CN2530419Y - 气体放电灯 - Google Patents

Abstract

一种气体放电灯，包括依次以电路相连接的镇流器14、起辉器15、灯泡9，所述的镇流器14包括一可将低压直流电通过变频转换成高压直流电的前级电路141及一可将前级电路141输出的高压直流电转换成方波交流电的后级电路142。本设计采用高频变换原理，显著地提高了电源转换效率，更使产品体积和重量大大缩小，使其方便携带；该设计具有启动保护、可靠点灯、输入过压保护、过流保护，输出功率控制、短路保护等功能；与现有的荧光灯相比，它的体积小，功率大，在照明灯具中配光控制容易。

Description

气体放电灯

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池照明灯，尤其涉及一种蓄电池高强度气体放电灯。

背景技术

目前现有的蓄电池照明灯，特别是车用蓄电池照明灯，一般均为车用蓄电池通过开关直接点亮白炽灯，通过反射镜的形状、焦距，达到所需光型，其耗电多，效率低、寿命短，为了解决上述缺陷，人们正开发研制一种发光效率，使用寿命比白炽灯的高五倍以上的高强度气体放电灯，但因与之配套使用镇流器一般为电感式的，缺点明显。而高频镇流器研制者虽多，但成品极少，原因之一是高强度气体放电灯的电子镇流器所产生的高频振荡电压如果与放电灯内壁的反射波同相，将会导致放电灯内产生驻波，及所谓“声共振”现象。它会导致灯被触发点燃后，几分钟内工作电流急剧增大，使放电电弧电弧不稳定，处于失控状态，并立即熄弧，这样经过多次重复点燃后，最终烧毁电子镇流器或损坏放电灯。

下面我们阐述一下镇流器的一般工作过程：

1)启动过程启动延迟现象，既确实点灯性，该过程还要求伴随着放电的增长，输出功率应急剧增长。及灯泡的电极之间产生的高电压脉冲造成击穿；然后由辉光放电转向电弧放电；电弧放电的增长及光通量的增加。在电弧增长过程中，输出电压VL从最小值徐徐上升至稳定值，在变化过程中的输出功率处于超过35W的超功率状态，灯泡内的温度也急剧上升。为了不给灯泡带来损害，镇流器必须对最大输出功率及最大输出电流给予限制。

2)稳定点灯过程稳定点灯时输出光通量的稳定性对车前灯的配光性能有直接影响。稳定状态下的电弧形状，对配光有重要的影响。电弧的稳定性与镇流器输出的驱动波形有着密切的关系。下面是至今为止提出来的用于气体放电灯系统的驱动波形。

A、正弦波(约10KHz)驱动方式由DC/AC转换器提升输入电压，并直接驱动灯泡，因此电路构成上简单。但另一方面，为了避免灯泡的声音共振现象，频率不能超过10KHz，因此容易引起变压器的大型化。声音共振现象是指加到灯泡上的功率的频率与灯泡内的高压气体分布产生共振，从而引起电弧振动摇晃现象。

B、直流驱动方式由DC/DC转换器提升输入电压，并直接驱动灯泡，因此电路构成上也很简单。转换器的频率能任意上升，所以有利于把它小型化。这种方式没有了灯泡内的换流，所以灯泡的电极就有极性之分(阳极和阴极)。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种车用气体放电灯，其所用的镇流器采用高频变换且输出驱动波形为方波。

本实用新型所要解决的另一技术问题是提供一种具有启动保护、可靠点灯、输入过压保护、过流保护、输出功率控制、短路保护等功能的车用气体放电灯。

本实用新型是这样实现的：一种气体放电灯，包括依次以电路相连接的镇流器、起辉器、灯泡，所述的镇流器包括一可将低压直流电通过变频转换成高压直流电的前级电路及一可将前级电路输出的高压直流电转换成方波交流电的后级电路。

