專利名稱：瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其采用一種高頻開關電源，用一種非常簡單的方式在一瞬間點亮熒光燈，還能調整熒光燈的亮度。
背景技術：
與白熾燈相比，熒光燈的發光效率要高出3到5倍(In/瓦)，壽命也要長得多。因此，熒光燈被用作一種非常重要的人造光源。但是，如輝光放電燈一樣，熒光燈一般具有一種陰極電阻結構，并因此需要相對較高的放電觸發電壓。通常為了限制管中電流同時獲得足夠的放電觸發電壓，一般都要使用輝光啟動器和包括一個扼流圈的鎮流器。其輝光啟動器采用一個雙金屬開關觸點，當其開路的時候電流發生突變。因此，如圖1和圖5所示，在鎮流器的幫助下，燈中的電流由A階段(輝光放電電流)變為B階段(輝光放電管短路電流)，然后再變為C階段(正常啟動電流)，燈的兩端在B階段產生很高的尖峰電壓，從而點亮熒光燈。這一方法既簡單成本又低，但是它有一個缺點，那就是點亮燈需要花費幾秒鐘的時間。
此外，人們知道有一種快速啟動方法，通過這種方法燈會在一瞬間被點亮。但是，在這種方法中，需要一個相對較大的遞升變壓器，因此它具有一些缺點，比如成本高、重量重、電流損耗大以及需要使用專用的熒光燈裝置(參考圖2)。
為了克服上述缺點，有人提出了采用圖3所示半導體器件的瞬間啟動電路。參考圖3，該裝置采用扼流圈的補償線圈(compensating turns)，利用二極管的導通角(angle)給一個圓盤(disc)充電。此外，將高壓脈沖提供給補償線圈，從而將它提供給熒光燈。另外，三端雙向可控硅開關元件SCR(Silicon Controlled Rectifier可控硅整流器)，它是一個交流雙向控制器件，(在負半周)通過具有充電飽和特性的非線性過飽和電容器CN充電到飽和，然后，在正半周內產生一個反向高壓脈沖。參考圖6，其中D為電源電壓，E為觸發脈沖，F為燈啟動脈沖，G為燈絲電流。
熒光燈在這種情況，伴隨著具有復雜負載的非線性阻抗放電。鎮流器包括有電感部分的阻抗，使得放電特性由于延遲了的功率因數而變化很大。放電特性包括燈電流狀態、失真板電壓變化、環境溫度和熒光燈的陳舊程度等等。在這個輝光放電管中，特性變化復雜，在交流半周內觸發型的工作方式可能導致不完全放電，或者該電路會使燈管出現閃爍現象。
與此同時，最近已經廣泛使用的電子鎮流器是幾千赫茲用于商業電源的一種強有力的開關方法(參考圖4)。在這種鎮流器中，損耗隨著驅動頻率的增加成正比地增加，會產生有害的電磁波，這種鎮流器產品很貴，其它輔助成本也很貴。此外，參考圖7(J為輸入電壓，K為輸入電流，M為燈電流)，伴隨機械開關的電壓-電流的上升、浪涌電壓和LC振蕩電路導致開關發生相位偏移，從而導致電路損壞。此外，在啟動過程中，交流電相位角控制方法依舊是一個問題。
在啟動工程領域，燈是用高頻驅動的，正在進行其它研究，以提高啟動效率。
發明內容
本實用新型的目的就是克服傳統技術中的上述缺點。
因此本實用新型的一個目的是提供一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其能夠在一瞬間啟動熒光燈，并具有很高的可靠性。
本實用新型的另一個目的是提供一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其能夠在一瞬間啟動，這個電路非常緊湊，成本低廉。
為了實現上述目的，本實用新型提出一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其包括一個放電電路部分，包括與熒光燈燈絲串聯的一個扼流圈；一個啟動電路部分，其與燈絲和扼流圈串聯，從而通過供電在特定的時間間隔內打開，在熒光燈的輝光放電結束后關斷；以及一個保護電路部分，在啟動電路部分重復一定次數開/關操作以后，用于關閉啟動電路部分。
