CN1175468C - 白炽灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有低压燃烧器(BM)和集成电压转换部件(VCM)的白炽灯。由包括集成电路(IC)的分离的控制电路(CC)产生驱动开关元件(Q1、Q2)的控制信号，开关元件(Q1、Q2)包含在电压转换部件中。电压转换部件可在高温下工作并仅仅引起有限的EMI。

Description

白炽灯
技术领域
本发明涉及一种白炽灯，该灯备有：
可接入灯座中的灯头，所述灯头包括一对接收频率为f的AC电源电压的灯头端子，
电压转换部件，包括：
带有与所述一对灯头端子耦接的输入端和输出端的整流部件，
与输出端耦接且备有包括两个电容器的串联结构的电容器部件，
与包括两个电容器的串联结构耦接的开关部件，该开关部件产生超出包括两个电容器的串联结构上的电压的第一高频电压，
变压器部件，与开关部件耦接且包括初级绕组和次级绕组，该变压器部件将第一高频电压转换为第二高频电压，
与次级烧组耦接的低压白炽燃烧器部件，
外壳部件，至少包括第一透明部分，所述外壳部件被固定于灯头上，与灯头一起密闭电压转换部件和低压白炽燃烧器部件，
本发明还涉及用于这种白炽灯中的电压转换部件和一种适配器，该适配器从AC电压源将高频电压提供给白炽灯并包括这种电压转换部件。
背景技术
由美国专利4998044可知在开篇中所述的这种白炽灯。该已知的白炽灯是卤素白炽灯。在该已知的灯中，开关部件包括两个开关元件的串联结构，该串联结构使两个电容器的串联结构被旁路。这两个电容器和两个开关元件一起构成半桥电路。变压器部件的初级绕组耦接在两个电容器的公共端与两个开关元件的公共端之间。在灯工作期间，由变压器部件降第一高频电压转换为加在低压白炽燃烧器上的第二高频电压。第二高频电压有与低压白炽燃烧器部件的最大工件电压匹配的最大振幅。两个电容器的电容相等且选择得较低。由于这些较低的电容值，因而可相对较容易地将电压转换部件归并到卤素白炽灯中。并且，这些低电容值引起较低的主电流畸变，相应于电压转换部件的较高值的功率因数和较低的总谐波失真值。可是，与此同时，这些较低的电容值在AC电源电压的每一周期中两次使两个电容的串联结构上的电压降至非常低的值。在已知的卤素白炽灯中所包括的电压转换部件中，电桥电路是自振荡电路，在该电路中利用饱合电流变压器从流过变压器部件初级绕组的电流中导出使开关元件导通和截止的控制信号。可是，由于频率2f，在电容器上的电压变得如此之低，使得控制信号太弱，从而不能控制开关元件的导通状态，导致电桥电路停止其振荡。当电容器上的电压再一次达到足够高的值时，为了能够又一次启动振荡，已知的卤素白炽灯的电压转换部件备有重新启动振荡的电路部分。该电路部分包括欧姆电阻、启动电容器(startcapacitor)和DIAC。由两个电容器上的电压对该启动电容器充电。当启动电容器上的电压足够高时，DIAC导通，同时使开关元件中的一个导通，并由此启动电桥电路的振荡。
尽管包含在已知卤素白炽灯中的电压转换部件允许实现较高功率因数和相对少量的总谐波失真，但还存在与其使用有关的某些严重问题。由于电压转换部件被归并到灯中，因而在稳定工作期间电压转换部件可达到较高温度。另一方面，DIAC通常有较低的最大工作温度。为了确保DIAC在最差情况的状态下仍能工作，须被这样设计电压转换部件，以便由低压燃烧器所消耗的功率量较低。并且，由于这样的事实：即在AC电源电压的每一周期中在某一时间间隔期间电源电流两次降至零，因而在某种程度上会抵消包含在电容部件中的小电容值电容器在功率因数上所具有的优势。此外，在自振荡电路中使各开关元件导通同时在其上有电压。