专利名称：荧光灯照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及荧光灯照明装置，特别涉及用于包括预热型电极的荧光灯的采用半导体开关元件的启动开关电路。
用于荧光灯照明装置的传统启动开关电路，最初是启辉器。然而，启辉器具有诸如启动需要较长时间和寿命短的问题，虽然，开发了采用半导体开关元件的启动开关电路，但是这样的启动开关电路价格昂贵，因而需求量很小。因此，需要开发一种廉价的启动开关电路。在现有技术中，提出将晶体管用作半导体开关元件(日本专利申请公开公报第3-252096号)，如图6所示。
图6所示的传统荧光灯照明装置的电路包括交流电源1、镇流器2、包括一对预热型电极4、5的荧光灯3、噪声抑制电容器6，和启动开关电路7。荧光灯照明装置的电路结构如下。将镇流器2的一端与交流电源1连接。将镇流器2的另一端与荧光灯3的电极4的电源侧的端子连接。将启动开关电路7和噪声抑制电容器6连在荧光灯3的电极4、5的启动开关电路侧的端子之间。
连在荧光灯3的电极4、5的启动开关电路侧的端子之间的启动开关电路7的电路内的结构如下。将第一整流元件8、电阻器30和晶体管31的集电极和发射极串联连接在荧光灯3的电极4、5的启动开关电路侧的端子之间。将电阻器32连在第一整流元件8与电阻器30之间的连接点和晶体管31的基极之间。将以电阻器37和电容器36互相串联连接的方式形成的定时电路连在第一整流元件8和电极5的启动开关电路侧的端子之间。将由定时电路控制的闸流管33连在晶体管31的基极和发射级之间。将包括电阻器34和齐纳二极管35的串联电路连在电容器36与电阻器37的连接点和闸流管33的控制极之间。
接下来，描述传统荧光灯照明装置的工作。
接通交流电源1。当接通交流电源1后，在电源电压的正半周内，通过第一整流元件8和电阻器32，向晶体管31的基极提供基极电流。由于向晶体管31提供基极电流，所以集电极电流通过第一整流元件和电阻器30，在晶体管31的集电极和发射级之间流过。半波预热电流以这种方式流过，所以，预热了荧光灯3的电极4、5。与此同时，跨于齐纳二极管35两端施加反向电压。当反向电压达到预定值(下文称为“齐纳电压”)，电流开始沿相反方向流。在电容器36中聚集的电荷通过齐纳二极管35和电阻器34流到闸流管33的控制极，因此闸流管33变为接通状态，并且电流相应地在闸流管33的阳极和阴极之间流过。所以，曾向晶体管31的集电极流的电流停止流动，从而晶体管31变为断开状态。结果，由于镇流器2的电感，产生脉冲电压，并且点燃荧光灯3。
在用于传统荧光灯照明装置的启动开关电路中，晶体管31的集电极和发射极之间的电压与跨过电阻器30的电压之和决定定时电路的工作。在晶体管31的集电极和发射极之间流过的预热电流影响在晶体管31的集电极和发射极之间的电压及跨过电阻器30的电压，而定时电路的工作时间也相应地改变。
在采用具有很大电感的镇流器2的低功率荧光灯照明装置的情况下，由于预热电流很小，所以定时电路的工作时间很长。在更糟的情况下，时间电路的电容器36的充电电压稳定在低电压。如果发生这种情况，电流不流到闸流管33的控制极，因而预热电流保持不断地流。这导致镇流器2发热，并且荧光灯3的两端发黑，而这些又使得不能够点燃荧光灯3。此外，在点燃荧光灯3时，交流电源1的电压瞬时减小。因此，在荧光灯3熄灭后电压恢复时，由于来自交流电源1和电容器36的控制极电流，使得闸流管33保持接通状态。如上所述，由于晶体管31保持断开状态，所以不执行该操作而荧光灯3保持熄灭状态，因而，不能点燃荧光灯3，除非再一次使交流电源1的开关工作。
