CN1436031A - 一种在启动荧光灯管后可减少灯丝电流的电子安定器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在启动荧光灯管后可减少灯丝电流的电子安定器，在该电子安定器的电路中，参与启动灯管及预热灯丝所需的元件，是并联于该灯管上远离供电端的一侧，而启动灯管后所需的谐振元件，则是并联于该灯管上邻近供电端的一侧，使该电路在启动该灯管时，可提供对该灯丝进行预热的灯丝电流，并在启动该灯管后，适当地减少或移除该灯丝电流，以避免该灯丝电流在启动灯管后，仍无谓地耗损于灯丝上，造成能量浪费，并可减少灯丝损耗，延长灯管寿命。

Description

一种在启动荧光灯管后可减少灯丝电流的电子安定器

技术领域：

本发明为一种电子安定器(Ballast)，尤指一种可在启动荧光灯管(fluorescent tube lamp)后，减少灯丝(Filament)电流，使其上用以启动灯管及稳态时的灯丝电流及灯管电流，可被独立设计及调整的电子安定器。

发明背景：

荧光灯的发光原理，主要是令灯管内的气体，放电产生光。一般而言，灯管前均串接有一安定器，以缓和流经灯管两端灯丝的大量电流，安定器内包含有一电感，即线圈，使电流自该线圈内通过时，可在其周围形成磁场，因此，当电流的流量发生变化时，该线圈周围的磁场亦将随之变化，而磁场发生变化时，线圈内的磁通量亦将随着变化，磁通量发生变化时，将产生感应电动势，以抵销磁通量的变化，达到减缓灯丝电流快速变化，及稳定灯丝电流的功能。

安定器的另一功能，则是协助荧光灯管的启动，由于荧光灯管启动时，必须先利用流经灯管两端灯丝的电流，对灯丝进行加热，令电流中的电子因撞击电极而产生电子，使灯丝加热至能够产生足够的热电子时，该等热电子将脱离灯丝，并受灯管两端电压(场)的作用，而加速撞击灯管内的气体，令其游离出更多电子，如此，热电子不断撞击灯管内的气体，即可令管内的气体变成易导电的游离气体，并开始放电发光。然而，荧光灯管的正常工作电压，并不足以产生气体放电，故安定器即同时担负着启动荧光灯管的重大责任。

传统上，荧光灯管的启动方式有好几种，现简单就常用的几种，逐一叙述如下：

1、传统低频安定器：

该种传统低频安定器主要是利用一金属接点开关及一小电容，作为启动电路，并与灯管并联，使电流通过金属接点开关时，可令金属接点因温度升高，而变形断开，造成开关瞬间断路，以在灯管两端产生瞬间高压，而启动灯管，该种传统安定器的启动方法，由于需要较高的电压，故极易造成灯管两端发黑，减少灯管寿命，此外，该种传统低频安定器的启动方法，是使用低频矽钢片的变压器，因此不仅体积较大，其效率也较差。

