CN201178519Y - 用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置。本实用新型利用了磁保持继电器的记忆特性由稳压电源、“磁保持继电器单次切换控制器”和极性切换电路组成。直流荧光灯的整流滤波电路的正输出端连接稳压电源的输入端和“磁保持继电器单次切换控制器”的输入端。稳压电源的输出端向“磁保持继电器单次切换控制器”供电。关灯时整流滤波电路输出的直流高电压迅速下降，立即被“磁保持继电器单次切换控制器”测知并立刻启动极性切换电路完成一次切换，改变加在荧光灯管两端的电压极性。因此每次开灯时灯管上所加的电压极性总是与上一次开灯时相反，从而延长了灯管的使用寿命，也避免了在灯点亮时定期改变极性引起的闪烁。

Description

用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置

所属技术领域    本实用新型涉及直流荧光灯技术领域，特别涉及延长荧光灯管的使用寿命的装置。

背景技术

由于交流荧光灯存在频闪和高频辐射影响人体健康，无频闪和无高频辐射的直流荧光灯已经引起普遍的重视。如果在直流荧光灯中使用市面上出售的交流荧光灯管，灯管的寿命将十分有限，因为在直流高压下荧光灯的正极存在产生暗区和正极端发黑的问题。因此有人发明了“使直流荧光照明系统灯管的极性周期改变的装置”(device for periodically alternating bulb polarities of aDC fluorescent lighting system)[1]。此项发明虽然延长了灯管的寿命，但成本高，改变灯管极性时还会产生闪烁，周期性改变灯管极性就会产生频闪，对人的视力是不利的，虽在美国申请专利，但未见有产品在市场销售。

为此有人提出制造专用的直流荧光灯管(专利号：ZL99808297.X)。设计了一端是正极，另一端是负极的直流灯管，正极用性能极其稳定的材料，所以正极端不会发黑。同时灯管内的气体成分和配比合理设定，使得汞蒸汽扩散和电泳达到动态平衡而不出现正极暗区。但由于制造专用的直流荧光灯管十分困难，所以至今无法推广。

发明内容

采用市面上出售的交流荧光灯管将是无频闪和无高频辐射的直流荧光灯能得到推广的重要前提条件，但必须解决灯管的寿命问题。本实用新型发明的装置将确保在每次开灯时灯管上所加的直流高电压的极性与上一次开灯时相反，从而延长了灯管的使用寿命，也避免了在灯点亮时定期改变极性引起的闪烁。本实用新型由稳压电源、“磁保持继电器单次切换控制器”和极性切换电路组成。

图1右边的滤波电路、降压电路、整流滤波电路、高压启辉电路和灯管恒流电路都是直流荧光灯的组成要件，本来灯管直接连在B和C两点之间。本实用新型在灯管和B、C之间插入一个极性切换电路。在极性切换电路中用到了两组转换接点K2和K3。转换接点K2和K3最好是磁保持继电器J1的两组转换接点，如果磁保持继电器没有足够多的转换接点，也可以选用普通电磁继电器J2的两组转换接点，电磁继电器J2的激励状态则由磁保持继电器J1的接点控制。转换接点K2的公共端连接高压启辉电路输出端的低端B。转换接点K3的公共端连接灯管恒流电路的输出端C。转换接点K2的常开端连接转换接点K3的常闭端和灯管的一端。转换接点K2的常闭端连接转换接点K3的常开端和灯管的另一端。磁保持继电器J1切换时，灯管上所加的直流高电压的极性就将改变。本实用新型的关键部件是图1中的“磁保持继电器单次切换控制器”，它控制磁保持继电器J1的单次切换动作。图1中的“稳压电源”向“磁保持继电器单次切换控制器”供给直流电压VD。稳压电源包括正电源芯片N1，电容器C10，电容器C11和电阻器R。正电源芯片N1的输入端连接电容器C10的正端和电阻器R。电阻器R的另一端连接直流荧光灯的整流滤波电路的正输出端。正电源芯片N1的输出端连接电容器C11的正端和“磁保持继电器单次切换控制器”的电源端VD。正电源芯片N1的接地端连接电容器C10和C11的负端、直流荧光灯的整流滤波电路的负输出端和“磁保持继电器单次切换控制器”的地线端。整流滤波电路输出的直流高压经电阻器R降到正电源芯片N1所需的输入电压范围。

为了“磁保持继电器单次切换控制器”能稳定可靠地工作，为了保护继电器的接点，又为了不干扰刚开灯时直流高压启辉等工作的进行，“磁保持继电器单次切换控制器”将在每次关灯时改变磁保持继电器J1的状态。改变后的状态将一直保持到下次开灯的全过程。下次关灯时将又一次改变磁保持继电器J1的状态。“磁保持继电器单次切换控制器”的A输入端与整流滤波电路的正电压端相接，关灯时整流滤波电路输出的直流高压迅速下降，立即被“磁保持继电器单次切换控制器”测知并立刻启动一次切换。