本发明目的在于解决上述的问题，因此，目的在于提供一种普遍适用于具有相互不同的标准额定功率的镇流器和荧光灯的启动开关电路，和在由于电源瞬时低电压引起灯的熄灭后自动点亮荧光灯的启动开关电路。
根据本发明的启动开关电路包括串联电路，它具有第一整流装置、包括控制端的半导体开关元件和用于检测流到半导体开关元件的电流的第一电阻器装置，所有这些都是串联连接的；第一定时装置，它同半导体开关元件和第一电阻器装置的串联电路并联，用于在半导体开关元件处于接通状态经预定时间间隔后，使半导体开关元件变成断开状态；和控制装置，它用于控制半导体开关元件。
根据本发明，由于启动开关电路包括第一定时装置和控制装置，所以相同的启动开关电路适用于包括具有相互不同的标准额定功率的镇流器和荧光灯的荧光灯照明装置。此外，在将根据本发明的启动开关电路应用于荧光灯照明装置的情况下，在灯熄灭后荧光灯照明装置，再一次自动点燃荧光灯。
构成根据本发明的启动开关电路的第一定时装置包括第二电阻器装置、至少一个齐纳二极管、整流装置和电容器，它们是相互串联的。
根据本发明，可以获得启动开关电路的第一定时装置。该启动开关电路用于包括具有相互不同的标准额定功率的镇流器和荧光灯的荧光灯照明装置，并在灯熄灭后自动点燃荧光灯。
构成根据本发明的启动开关电路的半导体开关元件是场效应晶体管。
根据本发明，使用场效应晶体管使得不必用浪涌电压抑制元件来保护半导体开关元件。此外，使用场效应晶体管有可能通过电压信号控制半导体开关元件的接通状态和断开状态。
构成根据本发明的启动开关电路的控制装置包括第二定时装置，它用于在重复使半导体开关元件成为接通状态的操作的情况下，在预定的时间间隔后，将半导体开关元件保持为断开状态。
根据本发明，可以保护构成启动开关电路的半导体开关元件。此外，在将根据本发明的启动开关电路应用于荧光灯照明装置的情况下，荧光灯照明装置在预定时间间隔后，中止灯的再一次点亮，并相应地防止灯的闪烁。
将根据本发明的启动开关电路装入可与荧光灯装置的传统启辉器互换的外壳中。
根据本发明，可将用于传统荧光灯的启辉器开关的插座用作装入启动开关电路的外壳。
根据本发明的荧光灯照明装置包括交流电源；镇流器，它的一端同交流电源的一端相连；带有预热电极的荧光灯，将预热电极的一端同镇流器的另一端相连，而将预热电极的另一端同交流电源的另一端相连；和上述的启动开关电路，将该电路的一端同荧光灯的又一端相连，并将该电路的另一端同荧光灯的再一端相连。
根据本发明，可以获得装有本发明的启动开关电路的荧光灯照明装置。
图1是示出包括根据本发明的实施例的启动开关电路的荧光灯照明装置的一个电路结构例的图；图2是示出图1的启动开关电路的外观图；图3示出图1的荧光灯照明装置的工作，更确切地说，图3(a)示出跨过电容器15的电压，图3(b)示出晶体管21的工作条件，图3(c)示出晶体管25的工作条件，图3(d)示出半导体开关元件9的工作条件，和图3(e)示出预热电流；图4示出图1的荧光灯照明装置的工作，更确切地说，图4(f)示出跨过电容器15的电压，图4(g)示出从晶体管21的发射级看得的第一电阻器元件10的电压，图4(h)示出从晶体管21的发射极看得的电容器15的正端电压，图4(i)示出晶体管21的工作条件，图4(j)示出晶体管25的工作条件，图4(k)示出半导体开关元件9的工作条件，图4(l)示出预热电流，和图4(m)示出脉冲电压。
图5示出图1的荧光灯照明装置的工作，更确切地说，图5(n)示出跨过电容器15的电压，图5(o)示出晶体管21的工作条件、图5(p)示出晶体管25的工作条件，图5(q)示出半导体开关元件9的工作条件，图5(r)示出预热电流，和图5(s)示出跨过电容器9的电压；和图6是示出传统荧光灯照明装置的电路结构的图。