本设计采用高频变换原理，显著地提高了电源转换效率，更使产品体积和重量大大缩小，使其方便携带；采用矩形波(数百Hz)驱动方式，由DC/DC转换器升压后，由全电桥转换器变换器变换成数百Hz的矩形波。它消除了前面两种方式的缺点可以容易实现小型化；通过给气体放电灯灯泡电极提供负脉冲电源，避免了正离子对灯壳的冲击；该设计具有启动保护、可靠点灯、输入过压保护、，过流保护，输出功率控制、短路保护等功能；与现有的荧光灯相比，它的体积小，功率大，在照明灯具中配光控制容易。

附图说明

图1是本实用新型气体放电灯的结构剖视图。

图2是本实用新型气体放电灯的前视图。

图3是本实用新型气体放电灯的整灯部件装配图。

图4是本实用新型气体放电灯的镇流器的前级电路方框图。

图5是本实用新型气体放电灯的镇流器的高压击穿电压输出波形图。

图6是本实用新型气体放电灯的镇流器的电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示：本实用新型气体放电灯包括灯泡9，分别位于灯泡9前端、后端、四周的玻璃12、后盖4、壳体2，设有壳体2底部的脚架3，设于玻璃12与壳体2间的前盖1，设于壳体2与前盖1之间的密封圈10，设于玻璃12与前盖1之间、壳体2与后盖4之间的防水圈8，连接壳体与灯座的压簧，设于后盖4上的胶粒5。

如图3所示：本实用新型的气体放电灯还包括与灯泡9依次以导线16相连接连接插件17、起辉器15、镇流器14。

下面结合电路图详细说明本实用新型的气体放电灯的镇流器14工作原理。

在本实施例中镇流器14分为两部分：1、前极电路141：输入低压直流电经高频振荡、变压器升压、整流滤波后输出一完好高压直流电。2、后级电路142：从前极电路输出的直流电经后极振荡再滤波后即可得到我们供气体放电灯工作所要求的方波交流电。

如图4所示：镇流器14的前级电路141其实是DC/DC变换过程，包括依次以电路相连接的电源滤波电路1411、输入电压取样电路1412、脉宽控制电路1413、高频振荡电路1414、高频整流滤波电路1415，该前级电路141还包括一输出电压、电流取样电路1416，其输入端与高频整流滤波电路1415的输出端相接，其输出端与脉宽控制电路1413的输入端相接。

结合图6的电路原理图所示：所述的电源滤波电路1411的作用是对来自12V直流电源或尖峰干扰脉冲进行平滑滤波，供质量较好的直流电。其一是防止输入电源窜入噪声，其二是抑制开关电源产生的噪声反馈到输入电源。

所述的脉宽控制电路1413包括依次以电路相连接的一可输出高频脉冲控制信号的前级控制模块14131、一场效应管14132、一变压器的初级线圈14133，所述的前级控制模块14131包括脉冲控制单元141311及功率积分单元141312。

所述的输出电压、电流取样电路1416包括一取样电阻14161，由于在开关管中，栅极驱动电流与漏级输出之间存在一定的关系，漏极电流的变化也就反应了栅极输入电流的变化，通过取样电阻14161取样就可把栅极电流信号转化为一可以比较的电压信号。

因此取样电路1416将前级场效应管漏级输出的电流信号取样后送入前极控制模块14131的脚17，并进入功率积分单元141312，同时前极输出电压取样信号从前极控制模块14131的脚18输入后，也进入功率积分单元141312，通过对输出电流和输出电压积分处理，可得到反映输出功率的信息。该信息输入到脉冲控制单元141311，脉冲控制单元141311根据输出功率的信息调节脉冲信号，再通过前级控制模块的脚15输出，从而实现控制场效应管14132的导通与关断，起到功率控制之目的。

所述的功率MOSFET场效应管14132是单极型器件，是靠多数载流子传导电流的，没有载流子蓄积而产生的延迟时间，开关速度快，开关时间短。其源极和漏极的导通和截止受栅极信号的控制。前极控制模块14131工作时的工作频率由和振荡器相接的定时元件电阻和电容的数值决定。通过对电阻和电容的数值的选择可以方便获得我们要求的频率，这样通过前级控制模块14131输出的高频脉冲控制信号的对场效应管14132栅极的作用，其源极和漏极交替通断，变压器的初级线圈14133就可以得到高频脉冲电流，通过和次级线圈的偶合就可以将电能传输到后极电路142。

