CN1093731C

CN1093731C - 气体放电灯恒稳功率电源

Info

Publication number: CN1093731C
Application number: CN96116626A
Authority: CN
Inventors: 周继武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2002-10-30
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: CN1185710A

Abstract

本发明涉及一种气体放电灯。本发明的技术方案是：在现有交流恒稳电流开关电源的基础上，即包括抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7，其特征在于：所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9，在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9和基准电路4。本发明的优点是：改善了光源照明效果，扩大了光源的应用范围。延长了灯管的使用寿命。

Description

气体放电灯恒稳功率电源

本发明涉及一种气体放电灯。

气体放电灯是以气体放电激发物质发光的灯，按其放电电流大小可分为辉光放电和弧光放电两种。如金属卤代物灯、氙灯、氪灯、汞灯、钠灯、荧光灯、霓虹灯均属于此类。

气体放电灯的电压、电流(V·I)特性曲线如图1所示。辉光气体放电的正常工作点在曲线的E-F区域，弧光放电的正常工作点在H-I区域。在这两个区域内，灯管本身呈现的电气阻抗是负值，即当电流上升时，灯管电压却下降。灯管本身处于极不稳定的状态。因此，对于气体放电灯来说，一般均需加一种能把电路阻抗校正到正值，且其值足够大的电气元件，以起到限制、镇定、稳定电流的作用，使气体放电灯正常点燃。由于科技的发展，先后出现了直流电阻镇流器、交流电感镇流器、交流电容镇流器、高频电子镇流器、斩波恒流电子电源、交流恒稳电流开关电源等。

现以较为先进的交流恒稳电流开关电源为例，说明恒稳电流的工作原理。图2是这种电源电气方框图。在交流电网供电的条件下，经抗干扰电路去除干扰成分；整流滤波电路把交流电整流滤波成为不稳定的直流电；经功率变换电路，变换出可供气体放电灯点燃的电源，如高频交流电、方波交流电可供给交流气体放电灯，直流可供直流气体放电灯使用，电流取样电路从灯管电路中取出电流信号，送入控制电路与基准信号比较，产生电流误差信号，调整功率变换电路工作状态，这种调整，可以是脉宽(PWM)调整，也可以是脉频(PFM)或其它调证方法。通过调节使灯管工作电流恒定或基本稳定到原设定的数值上。

这种以恒定、稳定灯管电流为目标的电源或镇流器，存在一个严重缺陷：灯管电流可以由电源限定稳定下来，而灯管电压却由其它因素决定的。这是因为：(1)不同灯管之间，由于充气压力大小、充气气体比例、电极极间距离等条件不一致，因此在同一工作电流下，灯管电压就不一样。(2)同一灯管：由于散热条件不一致、点然位置不一致、累计点燃而导致电极损耗、累计点燃而导致灯内气体损耗，因此灯管电压同样也会发生变化。

由于灯管功率等于灯管电流与灯管电压乘积，灯管电压变化势必引起灯管功率相应变化，而灯管功率变化，将引起光源发光光通量、发光效率、光源色温、显色指数、灯管寿命、灯管温度等一系列的参数变化，从而影响光源照明正常效果。

应着重指出的是：大部分种类的气体放电灯的灯工作电压与灯功率之间的关系，是发散函数曲线，也就是灯电压升高，灯功率增大，灯管温度增大，灯电压更高，灯功率更大，直至由于灯温度大大增加，灯散热也大大增加，从而使灯温度不再上升，而此时光源以已大大偏离了正常范围，严重影响了照明使用效果。由于灯功率的增加，温度的上升，也易引起火灾等其它危险。

如果灯管在达到这一平衡温度点之前，由于灯内气体压强升高，再点火电压(对交流灯而言)随之升高，如供电电源已无法满足这一升高了的再点火电压，灯管即会熄灭，出现灯点燃→灯压升高，亮度增大，温度升高→熄灭，冷却→再次灯触发点燃……的循环现象，从而使原本可以继续使用的灯无法使用，灯管被迫报废。

本发明的目的是：采用恒定灯功率的方法，来改变因灯管功率变化，而引起的光源发光光通量、发光效率、光源色温、显色指数、灯管寿命、灯光温度等一系列的参数变化的缺点，从而达到正常照明的效果。

本发明的技术方案是：在现有交流恒稳电流开关电源的基础上，即包括抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7，其特征在于：所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9，在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9和基准电路4。

所述的电压取样电路8可以是由电阻R1、R2构成的直流分压电路，R1、R2串接后并接在直流灯管的两端，电阻R1、R2中间接鉴别电路。

所述的电压取样电路8可以是由变压器B1、三极管BG1、二极管D1、D2、电容C1构成的变压器分压电路，变压器的初级线圈ab一端接三极管集电极，另一端接电源正极，三极管的发射极接电源负极，变压器的初级线圈ac一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接电源负极；灯管并接在电源的两端；变压器的次级线圈的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极和变压器的次极的另一端作为输出与下级鉴别整形电路10连接，电容C1并接在输出端。