目前有两种不同结构的磁保持继电器，即双激励线圈磁保持继电器和单激励线圈磁保持继电器。须分别设计各自的单次切换控制器。

图2画出了使用双激励线圈磁保持继电器时“磁保持继电器单次切换控制器”的装置连线图。图中画出了磁保持继电器J1内的两个激励线圈和该继电器内的转换接点K1。图中集成电路D1的型号为CD4011，CD4011内有四个2输入端与非门，分别用A、B、C和D标注。集成电路D2的型号为CD4013，CD4013内有两个D型触发器，分别用A和B标注。集成电路D3的型号为MC1413，MC1413内有七个大功率非门分别用A、B、直到G标注。MC1413的输出端是集电极开路的形式，需要外接负载电阻。MC1413输出零电压时可以允许注入较大的电流。

电阻器R1的一端(标志为A)连接直流荧光灯的整流滤波电路的正电压输出端，另一端连接电阻器R2和电解电容器C1的正端，电阻器R2的另一端接地，电容器C1的负端连接二极管V1的阳极、二极管V2的阴极、电阻器R3和与非门D1：A的两个输入端，电阻器R3的另一端连接正电源VD，二极管V1的阴极连接正电源VD，二极管V2的阳极接地，与非门D1：A的输出端连接触发器D2：B的S输入端。电解电容器C2的正端连接正电源VD，C2的负端连接电阻器R4和触发器D2：A和D2：B的R输入端，电阻器R4的另一端接地，触发器D2：A的D输入端连接正电源VD，D2：A的S输入端接地，触发器D2：A的“非Q”输出端连接与非门D1：B的一个输入端，触发器D2：B的D输入端和clk输入端接地，D2：B的Q输出端连接与非门D1：B的另一个输入端。与非门D1：B的输出端连接非门D3：A的输入端，非门D3：A的输出端连接电阻器R5和非门D3：B的输入端，电阻器R5的另一端连接正电源VD，非门D3：B的输出端连接磁保持继电器J1内的转换接点K1的公共端，转换接点K1中的常闭端连接激励线圈S的“-”端和与非门D1：C的一个输入端。激励线圈S的“+”端接正电源VD，转换接点K1中的常开端连接激励线圈R的“-”端和与非门D1：C的另一个输入端，激励线圈R的“+”端接正电源VD，与非门D1：C的输出端连接与非门D1：D的两个输入端，与非门D1：D的输出端连接触发器D2：A的clk输入端。

电容器C2和电阻器R4组成上电复原电路，开灯时由于电容器C2两端的电压不能突变，触发器D2：A和D2：B的R输入端得到短时的高电平，两个触发器均被置于“0“状态。触发器D2：A的“非Q”输出端输出高电平到与非门D1：B的一个输入端。触发器D2：B的Q输出端输出低电平到与非门D1：B的另一个输入端。因此开灯后与非门D1：B输出高电平。电阻器R4为电容器C2提供了充放电回路，因此D2的两个触发器的R输入端的电压很快回到零电压。

经大功率非门D3：A和D3：B两次反相后，高电平加到磁保持继电器J1内的转换接点K1的公共端。因此开灯后两个激励线圈的“-”端都是高电平，两个激励线圈内都无电流通过。与非门D1：C的两个输入端都是高电平，因此它输出低电平。与非门D1：D输出高电平。

由于电解电容器C1耐压有限，所以直流荧光灯的直流高压必须经电阻器R1和R2分压后加到电容器C1的正端，二极管V1、V2用于保护与非门D1：A。关灯时荧光灯的高压直流电压快速下降，电容器C1的正端电压也随之快速下降，由于电容器C1两端的电压不能突变，与非门D1：A的两个输入端将得到短时间的低电平，它将输出正向脉冲到触发器D2：B的S输入端，使触发器D2：B置为“1”状态。触发器D2：B的Q输出端输出高电平到与非门D1：B，这时与非门D1：B的两个输入端都是高电平，于是与非门D1：B输出低电平，经大功率非门D3：A和D3：B两次反相后，将有低电平加到磁保持继电器J1内的转换接点K1的公共端。这时置位线圈S的“-”端成为零电压，置位线圈S内将有电流通过并注入大功率非门D3：B的输出端。与此同时与非门D1：C的一个输入端成为零电压，与非门D1：C将输出高电平，与非门D1：D输出零电压到D型触发器D2：A的clk输入端，clk输入端得到的负向跳变不会改变触发器D2：A的状态。

