CN106961762B - 一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，特殊灯具采用高压直流电源（310V）供电，故无频闪，从而解决了传统白炽灯的根本问题；使用两个普通灯泡串联以均摊310V的直流电压，从而能进一步降低白炽灯的色温，进一步减少蓝光危害，促进视觉与非视觉健康，也能延长白炽灯的寿命，减少炫光及白炽灯的表面温度，增加使用安全性；本发明倡导低照度照明等多项照明新理念，认为在特殊照明下，白炽灯中的深红及红外波段有其健康意义，不完全是浪费能源；本发明还特别公开了一种低压供电、由多个小白炽灯珠构成灯具（台灯)的方法；所有公开的方法均经过实验评估，光品质确保无可挑剔，于中华民族健康繁衍将有深远意义。

Description

一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其是涉及一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法。

背景技术

近年来，围绕人眼的“非视觉功能”的研究日益深入，蓝光危害已远超出“视觉功能”的范围。当前形势是：在“视觉功能”方面，我国近十年的“近视防治”可以讲是完败，这可能意味着方向错误；在“非视觉功能”方面，夜间光线中的蓝光通过影响“褪黑素”及“皮质醇”等人体最基本激素分泌而导致“性早熟”、“乳腺癌”“糖尿病”“肥胖症”的现象正引起广泛重视，2016年CIE、ISO、AMA（美国医学会)均发出警告可建议。本发明人也曾率先发问：养鸡养猪要用光来催情、催熟，那自从白炽灯发明来，人类自身这100多年呢。为此，提出了夜间光线控制四准则，即“光谱向烛光（靠拢)，亮度向月光，时间均匀无频闪，不干扰内源节奏，空间均匀无眩光”。这些观点在 SSLChina 2016北京国际会议上得到了很多人的高度评价。

人类最适应的照明方式还是火光（如烛光)，其光谱是黑体热辐射连续谱。由于其蓝光含量少，无论涉及传统的“视觉功能”，还是涉及最近发现的“非视觉功能”，烛光都是最健康的。可惜，人类不可能再回归烛光照明。白炽灯即钨丝灯泡或碳丝灯泡（碳丝技术已有长足进步)。由于其光谱也是黑体辐射连续谱，故是目前市面上光谱最健康的人工照明灯具；其短波方向蓝光含量少，故对人类激素干扰少；其长波方向丰富的深红光及红外谱正是LED灯及荧光管灯所缺乏的，可能于人类健康不可或缺。这部分光谱因为对“视觉功能”贡献不大，故从节能角度来讲，白炽灯照明效率不高，所以各国前几年已下文“禁止生产白炽灯”。只是近来对“光”的认识发生了重大变化，白炽灯尚可继续用于重要局部照明的特殊场合，如台灯。从电费来讲，一个25W台灯每晚使用3小时耗电电费是5分钱。本发明所述特殊灯具是指长时间照射人类、尤其是青少年的灯具。

经测试，在交流供电时，白炽灯会有约±20%的幅值频闪，这是白炽灯灯具最大的缺陷。在中国，由于交流的频率是50Hz，比美国60Hz低，所以，频闪对国人的影响更大。显然，直流供电就可解决此问题，目前市面上也有低压直流供电的、使用单个白炽灯的台灯，但尚没有310V的高压直流供电台灯（电源是220V交流经全波整流后再加电容滤波就是310V的高压直流电源)，由于近十年来，尤其是福岛核事故来，得益于半导体照明电源技术的进步及日本技术的引进，我国高压高容量电解电容取得了长足的进步,这为本发明所需的高压自流供电技术提供了现实的支持；市场上还认为白炽灯的色温已足够低，尚没有任何产品重视更低色温的白炽灯，本发明则要推出色温更低、向烛光色温靠拢的白炽灯台灯。国人当前观念普遍认为台灯要“亮”，本发明从瞳孔的调节原理出发，认为“亮”会导致瞳孔调节肌白天紧张了，晚上还紧张，得不到休息（瞳孔大，肌肉才松驰，也即光线暗，眼睛才轻松。另外，为了看清精细的东西，从光学原理上讲，又希望瞳孔小，眼球的象差才小，也希望波长短，眼球的分辩率高，所以，人们在做精细话时，希望光线是白色的、明亮的（蓝光波长短，光线越白，蓝光越多，光学分辨率越高)。但青少年读书时，又不是做精细活！所以，目前人类夜间光线大都用错了，晚上教室明亮的灯光可能是导致近视率高居不下的原因之一，另一原因可能是非视觉功能引起小孩发育过快，相应的视觉功能发育不充分，从而易近视）。因此，本发明反其道而行之，不追求台灯高亮度。这还能减少灯丝电流密度，延长白炽灯的寿命，缩小灯泡的体积，降低玻壳表面高温，提高产品安全性。

