CN1050493C - 带有异常状态保护器高功率因数电子灯 - Google Patents

Abstract

带有异常状态保护器高功率因数电子灯，属气体放电光源，包括灯管、壳体和电子镇流器。主要技术特征是交流电源输入端并联压敏电阻器MYG；逆变电路的直流电源输入端串联有正温度系数热敏电阻器PTC1，构成功能齐全的异常状态保护器。二极管D5串接在整流电路和电源滤波电容器之间，具有高的功率因数，使电源电流波形畸变极小。热敏电阻器PTC2串联在灯管的两个阴极之间，实现预热启辉。本发明可用于紧凑型电子节能灯或直管形荧光灯，以提高其可靠性和光电技术指标。

Description

带有异常状态保护器高功率因数电子灯

本发明创造属于气体放电光源，涉及带有异常状态保护器的高功率因数电子灯。

随着科学技术的发展和社会需求的提高，人们要求电子灯不但有高的线路功率因数，低畸变电源电流波形和高发光效率；而且还必须具有荧光灯管开路、漏气、断路、不启动及过电压、过电流的自我保护功能，具有高的可靠性和长的工作寿命。

《IMPROVEMENTS IN ELECTRONIC BALLASTS》(WO 92/04808)发布了一种功率因数＞0.9的电子镇流器，是在矫正桥与平整电容之间添加了一个二极管装置，其不足之处是不设保护电路，出现上述的异常状态时易损坏。《带有异常状态保护电路的电子镇流器》(公告号CN2086496U)，采用电压、电流信号采样，触发可控硅导通，短路振荡器的反馈回路，强迫逆变器停止工作实现保护。它为了防止误触发，在可控硅控制极装有触发信号电流的积分延迟电路。异常状态一旦出现，因信号电流被延迟使可控硅来不及触发导通，而逆变用晶体管进入二次击穿却是微秒级受损坏，而且电路结构复杂。该电子镇流器的电源电流呈脉冲状，功率因数低达0.55，电流波形畸变严重。

本发明的任务在于提出一种结构简单、工作可靠、光效又高的带有异常状态保护器高功率因数电子节能灯。

本发明的任务是这样实现的，它包括灯管、壳体和电子镇流器，其特征在于电子镇流器的电源输入端经保险丝BX再并联压敏电阻器MYG，由晶体管T1、T2和脉冲变压器B构成半桥式逆变电路的直流电源输入端串联有正温度系数热敏电阻器PTC1，在D1-D4构成的整流电路输出端与电源滤波大电容器C3之间接有二极管D5，其正极与整流电路正输出端连接，负极与C3的正端连接，灯管的一个阴极经镇流电感器L6与逆变电路的输出端连接，另一个阴极经交连电容器C6与整流电路正输出端相连接。上述灯管的两个阴极间串联有正温度系数热敏电阻器PTC2，所说的晶体管T1、T2是两个VMOS管构成，也可以用两只双极型功率管代替，所说的热敏电阻器PTC1是安装在T1和T2的两个散热板之间。

本发明与现有技术相比的优点是：根据电子灯使用的电源电压和消耗功率，设计保险丝BX的容量和压敏电阻器MYG的工作电压，有效地进行过电压保护；在逆变电路的电源输入端串联正温度系数热敏电阻器PTC1，而且安装在两个晶体管的散热板之间，简单而可靠地对异常状态下工作所引起的过电流、过热作自我保护；在电源整流电路输出端与电源滤波电容器之间接有隔离二极管，使逆变器输出的高频电流直接受整流电路输出的脉动直流电流的调制，线路功率因数得以提高，电源电流波形畸变极小；灯管的两个阴极间串联有热敏电阻器PTC2，实现预热启辉，延长了灯管使用寿命。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明采用VMOS管的电原理图；

图3为本发明采用双极型晶体管的电原理图；

图4为本发明输入电压波形；

图5为本发明电源电流波形；

图6为MYG电压—电流特性曲线；

图7为PTC电流、温度—电阻特性曲线。

现结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，本发明由灯管1，壳体2和装在壳体内的电子镇流器3组成。在灯管1的内壁涂有稀土荧光粉4，使之比普通荧光粉有更高的发光效率。灯管1是固定安装在壳体2上面的，也可以按照本公司的专利技术《插卸式双曲荧光灯》(公告号CN87209826)制造，使它与电子镇流器3及壳体2分开，做成插卸式。

