专利名称：气体放电灯恒稳功率电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体放电灯。
气体放电灯是以气体放电激发物质发光的灯，按其放电电流大小可分为辉光放电和弧光放电两种。如金属卤代物灯、氙灯、氪灯、汞灯、钠灯、荧光灯、霓虹灯均属于此类。
气体放电灯的电压、电流(V·I)特性曲线如
图1所示。辉光气体放电的正常工作点在曲线的E-F区域，弧光放电的正常工作点在H-I区域。在这两个区域内，灯管本身呈现的电气阻抗是负值，即当电流上升时，灯管电压却下降。灯管本身处于极不稳定的状态。因此，对于气体放电灯来说，一般均需加一种能把电路阻抗校正到正值，且其值足够大的电气元件，以起到限制、镇定、稳定电流的作用，使气体放电灯正常点燃。由于科技的发展，先后出现了直流电阻镇流器、交流电感镇流器、交流电容镇流器、高频电子镇流器、斩波恒流电子电源、交流恒稳电流开关电源等。
现以较为先进的交流恒稳电流开关电源为例，说明恒稳电流的工作原理。图2是这种电源电气方框图。在交流电网供电的条件下，经抗干扰电路去除干扰成分；整流滤波电路把交流电整流滤波成为不稳定的直流电；经功率变换电路，变换出可供气体放电灯点燃的电源，如高频交流电、方波交流电可供给交流气体放电灯，直流可供直流气体放电灯使用，电流取样电路从灯管电路中取出电流信号，送入控制电路与基准信号比较，产生电流误差信号，调整功率变换电路工作状态，这种调整，可以是脉宽(PWM)调整，也可以是脉频(PFM)或其它调证方法。通过调节使灯管工作电流恒定或基本稳定到原设定的数值上。
这种以恒定、稳定灯管电流为目标的电源或镇流器，存在一个严重缺陷灯管电流可以由电源限定稳定下来，而灯管电压却由其它因素决定的。这是因为(1)不同灯管之间，由于充气压力大小、充气气体比例、电极极间距离等条件不一致，因此在同一工作电流下，灯管电压就不一样。(2)同一灯管由于散热条件不一致、点然位置不一致、累计点燃而导致电极损耗、累计点燃而导致灯内气体损耗，因此灯管电压同样也会发生变化。
由于灯管功率等于灯管电流与灯管电压乘积，灯管电压变化势必引起灯管功率相应变化，而灯管功率变化，将引起光源发光光通量、发光效率、光源色温、显色指数、灯管寿命、灯管温度等一系列的参数变化，从而影响光源照明正常效果。
应着重指出的是大部分种类的气体放电灯的灯工作电压与灯功率之间的关系，是发散函数曲线，也就是灯电压升高，灯功率增大，灯管温度增大，灯电压更高，灯功率更大，直至由于灯温度大大增加，灯散热也大大增加，从而使灯温度不再上升，而此时光源以已大大偏离了正常范围，严重影响了照明使用效果。由于灯功率的增加，温度的上升，也易引起火灾等其它危险。
如果灯管在达到这一平衡温度点之前，由于灯内气体压强升高，再点火电压(对交流灯而言)随之升高，如供电电源已无法满足这一升高了的再点火电压，灯管即会熄灭，出现灯点燃→灯压升高，亮度增大，温度升高→熄灭，冷却→再次灯触发点燃……的循环现象，从而使原本可以继续使用的灯无法使用，灯管被迫报废。
本发明的目的是采用恒定灯功率的方法，来改变因灯管功率变化，而引起的光源发光光通量、发光效率、光源色温、显色指数、灯管寿命、灯光温度等一系列的参数变化的缺点，从而达到正常照明的效果。
本发明的技术方案是在现有交流恒稳电流开关电源的基础上，即包括抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7，其特征在于所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9，在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9和基准电路4。
所述的电压取样电路8可以是由电阻R1、R2构成的直流分压电路，R1、R2串接后并接在直流灯管的两端，电阻R1、R2中间接鉴别电路。
所述的电压取样电路8可以是由变压器B1、三极管BG1、二极管D1、D2、电容C1构成的变压器分压电路，变压器的初级线圈ab一端接三极管集电极，另一端接电源正极，三极管的发射极接电源负极，变压器的初级线圈ac一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接电源负极；灯管并接在电源的两端；变压器的次级线圈的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极和变压器的次极的另一端作为输出与下级鉴别整形电路10连接，电容C1并接在输出端。
所述的电压取样电路8可以是由电阻R3、R4和桥式整流电路D3-D6构成的交流分压电路，电阻R3、R4串联并接在灯管上，桥式整流电路D3-D6的输入端并接在R4上，其输出端接鉴别整形电路10。
所述的电压取样电路可以是由变压器B2和桥式整流电路D7-D10构成的交流变压电路，变压器B2的输入端与灯管并接，变压器B2输出端接桥式整流电路D7-D10的输入端，其输出端接鉴别整型电路10。
所述的鉴别整形电路10由电阻R5、R6、稳压二极管DW1、DW2构成，电阻R5、稳压二极管DW1构成输入回路，电阻R6、稳压二极管DW2、DW1构成输出回路。
