CN1059065A - 电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种荧光灯使用的电子镇流器，当然也 可用于其它气体放电灯。由外壳及装在其内的电源 整流滤波部分、振荡输出部分和保护部分组成。本发 明的电子镇流器可在环境温度-20～40℃，电网电 压160～260伏情况下，安全启动和长期可靠工作。

Description

本发明是一种荧光灯使用的电子镇流器。当然也可用于其它气体放电灯。

目前，世界各国生产的荧光灯用电子镇流器可归纳成二类。我们暂把一类称为高级型，一类称为普通型。高级型虽然性能较好，但电路复杂，价格昂贵。普通型电路简单，成本低，但由于脉冲电流大，三次谐波高，不宜在当今的电网中使用。因此使现有电子镇流器的推广遇到了实质性困难。本发明的目的就在于克服上述两类电子镇流器的缺点，设计了一种性优价廉的新型电子镇流器。该发明的电子镇流器的主要性能是，输入电流近似于正弦波，与电压正弦波的相角差∮＜arccos0.95，电流的三次谐波＜7%（基波为100%）。而其成本只有高级型电子镇流器的1/3～1/5，与普通型的成本相近，详见表1。

本发明是这样实现的，它由外壳及装在其内的电源整流滤波部分、振荡输出部分和保护部分（包括低压启动）组成。对紧凑型荧光灯，其外壳的下面直接装有荧光灯管的标准插座，上面装有标准灯头。对直管荧光灯，其外壳为薄铁皮，两端分别有两端子、四端子的标准接线柱。

电源滤波部分：市电火线经电感L₀、L₁，地线经电阻R₁₄（与可控硅V₁₇并联）、L₂接入由二极管V₁、V₂、V₃、V₄组成的整流桥1和由二极管V₁、V₂、V₁₀、V₁₁组成的整流桥2的输入端。C₀跨接在电感L₁、L₂的输入端，C₁跨接在整流桥的输入端，C₂、C₃分别跨接在整流桥1、2的输出端。

振荡输出部分：电容C₁₀与热敏电阻R₁₀并联后与电容C₅串联，然后再与灯管两端灯丝引线之一端相连。灯管两端灯丝引线的另一端，一与电感L₃、变压器T的n₃绕组串联后接在V₁₄的发射极串联电阻R₁₃与V₁₅集电极的连接处;一与电容C₄串联后接V₁₅的发射极串联电阻R₁₄。变压器T的绕组n₁一端与电容C₆串联后接V₁₄发射极串联电阻R₁₃，另一端接V₁₄基极。绕组n₂一端与C₇串联后接V₁₅发射极串联电阻R₁₄，另一端接V₁₅基极。R₁、R₃分别并接在V₁₄、V₁₅集电极与基极之间。V₅与R₂串联、V₆与R₄串联后分别并接在V₁₄、V₁₅基极与发射极串联电阻R₁₃、R₁₄之间。R₅与C₈并联后并接在V₁₄的集电极与发射极串联电阻R₁₃之间。V₇跨接在V₁₄的集电极与发射极串联电阻R₁₃之间，V₈跨接在V₁₅的集电极与发射极串联电阻R₁₄之间。

保护部分：R₉串联在V₁₅发射极串联电阻R₁₄与整流桥1V₃、V₄的正极之间。R₆与C₉串联后与R₉并联，R₆与C₉连接点接二极管V₉的正极，其负极接V₁₆的触发极。R₇与C₁₂并联后跨接在V₁₆的触发极和阴极之间。R₈一端与V₁₂负极串联，V₁₂的正极接V₁₄的基极，R₈另一端接整流桥2的V₁₀、V₁₁负极。V₁₂的负极接可控硅V₁₆的阳极。

低压启动部分：R₁₁与V₁₃正极串联，V₁₃负极接双向可控硅V₁₇的触发极，电阻R₁₁的另一端接二极管V₁₀的负极，V₁₀的负极与电容C₁₅串联，V₁₀的正极接L₁与整流桥的连接点，C₁₅的另一端接L₂与整流桥的连接点。R₁₂与C₁₃并联后跨接V₁₇阴极与V₁₃正极之间。R₁₃与C₁₄并联后，一端接可控硅V₁₇的阴极，另一端接V₁₇的触发极。V₁₇与电阻R₁₄并联后，阳极接电源地线，阴极接L₂的一端。