目前市场上有双灯头白炽灯台灯，但其两个白炽灯是并联的。

目前市场上台灯的调亮度的方法是使用可控硅或PWM（脉宽调制)，这种方法本身引进了频闪，且对电网有干扰。

目前市场上白炽灯台灯的另一个缺憾是，由于其发热高，个头大，白炽灯台灯大都傻大粗，难以做到象LED台灯一样扁平、雅致。加之万一将来有一天，普通白炽灯正式禁产，那本发明便失去意义。因此，本发明会考虑使用低压供电多个小灯珠形式，这种特殊灯珠暂不会遭禁。显然，由于灯珠数目多，相应的多灯珠台灯整体故障率会大大增加，故市场上尚无此类产品，本发明将采用特殊措施解决多灯珠台灯的可靠性问题。

即便是白炽灯，发明人也有一个“耸人听闻”的观点：人类夜间被光照了100多年，相比百年前的人类，人们现在已普遍性早熟。因此，借此机会呼吁我国青少年夜间要尽可能多在黑暗中用听觉学习，如此，才能让中华民族健康繁衍，生育率回升。

本发明正是基于上述技术背景进行的，由此可看到本发明考虑问题的深度与广度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由单个白炽灯构成一盏灯具及由两个白炽灯构成一盏灯具及由多个白炽灯构成一盏灯具的配置及调光方法，其特征在于：增设了降低灯具色温的管控措施并采用“半固定”的灯具亮度调节方法：设此时组成一盏灯的白炽灯个数为N，其中串联的白炽灯个数为Nc,并联的路数为Nb, 即N=Nc×Nb；又设单个白炽灯的额定电压为V，即Nc个白炽灯串联后总额定电压是NcV；则总额定电压NcV应选择大于等于直流电源的电压Nd，即满足NcV≧Nd,且(NcV－Nd)差值与灯具参数之间的关系是：(NcV－Nd)差值越大，灯丝电流越小，灯的色温更低；此即为降低灯具色温的管控措施，从而得到：(a)更低的色温即更少的蓝光含量（此即获得低蓝光的方法）；(b)更长的灯泡寿命；(d)更低更安全的玻壳温度；灯具使用直流供电以消除频闪；灯的色温便越低（即光谱越接近烛光)，相应蓝光含量（危害)就越少，对人体“视觉健康”与“非视觉健康”的负面影响越少，且偶尔直视灯丝时眩光程度变低、灯泡寿命变长、玻壳表面温度变低；而用直流供电便是获得无频闪的方法；所述灯的“半固定”亮度调节方法是指：用户能自行通过选择单个白炽灯的功率及组成一盏灯具的白炽灯个数N得到所需亮度，一旦选定后便暂时固定下来。