下面，将参照图1，描述本发明的实施例。
<电路结构>
如图1所示，设有本发明的启动开关电路的荧光灯照明装置的电路包括交流电源1；镇流器2；包括一对预热型电极4、5的荧光灯3；噪声抑制电容器6；和启动开关电路7。荧光灯照明装置的电路结构如下。将镇流器2的一端连至交流电源1的一端。将镇流器2的另一端连至荧光灯3的电极4的电源侧的端子。将交流电源1的另一端连至荧光灯3的电极5的电源侧的端子。分别将启动开关电路7和噪声抑制电容6连在荧光灯3的电极4、5的电路侧的端子之间。
连在荧光灯3的电极4、5的启动开关电路侧的端子之间的启动开关电路7的电路内部结构如下。启动开关电路7包括第一整流元件8；半导体开关元件9；第一电阻器元件10；第一定时电路11；和控制电路16。将一串联电路连在荧光灯3的电极4、5的启动开关电路侧的端子之间。该串联电路包括半导体开关元件9，例如，具有雪崩击穿的场效应晶体管；用于检测流过半导体开关元件9的第一电阻元件10；和第一整流元件8。应用场效应晶体管无需使用保护半导体开关元件免遭脉冲电压的破坏的浪涌电压抑制元件。除了场效应晶体管，可将结型晶体管用作半导体开关元件9。将第一定时电路11与半导体开关元件9和第一电阻器元件10的串联电路并联。通过将电阻器12、齐纳二极管14和电容器15互相串联连接方式，构成第一定时电路11。将齐纳二极管13的齐纳电压设为比半导体开关元件9的接通电阻和第一电阻元件10的电阻之和与预热电流的乘积大的值。将控制电路16连至电容器15和第一电阻器元件10的串联电路的两端，并与半导体开关元件9的控制极相连。控制电路16包括第二定时电路17；晶体管21；晶体管25；齐纳二极管22；齐纳二极管23；和电阻器24。将齐纳二极管22的齐纳电压设为比齐纳二极管23的齐纳电压高。用电容器19和电阻器20的并联电路与电阻器18的串联电路构成第二定时电路17。分别将第二定时电路17的电阻器18的一端、电阻器24的一端和齐纳二极管22的阴极连至电容器15和二极管14之间的连接点。将晶体管25的基极连至电阻器18和电容器19之间的连接点。例如，用于使晶体管25处于接通状态的晶体管25的基极和发射极之间的电压约为0.6v。将晶体管21的集电极连至第二定时电路17的电容器19和电阻器20的并联电路。将晶体管21的发射极连至第一电阻器元件10和半导体开关元件9之间的连接点。将晶体管21的基极连至齐纳二极管22和齐纳二极管23的阳极。齐纳二极管22的阴极与齐纳二极管23的阳极相连。电阻器24的另一端与齐纳二极管23的阴极、晶体管25的集电极和半导体开关元件9的控制极相连。将晶体管25的发射极连至第一电阻器元件10和半导体开关元件9的源极之间的连接点。
将用于上述启动开关电路的外壳设计成能与如图2所示的启辉器互换的形状。这使得应用于传统荧光灯成为可能。
<工作>
接下来，参照图3至5，将描述图1和2所示的荧光灯照明装置的工作。
在接通交流电源之前，即，在时刻T1之前，在电容器15中没有积聚电荷，并且跨过电容器15的电压为零，如图3(a)所示。因此，如图3(b)和(c)所示，晶体管21和晶体管25处于断开状态。
在时刻T1接通交流电源1后，在交流电源1的正半周期间，电流通过电阻器12、齐纳二极管13和二极管14流到电容器15，从而在电容器15中积聚电荷。由于在电容器15和齐纳二极管13之间配置了二极管14，所以积聚在电容器15中的电荷没有通过齐纳二极管13和电阻器12释放。