图（1）是该发明的全部部件的连接图。

本发明的原理

1、电路设计原理：电感L₀、L₁、L₂（L₁、L₂是并绕在同一磁芯上的两个绕组）电容C₀、C₁、C₂及整流桥1组成了整流滤波部分，既抑制了外电网来的干扰，又阻止了电子镇流器对电网的干扰。这一点无须多说。我的发明是利用储能器件电感L₀与电容C₂、C₄通过整流桥1、开关管V₁₄、V₁₅，将50HZ交流电能转换成30～40KHZ交流电能，供给输出负载R_p。在这一转换过程中，打破了传统的设计方法，即交流滤波、整流、直流滤波，而后由各种振荡器把直流电能转换成高频交流电能供给负载。每一器件只起单一作用，没有充分发挥各器件的内在能力。比如一个40瓦的电子镇流器，L₀一般为10mH×2，只起交流滤波作用，电容C₂一般为47～100μf/450V的大电解电容，只起直流滤波作用，电容C₄一般为0.047～0.22μf/600V的非电解电容，只起隔直作用。本发明L₀、C₄在完成上述作用的同时，还发挥了储能、相移等作用，因此C₄用1～4μf/400V。L₀用10-50mH，不仅是滤波、隔直，也起储能、相移的作用。正是这一点，使原直流滤波电容C₂由原47～100μf/450V的大电解质电容改为2200-6800Pf/400V非电解质电容，并将原脉冲电流变为近似正弦波电流，功率因数也由原0.6左右提高到0.95以上。这一设计思想是基于下面的f₁与E₀无关，或E₀的变化对f₁影响不大的原理。

本电路是一种自偏压自激式振荡器。振荡频率为f₁= 1/(t_n) ，t_n为脉冲宽度。且

$\mathrm{tn}=\frac{L_{n1}}{R_{14}}\·\frac{E_c-V_{\mathrm{ces}}-\frac{V_{\mathrm{bes}}}{n}}{E_c-V_{\mathrm{ces}}+V_{\mathrm{bes}}}\·\frac{{\mathrm{\β}}^{-n}}{\mathrm{\β}+1}-\frac{L_{n3}}{R_P}$

                                                   ……（1）

其中n= (L_n1)/(L_n3) = (L_n2)/(L_n3)

E₀为直流电源电压，V_ces、V_bes、β分别为V₁₄和V₁₅的集电极、基极饱和压降、电流放大倍数，R_p为荧光灯管的等效阻抗。

对一个确定了的实际电路，n、R₁₄、R_p、β、V_ces、V_bes等参数是一个定值。因此

t_n=A· (E_c-B)/(E_c-C) -D……（2）

其中A= (L_m1)/(R₁₄) · (β-n)/(β+1)

$B=V_{\mathrm{ces}}+\frac{V_{\mathrm{bes}}}{n}$ $C=V_{\mathrm{ces}}-V_{\mathrm{bes}}$ $D=\frac{L_{n3}}{R_P}$

由于晶体三极管V_ces、V_bes的量值很小，所以

t_n＝A-D＝E（常数）……（3）

这就是说振荡频率与直流电压无关，这样电源滤波电容C₂可取得很小。当f₁为30～40KHZ时，一般取2200Pf～6800Pf/400V非电解质电容就可维持5～40瓦电子镇流器中振荡器的正常工作。其振荡波形如图（2）所示。因为C₄取值较大，其电压包络线均在0伏以上（或说成是正的）。由于整流桥1的作用，使其不能进入电源，抑制了对电网的干扰。