这被称为“硬开关(hard switching)”，与“软开关(soft switching)”相反，“软开关“是指使每一个开关导通同时在其上的电压接近于零。由于硬开关，在开关元件中消耗较多的功率，因而增加所产生的总热量并因此增加电压转换部件的工作温度。硬开关的另一方面的影响是产生EMI，为了使灯满足有关EMI的规定，在电压转换部件中需要配备较大的滤波器。这种较大的滤波器极难以使电压转换部件配置于灯中。在自振荡电路中，还可因元件公差引起的第一高频电压缺乏对称性而导致EMI。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白炽灯，该灯具有高功率因数和较低的总谐波失真，并且其中的电压转换部件可这样来设计，以便由低压白炽燃烧器部件所消耗的功率量较高。
因此，按照本发明的如开篇中所述的白炽灯的特征在于：电压转换部件包括控制电路CC，该控制电路CC包括产生使开关部件交替地导通和截止的控制信号的集成电路。
控制电路CC不停地产生使开关部件交替地导通和截止的控制信号而不管在包括两个电容器的串联结构上的电压瞬间振幅，从而不需要在AC电源电压的每一半周期启动电压转换部件的振荡，并且可省去重新启动振荡的电路部分。由此，电容部件可被选择得较小，以便本发明的白炽灯的功率因数较高和总谐波失真量较小。与披露于美国专利US 4998044的现有技术的灯中所包含的用于重新启动振荡的电路部分相比，该集成电路能够在较高的温度下工作。由于本发明白炽灯的电压转换部件可在较高的温度下工作，因而它们可消耗较高的功率和较低的功率，较小的功耗量易于使电压转换部件归并入灯中。由于利用集成电路可实现控制信号的产生，开关部件的开关是软开关，因而在开关部件中所消耗的功率量较低，所以对在灯中所产生的总热量所作的贡献最少。此外，由集成电路所产生的控制信号的对称性与元件公差无关，因此对称性较好。结果所产生的EMI量较少，以致如果在电压转换部件中装入滤波器，那么该滤波器也可较小。
用按照本发明的作为卤素白炽灯的白炽灯可获得好的结果。
开关部件最好包括串联结构，该串联结构包括两个开关元件且使两个电容器的串联结构被旁路。这两个串联结构一起构成所谓的半桥电路。这种半桥电路非常适于产生第一高频电压。
由于低压燃烧器较小，因而在用反射体覆盖透明外壳部件内表面一部分的情况下，可使从灯中射出的光聚集成束。通过反射由低压白炽燃烧器部件产生的光和红外辐射，该反射体也可用作电压转换部件的热屏蔽。
可接入灯座中的灯头最好是适于接入爱迪生型灯座中的螺旋式灯头。
如果白炽灯包括控制低压白炽燃烧器部件所消耗功率量的部件则是有利的。这种控制功耗的部件例如在AC电源电压的最大振幅较高的情况下可防止灯的功耗增加。如果AC电源电压的最大振幅较高，那么控制灯的功耗的部件可使消耗功率减小到比不存在这些控制部件时的功耗值低的水平。按这种方式，可保护灯的部件更具体地说是低压燃烧器部件免于过热。
另一方面，按照本发明的白炽灯可包括与电压转换部件的温度无关且可降低低压白炽燃烧器部件所消耗的功率量的部件。当例如环境温度较高时，与电压转换部件的温度无关且可降低低压白炽燃烧器部件所消耗的功率量的部件防止灯部件变得过热。
电压转换部件最好包括使第一高频电压引起的EMI量减少的滤波器部件。
电压转换部件的尺寸最好是这样的尺寸，以使白炽灯的功率因数至少为0.75。白炽灯的功率因数受到在电容部件中的电容器电容的强烈影响。如果在滤波器部件中包括电容器，那么这些电容器是串联结构中的电容器。通过适当地选择电容部件中电容器的电容，白炽灯的功率因数可被调整为至少0.75。在有滤波器的情况下，当然功率因数还受这种滤波器部件中的电感部件的影响。
在本发明白炽灯的最佳实施例中，外壳部件除包括第一透明部分外，还包括固定在灯头与透明外壳部件之间的壳体部分。这种壳体部分例如可由塑料构成。已发现该最佳实施例可较容易制造。