一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由单个白炽灯构成一盏（个)灯的配置及调光方法，其特征在于：此时N=Nc=Nb=1，白炽灯的选择方法是，其额定工作电压大于等于直流电源的电压，两电压相差越大，灯色温越低（即光谱越接近烛光)；蓝光含量越少，灯泡寿命越长，玻壳温度越低，眩光越少；此步和目前市场上低压直流供电的白炽灯台灯的差别在于能进一步选择更低色温。所谓低压直流供电，指电压小于等于48V；本发明优选高压直流供电，电源是220V的交流电经过全波整流后，再并联起滤波作用的、耐压400V以上的高压电解电容而成。高压滤波电解电容的容量须大于47微法，才能得到基本无频闪的光线；为减少频闪，灯具功率越高，所需电容越大；如，对25W的台灯，优选80-150微法，此时频闪检测方法有多种，如：用海洋光谱仪检测（采样时间设置为1mS），已无法检测到光谱整体有跳动（频闪）；用手机摄像头抵近灯泡灯丝摄像，手机屏已不会有闪烁、明暗相间的条纹（闪烁则表示有频闪，明暗条纹的对比度越高表明频闪深度越深，也即频闪的幅值变化越大)； 为保护高压电解电容免受电网中高压尖峰的破坏，优选在电容两端并联压敏电阻：由于220V全波整流滤波后的电压为311V，若电网电压再升高20%，则电压会到373V，这是压敏电阻的保护电压目标；如此即完成一盏（个)灯的电源配置。

一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由两个白炽灯构成一组灯的配置及调光方法，其特征在于：此时Nc=2，Nb=1。白炽灯的选择方法是：设单个白炽灯的额定电压为V，两个白炽灯串联后的额定工作电压为2V，又直流电源的电压为Vd，则2V≧Vd, 且（2V-Vd）差值越大，灯具色温越低（即光谱越接近烛光)；蓝光含量越少，白炽灯的寿命越长，玻壳温度越低，眩光越少；此步和目前市场上低压直流供电的白炽灯灯具的差别在于能进一步选择更低色温；所谓低压直流供电，指电压小于等于48V；本发明优选高压直流供电，电源是220V的交流电经过全波整流后，再并联起滤波作用的、耐压400V以上的高压电解电容而成；高压滤波电解电容的容量须大于47微法，才能得到基本无频闪的光线；为减少频闪，灯具功率越高，所需电容越大；对25W的灯具（组），优选80-150微法，此时用海洋光谱仪检测（采样时间设置为1mS），已无法检测到有频闪；用手机摄像头抵近灯丝摄像，手机屏已不会闪烁（闪烁则有频闪)； 为保护高压电解电容免受电网中高压尖峰的破坏，优选在电容两端并压敏电阻：由于220V的交流电全波整流滤波后的电压为311V，若电网电压再升高20%，则电压会到373V，这是压敏电阻的保护电压目标；如此即完成一盏（组)灯具的电源配置。

一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱灯具的配置方法，包括由多个白炽灯构成一盏灯具的配置及调光方法，其特征在于：此时组成一盏灯具的白炽灯个数为N，其中串联的白炽灯个数为Nc, Nc≧2，并联的路数为Nb, Nb≧2 ；即白炽灯灯具由多个小白炽灯灯珠组成，直流电源则优选带隔离的低压开关电源（≦48V）；小白炽灯灯珠体积小，灯具对这些灯珠采用分布式、扁平化设计，从而雅致，少眩光；由于串联的白炽灯珠，只要一个断丝，整串就不亮；灯珠越多，整个灯具故障率越高；为此，增设了故障灯珠标识电路及临时用LED灯替代坏串的电路，从而保证整个灯具在某个灯珠烧坏时亮度依然不下降，这样就不用着急维修；而当要换灯珠时，由于电源是隔离的低压直流电源，灯珠又不烫手，每个灯珠眩光少，又有灯珠故障位置指示，从而能在带电情况下，快速完成烧坏灯珠的更换。

以上即一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱台灯的配置方法，根据白炽灯的个数进行了实用细化。

本发明与已有技术对比，具有以下创新点：

1．基于人眼“非视觉功能”最新理论，符合ISO—TC274正在起草的有关夜间照明光线的标准及CIE和AMA最新关于健康光线的指导性意见。检讨了基于人眼“视觉功能”在近视防治方面的可能误区。