具體的技術方案是提供一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，該啟動電路包括一個放電電路部分其包括一個與熒光燈串聯的整流器，該熒光燈具有第一個和第二個燈絲且通過該整流器與一個交流電源連接；該整流器具有第一個H1和第二個輸入端H2，分別與熒光燈的第一個和第二個燈絲連接，該整流器還具有第一個H3和第二個輸出端H4；一個啟動電路部分其包括一個硅控制器件，連接在第一個輸入端H1和第二個輸入端H2之間；和一個晶體管電路部分，連接在第一個輸出端H3和第二個輸出端H4之間。
所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，該硅控制器件SCR1的陽極連接到一個節點H1，硅控制器件SCR1的陰極則連接到另一個節點H2，兩個節點H1和H2與一個整流橋的輸入端連接，這個整流橋包括電橋二極管D1、D2、D3和D4。
所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，所述電橋二極管的正輸出端與晶體管的集電極連接，還與齊納二極管ZD1的陰極連接，而電橋二極管的負輸出端則與晶體管Q的發射極連接。
所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，該晶體管電路部分包括一個晶體管，其具有一個基極、一個集電極和一個發射極，其中集電極與第一個輸出端H3連接，發射極與第二個輸出端H4連接。
所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，該晶體管電路部分還包括
一個變壓器的初級線圈，其連接在晶體管基極和第二個輸出端H4之間；一個變壓器的次級線圈，具有第一端和第二端，第一端與第二個輸出端H4連接；一個具有第一端和第二端的雙向擊穿二極管，其第一端與次級線圈的第二端連接；一個定時電容器，其連接在雙向擊穿二極管第二端和第二個輸出端(H4)之間；一個齊納二極管和一第二個電阻，串連在第一個和第二個輸出端(H3，H4)之間；及一第一個電阻，第一端連接在齊納二極管和第二個電阻之間，第二端與雙向擊穿二極管的第二端連接，其中的晶體管電路部分在以定時電容器和第一個電阻確定的時間常數給出的一個頻率的基礎之上產生開關電壓脈沖，其開關電壓脈沖的頻率為在1kHz-20kHz之間。
所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，還包括一個保護電路部分，能夠與晶體管電路部分一起禁止產生開關電壓脈沖，該保護電路連接在兩節點(H3和H4)之間，齊納二極管ZD2和電阻R3和電阻R7串聯，一個電解電容器C2則與齊納二極管ZD2和電阻R7并聯；該保護電路部分的硅控制器件(SCR2)的陽極與一個節點(H6)連接，而在兩個節點(H7和H4)之間，串聯著電阻R4和電解電容器C3；在一個節點(H4)和在電阻R4和電解電容器C3之間的一個節點之間，串聯著電阻R5和電阻R6。電阻R5和電阻R6之間的一個節點與硅控制器件(SCR2)的柵極連接。
如果不采用扼流圈，本發明的電路裝置在輝光啟動器類型的熒光燈裝置中替換成一種電熱塞(g1ow plug)，從而能夠以一種簡單的方式將輝光啟動器類型的熒光燈啟動裝置改造成一種瞬間啟動裝置。
在工作過程中，可以采用一種硅控制器件，其中負極或者正極導通電流通過啟動電路部分，從而提供燈絲放電激勵電流。
在本實用新型中，不采用通過電子鎮流器對商業電源進行整流，從而以幾千赫茲的開關驅動熒光燈的轉換方法，而是使用以下方法。也就是說，如圖9所示，在熒光燈P的放電路徑H1和H2之間進行高速切換，通過鎮流器的短路電流i1足以預熱燈絲。例如，以1kHz-20kHz的頻率開關的短路電流i1感應出啟動鎮流器中輝光放電的電壓，然后，將這一電壓提供給熒光燈的兩端。當熒光燈點亮的時候，就撤銷短路電流i1，點亮狀態由一個放電電流i2維持，它流過鎮流器和熒光燈兩端。點亮操作是用相對較高頻率的開關來啟動的，因此，能夠基本上消除所有的閃爍。