所述的运算电路9可以是由乘法运算器IC、电阻R7、R8、R9构成，电阻R7、R8串联，其连接端分为二路，其中一路通过电阻R9接鉴别整形电路10，另一路接乘法运算器的X端，乘法运算器的Y端接电流取样电路6的输出端。
所述的运算电路9可由电阻R10、R11、R12构成，其中电阻R12一端接地，另一端一路作为输出端接控制电路，另二路均为输入端，分别通过电阻R10接电流取样电路6的输出端和通过电阻R11接鉴别整形电路10的输出端。
本发明的优点是a.由于恒稳定了灯功率，从而把光源光通、发光效率、发光色温、显色指数等综合指标，稳定到最佳值上，从而改善了光源照明效果，扩大了既定光源的应用范围。b.由于恒稳了灯功率，避免了过载、欠载对灯管的损害，延长了灯管的使用寿命。c.由于恒稳了灯功率，收敛了灯电压与灯功率的函数关系，稳定了灯工作状态，从而使原本在其它类型电源已无法使用的灯管，可以在本电源上正常使用。d.由于恒稳了灯功率，避免了对供电电网的冲击，简化了供电设备的过载等保护。e.由于恒稳了灯功率，简化了光源使用操作程序，减轻了操作人员劳动强度，减少了因操作失误而导致事故的可能。
现结合附图和实施例对本发明说明如下图1为气体放电灯伏安特性曲线；图2为气体放电灯恒稳电流电源方框原理图；图3为气体放电灯恒稳功率电源方框原理图；图4为电阻直流电压取样电路原理图；图5为变压器直流电压取样电路原理图；图6为电阻交流电压取样电路原理图；图7为变压器交流电压取样电路原理图；图8为鉴别整形电路原理图；图9为运算电路原理图之一；图10为运算电路原理图之二；本发明是为了采取适当方法，同时检取气体放电灯灯电压变化量和灯电流变化量，经过一定的鉴别、整形和运算，并以此控制电源的输出，从而在设定的灯电压变化范围内，使灯电流随灯电压的升降变化自动做相应比例升或降变化，达到气体放电灯功率恒稳不变或基本稳定不变的目的。其电路方框图如附图3所示，它是在附图2所示的基础上，即在由抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7构成的气体放电灯恒稳电流电源级础上，在所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9；在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9和基准电路4。
灯电压取样主要作用对灯管的电压变化进行取样。结构根据灯种类不同而异，直流灯可采用电阻直流分压取样(附图4)、电子变压器直流电压取样(附图5)；交流灯可采用电阻交流分压取样(附图6)、变压器交流变压取样(附图7)。所述的电阻直流分压取样可以是由电阻R1、R2构成的直流分压电路，R1、R2串接后并接在直流灯管的两端，电阻R1、R2中间接鉴别电路。所述的电子变压器直流电压取样电路由变压器B1、三极管BG1、二极管D1、D2、电容C1构成的变压器分压电路，变压器的初级线圈ab一端接三极管集电极，另一端接电源正极，三极管的发射极接电源负极，变压器的初级线圈ac一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接电源负极；灯管并接在电源的两端；变压器的次级线圈的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极和变压器的次极的另一端作为输出与下级鉴别整形电路10连接，电容C1并接在输出端。所述的电阻交流分压取样电路是由电阻R3、R4和桥式整流电路D3~D6构成的交流分压电路，电阻R3、R4串联并接在灯管上，桥式整流电路D3~D6的输入端并接在R4上，其输出端接鉴别整形电路10。所述的变压器交流变压取样电路由变压器B2和桥式整流电路D7~D10构成的交流变压电路，变压器B2的输入端与灯管并接，变压器B2输出端接桥式整流电路D7~D10的输入端，其输出端接鉴别整型电路10。鉴别整形(附图8)主要是对灯管的工作状态进行鉴别和整形。如点燃前或启动时，正常点燃等不同阶段进行鉴别、整形，以确定把电压取样是否和送多少量去后级电路。所述的鉴别整形电路10由电阻R5、R6、稳压二极管DW1、DW2构成，电阻R5、稳压二极管DW1构成输入回路，电阻R6、稳压二极管DW2、DW1构成输出回路。
运算电路(附图9)可以是乘法运算电路，其主要作用是把经鉴别整形的电压取样、电流取样进行乘法运算，以生成功率控制信号送入控制电路。也可以由补偿叠加电路(附图10)组成，电压取样与电流取样进行补偿叠加，生成一个精度尚可的功率控制信号。所述的乘法运算电路由乘法运算器IC、电阻R7、R8、R9构成，电阻R7、R8串联，其连接端分为二路，其中一路通过电阻R9接鉴别整形电路，另一路接乘法运算器的X端，乘法运算器的Y端接电流取样电路6的输出端。所述的补偿叠加电路由电阻R10、R11、R12构成，其中电阻R12一端接地，另一端一路作为输出端接控制电路，另二路均为输入端，分别通过电阻R10接电流取样电阻的输出端和通过电阻R11接鉴别整形电路的输出端。
下面以直流灯为例，介绍电路工作原理。