图2所示的实施例是采用VMOS管的电原理图。保险丝BX串联在电子镇流器的电源输入端，并与L1、L2组成的共模抗干扰滤波器相连接。采用E型磁芯、两个匝数相等、方向相同的线圈L1、L2是绕在同一骨架上的，它对于电源相线与地线间的共模杂音及电子灯所发生的高频干扰电流呈现极大感抗，具有良好的抑制作用。与它相并联的电容器C1加强其抗干扰作用。压敏电阻器MYG与共模抗干扰滤波器的L1、L2的两个输出端连接。由四只二极管D1-D4接成桥式整流电路，如果交流电源电压低，可以按倍压式整流电路连接。在整流电路正输出端和电源滤波大电容器C3之间接有隔离二极管D5，其正极与整流电路正输出端连接，负极与C3的正端连接。从电容器C3的正端到逆变电路的正电源输入端回路中串联有正温度系数热敏电阻器PTC1，构成过电流、过热自动保护器。逆变电路由两只VMOS晶体管T1、T2和脉冲变压器B构成半桥式逆变器。脉冲变压器的初级线圈L3的一端与逆变器的输出端连接，另一端与镇流电感器L6连接。次级线圈L4经R4与T1的栅—源极并联，并与L3同相；L5经R6与T2的栅—源极并联，并与L3反相。稳压二极管D7、D8分别与T1、T2的栅—源极并联，构成正反馈脉冲限幅器。R3和R5串联在晶体管的源极回路中，起电流负反馈作用，提高电路工作稳定性。触发二极管D6与电阻器R1、电容器C4接成触发启动电路。二极管D9的正极与R1、C4的连接点相接，负极接T2的漏极，起箝位作用。由于R1＞＞T2的导通电阻，逆变器启动工作后，C4上端电位被D9箝制在D6的触发电平以下，使触发电路自动退出触发状态。相位校正网络R2、C5串联后与T1的漏—源极并联，作高频电流的相位补偿。荧光灯管1的一个阴极与镇流电感器L6连接，另一个阴极经交连电容器C6后直接与整流电路的正输出端连接。启动电容器C7和正温度系数热敏电阻器PTC2并联后，串联在两个阴极之间，作延迟起辉。

本发明的工作原理是：通电后，市电通过BX，由L1、L2和C2滤波，滤除来自电源的干扰脉冲，也减弱逆变器的高频电流对电源线路的影响。一旦电源电压超过额定允许范围，并联两端的压敏电阻器MYG击穿工作，BX迅速熔断，作过电压保护，保证电子灯各元器件的安全。由D1-D4整流后的脉动直流电流通过D5向C3充电滤波，经PTC1提供T1、T2工作。脉冲变压器B利用铁芯合成磁通正反周期重复变化而使晶体管轮流导通输出高频电流，经过L3、L6和谐振电容器C7引火使灯管1工作。高频电流经过C6耦合后直接对整流电路输出的脉动直流电流进行调制。虽然电容器C2并联在整流电源输出端，其容量太小，只对高频电流构成通路，而对脉动直流电流容抗极大；作电源滤波的C3虽是大容量电解电容器，由于D5的隔离，仅在开机瞬间充电电流较大，逆变器正常工作后从C3上吸取的能量极小，因而C3上充电电流也极小，使交流电源电流波形基本接近正弦波，功率因数得以提高，电源电流波形畸变也因此而减小。开机后一定时间内流进PTC2的高频电流使具有正温度系数的热敏电阻器发热，两个阴极也同时被加热后，其电阻值就跳变到最大值。由于与之并联的启动电容器C7容量只有C6的几分之一，所以在L6、C6、C7的串联谐振回路中，C7两端的谐振电压是C6的几倍，这样高的电脉冲将会激发灯管1使之启辉。灯管1点燃后两个阴极间电压降至工作电压，流经C7的高频电流大大降低，而PTC2的维持电流仅在毫安级以下。这种软启动工作状态减轻了灯管冷阴极硬激发引起的溅射黑粉现象，正常工作时灯管阴极进入冷态工作，这是延长灯管工作寿命的关键所在。本发明将正温度系数热敏电阻器PTC1安装在T1和T2的两个散热板之间，一旦出现灯管1开路、漏气、阴极损坏、灯不启动、启动器短路或整流效应的异常状态，都将引起逆变电路的工作电流成倍地增大，晶体管T1、T2的温升急剧增大，可高达120℃左右。达到PTC1的动作电流或动作温度，其阻值急剧上升，温度系数可达+(15-60)％/℃，瞬间呈高阻状态，实现过电流、过热自动保护功能。

