CN2313356Y - 一种柔启动的灯管限流装置 - Google Patents

Abstract

一种柔启动的灯管限流装置,具有一电源供应电路,用以产生一稳定直流;一交换电路,将该稳定直流电压振荡转换为高频电压;一负载部分,接受该高频电压予以振荡开压、启动灯管,该负载部分包括电流储存装置系和灯管串联及电压储存装置系和灯管并联构成一振荡回路。其中,当电流导通该交换电路时会先产生具有第一高频的高频电压以预热灯管,待预热时间过后,则切换为产生具有第二高频的高频电压,交换电路包括一定时开关。

Description

一种柔启动的 灯管限流装置

本实用新型是有关一种柔启动的灯管限流装置，特别是有关一种具有为灯管的灯丝在灯管启动前提供足够预热时间，以延长灯管寿命的电路结构。

电子式灯管限流装置是目前热门的研发产品，其具有高频不闪烁、体积小质量轻，高效率、省电等特性，成为传统的镇流器(balast)所不及。

但市面上的灯管限流装置大都对灯管寿命有不利的影响。因目前使用的灯管大都为“热阴极启动型”的灯管，必须先将灯丝预热再启动灯管点亮，才不至使涂布在灯丝上的碳酸盐化合物(如碳酸钡)，因灯丝未先预热就以高频高压强行启动灯管点亮，使灯丝上的碳酸盐化合物被大量挥散至灯丝周围管壁上，不但造成灯管两端黑化影响照明，也使灯丝上活泼的碳酸盐类因数量骤减，造成灯管在启动过程没有碳酸盐类之助，不易游离释出电离子，而使灯管提早老化。图1即为灯丝热度和启动灯管所须电压的关系图，由图可知灯丝预热越充分，所须电压越低，因而对灯管的损害也越小。

一般灯管限流装置的电路原理如图2a所示，其包括一电源供应电路11及交换电路12所组成的整流交换电路，电源供应电路11将外部交流电转换为一稳定直流电压V₀，交换电路12将该稳定直流电压转换为高频电压V_OUT供给一负载部分13，负载部分13包含有一和灯管131串接的电流储存装置L1及一和灯管131并接的电压储存装置C1，另外包含一串接电容C2，其中L1、C1用来构成一振荡回路接受该高频电压予以振荡升压以启动灯管131，待灯管131启动点亮后不再须要高压，故L1会转为和C2振荡以维持灯管131持续发亮。通常L1为一电感，而C1、C2则各为电容并且C2的电容值远大于C1。当灯管131未点亮时，灯管131阻抗极高，L1和C1用作LC振荡产生一高频高压加于灯管131两端，使灯管131内电离子活化产生辉光放电而启动点亮。当灯管131点亮后灯管131阻抗下降，C1呈短路，L1转和C2用作LC振荡，因C2的电容值远大于C1，故振荡所产生的高压远较前者为低，其虽不足以启动灯管131但确足以使已启动的灯管131持续放电发亮。图2b即为一般灯管限流装置灯管131启动前后的两端电压，点A、B间为启动期间，点B后为启动后持续发亮，由图可看出灯管131启动时的高电压。前述的一般灯管限流装置在于一通电(Turn on)即振荡至高压以强迫启动灯管131而未考虑到灯丝预热，往往会造成灯管131损坏。

基于对灯丝预热的考量，便出现了如图3设计的灯管限流装置，采用在C1并联一热敏电阻(PTC)20来作一简单预热，利用热敏电阻20在低温为低电阻的特性使C1暂时短路，此时L1只能和C2用作LC共振，如前所述其所产生的电压不足以启动灯管。随着电流流过灯丝及PTC，灯丝及热敏电阻20皆被加热，当热敏电阻20温度上升阻值变大，L1将和C1振荡以产升高压而将灯管启动。这效果虽较一般灯管限流装置有改善，但灯丝预热仍显不足，仍会有大量碳酸盐类挥发至管壁上，且热敏电阻20本身会消耗功率，不但增加能量损耗也降低灯管限流装置的效率。

另有一种设计如图4所示，仍是在灯管限流装置于通电(Turn on)后先使在电容C1短路，L1和C1无法共振，不同处只是在电容C1并接一延迟电路30以替代PTC，利用MOSFET Tr₁的延迟关闭而获得一灯管预热时间以预热灯丝，由于电容C1两端系高频高压，故该电路须另加一整流器Db，以产生直流电源供后端电路使用。此方法虽能充足预热灯丝且不造成过多功率损耗，但电路过于复杂且成本高，尤其在多灯管系统中必须每支灯管各别设置一套极为不经济。