与此同时，电流通过电阻器18流到晶体管25的基极，而晶体管25变成接通状态，如图3(c)所示。
由于跨过齐纳二极管22的电压低于齐纳二极管22的齐纳电压，所以齐纳二极管22阻断到晶体管21的基极的基极电流。此外，由于晶体管处于接通状态，因此齐纳二极管23阻断到晶体管21的基极的基极电流。因此，晶体管21保持断开状态，如图3(b)所示。
由于晶体管21处于断开状态，在第二定时电路17的电容器19中没有积聚电荷，因此，跨过电容器19的电压为零。
另一方面，如图3(a)所示，由二极管13整流的半波交流电流的充电很快使跨过电容器15的电压升高，并达到第一预定电压，即齐纳二极管22的齐纳电压。
在这个例子中，将从时刻T1到时刻T2的时间间隔设在0.1秒和0.2秒之间的范围内。
在时刻T2，跨过电容器15的电压达到第一预定电压，因此，电流通过电容器15和齐纳二极管22流到晶体管21的基极，因而晶体管21变成接通状态，如图3(b)所示。
当晶体管21在时刻T2变成接通状态时，由于电容器19的电压为零，所以晶体管25的基极电压变为0V。该电压低于使晶体管25处于接通状态的电压，即，大约0.6V，因此，晶体管25变成断开状态，如图3(c)所示。
当晶体管25在时刻T2变成断开状态时，由于跨过电容器15的电压等于或大于齐纳二极管23的齐纳电压，所以从电容器15通过电阻器24和齐纳二极管23向晶体管21的基极提供基极电流。由于向晶体管21的基极提供基极电流，如图3(b)和(c)所示，所以晶体管21保持接通状态，而晶体管25保持断开状态。
这时，在半导体开关元件9的控制极处的电压大约等于齐纳二极管23的齐纳电压，从而，半导体开关元件9变成接通状态，如图3(d)所示。
当半导体开关元件9变成接通状态时，从交流电源1流出的预热电流流过镇流器2、荧光灯3的电极4、半导体开关元件9、第一电阻器元件10、第一整流元件8和荧光灯3的电极5。
在半导体开关元件9处于接通状态的期间，跨过启动开关电路7的电压是预热电流和半导体开关元件9的接通电阻与第一电阻器元件10的电阻之和的乘积，即，几十个伏特。由于将齐纳二极管13的齐纳电压设为比预热电流和半导体开关元件9的接通电阻与第一电阻器元件10的电阻之和的乘积大，所以齐纳二极管13阻断流到电容器15的电流。
通过第二定时电路17和晶体管21的集电极释放积聚在电容器15中的电荷，并且还通过电阻器24、齐纳二极管23和晶体管21的基极释放电荷。这渐渐降低跨过电容器15的电压。
当跨过电容器15的电压降低并达到第二预定电压，即齐纳二极管23的齐纳电压时，从电容器15通过电阻器24和齐纳二极管23流到晶体管21的基极的基极电流停止流动。因此，在时刻T3，晶体管21变成断开状态，如图3(b)所示。
当晶体管21变成断开状态时，从电容器15通过电阻器18向晶体管25的基极提供基极电流，从而，晶体管25变成接通状态，而半导体开关元件9的控制极电压变为零。因此，半导体开关元件9变成断开状态。
这时，由于突然阻断预热电流，所以产生由镇流器2的电感引起的脉冲电压，并且点燃荧光灯3。
在晶体管25变成接通状态后，齐纳二极管23阻断到晶体管21的基极的基极电流。所以，晶体管21保持断开状态，从而晶体管25保持接通状态。结果，半导体开关元件9保持断开状态，因此，荧光灯3一直点亮。
在荧光灯3的点亮期间，跨过荧光灯3的电压大大低于交流电源1的电压，因此，跨过第一定时电路11的电容器15的电压从不达到第一预定电压，而晶体管21保持断开状态。因此，半导体开关元件9从不变成接通状态。
如果在时刻T4，由于电源电压减小等原因，荧光灯3熄灭，那么跨过荧光灯的电压变成与交流电源1的电压相等。从而，第一定时电路11再次工作，并进行在时刻T1和T4之间进行的启动工作，因此，荧光灯3再次点亮。