2.典型串联谐振式电子安定器：

参阅图1所示，在该种串联谐振式电子安定器的电路中，流经灯丝12的电流，即为谐振电容C_P1的电流，该电路依控制灯丝电流的方式不同，可分为两大类：

(1)定频控制：该电路的二电子开关Q₁₁及Q₁₂在驱动电路10的定

   频操控下，其上用以预热灯丝的电流大小，是取决于谐振电

   容C_P1的大小，但谐电容C_P1的大小，会影响灯管11电流(即

   管内气体所游离出的电子流)，致使在设计上无法独立调整

   灯丝电流及灯管电流，而不易令该二电流取得最佳的协调。

(2)变频控制：该电路的二电子开关Q₁₁及Q₁₂在驱动电路10的变

   频操控下，虽可利用分别控制预热及稳态时的操作频率，以

   决定预热灯丝12的电流及灯管11电流的大小，但由于其电路

   较为复杂，故必须使用积体电路才能达成，不仅该电路的成

   本较高，且在启动后，预热灯丝12的电流并无法被移除，灯

   丝12上仍持续消耗功率，减少了灯管的寿命。

3.正温度系数(Positive Temperature Coefficient；以下简称PTC)电阻预热启动式电子安定器：

参阅图2所示，该预热启动式电子安定器的二个电子开关Q₂₁及Q₂₂在驱动电路20的操控下，冷机时，其正温度系数电阻R_ptc是呈低阻抗状态，致灯管两端的电压不足以启动灯管21，而当该正温度系数电阻R_ptc的温度上升时，其阻抗值将增加，令灯管21两端的电压逐渐增加，直到灯管21点亮为止，在此一灯管点亮的过程中，该正温度系数电阻R_ptc上所流经的电流，皆会通过灯丝22，而造成预热效果，但在启动后，谐振电容C_P2的电流，仍将继续通过灯丝22，故同样具有灯丝电流及灯管电流无法独立调整的缺点。图3及图4所示的电子安定器的电路，是图2所示的正温度系数电阻预热启动式电子安定器的延伸，以令其二电容C_P11及C_P12的耐压及容量，在设计上较易选取，但仍具有灯丝电流及灯管电流无法独立调整的缺点。

4.其它预热方式：

图5及图6所示的电子安定器，是利用侦测灯丝端的电压与电流，间接推测灯丝的温度，进而达到预热功能。图7所示的电子安定器，是利用大电容C_dc的充电时间，决定预热电流的大小。只是，由于图5、6及7所示的谐振电容，皆配置于灯管上远离供电端的一侧，故灯管被启动后，灯丝电流仍无法被移除，灯丝上仍持续消耗功率的问题。图8所示的电子安定器，是Tridonic公司提出的预热方式，是利用一额外的绕组M1b及M1c，与灯丝并联，达到预热的目的，但必须增加二开关、一变压器M1a及一电容，故其控制电路将更趋复杂，大幅增加了制造成本。

发明内容：

有鉴于前述各式安定器，在启动荧光灯管后，其预热灯丝的电流，无法被移除，易造成灯管两端易发生过热的问题，减少了灯管寿命，且因其灯丝电流及灯管电流无法被独立设计及调整，故具有必需仰赖较为复杂及较高成本的电路，始能改善其性能的缺点。发明人针对此，研究出一种在启动荧光灯管后可减少灯丝电流的电子安定器，以有效延长荧光灯管的使用寿命。

本发明的一个目的，是该电子安定器在启动灯管时，除可适当地预热灯丝外，尚可在启动后适当地减少或移除预热该灯丝的电流，以避免电流在启动灯管后，额外地耗损于灯丝上，造成功率的无谓浪费。

本发明的另一个目的，是该电子安定器能分别控制用以预热灯丝的电流、稳态时的灯丝电流及灯管电流，故在设计上能独立调整灯丝电流及灯管电流，以设计出符合最佳效能的电子安定器。

本发明的又一个目的，是将该电子安定器中参与启动及预热灯丝所需的元件并联于灯管上远离供电端的一侧，而将启动后所需的谐振元件并联于灯管上邻近供电端的一侧，以期在不增加电路元件及成本的条件下，即可达成独立设计启动及稳态时的灯丝电流及灯管电流的优点。

本发明主要是针对一电子安定器，在启动一荧光灯管时，除需提供一适当大小的灯丝电流，以适当地对该灯管的灯丝，进行预热外，尚需在启动该灯管后，能适当地减少或移除该灯丝电流，以避免该灯丝电流在启动灯管后，无谓地损耗于灯丝上，造成能量无谓的浪费，特将该电子安定器的电路中，参与启动及预热灯丝所需的元件，并联于该灯管上远离供电端的一侧，而将启动后所需的谐振元件，并联至该灯管上邻近供电端的一侧，以令该电路在启动该灯管时，可提供对该灯丝进行预热的灯丝电流，并在启动该灯管后，能有效减少该灯丝电流。