2.本发明采用高压（相比低压)直流供电，绝无频闪。

3.白炽灯工作在额定电压之下，故电流小，色温低，光线更象烛光。

4.由于工作电流小，白炽灯的寿命长于额定寿命。

5.使用“个数+瓦数”的半固定调光方法，不推荐高亮度的使用方式

6.首次重视白炽灯的深红及红外波段的健康作用。

7.使用多灯珠设计台灯时，台灯除了上述创新点外，还有利于扁平化设计及故障自动显示，自动投切LED灯等功能。

附图说明

图1为310V的高压直流电源带一个白炽灯泡的电路图；

图2为310V的高压直流电源带二个白炽灯泡的电路图；

图3为24V直流电源带24个6V小白炽灯灯珠并带故障侦测及及LED灯自动投切的电路图

其中：1—全波整流模块，2—高压电解电容，3—压敏电阻，4-高压特殊设计白炽灯， 5—台灯开关, 6—市售220V白炽灯,7—C1低压白炽灯 ， 8—C2低压白炽灯 ，9—C3低压白炽灯 ，10—Ce低压白炽灯 ，11—故障传感显示模块，12—故障指示LED, 13—故障指示模块， 14—光隔 ，15—故障光电传感指示模块的输出模块， 16—备用LED灯投切模块，17—备用LED灯， 18—备用LED灯的恒流源，19—故障指示模块的输出模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的基本思路就是根据人眼的“非视觉功能”最新理论，完善、挖掘白炽灯的功能，使其用于台灯等高档场合，以此普及健康照明新观念。

实施例1：一种用高压特殊设计白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱台灯的方法，见图1，此时即对应N=Nc=Nb=1；高压特殊设计白炽灯4的设计要求是，其额定工作电压大于等于直流电源的电压，两电压相差越大，台灯色温越低（即光谱越接近烛光)；蓝光含量越少；灯泡寿命越长；玻壳温度越低；眩光越少；直流电源由全波整流模块1进行整流，再配上耐压450V、容量为120微法的高压电解电容2进行滤波而成。为减少频闪，台灯功率越高，所需电容越大；对25W的台灯，优选80-150微法； 此时用海洋光谱仪检测（采样时间设置为1mS），已无法检测到光谱有跳动（光谱整体跳动则表明有频闪）；用手机摄像头抵近灯泡灯丝摄像，手机屏已不会有闪烁、明暗相间的条纹（闪烁则有频闪，明暗对比度越高表明频闪深度越深，也即频闪的幅值变化越大)； 为保护高压电解电容免受电网中高压尖峰的破坏，优选在电容两端并压敏电阻3进行保护：由于220V的交流电经全波整流滤波后的直流电压为311V，若电网电压再升高20%，则直流电压会到373V，此值是压敏电阻3的保护电压选择参照；本实施例选择的是470V的压敏电压，如此即完成本实施例；此实施例的缺陷是高压特殊设计白炽灯4需定制，若直接选用市场上的额定电压为220V白炽灯泡，则灯泡寿命极短，且光线发白，蓝光增多。

实施例2：一种用两个市售白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱台灯的方法，见图2。此时Nc=2，Nb=1。白炽灯6的选择方法是：设单个白炽灯6的额定电压为V，两个白炽灯6串联后的额定工作电压为2V，又直流电源的电压为Vd（如图2中的310V），则本实施例要求2V≧Vd,且（2V-Vd）差值越大，台灯色温越低（即光谱越接近烛光)；蓝光含量越少，白炽灯6的寿命越长，玻壳温度越低，眩光越少；此步和目前市场上低压直流供电的白炽灯台灯的差别在于能进一步选择更低色温。所谓低压直流供电，指电压小于等于48V；本发明优选高压直流供电，电源是220V的交流电经过全波整流模块1整流后，再并联起滤波作用的、耐压400V以上的高压电解电容2而成。高压电解电容2的容量须大于47微法，才能得到基本无频闪的光线；为减少频闪，台灯功率越高，所需电容越大；例如，对25W的台灯，优选80-150微法，此时用海洋光谱仪检测（采样时间设置为1mS），已无法检测到有频闪；用手机摄像头抵近摄像，手机屏已不会闪烁（闪烁则有频闪)； 为保护高压电解电容2免受电网中高压尖峰的破坏，优选在电容两端并压敏电阻3：由于220V的交流电全波整流滤波后的电压为311V，若电网电压再升高20%，则电压会到373V，这是压敏电阻3的保护电压目标，本实施例选择470V的压敏电阻3。如此即完成一盏双白炽灯台灯的配置。