本实用新型的目的是提供一种灯管限流装置，使灯管在启动前有足够灯丝预热时间，以达到柔启动，延长灯管寿命且不造成多余功率损耗。

本实用新型的另一目的是提供一种灯管限流装置，其具有柔启动的功能，其电路简单，且在多灯管系统中只须设置一套。

本实用新型提供一种柔启动的灯管限流装置，包括：一电源供应电路，用以产生一稳定直流；一交换电路，将该稳定直流电压振荡转换为高频电压；一负载部分，接受该高频电压予振荡升压以启动灯管，其包括：一电流储存装置，系和灯管串接；一电压储存装置，系和灯管并接；其中

该交换电路包含一定时开关并且该交换电路具有两个振荡频率，当电流导通时该定时开关会控制该交换电路先以第一振荡频率工作一段时间以产生具有第一高频之高频电压作为灯管预热时间，待灯管预热时间完成后则切换至第二振荡频率以产生具有第二高频之高频电压。

下面将结合实施例参考附图对本实用新型的目的特征及优点进行详细说明。

图1为灯丝热度和启动灯管所须电压的关系图；

图2a为一般灯管限流装置的结构图；

图2b为一般灯管限流装置启动前后的灯管两端电压图；

图3为习知灯管限流装置结构图；

图4为习知另一种灯管限流装置结构图；

图5为本实用新型的结构图；

图6为本实用新型中的定时开关一实施例电路图；

图7为本实用新型的电路图；

图8为本实用新型应用于两管系统时的实测特性。

如前所述习知的预热灯丝的做法都是在灯管的并联电容C1上再并接一延迟电路或电阻，但因电容C1两端有高频高压存在，因此所需的电路不是复杂就是造成大功率损耗且影响灯管限流装置特性。请参照图5，本实用新型不同于习知的作法，系利用LC振荡电路在不同振荡频率会产生不同高压的原理来控制灯管预热。如图所示，灯管系利用电感L1和电容C1振荡所产生的高压来启动，然而LC振荡电路在设计频率范围内振荡时将获得一较高的频率响应，于是灯管两端所得到的高压最大，若高于设计频率范围则频率响应下降，所得的高压会减小。因此本实用新型的交换电路52具有两个振荡频率以产生不同频率的高压，另包含一定时开关54用来控制交换电路52，当灯管限流装置通电时(Turn on)会先控制交换电路52以一较高的第一振荡频率振荡一段时间，在此段时间内所产生的高频电压V_OUT其频率(称之为第一高频)较高。将该具有第一高频的高频电压V_OUT送入L1、C1用作LC振荡，将使此LC电路在较设计频率为高的频率下振荡而造成所产生的高压不足以启动灯管，虽然灯管未被启动但电流仍流过灯丝而将其预热，因此这段时间就成为灯管预热时间。在这一段时间完成后，定时开关54将控制交换电路52于较低的第二振荡频率振荡，此时所产生的高频电压V_OUT其频率(称之为第二高频)较低。将该具有第二高频的高频电压V_OUT送入L1、C1用作LC振荡，将使此LC电路回复在设计频率下振荡而产生足够的高压以启动灯管。图6a为交换电路及定时开关部分的实施例。其中交换电路62a由二晶体管T1、T2及振荡器S1所阻成，振荡器S1可以使用555振荡器。S1触发T1、T2使做交换开闭而将稳定直流V₀交换为高频电压V_OUT。振荡器S1的振荡频率由R1及C61、C62所组成的RC电路而定，因此该RC电路的时间常数决定了V_OUT的频率。定时开关64a由晶体管T3及电阻R2、电容C64构成的RC电路所组成。当电流导通(Turn on)，C64充电未足，则T3不导通，此时C61及C62的总电容为C61×C62/(C61+C62)；一段时间后C64充电完成，T3导通造成C52短路，此时C61及C62的总电容为C61，由于C61＞C61×C62/(C61+C62)故在T3不导通时所得到的高频电压的频率(第一高频)将较T3导通后(第二高频)为高，若对C61及C62选择适当电容值，则第一高频将高于设计频率范围而使LC电路响应效率下降，此时灯管两端的高压将不足而暂时无法启动，而得致一灯管预热时间。当然，定时开关也可用继电器(Re1ay)、DIAC等其他等效电路所组成。图6b为交换电路及定时开关部分的另一实施例，其动作原理和前例类似，只是交换电路中的电容C61、C62为并联，而定时开关64b会控制使C62断路改变总电容值，进而影响高频电压的频率。另外，改变电阻R1以两个并联或串联电阻替代，也可以达到同样效果。又振荡器S1也可使用石英振荡器，例如可以使用两个不同频率的石英振荡器，而以定时开关切换。