所述的电压取样电路8可以是由电阻R3、R4和桥式整流电路D3-D6构成的交流分压电路，电阻R3、R4串联并接在灯管上，桥式整流电路D3-D6的输入端并接在R4上，其输出端接鉴别整形电路10。

所述的电压取样电路可以是由变压器B2和桥式整流电路D7-D10构成的交流变压电路，变压器B2的输入端与灯管并接，变压器B2输出端接桥式整流电路D7-D10的输入端，其输出端接鉴别整型电路10。

所述的鉴别整形电路10由电阻R5、R6、稳压二极管DW1、DW2构成，电阻R5、稳压二极管DW1构成输入回路，电阻R6、稳压二极管DW2、DW1构成输出回路。

所述的运算电路9可以是由乘法运算器IC、电阻R7、R8、R9构成，电阻R7、R8串联，其连接端分为二路，其中一路通过电阻R9接鉴别整形电路10，另一路接乘法运算器的X端，乘法运算器的Y端接电流取样电路6的输出端。

所述的运算电路9可由电阻R10、R11、R12构成，其中电阻R12一端接地，另一端一路作为输出端接控制电路，另二路均为输入端，分别通过电阻R10接电流取样电路6的输出端和通过电阻R11接鉴别整形电路10的输出端。

本发明的优点是：a.由于恒稳定了灯功率，从而把光源光通、发光效率、发光色温、显色指数等综合指标，稳定到最佳值上，从而改善了光源照明效果，扩大了既定光源的应用范围。b.由于恒稳了灯功率，避免了过载、欠载对灯管的损害，延长了灯管的使用寿命。c.由于恒稳了灯功率，收敛了灯电压与灯功率的函数关系，稳定了灯工作状态，从而使原本在其它类型电源已无法使用的灯管，可以在本电源上正常使用。d.由于恒稳了灯功率，避免了对供电电网的冲击，简化了供电设备的过载等保护。e.由于恒稳了灯功率，简化了光源使用操作程序，减轻了操作人员劳动强度，减少了因操作失误而导致事故的可能。

现结合附图和实施例对本发明说明如下：

图1：为气体放电灯伏安特性曲线；

图2：为气体放电灯恒稳电流电源方框原理图；

图3：为气体放电灯恒稳功率电源方框原理图；

图4：为电阻直流电压取样电路原理图；

图5：为变压器直流电压取样电路原理图；

图6：为电阻交流电压取样电路原理图；

图7：为变压器交流电压取样电路原理图；

图8：为鉴别整形电路原理图；

图9：为运算电路原理图之一；

图10：为运算电路原理图之二；

本发明是为了采取适当方法，同时检取气体放电灯灯电压变化量和灯电流变化量，经过一定的鉴别、整形和运算，并以此控制电源的输出，从而在设定的灯电压变化范围内，使灯电流随灯电压的升降变化自动做相应比例升或降变化，达到气体放电灯功率恒稳不变或基本稳定不变的目的。其电路方框图如附图3所示，它是在附图2所示的基础上，即在由抗干扰电路1、整流滤波电路2、功率调节电路3、电流取样电路6、控制电路5、基准信号比较电路4和灯管回路7构成的气体放电灯恒稳电流电源级础上，在所述控制电路5、电流取样电路6之间设有运算电路9；在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9和基准电路4。

灯电压取样：主要作用对灯管的电压变化进行取样。结构根据灯种类不同而异，直流灯可采用：电阻直流分压取样(附图4)、电子变压器直流电压取样(附图5)；交流灯可采用：电阻交流分压取样(附图6)、变压器交流变压取样(附图7)。所述的电阻直流分压取样可以是由电阻R1、R2构成的直流分压电路，R1、R2串接后并接在直流灯管的两端，电阻R1、R2中间接鉴别电路。所述的电子变压器直流电压取样电路由变压器B1、三极管B61、二极管D1、D2、电容C1构成的变压器分压电路，变压器的初级线圈ab一端接三极管集电极，另一端接电源正极，三极管的发射极接电源负极，变压器的初级线圈ac一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接电源负极；灯管并接在电源的两端；变压器的次级线圈的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极和变压器的次极的另一端作为输出与下级鉴别整形电路10连接，电容C1并接在输出端。所述的电阻交流分压取样电路是由电阻R3、R4和桥式整流电路D3～D6构成的交流分压电路，电阻R3、R4串联并接在灯管上，桥式整流电路D3～D6的输入端并接在R4上，其输出端接鉴别整形电路10。所述的变压器交流变压取样电路由变压器B2和桥式整流电路D7～D10构成的交流变压电路，变压器B2的输入端与灯管并接，变压器B2输出端接桥式整流电路D7～D10的输入端，其输出端接鉴别整型电路10。鉴别整形(附图8)：主要是对灯管的工作状态进行鉴别和整形。如点燃前或启动时，正常点燃等不同阶段进行鉴别、整形，以确定把电压取样是否和送多少量去后级电路。所述的鉴别整形电路10由电阻R5、R6、稳压二极管DW1、DW2构成，电阻R5、稳压二极管DW1构成输入回路，电阻R6、稳压二极管DW2、DW1构成输出回路。