实施例3：一种由24V直流电源供电，带24个6V小白炽灯灯珠并带故障侦测及LED灯自动投切的台灯的配置方法。见图3，这是一个调试成功的电路，各元件参数已标于图中。此时Nc=4，Nb=6,每个灯珠在6.7V时的额定电压下功率是2W，即图3中C1低压白炽灯7是这一列中串联的第一个白炽灯灯珠， C2低压白炽灯8 及C3低压白炽灯9的意义类推，Ce低压白炽灯10是这一列中最末端的白炽灯灯珠；这一列4个白炽灯灯珠总的额定电压是6.7×4=26.8V，此值大于24V的低压直流电源的电压，故灯珠的实际色温将比额定的要低，寿命也更长，灯珠表面温度也会更低，从而不烫手及少眩光，允许在线安全地更换坏的灯珠；每个白炽灯珠均配有故障指示模块13；当第一列的C1低压白炽灯7、C2低压白炽灯8、C3低压白炽灯9及Ce低压白炽灯10均正常时，每个白炽灯摊到的电压降大致是总电压24V的1/4,即6V，此值小于故障指示模块13中的7.5V稳压管的反向导通电压，因此，所有故障指示LED是灭的；当C1低压白炽灯灯丝烧断，此时第一列所有白炽灯都灭，由于白炽灯灯丝冷态下电阻很小，故24V的电压几乎全加在C1低压白炽灯7的两端，也同时加在故障指示模块13的两端，此时稳压管反向导通，故障指示LED12点亮，从而能指示故意位置所在；类推，只要C1低压白炽灯7、C2低压白炽灯8、C3低压白炽灯9任何一个坏，相应故障指示LED均会被点亮，且图中A1电平变成地电平，使得故障指示模块的输出模块19中的左边第一个8550三极管导通，进而使备用LED灯投切模块16中的8050三极管导通，于是，备用LED灯17点亮；这些LED灯由备用LED灯的恒流源18提供恒定电流，电流大小的选择应保证备用LED灯发出的光线模仿那坏的一列低压白炽灯所发出的光线总和；当Ce低压白炽灯10烧坏时，问题比较复杂些，此时A1点的电位是24V的高电平，虽然故障指示LED也能点亮，但故障指示模块的输出模块19不启动，为此，特使用光隔14来解决这前后矛盾，光隔14的发光管串接于故障传感显示模块11之中，一旦Ce低压白炽灯10烧坏，故障光电传感指示模块的输出模块15的左边第一个光敏三级管导通，从而使备用LED的投切模块16导通，这样也能点亮备用LED灯17.这就完成了本实施例。

应当说明的是，上述实施例只是对本发明的说明而不是对本发明的限制，任何不超过本发明实质精神范围内的非实质性替换或修改的发明创造均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由单个白炽灯构成一盏灯具或由两个白炽灯构成一盏灯具或由多个白炽灯构成一盏灯具的配置及调光方法，其特征在于：增设了降低灯具色温的管控措施并采用“半固定”的灯具亮度调节方法：设此时组成一盏灯的白炽灯个数为N，其中串联的白炽灯个数为Nc,并联的路数为Nb,即N＝Nc×Nb；又设单个白炽灯的额定电压为V，Nc个白炽灯串联后总额定电压便是NcV；则总额定电压NcV应选择大于等于直流电源的电压Nd，即满足NcV≥Nd，且(NcV－Nd)差值与灯具参数之间的关系是：(NcV－Nd)差值越大，灯丝电流越小，灯的色温更低，此即为降低灯具色温的管控措施；更低的色温意味着更少的蓝光含量，此即获得低蓝光的方法；而用直流供电便是获得无频闪的方法；所述灯的“半固定”亮度调节方法是指：用户能自行通过选择单个白炽灯的功率及组成一盏灯具的白炽灯个数N得到所需亮度，一旦选定后便暂时固定下来。