根据上述原理，PTC1串联在T1漏极或T2的漏板，其作用和效果与串联在C3正端到逆变电路正电源输入端回路中是相同的。

图3是本发明又一种实施例的电原理图，其工作原理及L1、L2、MYG、D5、PTC1和PTC2的结构、作用与上例基本相同。不同之处在于半桥式逆变电路中的T1、T2是由双极型晶体管构成，C8和C9分别串联在T1、T2的基极回路中，R7、R8、D10和R9、R10、D11分别构成T1、T2的基极偏置电路，提供合适的工作点。二极管D12、D13分别与T1、T2反向并联，构成反向脉冲电流通路，保护T1、T2不被击穿。它通电0.1秒钟左右，自动从甲类工作状态转换为丙类，基极自生负偏压达0.5-2V，减小基区存储效应，使晶体管T1、T2轮流工作时，提前截止而延迟导通，大大减少普通采用触发二极管起振的半桥式逆变电路常发生互导通的弊端。

图4为本发明输入电压波形，图5为本发明电源电流波形。可以看出，两者相位基本相近，电源电流波形也接近正弦波。

本发明所选用的压敏电阻器的主要参数标称电压U。可按下式计算： $U_o=1.5\·\sqrt{2}U\±10\%$

式中U为交流电源电压有效值。

PTC1和PTC2应选择突变型正温度系数热敏电阻器，其工作电流应与电子灯功率相匹配，居里点应选择在110℃以前。图6是MYG电压—电流特性曲线。图7是本发明选用的PTC元件的电流、温度—电阻特性曲线。其中PTC1的常态电阻应选取10Ω以下，以减少正常工作时功耗，选择PTC2应满足灯管阴极的预热要求，以20-30W荧光灯为例，阴极预热电流为0.2-0.3A，预热时间为0.4-2秒钟。D5应选择快速恢复二极管，trr参数最好小于lus，L1、L2可在E5磁芯上用漆包线各绕制150圈而成。

经实测，本发明的功率因数可达98％以上，电源电流波形畸变系数可降低到7％，异常状态自我保护动作可靠，灯管阴极预热启动延长其使用寿命一倍左右。本发明结构简单，调试方便，适用于紧凑型节能电子灯，亦可安装成大体积的直管形荧光灯。

Claims (4)

1、带有异常状态保护器高功率因数电子灯，包括灯管(1)、壳体(2)和电子镇流器(3)，在D1-D4构成的电源整流电路输出端与电源滤波大电容器C3之间接有二极管D5，其正极与整流电路正输出端连接，负极与C3的正端连接，灯管的一个阴极经镇流电感器L6与逆变电路的输出端连接，另一个阴极经交连电容器C6与整流电路正输出端相连接，其特征在于电子镇流器的电源输入端经保险丝BX再并联压敏电阻器MYG，由晶体管T1、T2和脉冲变压器B构成半桥式逆变电路的直流电源输入端串联有正温度系数热敏电阻器PTC1。

2、如权利要求1所述的带有异常状态保护器高功率因数电子灯，其特征在于所说灯管(1)的两个阴极间串联有正温度系数热敏电阻器PTC2，所说的晶体管T1、T2是两只VMOS管构成，也可用两只双极型功率管代替，所说的热敏电阻器PTC1是安装在T1和T2的两个散热板之间。

3、如权利要求1或2所述的带有异常状态保护器高功率因数电子灯，其特征在于所说的电子镇流器(3)内的保险丝BX与D1-D4构成的电源整流电路之间还接有线圈L1、L2构成的共模抗干扰滤波器，两只线圈同相连接并绕在同一磁芯上。

4、如权利要求1或2所述的带有异常状态保护器高功率因数电子灯，其特征在于所说的灯管(1)内壁涂有稀土荧光粉(4)，它可以与电子镇流器(3)一起固定于壳体(2)，也可以与电子镇流器分开做成插卸式。

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