在提供白炽灯(该白炽灯本身不配备电压转换部件)的适配器中应用作为包含在上述本发明白炽灯的实施例中的电压转换部件也可提供与以上所概述的在白炽灯中使用这种电压转换部件所具有的相同的重要优点。这种适配器适用于配有低压白炽燃烧器部件和灯头的白炽灯。该适配器包括与AC电压源的极连接的部件I和与白炽灯的灯头连接的部件II。部件I通常包括灯头部件，部件II通常包括灯座。部件I与电压转换部件的整流部件的输入端耦接，部件II与电压转换部件的变压器部件的次级绕组耦接。在工作期间，当部件I与AC电压源的极连接和部件II与灯头连接时，包含在适配器中的电压转换部件产生超出由AC电压源提供的AC电源电压的第二高频电压。通过灯头，第二高频电压与包含在白炽灯中的低压燃烧器部件耦接。
附图说明
下面利用附图说明按照本发明的白炽灯的实施例。
附图中，图1以局部剖视的方式示意性表示本发明白炽灯的实施例。
图2示意性表示包含在图1所示白炽灯中的电压转换部件。
具体实施方式
图1中，B是可用于接入爱迪生型灯座中的灯头。BT1和BT2是一对用于接收AC电源电压的灯头端子。VCM是与灯头端子BT1和BT2连接的电压转换部件。电压转换部件VCM通过导电体EC1和EC2与低压白炽燃烧器部件BM耦接。用气密性玻璃灯壳LV封闭低压白炽燃烧器部件BM。TEM是固定到灯头上的外壳部件，在本实施例中，外壳部件仅包括透明部分。在用虚线DL1和DL2表示的平行平面之间，用反射体覆盖透明外壳部件TEM的内表面，在本实施例中，反射体由铝层构成。
图2中，K1和K2是与灯头端子BT1和BT2连接的端子。在本实施例中，二极管D1-D4在本实施例中是通过桥接形成的整流部件。二极管电桥的输入端与端子K1和K2耦接。二极管电桥的输出端K3和K4与电容部件耦接，该电容部件由电容器C1和电容器C2与C3的串联结构组成。电容器C1由扼流圈L1和开关元件Q1和Q2的串联结构旁路(shunted)。电容器C1和扼流圈L1构成滤波器部件。开关元件Q1和Q2构成开关部件，该开关部件产生超出电容器C2和C3的串联结构上的电压的第一高频电压。电容器C2和C3的串联结构旁路开关元件Q1、Q2和电阻R1的串联结构。开关元件Q1和Q2的公共端通过变压器部件的初级绕组P与电容器C2和C3的公共端连接。低压燃烧器部件BM旁路变压器部件T的次级绕组S。开关元件Q1和Q2的控制电极与集成电路CIC的各输出端连接，以产生使并关元件交替地导通和截止的控制信号。电阻R1被电阻R2和电容器C4的串联结构旁路。电阻R2和电容器C4的公共端与放大器A1的第一输入端连接。放大器A1的第二输入端与基准电压源RVS的输出端连接。放大器A1的输出端与电压控制型振荡器VCO的第一输入端连接。电压控制型振荡器VCO的输出端与放大器A2的输入端和倒相放大器A3的输入端连接。电压控制型振荡器VCO的第二输入端通过电阻R3与二极管电桥的输出端K4连接。电压控制型振荡器VCO的第三输入端通过电容器C5与二极管电桥的输出端K4连接。电阻R1和R2、电容器C4、基准电压源RVS和放大器A1一起构成与AC电源电压的最大振幅无关且用于控制低压白炽燃烧器部件所消耗的功率量的部件。集成电路CIC与电阻R3和电容器C5一起构成控制电路CC。放大器A1、A2和A3、基准电压源RVS和电压控制型振荡器VCO是集成电路CIC的全部。
图2中所示的电压转换部件起如下所述的作用。