如果啟動和放電操作以一穩定的方式進行，即使外界電壓發生改變，熒光燈上的電壓也能維持常數。所以，可以用變壓器調整輸入電壓，從而控制熒光燈的亮度。
以下結合附圖詳細描述本發明的最佳實施例，本發明的上述目的和其它優點會更加顯而易見。
圖1是輝光啟動器型的熒光燈啟動電路的一個電路圖說明；圖2是傳統快速啟動型熒光燈啟動電路的電路說明；圖3是傳統電子啟動電路的電路說明；圖4是傳統高頻型熒光燈啟動電路的電路說明；圖5說明傳統熒光燈啟輝器型的熒光燈啟動電路的啟動波形；圖6說明傳統電子啟動電路的啟動波形；圖7說明傳統高頻型熒光燈啟動電路的波形；圖8是本實用新型中瞬間啟動型的熒光燈啟動電路裝置的總的電路說明；圖9說明本實用新型中熒光燈啟動電路裝置的工作原理；圖10A和圖10B說明本實用新型中在正常啟動過程中輝光放電路徑上的電壓和電流關系；
圖11A和圖11B說明本實用新型中光輸出與燈功率和啟動電路電流的對照關系；圖12說明本實用新型中啟動電路裝置點亮過程中的波形；和圖13說明本實用新型啟動電路裝置中亮度調整時的波形。
具體實施方式
參考圖8，本實用新型的熒光燈啟動電路裝置包括1.放電電路部分，2.啟動電路部分和3.保護電路部分。
放電電路部分保持熒光燈的輝光放電狀態。例如，100伏的交流商業電源從亮度控制變壓器T通過鎮流器(扼流圈)CH提供給熒光燈F的兩端。然后，電能通過燈絲RfA和RfB分別階段性到達節點H1和H2。
啟動電路部分啟動熒光燈的輝光放電過程。節點H1連接到一個硅控制器件SCR1的陽極，而節點H2則連接到硅控制器件SCR1的陰極。硅控制器件SCR1的柵極處于開路狀態。此外，節點H1和H2與一個整流橋的輸入端連接，這個整流橋包括電橋二極管D1、D2、D3和D4。此外，電橋二極管的正輸出端與晶體管Q的集電極連接，還與齊納二極管ZD1的陰極連接，而電橋二極管的負輸出端則與晶體管Q的發射極連接。晶體管Q的基極與一個環形變壓器的初級線圈N1連接，而當在初級線圈N1的另外一端與次級線圈N2(它們是連接在一起的)的一端之間的一個節點，通過晶體管Q的發射極和電阻R2與齊納二極管ZD1的陽極(節點H5)連接時。次級線圈N2的另一端與一個雙向擊穿二極管(diac)DA的一端連接。而雙向擊穿二極管的另一端(節點H6)通過電阻R1與節點H5連接，還通過電容器C1與晶體管Q的發射極(節點H4)連接時，不給晶體管Q的基極提供一個偏置電流，因此，實現了E級工作(an E grade operationis carried out)。
當熒光燈發生故障、被取走或者電源電壓太高的時候，保護電路保護啟動電路部分。在節點H3和H4之間，齊納二極管ZD2和電阻R3和R7串聯，一個電解電容器C2則與齊納二極管ZD2和電阻R7并聯。這樣，在節點H7和節點H4之間也就是在R3和R7之間，獲得一個大約2V的低壓直流電壓。
節點H6與硅控制器件SCR2的陽極連接，而在節點H7和H4之間，串聯著電阻R4和電解電容器C3。在節點H4和一個節點(在電阻R4和電解電容器C3之間)之間，串聯電阻R5和R6。電阻R5和R6之間的一個節點與硅控制器件SCR2的柵極連接。
下面介紹上面描述的本發明設立的啟動電路的工作過程。如果加上電，亮度控制變壓器T通過鎮流器CH和燈絲RfA、RfB提供初始電源給節點H1和H2，也就是電壓電路輸入端。在初始階段，硅控制器件SCR1的柵極開路，因此，處于關閉狀態。但是，如果稍后晶體管以特定的間隔打開和關閉，由于高感應電壓的作用，在輸入電壓的正半周發生擊穿，從而允許傳導，結果是燈絲RfA和RfB得到了電流。當熒光燈啟動輝光放電，以及當它被點亮的時候，晶體管Q被關閉，硅控制器件SCR1也保持在關閉狀態。此后，一個正電壓被突然加在處于接地狀態的硅控制器件SCR1上，此時，一個大電壓流過它并使它導通。因此，為了改善這一現象，連接在硅控制器件SCR1的陽極和陰極之間的兩個電阻之間的一個節點可以與硅控制器件SCR1的柵極連接。