2.根据权利要求1所述一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由单个白炽灯构成一盏灯具的配置及调光方法，其特征在于：此时N＝Nc＝Nb＝1，白炽灯的选择方法是，其额定工作电压大于等于直流电源的电压，两电压相差越大，灯具色温越低；高压直流供电，电源由220V的交流电经过全波整流后，再并联起滤波作用的、耐压400V以上的高压电解电容而成；高压滤波电解电容的容量须大于47微法，才能得到无频闪的光线；为减少频闪，灯具功率越高，所需电容越大。

3.根据权利要求1所述的一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由两个白炽灯构成一盏(组)灯具的配置及调光方法，其特征在于：此时Nc＝2，Nb＝1；白炽灯的选择方法是：设单个白炽灯的额定电压为V，两个白炽灯串联后的额定工作电压为2V，又直流电源的电压为Vd，则2V≥Vd,且(2V-Vd)差值越大，灯具色温越低，蓝光含量越少，白炽灯的寿命越长，玻壳温度越低，眩光越少；选取高压直流供电，直流电源是220V的交流电经过全波整流后，再并联起滤波作用的、耐压400V以上的高压电解电容而成；高压滤波电解电容的容量须大于47微法，才能得到无频闪的光线；为减少频闪，灯具功率越高，所需电容越大。

4.根据权利要求1所述的一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，包括由多个白炽灯构成一盏灯具的方法，其特征在于：此时组成一盏灯具的白炽灯个数为N，其中串联的白炽灯个数为Nc,Nc≥2，并联的路数为Nb,Nb≥2；即白炽灯灯具由多个小白炽灯灯珠组成，直流电源则选取带隔离的开关电源，电源电压低于安全电压；小白炽灯灯珠体积小，灯具设计时，对这些灯珠采用分布式设计，从而减少眩光；由于串联的白炽灯珠，只要一个断丝，整串就不亮；灯珠越多，整个灯具故障率越高；为此，增设了故障灯珠标识电路及临时用LED灯替代坏串的电路，从而保证整个灯具在某个灯珠烧坏时亮度依然不下降，这样就不用着急维修；而当要换灯珠时，由于电源是隔离的安全低压直流电源，灯珠又不烫手，每个灯珠眩光少，又有灯珠故障位置指示，从而能在带电情况下，快速完成烧坏灯珠的更换。

5.根据权利要求2所述的一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，其特征在于：对于单个白炽灯构成一盏灯具的配置及调光方法，其中对25W的灯具，电容选在80—150微法；选电容的原则是，电容选过大的值是浪费且电容体积大，不利安装；选更小的值则用示波器能看到电源纹波；频闪检测方法如下：用海洋光谱仪检测，采样时间设置为1ms,无法检测到光谱整体有跳动即无频闪；或用手机摄像头抵近灯泡灯丝摄像，手机屏不会有闪烁、明暗相间的条纹即无频闪；为保护高压电解电容免受电网中高压尖峰的破坏，选择在电容两端并联压敏电阻；由于220V全波整流滤波后的电压为311V，若电网电压再升高20％，则直流电压会到373V，这是压敏电阻的保护电压目标。

6.根据权利要求3所述的一种由白炽灯构成无频闪低蓝光全光谱特殊灯具的方法，其特征在于：对两个白炽灯构成一盏灯具的配置及调光方法，其中对25W的灯具，电容选在80-150微法；用海洋光谱仪检测，采样时间设置为1ms,无法检测到有频闪；用手机摄像头抵近摄像，手机屏不会闪烁；为保护高压电解电容免受电网中高压尖峰的破坏，在电容两端并联压敏电阻；由于220V交流电全波整流滤波后的电压为311V，若电网电压再升高20％，则直流电压会到373V，这是压敏电阻的保护电压目标。