当端子K1和K2与具有频率为f的AC电压源的极连接时，由二极管电桥D1-D4对该AC电源电压整流。结果，在电容器C1上存在DC电压，在电容器C2和C3的串联结构上存在另一DC电压。电容器C1、C2和C3的尺寸是这样的，以便在电容器C2和C3的串联结构上的DC电压降至频率为2f的非常低的值。这种尺寸的结果是：电压转换部件的功率因数高。电压控制型振荡器VCO在其输出端产生高频信号，该高频信号由放大器A2和A3放大以控制开关元件Q1和Q2按高频交替导通和截止的信号。结果，产生超出电容器C2和C3的串联结构上的DC电压的第一高频电压。由于在AC电源电压的瞬间振幅接近于零时仍可维持控制信号的产生，因而不需要在AC电源电压的每一半周期重新启动电压转换部件。在变压器部件T的初级绕组P上存在第一高频电压。变压器部件T使第一高频电压转换为第二高频电压，第二高频电压存在于变压器部件T的次级绕组S和低压燃烧器部件BM上。这样选择变压器部件的尺寸，使得第二高频电压的最大振幅对应于可在施加于低压燃烧器部件BM上施加的最大电压。如果AC电源电压的最大振幅增加，那么通过电阻R1的电流的最大振幅增加。通过电阻R1的电流的平均振幅也增加。电阻R2和电容器C4一起构成低通滤波器，该低通滤波器用作积分器以使在放大器A1的第一输入端上的信号与流过电阻R1的电流振幅的平均值成比例。流过电阻R1的电流大体与灯电流成比例，并由于低压白炽燃烧器部件BM是欧姆负载，因而它也用于测量灯功率。因此，在放大器A1的第一输入端上的信号是灯的功耗平均值的度量。基准电压源产生作为灯所损耗的预定平均功耗值的度量的电压。放大器A1的输出信号控制在电压控制型振荡器VCO输出端上的信号频率，使其为这样的值，以使灯的平均功耗接近于预定水平而不管AC电源电压的最大振幅如何。在图2所示的另一个电压转换部件的实施例中，放大器A1的第一输入端与包含在电压转换部件中的温度传感器连接并可省去电阻R1和R2以及电容器C4。在该结构中，基准电压源RVS产生作为包括在电压转换部件中的电子部件的温度预定值的度量的信号。结果，放大器A1的输出信号控制电压控制型振荡器VCO输出端上的信号频率使其为这样的值，以便不管环境温度如何，包含在电压转换部件中的电子部件的温度都接近于预定水平。在该实施例中，温度传感器、温度基准源和放大器A1构成可与电压转换部件的温度无关地控制低压燃烧器部件所消耗功率的部件。
在工作过程中由电容器C1和扼流圈L1形成的滤波器使由开关元件Q1和Q2的高频开关所引起的EMI的量减少。结果使电压转换部件不仅具有高功率因数而且仅引起较少量的总谐波失真。
在按照本发明的白炽灯的具体实施例中，如图2所示那样构成电压转换部件。低压燃烧器的额定电压为12V，其功耗约为21W。电容器C1、C2和C3每一个的电容都为47nF，同时扼流圈L1的电感为470μH。变压器的绕组比(winding ratio)为96/12，灯电流的频率为40kHz。已发现灯的功率因数大于99％并且该灯轻而易举地满足有关THD的IEC 82规定。同时电压转换部件是这样小以致足以被容纳于灯中，因而符合IEC-1520-1的规定，并且可用于备有爱迪生型插座的任何灯座中。
此外，按照本发明的一种适配器，从AC电压源将高频电压提供给白炽灯，所述白炽灯配有低压白炽燃烧器部件和灯头，该适配器包括与AC电压源的极连接的部件I，与白炽灯的灯头连接的部件II和按照本发明的电压转换部件，其中，该电压转换部件包括控制电路CC，该控制电路CC包括产生使开关部件交替地导通和截止的控制信号的集成电路，并且，其中所述部件I与电压转换部件的整流部件的输入端耦接，所述部件II与电压转换部件的变压器部件的次级绕组耦接。

Claims (13)

1.一种白炽灯，具有：
可接入灯座中的灯头，所述灯头包括一对接收频率为f的AC电源电压的灯头端子，
电压转换部件，包括：
带有与所述一对灯头端子耦接的输入端和输出端的整流部件，
与输出端耦接且备有包括两个电容器的串联结构的电容器部件，
与包括两个电容器的串联结构耦接的开关部件，该开关部件产生超出包括两个电容器的串联结构上的电压的第一高频电压，