图7为本实用新型的电路图。整流装置10、第二电流储存装置L11、切换开关T1、第二电压储存装置C11、第二电流方向限制装置D11组成电源供应电路11，其中第二电流储存装置L11、切换开关T2构成一充电回路，第二电压储存装置C11、第二电流方向限制装置D11构成一升压回路。外部交流电经整流装置10整流后送至第二电流储存装置L11，当T2导通时，该充电回路呈通路状态，电流流过L11将其充磁储存电能后经T2而接地；当T2不导通时，该充电回路呈断路状态，L11便将所储存电流向升压回路放出而对C11充电，D11限制电流方向，因此L11只能对C11作单向充电遂在A点得至一稳定直流电压V₀。该直流电压V₀经由晶体管T1、T2所组成交换装置72转换为高频电压供应负载部分以启动灯管。定时开关74由晶体管T3、电阻R2及电容C64组成，当限流装置通电(Turn on)后稳定直流V₀对R2、C64所构成的RC电路充电，在充电初期T3的基极为低电位，T3不导通，C61、C62的总电容为C1×C2/(C1+C2)＜C1，故交换电路62将以一较高的频率振荡而得一频率较高的高频电压，其频率将高于电感L1及电容C1所组成的LC电路的设计频率范围，故将使该LC电路的响应效率下降而于灯管两端得一电压较低的高压，此电压不足启动灯管但电流仍流经灯丝而将灯丝加热。随着C64渐渐被充电，T3的基极电压升高终使T3导通，于是C62被短路，C61、C62的总电容为C1，交换电路62将以一较低的频率振荡而得一较低频的高频电压，其频率将落入电感L1及电容C1所组成的LC电路的设计频率范围，故将使该LC电路的响应效率上升而于灯管两端得一足以将灯管启动的高压。

本实用新型以简单线路达成确能预热灯管的效果，经测试启动超过一万次仍不会造成灯管黑化，并且仍能保有优良特性不会造成无谓的功率损耗，图8即为本实用新型应用于两管系统时的实测特性。综上所述，本实用新型整体电路简洁实用，确能达到预热灯管的效果。

唯上所述，仅本实用新型的实施例，故凡应用本实用新型的精神所为之均等变化。皆不脱离本实用新型的范围。

Claims (17)

1．一种柔启动的灯管限流装置，其包括：

一电源供应电路，用以产升一稳定直流；

一交换电路，将该稳定直流电压振荡为高频电压；

一负载部，接受该高频电压予振荡升压以启动灯管，其包括：

一电流储存装置，系和灯管串接；

一电压储存装置，系和灯管并接；

其特征在于，该交换电路包含一定时开关并且该交换电路具有两个振荡频率，当电流导通时该定时开关会控制该交换电路先以第一振荡频率工作一段时间以产生具有第一高频之高频电压作为灯管预热时间，待灯管预热时间完成后则切换至第二振荡频率以产生具有第二高频之高频电压。

2．如权利要求1的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该电流储存装置系为一电感，该电压储存装置为一电容，该电感及电容构成一LC振荡回路接受该高频电压，以产生LC振荡电压。

3．如权利要求2的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该第一高频的值等于该第一振荡频率且该第二高频的值等于该第二振荡频率。

4．如权利要求3的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该第一振荡频率系大于该第二振荡频率。

5．如权利要求4的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该第二振荡频率系为该LC振荡回路之设计频率。

6．如权利要求5的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该交换电路包含一振荡器。

7．如权利要求6的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该振荡器连接有一RC电路以决定该振荡器的振荡频率。

8．如权利要求7的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该RC电路具有复数个电容。

9．如权利要求8的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该复数个电容为串联或并联。

10．如权利要求9的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该复数个电容为二个串联电容。

11．如权利要求10的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，一个电容和该定时开关并接。

12．如权利要求11的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该定时开关包含一晶体管及一RC电路，其中该晶体管和该二个串联电容中的一个电容并接。

13．如权利要求7的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该定时开关包含一继电器。

14．如权利要求8的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该RC电路具有复数个电阻。

15．如权利要求14的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该复数个电阻为串联或并联。

16．如权利要求15的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该定时开关包含一继电器。

17．如权利要求6的柔启动的灯管限流装置，其特征在于，该振荡器为石英振荡器。

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