在100伏電源電壓的情況之下，所用齊納二極管ZD1的擊穿電壓是140伏。這個電路，包括晶體管Q、齊納二極管ZD1、電阻R1和R2、初級線圈N1和次級線圈N2、雙向擊穿二極管DA和電容器C1，在電容器C1和電阻器R1確定的時間常數的基礎之上產生脈沖信號。在這個條件下，只有在基極電流是從次級線圈N2吸取過來的相位期間，晶體管Q才被打開。沒有電流從次級線圈N2吸收過來進入基極的時候，晶體管Q是反向偏置的，因而被關斷。通過這種方式，如果晶體管Q以很高的頻率打開和關斷(例如1kHz-20kHz)，就會有一個高壓脈沖能量流過電流橋的勢壘，從而在節點H1和H2出現。結果，鎮流器CH產生一個大約1000-1500伏的高頻電壓，從而啟動熒光燈的輝光放電，點亮熒光燈。當晶體管Q導通的時候，電流被提供給燈絲RfA和RfB，從而促進輝光放電的開始。此外，如上所述，硅控制器件SCR1補充燈絲電流，從而保證輝光放電能夠快速開始。
當輝光放電開始的時候，節點H1和H2之間的電壓從大約200伏降到大約110伏。齊納二極管ZD1的擊穿電壓是大約140伏，因此，包括晶體管Q的振蕩電路會停止這一振蕩。如果輝光放電因為某種原因停止，節點H1和H2之間的電壓又再一次上升到200伏，結果包括晶體管Q的振蕩電路就又恢復振蕩。
如果因為使用的時間太長使得熒光燈性能下降或者熒光燈被拿走，節點H1和H2之間的電壓維持在大約200伏，這一振蕩電路就會繼續振蕩。于是，晶體管Q的負荷會過大。保護電路部分能夠解決這一個問題。在供電時間過去5-7秒鐘以后(該時間由C3和R4給出的時間常數確定)，觸發硅控制器件SCR2的柵極，從而使硅控制器件SCR2導通。這樣，電容器C1短路，從而停止振蕩電路的振蕩。也就是說，振蕩電路能夠被鎖住，于是，如果因為某種原因熒光燈沒有啟動，晶體管Q的負荷能夠在經歷了大約5-7秒鐘以后被驅散。嘗試啟動熒光燈的時候，電源被斷開，然后，在電容器C3放完電以后，電源又恢復過來。
圖10A為熒光燈的電路簡圖，其中vL為燈電壓，iL為燈電流；圖10B表示了燈等效電阻r＝ΔvL/ΔiL＜0，其中座標橫軸為燈電流il，縱軸為燈電壓vL；圖11A表示了輸入電源P與光輸出之間的對照關系；
圖11B表示了燈電流I與燈電壓V之間的對照關系；圖12表示了啟動電路裝置中，自初始時刻To開始的波形，座標橫軸為時間；圖13表示了啟動電路裝置中亮度調整時的波形，其中橫軸為時間，……為100％時的曲線，——為調整到50％時的曲線，S部分為燈電壓組合的開關脈沖。
圖10到圖13顯示的這些圖或者波形，說明本實用新型的工作特性。
根據上面描述，本發明不需要體積大的特殊的元件，比如快速啟動方法中的啟動裝置，而在瞬間啟動熒光燈的電路中只需要體積小、便宜的元件。在啟動以后，啟動狀態不會導致任何功耗，而在傳統的輝光起動器啟動方法中則會維持這一功耗。此外，本發明能夠很容易地應用于現有的輝光啟動熒光燈。
權利要求1.一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于，該啟動電路裝置包括一個放電電路部分其包括一個與熒光燈串聯的整流器，該熒光燈具有第一個和第二個燈絲且通過該整流器與一個交流電源連接；該整流器具有第一個和第二個輸入端(H1，H2)，分別與熒光燈的第一個和第二個燈絲連接，該整流器還具有第一個和第二個輸出端(H3，H4)；一個啟動電路部分其包括一個硅控制器件，連接在第一個和第二個輸入端(H1，H2)之間；和一個晶體管電路部分，連接在第一個和第二個輸出端(H3，H4)之間。