附图4中R1与R2组成的分压电路取出灯管电压的变化，加至附图8由鉴别电路中R5上。在灯管点燃前，灯管电压也就是电源空载电压，取样电压很高，鉴别电路中DW1导通，把压缩后的电压取样送到乘法运算器，以避免灯电流过分下降，对灯管触发启动产生不良影响。灯管启动后，灯管较冷，灯压一般也较低，鉴别电路中DW1、DW2均不导通，电路完全关闭，电源按恒流方式工作以确保灯管快速启动，快速预热。在灯常态工作阶段，取样电压高于Vdw2，而低于Vdw1，故DW2导通，而DW1关断，电压取样按比例送往乘法运算器，在乘法运算电路中与电流取样进行乘法运算后，输出一功率误差信号，由控制电路推动功率调节电路，按恒功率方式工作灯电压升高，灯电流减少，灯电压降低，灯电流相应增大，使灯电压与灯电流的乘积也就是灯功率恒等于一个设定的恒量。
如不使用乘法运算器，而采用补偿叠加电路，把鉴别后的电压取样取适当比例，叠加混合于电流取样信号之中，由此得出的混合信号控制的功率调节电路，也可使灯管功率在一定的灯压范围内处于基本恒定状态。
另外，如把鉴别后的电压取样，取适当比例反方向的叠加混合在准信号中(附图3中的虚线)，基准信号随着灯电压升高而相应降低，灯电流也跟着按比例降低，在一定的灯压范围内，同样可以达到灯功率基本恒稳的目的。
如以上三部分电路之间或它们与控制电路电位不同，不能直接相连，可以采用光电耦合器进行电位隔离和信号传递。
权利要求
1.一种气体放电灯恒功率电源，包括抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7，其特征在于所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9，在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9或基准电路4。
2.根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的电压取样电路8可以是由电阻R1、R2构成的直流分压电路，R1、R2串接后并接在直流灯管的两端，电阻R1、R2中间接鉴别电路。
3.根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的电压取样电路8由变压器B1、三极管BG1、二极管D1、D2、电容C1构成的变压器分压电路，变压器的初级线圈ab一端接三极管集电极，另一端接电源正极，三极管的发射极接电源负极，变压器的初级线圈ac一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接电源负极；灯管并接在电源的两端；变压器的次级线圈的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极和变压器的次极的另一端作为输出与下级鉴别整形电路10连接，电容C1并接在输出端。
4.根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的电压取样电路8可以是由电阻R3、R4和桥式整流电路D3~D6构成的交流分压电路，电阻R3、R4串联并接在灯管上，桥式整流电路D3~D6的输入端并接在R4上，其输出端接鉴别整形电路10。
5.根据权力要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的电压取样电路可以是由变压器B2和桥式整流电路D7-D10构成的交流变压电路，变压器B2的输入端与灯管并接，变压器B2输出端接桥式整流电路D7-D10的输入端，其输出端接鉴别整型电路10。
6.根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的鉴别整形电路10由电阻R5、R6、稳压二极管DW1、DW2构成，电阻R5、稳压二极管DW1构成输入回路，电阻R6、整流二极管DW2、DW1构成输出回路。
7.根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的运算电路可以是由乘法运算器IC、电阻R7、R8、R9构成，电阻R7、R8串联，其连接端分为二路，其中一路通过电阻R9接鉴别整形电电路10输出，另一路接乘法运算器的X端，乘法运算器的Y端接电流取样电路6的输出端。
8.根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于所述的运算电路9可由电阻R10、R11、R12构成，其中电阻R12一端接地，另一端一路作为输出端接控制电路，另二路均为输入端，分别通过电阻R10接电流取样电阻的输出端和通过电阻R11接鉴别整形电路的输出端。
全文摘要
本发明涉及一种气体放电灯。本发明的技术方案是:在现有交流恒稳电流开关电源的基础上,即包括抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7,其特征在于:所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9,在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9和基准电路4。本发明的优点是:改善了光源照明效果,扩大了光源的应用范围。延长了灯管的使用寿命。
文档编号H05B41/14GK1185710SQ9611662
公开日1998年6月24日 申请日期1996年12月20日 优先权日1996年12月20日
发明者周继武 申请人:周继武