电流通过置位线圈S若干毫秒后磁保持继电器J1将改变为置位状态，转换接点K1将发生切换，由于转换接点K1是先断开后接通，与非门D1：C的两个输入端就有一很短的时间同时为高电压，与非门D1：C将输出低电平，与非门D1：D输出高电平，而这一正向跳变将使触发器D2：A成“1”状态，触发器D2：A的“非Q”端将输出零电压到与非门D1：B，与非门D1：B将输出高电压到大功率非门D3：A，大功率非门D3：B将输出高电压到磁保持继电器J1内的转换接点K1的公共端。这时即使转换接点K1已经切换到复原线圈R一边，但因大功率非门D3：B已经输出高电压，复原线圈R内不会有电流通过。因此在关灯时正好完成了一次继电器状态的切换，即从复原状态转变为置位状态。这个状态将一直保持到下次关灯前的全过程。

在关灯的过程中虽然最终“磁保持继电器单次切换控制器”的供电电源VD也将降为零，但因VD不超过20V，比直流荧光灯的整流滤波电路的直流高电压低很多，只要电容器C11的容量足够大，就可坚持几十毫秒，而这段时间对改变磁保持继电器J1的状态已经足够了。

下次开灯后，转换接点K1接通复原线圈R的“-”端，关灯时大功率非门D3：B输出的零电压经磁保持继电器J1内的转换接点K1加到复原线圈R的“-”端。复原线圈R内将有电流通过，经若干毫秒后磁保持继电器J1将改变为复原状态，转换接点K1发生切换，同时将使触发器D2：A成为“1”状态。大功率非门D3：B将输出高电压到磁保持继电器J1内的转换接点K1。在关灯的过程中又完成了一次继电器从置位状态转变为复原状态的切换。

由于每次关灯磁保持继电器J1改变一次状态，由磁保持继电器J1的另外两组转换接点K2和K3(或由磁保持继电器J1控制的普通继电器J2的两组转换接点K2和K3)即可实现下次开灯时灯管上所加的直流高电压的极性与上一次开灯时相反的目的。

图3画出了使用单激励线圈磁保持继电器时“磁保持继电器单次切换控制器”的装置连线图。与图2的差别就在于激励线圈与转换接点K1的连接方法。图3中增加了电阻器R6和R7。转换接点K1的常闭端连接激励线圈的“+”端、电阻器R6的一端和与非门D1：C的一个输入端。电阻器R6的另一端连接正电源VD。转换接点K1的常开端连接激励线圈的“-”端、电阻器R7的一端和与非门D1：C的另一个输入端，电阻器R7的另一端连接正电源VD。

当大功率非门D3：B输出零电压时，有两路电流注入大功率非门D3：B的输出端，一路通过电阻器R6，另一路通过电阻器R7和继电器的激励线圈，方向自“-”到“+”，将使磁保持继电器J1转为置位状态，转换接点K1切换后接通激励线圈的“-”端。下一次关灯时，当大功率非门D3：B输出零电压时，将有电流自“+”到“-”通过继电器的激励线圈，将使磁保持继电J1转为复原状态，转换接点K1再一次切换接通激励线圈的“+”端。从而实现每次关灯改变一次灯管的极性的目的。

本实用新型的有益效果是每次开灯时灯管上所加的直流高电压的极性与上一次开灯时相反，从而延长了灯管的使用寿命。改变极性的工作是在关灯时自动完成的，因而不会引起灯光的闪烁。改变极性的工作在关灯时完成也可延长继电器接点的寿命。

附图说明

图1本实用新型用于直流荧光灯的方框图。

图2使用双激励线圈磁保持继电器实现“磁保持继电器单次切换控制器”的装置连线图。

图3使用单激励线圈磁保持继电器实现“磁保持继电器单次切换控制器”的装置连线图。

图4使用双激励线圈磁保持继电器实现本实用新型的实际原理图。

图5用磁保持继电器控制普通电磁继电器的原理图。

具体实施方式

在图4中使用了OMRON公司的G6A双激励线圈磁保持继电器，该继电器内有四组转换接点，激励线圈的工作电压为12V。为此电源电压VD也应选择12V。正电源芯片N1选用7812型集成正电源芯片。7812的输出电流约为11毫安左右。7812的输入电压可以选在24V到30V的范围。根据直流荧光灯的直流高压的高低可以确定电阻器R的数值。电容器C10的容量选为10uF，耐压50V。电容器C11的容量选为100uF，耐压25V。上拉电阻器R3和R5的阻值均选用10k。二极管V1和V2选用1N4148。电容器C1的容量选为100uF，耐压50V。根据直流高压的数值可以计算出电阻器R1和R2的阻值，使关灯时能在与非门D1：A的输入端得到低电平脉冲。电容器C2的容量选为22uF，电阻器R4的阻值选为100k。