在这个例子中，直至荧光灯3点亮所需的时间间隔等于时刻T1和时刻T3之间的间隔。在0.1秒和0.2秒之间的范围内设置时刻T1和时刻T2之间的间隔。同时，决定预热时间(时刻T2和时刻T3之间间隔)如下。预热时间是预热电流流过的时间间隔，并且主要由电容器15、电阻器18的电阻、电阻器24的电阻、第一预定电压和第二预定电压决定预热时间。因此，预热时间几乎是恒定的，而与依赖于荧光灯3的额定功率值的预热电流值和镇流器2的阻抗无关。
因此，可以将相同的启动开关电路用于荧光灯照明装置，荧光灯照明装置包括镇流器2和具有不同标准额定功率的荧光灯3。
这个例子中，在0.8至1.2秒的范围内设置荧光灯的预热时间的情况下，对于具有在4W和30W之间宽范围内的功率值的荧光灯，保证稳定的启动能力。此外，当交流电源1具有低于额定值的值，或者由于低的环境温度而不容易点亮荧光灯3时，重复启动工作，因此，相应地保证稳定的启动能力。
当接通荧光灯照明装置时，参照图1和4进一步描述荧光灯照明装置的工作。
图4是在图3的时刻T3处延伸时间轴的图。
当半导体开关元件9处于接通状态并且图4(1)所示的预热电流流到第一电阻器元件10时，由于预热电流产生跨过第一电阻器元件10的电压降。如图4(g)所示，从晶体管21的发射级看得的跨过第一电阻器元件10的电压具有负的极性。此外，从晶体管21的发射极看，在电容器15的正极性端的电压是图4(f)和(g)所示的电压之和，它是带有波纹的直流电压。该电压具有与图4(1)所示的预热电流相反的极性，而且当预热电流增大时，它减小。在图4(h)所示的电压由于在电容器15处放电而减小的情况下，当预热电流为最大或在其附近时，该电压总是达到第二预定电压。
此时，从电容器15通过电阻器24和齐纳二极管2流到晶体管21的基极的基极电流立即停止流动。从而在时刻T3晶体管21变成断开状态，如图4(1)所示。当晶体管21变成断开状态时，从电容器15通过电阻器18向晶体管25的基极提供基极电流，因此，晶体管25变成接通状态。所以，半导体开关元件9的控制极电压变为零，而半导体开关元件9变成断开状态。此时，断开预热电流，并且产生由镇流器2的电感引起的脉冲电压。因此，点亮荧光灯3。
断开预热电流的值总是接近峰值，因而由镇流器2引起的脉冲电压相应地很大，从而可确实点燃荧光灯3。
接着，参照图1和5，将给出关于将到达使用寿命尽头或损坏的荧光灯照明装置的工作的描述。
荧光灯照明装置从时刻T1到时刻T3的工作与正常的荧光灯照明装置的工作类似，因此，省略详细的说明。当在时刻T1接通电源1时，如图5(r)所示，预热电流流动并且此后在时刻T3断开，从而产生由镇流器2的电感引起的脉冲电压。
然而，当由于损坏等原因，没有点燃荧光灯3时，重复与从时刻T1到时刻T3的工作类似的启动工作。例如，在时刻T2和时刻T3之间的时间间隔内当半导体开关元件9处于接通状态时，预热电流流到半导体开关元件9，由于预热电流引起的电阻损耗，使半导体开关元件9产生热量。并且半导体开关元件9的温度升高。在此期间，当预热电流流动时，晶体管21保持接通状态。由于晶体管21处于接通状态，所以电流从电容器15通过电阻器18流到电容器19，从而使电容器19充电并且跨过电容器19的电压增加。