附图说明：

图1所示是传统串联谐振电子安定器的线路示意图；

图2所示是一传统正温度系数电阻预热启动式电子安定器的线路示意图；

图3所示是图2所示的传统正温度系数电阻预热启动式电子安定器的一延伸线路示意图；

图4所示是图2所示的传统正温度系数电阻预热启动式电子安定器的另一延伸线路示意图；

图5所示是利用侦测灯丝端的电压，间接推测灯丝温度，以达到预热功能的一传统电子安定器的线路示意图；

图6所示是利用侦测灯丝端的电压，间接推测灯丝温度，以达到预热功能的另一传统电子安定器的线路示意图；

图7所示是利用大电容C_dc的充电时间，决定预热电流大小的一传统电子安定器的线路示意图；

图8所示是利用一额外绕组，与灯丝并联，以达到预热目的的一传统电子安定器的线路示意图；

图9所示是本发明的电子安定器的一最佳实施例的线路示意图；

图10所示是本发明的电子安定器的另一最佳实施例的线路示意图；

图11所示是传统正温度系数电阻预热启动式电子安定器的串联谐振电流波形的示意图；

图12所示是本发明的电子安定器的电流波形示意图；

图13是在正温度系数电阻R_ptc及灯管31间，并联另一电容C_PS时，电子安定器的电流波形示意图。

主要图号的说明：

驱动电路..................30          灯管............................31

正温度系数电阻............R_ptc       谐振元件........................C_P

电子开关..................Q₃₁，Q₃₂ 另一电容........................C_PS

供电端....................Vi

具体实施方式：

为能更清楚地表达本发明的技术手段及运作过程，现配合附图举一较佳实施例说明如下：

在本发明的一最佳具体实施例中，参阅图9所示，主要是针对一传统的正温度系数电阻预热启动式电子安定器，将其电路中参与启动及预热灯丝所需的正温度系数电阻R_ptc，并联于灯管31远离供电端的一侧，而将启动后所需的谐振元件C_P，并联至该灯管31邻近供电端的一侧。在图9所示的该实施例中，为简化本发明的电子安定器的电路结构，图9中并未揭露该电子安定器中所必需的一整流线路，而仅以标号Vi代表该整流线路所提供的电压值，以作为该电子安定器的一供电端，这里先说明。因此凡是熟悉该项技艺人士，依据本发明所揭露的技术内容，将该整流线路与本发明的电子安定器的电路整合在一起，是属可轻易想到的等效变化，应不脱离本发明的保护范畴。

在该实施例中，本发明的电子安定器的电路结构，包括一驱动电路30，该驱动电路30是用以驱动二电子开关Q₃₁及Q₃₂的启闭，以切换该供电端Vi供应至该电路及灯管31的电能Vi，该二电子开关Q₃₁及Q₃₂是相互串联，其另端并分别与该整流线路的供电端Vi相连接，其中的一电子开关Q₃₂并依序与一谐振电容C_P、一荧光灯管31及一正温度系数电阻R_ptc相并联，在该谐振电容C_P与该电子开关Q₃₂间相并联的线路上，并依序串接有一电容C_B及一电感L_R，而该正温度系数电阻R_ptc则利用一电阻R_start与该驱动电路30相连接，以形成本发明的电子安定器与该灯管31相连接的连线状态。

如此，当该驱动电路30操控该二电子开关Q₃₁及Q₃₂，以启动该灯管时，该正温度系数电阻R_ptc在冷机状态下，是呈低阻抗值，灯管两端的电压并不足以启动灯管，但是，此时通过灯丝32流经该正温度系数电阻R_ptc的电流较大，将对灯丝32产生较快的预热效果，但启动后，随著该正温度系数电阻R_ptc的温度逐渐上升，其阻抗值亦将随之增加，等到灯管31两端的电压，增加至可点亮灯管31的电压值，该灯管31即被点亮。此时，由于该正温度系数电阻R_ptc的阻抗值已非常高，因此，经由灯丝32流至该正文度系数电阻R_ptc的电流，将逐渐降低至非常小或被移除，而不致令电流无谓地消耗在灯丝32上。