图5画出了用磁保持继电器控制普通电磁继电器的原理图。当磁保持继电器内转换接点的数目不足三个而多于一个时就可以用一个有两个转换接点的普通电磁继电器来完成K2和K3的任务。磁保持继电器内必须有一个转换接点完成K1的任务。磁保持继电器内还应有一个其他接点(常开、常闭或转换接点均可)用于驱动该普通电磁继电器。

参考文献

[1]Uni ted States Paten.Patent Number：5，072，160Date of patent Dec.10，1991

Claims (4)

1，一种用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置，包括稳压电源、“磁保持继电器单次切换控制器”和极性切换电路，其特征在于所述的“磁保持继电器单次切换控制器”包括2输入端四与非门D1、双D型触发器D2、大功率非门D3，二极管V1、V2，电容器C1、C2，电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和磁保持继电器J1，电阻器R1的一端连接直流荧光灯的整流滤波电路的正电压输出端，电阻器R1的另一端连接电阻器R2和电解电容器C1的正端，电阻器R2的另一端接地，电容器C1的负端连接二极管V1的阳极、二极管V2的阴极、电阻器R3和与非门D1:A的两个输入端，电阻器R3的另一端连接正电源VD，二极管V1的阴极连接正电源VD，二极管V2的阳极接地，与非门D1:A的输出端连接触发器D2:B的S输入端，电解电容器C2的正端连接正电源VD，C2的负端连接电阻器R4和触发器D2:A和D2:B的R输入端，电阻器R4的另一端接地，触发器D2:A的D输入端连接正电源VD，D2:A的S输入端接地，D2:A的“非Q”输出端连接与非门D1:B的一个输入端，触发器D2:B的D输入端和clk输入端接地，D2:B的Q输出端连接与非门D1:B的另一个输入端，与非门D1:B的输出端连接非门D3:A的输入端，非门D3:A的输出端连接电阻器R5和非门D3:B的输入端，电阻器R5的另一端连接正电源VD，非门D3:B的输出端连接磁保持继电器J1的转换接点K1的公共端，转换接点K1中的常闭端连接与非门D1:C的一个输入端，转换接点K1中的常开端连接与非门D1:C的另一个输入端，与非门D1:C的输出端连接与非门D1:D的两个输入端，与非门D1:D的输出端连接触发器D2:A的clk输入端，转换接点K1中的常闭端和常开端还要与磁保持继电器J1的激励线圈相连接。

2，根据权利要求1所述的一种用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置，其特征在于所述的“磁保持继电器单次切换控制器”可以采用双激励线圈磁保持继电器也可以采用单激励线圈磁保持继电器，磁保持继电器J1为双激励线圈磁保持继电器时转换接点K1中的常闭端连接激励线圈S的“-”端，激励线圈S的“+”端接正电源VD，转换接点K1中的常开端连接激励线圈R的“-”端，激励线圈R的“+”端接正电源VD，磁保持继电器J1为单激励线圈磁保持继电器时转换接点K1的常闭端连接激励线圈的“+”端和电阻器R6的一端，电阻器R6的另一端连接正电源VD，转换接点K1的常开端连接激励线圈的“-”端和电阻器R7的一端，电阻器R7的另一端连接正电源VD。

3，根据权利要求1所述的一种用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置，其特征在于所述的稳压电源包括正电源芯片N1，电容器C10，电容器C11和电阻器R；正电源芯片N1的输入端连接电容器C10的正端和电阻器R的一端，电阻器R的另一端连接直流荧光灯的整流滤波电路的正输出端，正电源芯片N1的输出端连接电容器C11的正端和“磁保持继电器单次切换控制器”的电源端VD，正电源芯片N1的接地端连接电容器C10和C11的负端、直流荧光灯的整流滤波电路的负输出端和“磁保持继电器单次切换控制器”的地线端。

4，根据权利要求1所述的一种用于自动改变荧光灯管所加电压极性的装置，其特征在于所述的极性切换电路包括两个转换接点K2和K3，转换接点K2的公共端连接高压启辉电路的低端B，转换接点K3的公共端连接灯管恒流电路的输出端C，转换接点K2的常开端连接转换接点K3的常闭端和灯管的一端，转换接点K2的常闭端连接转换接点K3的常开端和灯管的另一端，转换接点K2和K3可以是磁保持继电器J1内的接点也可以是其他电磁继电器的接点。

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