所述的高频整流滤波电路1415包括由二极管14151、14152、14153及电容14154、14155等。该高频整流滤波电路1415向后极电路142提供两种直流电压供所体放电灯的灯泡高压击穿和正常点亮之用。

所述的前级电路141还包括一逆接保护电路1417，其由二极管14171，场效应管14172和熔断器组成，当电源导线和蓄电池的电极按正确方式接入时，场效应管14172的控制极将处于高电位而将源漏极导通，顺利向后面电路供电；如果不小心将正负极接反，场效应管14172控制极将处于低电位而关断其源漏极，电流经不在向后面电路供电，从而起到保护其它电子元件的目的。

前级控制模块14131同时对主电路中的电流也做限制，根据电流取样信息，如果电流取样值大于所设定域值，则过流比较器会给出一高电平信号，迫使波宽调节器趋于关断状态，场效应管14132因没有驱动也随之关断，逆变过程被终止，故而实现限流保护之功能。电池电压信息取样从前极控制模块的脚10输入，脉宽控制单元根据得到的电压信息自动调节驱动信号脉冲的宽度，从而得到稳定输出电压。

如图6所示：后级电路142包括依次连接的后极控制模块1421、全桥式变换电路1422，所述的后级控制模块1412的输入端接前级电路141的高频整流滤波电路1415的输出端，所述的全桥式变换电路1422是由4个场效应管14221、14222、14223、14224组成，后极控制模块1421的主要工作原理和前极控制模块14131基本相似。后极控制模块1421通过其脚11、12、13、14发出控制脉冲以控制场效应管14221、14222、14223、14224的导通与关断，而使电流实现从直流到方波交流的变化，后极控制模块1421的脚7、9的电压为场效应管导通和关断驱动参考比较电压。

首先通过选取与后级控制模块1421的振荡器上的电阻和电容的数值，得到我们要求的输出电压的频率。由于输出脉冲的宽度决定了场效应管的导通时间。从后级控制模块1421出来的两路控制信号交替工作，其中一路控制信号工作时场效应管14221和声效应管14223导通工作，这样在输出端143就产生了一正方向的电压，另一路控制信号工作时场效应管14222和场效应管14224导通工作，在输出端143就产生了一负方向的电压，于是直流电就变化成方波交流电，经滤波电容14225滤波后，得到可供气体放电灯灯泡点亮使用的完好交流电。

同时，使灯泡两极对灯泡壳体存在负电位，这样由于气体放电中产生的正离子就会延着电力线方向运动，最终都聚集到气体放电灯的灯泡两电极上，也就避免了正离子对灯泡壳体的撞击而产生的破坏作用。

以上描述的是镇流器的工作原理，下面结合灯泡9、启辉器15描述整灯的工作原理：

在前面气体放电灯的一般工作过程的描述中已经提到，气体放电灯稳定工作之前必须经过电弧击穿过程；因为最初的过程是通过电极之间的气体在高压作用下的辉光放电来实现，但很快就会出现电弧击穿，之后就转移到电弧放电。由于电弧击穿通常需要15-25KV的高压，但在电弧击穿之后，由于灯泡上的电压特性的改变，要求加在灯泡上的电压必须立刻回到正常电弧放电电压上，一般要求85伏的电压。故我们在设计镇流器时，要求提供两种电压，及正常维持点灯电压和区别于维持正常点灯电压的提供给启辉器产生击穿电压用之较高电压(启辉器只有在较高电压下才能工作而产生高压并只维持几十微妙，否则将相当于闭合开关直接导通)。在主电路中通过变压器的次级两组不同匝数的线圈，故而得到两种不同的电压，维持正常点灯电压由二极管14152、二极管14153逐波整流直接提供到后极电路142，匝数较多的线圈接到整流二极管14151上，在通过一热温度系数电阻14156接到后极电路142上。这样，气体放电灯启动时，灯泡两极处于开路状态，其电阻无穷大，电路为开路，和二极管14151串联的热温度系数电阻14156的分压作用不会出现，前极电压为较高电压输出到后极电路142的全桥式变换电路1422，再传给启辉器15，启辉器15得到这一较高电压后，将产生一能将灯泡内气体击穿的击穿电压。气体放电灯一旦击穿之后，其两电极之间立即由辉光放电转移到电弧放电，其间的电阻骤减，电路中的电流也随之很快上升，由于和二极管14151串联的热温度系数电阻14156的分压作用立即显现，于是前极电压只能以正常维持点灯电压输出到后极电路142的全桥式变换电路1422，再传给启辉器，启辉器得不到较高电压后，将只传递镇流器输出的正常维持点灯电压。使用热温度系数电阻14156的作用是当气体灯从高压击穿过程向正常维持点灯过程转化时，电路中电流上升，流过电阻的电流上升导致其温度上升，此时热温度电阻阻值也因其温度而阻值迅速提高，从而遏制因电流突然上升给电路带来的冲击。