运算电路(附图9)：可以是乘法运算电路，其主要作用是把经鉴别整形的电压取样、电流取样进行乘法运算，以生成功率控制信号送入控制电路。也可以由补偿叠加电路(附图10)组成，电压取样与电流取样进行补偿叠加，生成一个精度尚可的功率控制信号。所述的乘法运算电路由乘法运算器IC、电阻R7、R8、R9构成，电阻R7、R8串联，其连接端分为二路，其中一路通过电阻R9接鉴别整形电路，另一路接乘法运算器的X端，乘法运算器的Y端接电流取样电路6的输出端。所述的补偿叠加电路由电阻R10、R11、R12构成，其中电阻R12一端接地，另一端一路作为输出端接控制电路，另二路均为输入端，分别通过电阻R10接电流取样电阻的输出端和通过电阻R11接鉴别整形电路的输出端。

下面以直流灯为例，介绍电路工作原理。

附图4中R1与R2组成的分压电路取出灯管电压的变化，加至附图8由鉴别电路中R5上。在灯管点燃前，灯管电压也就是电源空载电压，取样电压很高，鉴别电路中DW1导通，把压缩后的电压取样送到乘法运算器，以避免灯电流过分下降，对灯管触发启动产生不良影响。灯管启动后，灯管较冷，灯压一般也较低，鉴别电路中DW1、DW2均不导通，电路完全关闭，电源按恒流方式工作以确保灯管快速启动，快速预热。在灯常态工作阶段，取样电压高于Vdw2，而低于Vdw1，故DW2导通，而DW1关断，电压取样按比例送往乘法运算器，在乘法运算电路中与电流取样进行乘法运算后，输出一功率误差信号，由控制电路推动功率调节电路，按恒功率方式工作：灯电压升高，灯电流减少；灯电压降低，灯电流相应增大，使灯电压与灯电流的乘积也就是灯功率恒等于一个设定的恒量。

如不使用乘法运算器，而采用补偿叠加电路，把鉴别后的电压取样取适当比例，叠加混合于电流取样信号之中，由此得出的混合信号控制的功率调节电路，也可使灯管功率在一定的灯压范围内处于基本恒定状态。

另外，如把鉴别后的电压取样，取适当比例反方向的叠加混合在准信号中(附图3中的虚线)，基准信号随着灯电压升高而相应降低，灯电流也跟着按比例降低，在一定的灯压范围内，同样可以达到灯功率基本恒稳的目的。

如以上三部分电路之间或它们与控制电路电位不同，不能直接相连，可以采用光电耦合器进行电位隔离和信号传递。

Claims

1、一种气体放电灯恒功率电源，包括抗干扰电路1、与抗干扰电路1相连接的整流滤波电路2，与整流滤波电路2相连接的功率调节电路3，分别与功率调节电路3相连接的控制电路5和灯管回路7，控制电路5与基准信号比较电路4连接，电流取样电路6与灯管回路相连接，其特征在于：所述控制申路5、电流取样电路6之间设有运算电路9，在灯管回路7上经电压取样电路8和鉴别整形电路10反馈到运算电路9或基准电路4。

2、根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的电压取样电路8可以是由电阻R1、R2构成直流分压电路，R1、R2串接后并接在直流灯管的两端，电阻R1、R2中间接鉴别电路。

3、根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的电压取样电路8由变压器B1、三极管BG1、二极管D1、D2、电容C1构成的变压器分压电路，变压器的初级线圈ab一端接三极管集电极，另一端接电源正极，三极管的发射极接电源负极，变压器的初级线圈ac一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接电源负极；灯管并接在电源的两端；变压器的次级线圈的一端接二极管D2的正极，二极管D2的负极和变压器的次级的另一端作为输出与下级鉴别整形电路10连接，电容C1并接在输出端。

4、根据权利要求所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的电压取样电路8可以是由电阻R3、R4和桥式整流电路D3～D6构成的交流分压电路，电阻R3、R4串联并接在灯管上，桥式整流电路D3～D6的输入端并接在电阻R4上，其输出端接鉴别整形电路10。

5、根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的电压取样电路可以是由变压器B2和桥式整流电路D7～D10构成的交流变压电路，变压器B2的输入端与灯管并接，变压器B2输出端接桥式整流电路D7～D10的输入端，其输出端接鉴别整形电路10。

6、根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的鉴别整形电路10由电阻R5、R6、稳压二极管DW1、DW2构成，电阻R5、稳压二极管DW1构成输入回路，电阻R6、整流二极管DW2、DW1构成输出回路。

7、根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的运算电路可以是由乘法运算器IC、电阻R7、R8、R9构成，电阻R7、R8串联，其连接端分为二路，其中一路通过电阻R9接鉴别整形电路10输出，另一路接乘法运算器的X端，乘法运算器的Y端接电流取样电路6的输出端。

8、根据权利要求1所述的一种气体放电灯恒功率电源，其特征在于：所述的运算电路9可由电阻R10、R11、R12构成，其中电阻R12一端接地，另一端一路作为输出端接控制电路，另二路均为输入端，分别通过电阻R10接电流取样电阻的输出端和通过电阻R11接鉴别整形电路的输出端。