变压器部件，与开关部件耦接且包括初级绕组和次级绕组，该变压器部件将第一高频电压转换为第二高频电压，
与次级烧组耦接的低压白炽燃烧器部件，
外壳部件，至少包括第一透明部分，所述外壳部件被固定于灯头上，与灯头一起密闭电压转换部件和低压白炽燃烧器部件，
其特征在于：所述电压转换部件包括控制电路CC，该控制电路CC包括产生使开关部件交替地导通和截止的控制信号的集成电路。
2.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：白炽灯是卤素白炽灯。
3.根据权利要求1或2的白炽灯，其特征在于：开关部件包括包含两个开关元件构成的串联结构，该串联结构使两个电容器的串联结构被旁路。
4.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：用反射体覆盖透明外壳部件的内表面的一部分。
5.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：可接入灯座中的灯头是适于接入爱迪生型灯座中的螺旋式灯头。
6.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：电压转换部件包括控制低压白炽燃烧器部件所消耗功率量的部件。
7.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：包括与电压转换部件的温度有关地控制低压白炽燃烧器部件所消耗的功率量的部件。
8.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：电压转换部件包括滤波器部件。
9.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：电压转换部件的尺寸是这样的，以使白炽灯的功率因数至少为0.75。
10.根据权利要求1的白炽灯，其特征在于：外壳部件包括固定在灯头与透明外壳部件之间的壳体部分。
11.根据权利要求10的白炽灯，其特征在于：所述壳体部分由塑料构成。
12.一种电压转换部件，包括：
带有与所述一对灯头端子耦接的输入端和输出端的整流部件，
与输出端耦接且备有包括两个电容器的串联结构的电容器部件，
与包括两个电容器的串联结构耦接的开关部件，该开关部件产生超出包括两个电容器的串联结构上的电压的第一高频电压，
变压器部件，与开关部件耦接且包括初级绕组和次级绕组，该变压器部件将第一高频电压转换为第二高频电压，
其特征在于：所述电压转换部件包括控制电路CC，该控制电路CC包括产生使开关部件交替地导通和截止的控制信号的集成电路。
13.一种适配器，从AC电压源将高频电压提供给白炽灯，所述白炽灯配有低压白炽燃烧器部件和灯头，该适配器包括与AC电压源的极连接的部件I，与白炽灯的灯头连接的部件II和电压转换部件，该电压转换部件包括：
带有与所述一对灯头端子耦接的输入端和输出端的整流部件，
与输出端耦接且备有包括两个电容器的串联结构的电容器部件，
与包括两个电容器的串联结构耦接的开关部件，该开关部件产生超出包括两个电容器的串联结构上的电压的第一高频电压，
变压器部件，与开关部件耦接且包括初级绕组和次级绕组，该变压器部件将第一高频电压转换为第二高频电压，
其特征在于：所述电压转换部件包括控制电路CC，该控制电路CC包括产生使开关部件交替地导通和截止的控制信号的集成电路，并且，其中所述部件I与电压转换部件的整流部件的输入端耦接，所述部件II与电压转换部件的变压器部件的次级绕组耦接。
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