因此，在该实施例中，由于该灯管31被点亮后，流经灯丝32的电流已被减小或移除，故该正温度系数电阻R_ptc不致对灯管电流造成影响，因此，在设计上，该正温度系数电阻R_ptc可被独立用以调整预热灯丝32的电流，而谐振电容C_P则可被独立用以调整流经灯管31的电流，达成独立调整灯丝电流及灯管电流的目的。

参阅图11所示，是传统正温度系数电阻预热启动式电子安定器的串联谐振电流波形，参阅图12所示，是本发明的电子安定器的电流波形，由该二图，可清楚且明显地看出，在相同的灯管电流(如该二图上频道1所示的波型)情况下，本发明的电子安定器在启动灯管后，其灯丝电流(如图12所示上频道2所示的波形)显然较传统预热启动式电子安定器的灯丝电流(例如第11图所示上频道2所示的波形)为小。

参阅第10图所示，是本发明的另一较佳具体实施例，该实施例主要是针对前述实施例，在该正温度系数电阻R_ptc及灯管31间，并联另一电容C_PS，该另一电容C_PS的电容值可视实际需要，大于或小于启动灯管后所需的谐振电容值C_PL值(并联至该灯管31邻近供电端一侧的谐振电容C_PL)，使在灯管31被启动后，可用以调整灯丝电流的大小，提供一适当的电流，对灯丝32进行适当加热作用，令本发明的电子安定器能更适应于较寒冷的工作环境。参阅图13所示，是在该正关系数电阻R_ptc及灯管31间，并联该另一电容C_PS，当灯管31被启动后，在相同的灯管电流(如图11及12上频道1所示的波型)情况下，其灯丝电流波形(如图13所示上频道2所示的波形)被适当调整的情形。

据上所述可知，本发明仅需将传统正温度系数电阻预热启动式电子安定器中，参与启动及预热灯丝所需的正温度系数电阻，并联于灯管上远离供电端的一侧，而将启动灯管后所需的谐振元件，并联于灯管上邻近供电端的一侧，如此，即可在几乎未增加电路元件及成本的条件下，达到可独立设计启动及稳态时的灯丝电流及灯管电流的优点，且在该电子安定器启动灯管后，可有效避免电流无谓消耗于灯丝上所造成的功率浪费。

以上所述，仅是本发明的一较佳的实施例，但是，本发明所主张的权利范围，并不局限于此，凡是熟悉该项技艺人士，依据本发明所公布的技术内容，可轻易想到的等效变化，均应属于不脱离本发明的保护范畴。

Claims (6)

1、一种在启动荧光灯管后可减少灯丝电流的电子安定器，该电子安定器的线路中包含：

一启动及预热一荧光灯管的灯丝所需的温度感应元件，该温度感应元件是并联于该灯管上远离一供电端的一侧；

一启动该灯管后所需的谐振元件，该谐振元件是并联至该灯管上邻近该供电端的一侧；

使该电子安定器在启动该灯管时，除可提供一适当大小的灯丝电流，对该灯管的灯丝，进行预热外，尚可在启动该灯管后，能减少该灯丝上的电流。

2、如权利要求1所述的电子安定器，其中该温度感应元件及灯管间，可并联一电容，用以在灯管被启动后，调整灯丝电流的大小，以提供一预定大小的电流，对灯丝进行加热。

3、如权利要求1或2所述的电子安定器，其中该电子安定器的线路尚包含：

一驱动电路；

二电子开关，是分别与该驱动电路相连接，以受该驱动电路的控制，切换该供电端供应至该电路及灯管的电能，该二电子开关是相互串联，其另端并分别与该供电端相连接，其中的一电子开关并依序与该谐振元件、该荧光灯管及该温度感应元件相并联；

另一电容；

一电感，是与该另一电容串接在该谐振元件与该电子开关相并联的线

路上；

另一电阻，是分别与该温度感应元件及驱动电路相连接。

4、如权利要求3所述的电子安定器，其中该温度感应元件可为一正温度系数电阻。

5、如权利要求3所述的电子安定器，其中该谐振元件可为一谐振电容。

6、如权利要求3所述的电子安定器，其中该供电端是指一整流线路所提供电压的位置。

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