在重复与从时刻T1到时刻T3的工作类似的启动工作时，在时刻T5，在电容器19处的电压达到0.6V，它是用于使晶体管25处于接通状态的基极和发射极之间的电压。因此，从电容器15通过电阻器18流到电容器19的电流基本上停止流动。基极电流开始通过电阻器18流到晶体管25，从而晶体管25变成接通状态。当晶体管25变成接通状态时，半导体开关元件9变成断开状态，预热电流基本上停止流动，因而中止启动工作。在预热电流停止流动后，由于交流电源1的电压，跨过电容器15的电压达到第一预定电压，而晶体管21变成接通状态。然而，由于跨过电容器19的电压已经为0.6V，所以晶体管25不变成断开状态，而保持接通状态。
结果，跨过电容器15的电压保持在第一预定电压，跨过电容器19的电压保持在0.6V，晶体管21和晶体管25保持接通状态，而半导体开关元件9保持断开状态。
因此，即使当灯管到达使用寿命的尽头，不象传统的启辉器那样，灯管不会闪烁。
当在这之后，断开交流电源1时，通过电阻器18和通过电阻器24渐渐释放积聚在电容器15中的电荷。通过电阻器20渐渐释放积聚在电容器19中的电荷。结果，恢复在接通交流电源1之前的初始条件。
通常由电容器19和电阻器18的时间常数决定在停止启动工作的时刻T2和时刻T5之间的时间间隔。由于事先设置半导体开关元件9的温度增高在额定值的范围内，所以即使在荧光灯到达使用寿命的尽头或用了损坏的荧光灯的情况下，可以确实终止预热电流而不毁坏半导体开关元件9。在该例子中，将时刻T2和时刻T5之间的时间间隔设为3秒或更短，因而保护半导体开关元件9以防产生热量。
运用第二定时电路中止灯的再点亮，防止灯闪烁，并在灯的使用寿命情形下保护半导体开关元件。
权利要求
1.一种启动开关电路，其特征在于，包括串联电路，它串联连接有第一整流装置、包括控制端的半导体开关元件和用于检测流到所述半导体开关元件的电流的第一电阻器装置；第一定时装置，它同所述半导体开关元件和所述第一电阻器装置的串联电路并联，用于在所述半导体开关元件处于接通状态经预定时间间隔后，使所述半导体开关元件变成断开状态；和控制装置，它用于控制所述半导体开关元件。
2.如权利要求1所述的启动开关电路，其特征在于，所述第一定时装置包括第二电阻器装置，至少一个齐纳二极管、整流装置和电容器，它们是相互串联连接的。
3.如权利要求1所述的启动开关电路，其特征在于，所述半导体开关元件是场效应晶体管。
4.如权利要求1所述的启动开关电路，其特征在于，所述控制装置包括第二定时装置，它用于在使所述半导体开关元件成为接通状态的操作重复的情况下，在预定的时间间隔后，将所述半导体开关元件保持为断开状态。
5.如权利要求1所述启动开关电路，其特征在于，将所述启动开关电路装在可与荧光灯装置的传统启辉器互换的外壳中。
6.一种荧光灯照明装置，其特征在于，包括交流电源；镇流器，它的一端同所述交流电源的一端相连；带有预热电极的荧光灯，所述荧光灯的一端同所述镇流器的另一端相连，而所述荧光灯的另一端同所述交流电源的所述另一端相连；和权利要求1、2、3、4和5中任一权利要求所述的启动开关电路，所述启动开关电路的一端同所述荧光灯的剩下的一端相连，所述启动开关电路的另一端同所述荧光灯的剩下的另一端相连。
全文摘要
提供一种启动开关电路,它普遍适用于具有互不相同的标准额定功率的镇流器和荧光灯。启动开关电路包括具有第一整流装置、包括控制端的半导体开关元件和用于检测流到半导体开关元件的电流的第一电阻器装置的串联电路;同半导体开关元件和第一电阻器装置的串联电路并联,用于在半导体开关元件处于接通状态经预定时间间隔后使半导体开关元件变成断开状态的第一定时装置;和用于控制半导体开关元件的控制电路。
文档编号H05B41/04GK1174488SQ9711738
公开日1998年2月25日 申请日期1997年8月8日 优先权日1996年8月8日
发明者业天正芳 申请人:松下电器产业株式会社