2.如權利要求1所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于所述硅控制器件(SCR1)的陽極連接到一個節點(H1)，硅控制器件(SCR1)的陰極則連接到另一個節點(H2)，兩個節點(H1和H2)與一個整流橋的輸入端連接，這個整流橋包括電橋二極管D1、D2、D3和D4。
3.如權利要求2所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于所述電橋二極管的正輸出端與晶體管的集電極連接，還與齊納二極管(ZD1)的陰極連接，而電橋二極管的負輸出端則與晶體管(Q)的發射極連接。
4.如權利要求1所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于，該晶體管電路部分包括一個晶體管，其具有一個基極、一個集電極和一個發射極，其中集電極與第一個輸出端(H3)連接，發射極與第二個輸出端(H4)連接。
5.如權利要求4所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于，該晶體管電路部分還包括一個變壓器的初級線圈，其連接在晶體管基極和第二個輸出端(H4)之間；一個變壓器的次級線圈，具有第一端和第二端，第一端與第二個輸出端(H4)連接；一個具有第一端和第二端的雙向擊穿二極管，其第一端與次級線圈的第二端連接；一個定時電容器，其連接在雙向擊穿二極管第二端和第二個輸出端(H4)之間；一個齊納二極管和一第二個電阻，串連在第一個和第二個輸出端(H3，H4)之間；及一第一個電阻，第一端連接在齊納二極管和第二個電阻之間，第二端與雙向擊穿二極管的第二端連接，其中的晶體管電路部分在以定時電容器和第一個電阻確定的時間常數給出的一個頻率的基礎之上產生開關電壓脈沖。
6.如權利要求5所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于其開關電壓脈沖的頻率為在1kHz-20kHz之間。
7.如權利要求1所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于，還包括一個保護電路部分，能夠與晶體管電路部分一起禁止產生開關電壓脈沖，該保護電路連接在兩節點(H3和H4)之間，齊納二極管ZD2和電阻R3和電阻R7串聯，一個電解電容器C2則與齊納二極管ZD2和電阻R7并聯。
8.如權利要求7所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于該保護電路部分的硅控制器件(SCR2)的陽極與一個節點(H6)連接，而在兩個節點(H7和H4)之間，串聯著電阻R4和電解電容器C3；在一個節點(H4)和在電阻R4和電解電容器C3之間的一個節點之間，串聯著電阻R5和電阻R6。電阻R5和電阻R6之間的一個節點與硅控制器件(SCR2)的柵極連接。
9.如權利要求1所述的瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其特征在于，其放電電路部分還包括一個亮度控制變壓器，其在鎮流器和第二個燈絲之間與交流電源并聯。
專利摘要本實用新型提出一種瞬間啟動型熒光燈啟動電路裝置，其包括一個放電電路部分，包括與熒光燈燈絲串聯的一個扼流圈；一個啟動電路部分，其與燈絲和扼流圈串聯，從而通過供電在特定的時間間隔內打開，在熒光燈的輝光放電結束后關斷；以及一個保護電路部分，在啟動電路部分重復一定次數開/關操作以后，用于關閉啟動電路部分。
文檔編號H05B41/16GK2560186SQ0127878
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月19日 優先權日2001年12月19日
發明者李晴雨 申請人:金勇三