在完成原理性分析之后，就电流波形的进一步改善问题着重说明几个重要元器件的作用。电容C₂当它由小变大时，电流波形的上升沿逐渐陡突，其峰的幅值越来越大。对5-40W×2荧光灯来说，C₂取值2200～6800Pf为宜。电感L₀既是电源滤波电感，又是供电的重要器件，通过它又实现了功率因数的补偿。当L₀由小变大时，电流波形后沿变得越来越陡突。对5-40W×2荧光灯来说，L₀取值10～50mH为宜。10mH时，电流波形较好，（三次谐波＜7%），但功率因数偏低（0.85以上）。50mH时功率因数近于1，但电流波形后沿变得陡突一点（三次谐波＜10%），如图（3）。电容C₄本是电路的隔直电容，但在该电子镇流器中它又是供给电能的一部分。特别是当电源电压低于正常电压时，电容C₄的量值要大到使振荡器不反复启动或停振。对5～40W×2荧光灯，C₄取值0.68～4μf为宜。

C₁₀与R_p并联后与L₃串联的等效阻抗是振荡器的输出负载，要使振荡器易于启振或不停振，输出回路的谐振频率f₂＜f₁。由于L₃已由输出功率决定，C₁₀的量值必须＞1/2（πf₁）²L₃。

对于5～40瓦荧光灯，除L₃、C₁₀和C₄根据功率改变之外，其它器件完全一样。从而使电子镇流器的生产极为方便。除L₃、C₁₀和C₄之外组成一个基础件，将L3、C₁₀和C₄组成一个功率件。基础件与某一功率件接插起来，就成某一功率荧光灯的电子镇流器。

2、电子镇流器可靠性的保证。

电子镇流器的可靠性也是电子镇流器推广使用中的一大难题。可靠性差原因有：一是电解质电容的老化干涸和热暴;二是晶体管的二次击穿（热暴）;三是异常状态下的损坏。由于本发明中振荡器自给偏压电路中的电容C₆、C₇采取0.68～1.5μf的非电解质电容。整个电子镇流器中就无电解质电容，从根本上消除可靠性中的第一个因素。晶体管二次击穿可通过如“90225634.3-6”号专利（是本发明人的专利）的方法解决，即使电子镇流器在低压下启动。本发明将这一保护电路由直流输出端移至交流输入端，并通过0.4秒的延时产生一正电压来打开双向可控硅V₁₇，确保振荡器起振之后，可控硅V₁₇才导通。因此振荡器起振时的交流供电电压V₁＝V₀-R₁₄I₀，低于交流电源电压V₀，起振时电流I₀越大，V₁越低，从而有效地保护了晶体管，解决了晶体管开启时二次击穿的问题。这一保护措施对电压波动比较大的地区使用的电子镇流器就尤为重要。为了解决异常状态下的保护，采样电阻R_q串联在直流电源电路中，无论由什么原因而造成的直流回路中电流过大（如无汞、无电子粉、过载、短路等异常现象），都会通过电阻R₆、二极管V_q使可控硅V₁₆导通，从而使振荡器停振，中止其输出。这三项措施使电子镇流器可在环境温度-20～45℃，电源电压160～250伏范围内安全启动和可靠的连续工作。

图（1）是本发明的实施例。

Claims (5)

1、一种用于荧光灯的电子镇流器装置，它由外壳及装在其内的电源整流滤波部分、振荡输出部分和保护部分(包括低压启动)组成，其特征在于f与E₀无关，C₂可选择很小，其量值为2200～6800Pf/400V的非电解电容。

2、根据权利要求1所述，该装置电源整流滤波部分是利用储能器件L₀、C₂、C₄通过整流桥1、开关管V₁₄、V₁₅完成50HZ交流电能转为30-40KHZ交流电能，其特征在于L₀取值10～50mH，C₂取值2200～6800Pf/400V，C₄取值1-4μf/400V。

3、依据权利要求1所述，该装置振荡输出部分是自偏压自激式振荡器，其特征在于自偏压电容C₆、C₇取值0.68～1.5μf的非电解质电容。

4、依据权利要求1所述，该装置的保护部分，其特征在于采样电阻R9与振荡输出部分串联后接入直流电源E₀，无论过流、过载、短路等异常现象出现，振荡器均停振，中止输出。

5、依据权利要求1所述，该装置的低压启动部分，其特征在于电阻R₁₄与V₁₇并联后，串接在交流电源的输入端。

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