同时镇流器14的控制一般为闭合回路控制。有一个转换器，把要加到灯泡上的电压、电流滤出来，并使输出功率达到一个定值，灯泡存在电压特性差以及输入电压变动，必须能在任何时候把输出功率控制在一定值上，但全桥半导体开关正常工作在数百Hz的开/关状态下。通常是一个恒定的频率值，为了把启动失误控制在第一个循环之内，矩形波的第一个周期被延长。在控制单元中，气体放电灯每一次点火事件被作为启动信号，脉宽控制单元在得到该启动信号时会给出一个较正常工作频率延长的工作周期，这样后极开关管受其控制也以较长的工作周期开关工作，从而减少了启动失误。

如图5所示是本实施例气体放电灯从启动到稳态点灯过程镇流器的电压输出波形：高压击穿过程的时间随着气体放电灯灯泡电极之间气体的击穿而结束，之后进入一个延时周期的电弧放电维持阶段，最后进入气体放电灯的正常维持点灯过程。

凡本领域内普通技术人员所熟知的技术变换均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1、一种气体放电灯，包括依次以电路相连接的镇流器(14)、起辉器(15)、灯泡(9)，其特征在于，所述的镇流器(14)包括一可将低压直流电通过变频转换成高压直流电的前级电路(141)及一可将前级电路(141)输出的高压直流电转换成方波交流电的后级电路(142)。

2、根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述的前级电路(141)包括依次以电路相连接的电源滤波电路(1411)、输入电压取样电路(1412)、脉宽控制电路(1413)、高频振荡电路(1414)及高频整流滤波电路(1415)，该前级电路(141)还包括一输出电压、电流取样电路(1416)，其输入端与高频整流滤波电路(1415)的输出端相接，其输出端与脉宽控制电路(1413)的输入端相接。

3、根据权利要求2所述的气体放电灯，其特征在于，所述的脉宽控制电路(1413)包括依次以电路相连接的一可输出高频脉冲控制信号的前级控制模块(14131)、一场效应管(14132)、一变压器的初级线圈(14133)。

4、根据权利要求3所述的气体放电灯，其特征在于，所述的前级控制模块(14131)包括一可根据输入信号输出可控制脉宽的脉冲信号的脉冲控制单元(141311)及一可对输入信号进行积分处理的功率积分单元(141312)。

5、根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述的前级电路(141)还包括一逆接保护电路(1417)，其包括二极管(14171)，场效应管(14172)和熔断器。

6、根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述的后级电路(142)包括依次连接的后极控制模块(1421)、全桥式变换电路(1422)，所述的后级控制模块(1412)的输入端接前级电路(141)的高频整流滤波电路(1415)的输出端。

7、根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，所述的全桥式变换电路(1422)是由4个场效应管(14221、14222、14223、14224)组成，场效应管(14221、14223)与场效应管(14222、14224)交替工作。

8、根据权利要求2所述的气体放电灯，其特征在于，高频振荡电路(1414)包括一变压(14141)的次级，其为两组不同匝数的线圈。

9、根据权利要求8所述的气体放电灯，其特征在于，所述的匝数较多的线圈与一整流二极管(14151)相接，所述的匝数较少的线圈与二极管(14152)、二极管(14153)相接。

10、根据权利要求9所述的气体放电灯，其特征在于，所述的二极管(14151)后还串联一热温度系数电阻(14156)。

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