图5、图6、图8分别是三个实施例的电路原理图。
图9是本电子启辉器的安装线路图。
在图5所示的实施例中，从安装元件的线路板上引出两个金属电a、b到绝缘外壳上；在线路板上电容C1两端分别接到外壳上的两个金属电极a、b上；由双向可控硅T组成的电子开关(1)与C1直接并联，电子开关中双向可控硅阳极A端串接负温度系数的PTC热敏电阻Rt后接a电极，阴极K端接b电极(如图5中(1)所示)；图5中(3)所示为电子开关的控制部分，它是由电阻R1的一端接a电极，另一端分别串接电阻R2、双向触发二极管D2和电容C2，R2的另一端接b电极，C2与R2并联，D2的另一端接电子开关的控制端G；如图5中(2)所示的同步及保护部分由PVC压敏电阻与C1并联构成。若为降低成本，可省去热敏电阻Rt，即把双向可控硅阳极A直接接a电极。
在图6所示的实施例中，从安装元件的线路板上引出两个金属电a、b到绝缘外壳上；在线路板上电容C1两端分别接到外壳上的两个金属电极a、b上；由单向可控硅T组成的电子开关(1)与C1直接并联，电子开关中单向可控硅阳极A端串接负温度系数的PTC热敏电阻Rt后接a电极，阴极K端接b电极(如图6中(1)所示)；图5中(3)所示为电子开关的控制部分，它是由电阻R1的一端接a电极，另一端分别串接电阻R2、双向触发二极管D2和电容C2，R2的另一端接b电极，C2与R2并联，D2的另一端接电子开关的控制端G；如图6中(2)所示的同步及保护部分由二极管D1负极接电子开关的控制端G，正极接b电极构成。若为降低成本，可省去热敏电阻Rt，即把单向可控硅阳极直接接a电极。
在图8所示的实施例中，从安装元件的线路板上引出两个金属电a、b到绝缘外壳上；在线路板上电容C1两端分别接到外壳上的两个金属电极a、b上；双向过压保护二极管作为电子开关，其A端串接一个电感L1后接a电极，K端接b电极；电子开关的控制部分由电感L1与电容C2串联构成，C2与双向过压保护二极管T并联；该实施例无保护部分。该实施例元件极少，可直接焊在外壳的a、b电极上，而不必使用印制线路板。
权利要求1.一种日光灯电子启辉器，在绝缘外壳中，应用LC串联网络的暂态响应原理构成电路，通过两个金属电极把内部电路的两极和灯管两端联接起来，本实用新型的特征是电容C1两端分别接到外壳上的两个金属电极a、b上，这两个电极从外部与灯管两端灯丝相联，使用方法与普通启辉器相同(即C1与灯管直接并联，且串联灯丝后与电感镇流器串联)，由可控硅或双向过压保护二极管T组成的电子开关与C1直接并联，电子开关中可控硅阳极A端串接负温度系数的PTC热敏电阻Rt后接a电极，阴极K端接b电极，双向过压保护二极管A端串接一个电感L1后接a电极，K端接b电极；电子开关的控制部分，它是由电阻R1的一端接a电极，另一端分别串接电阻R2、双向触发二极管D2和电容C2，R2的另一端接b电极，C2与R2并联，D2的另一端接电子开关的控制端G；电子开关控制部分由电感L1与电容C2串联构成，C2与双向过压保护二极管T并联；同步及保护部分由PVC压敏电阻D1与C1并联构成，保护部分由二极管D1负极接电子开关的控制端G，正极接b电极构成。
2.根据权利要求1中的电子启辉器，其特征在于使用固体电子开关元件，双向可控硅，单向可控硅，双向过压保护二极管。
3.根据权利要求1和2中的电子启辉器，其特征在于电子开关控制部分，R1串联R2，C2与R2并联组成阻容移相网络，控制可控硅的触发通导；L1、C2串联组成LC移相网络，控制双向过压保护二极管T的通导。
4.根据权利要求1和2中的电子启辉器，其特征是附加有同步及保护电路，D1。
5.根据权利要求1，2，3中的电子启辉器，其特征是电子开关的触发部分由R1、R2、C2组成，R1与R2串联组成分压网络，触发电压来源于R2两端，使灯管导通后，电子开关不被触发，可靠截止。
专利摘要本电子启辉器公开了一种用于日光灯启辉的原理及其实现的装置，解决了日光灯启辉慢、闪烁等问题，大大延长了灯管寿命。其特点是由与灯管直接并联的电容，与该电容并联的过压保护二极管等元件组成的电子开关，和串接的电感电容等元件组成的控制及保护电路构成，全电子化，封装在与普通启辉器规格相近的绝缘外壳中，由两个金属引脚外接至灯管，与普通启辉器直接代换，是与电感型镇流器等老设备配套使用，提高设备性能的装置。它由暂态响应、电子开关及触发电路构成。
文档编号H05B41/00GK2138380SQ9220855
公开日1993年7月14日 申请日期1992年5月6日 优先权日1992年5月6日
发明者王立新 申请人:王立新