專利名稱：氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種蓄電池照明燈，尤其涉及一種蓄電池高強度氣體放電燈。
下面我們闡述一下鎮(zhèn)流器的一般工作過程1)啟動過程啟動延遲現(xiàn)象，既確實點燈性，該過程還要求伴隨著放電的增長，輸出功率應(yīng)急劇增長。及燈泡的電極之間產(chǎn)生的高電壓脈沖造成擊穿；然后由輝光放電轉(zhuǎn)向電弧放電；電弧放電的增長及光通量的增加。在電弧增長過程中，輸出電壓VL從最小值徐徐上升至穩(wěn)定值，在變化過程中的輸出功率處于超過35W的超功率狀態(tài)，燈泡內(nèi)的溫度也急劇上升。為了不給燈泡帶來損害，鎮(zhèn)流器必須對最大輸出功率及最大輸出電流給予限制。
2)穩(wěn)定點燈過程穩(wěn)定點燈時輸出光通量的穩(wěn)定性對車前燈的配光性能有直接影響。穩(wěn)定狀態(tài)下的電弧形狀，對配光有重要的影響。電弧的穩(wěn)定性與鎮(zhèn)流器輸出的驅(qū)動波形有著密切的關(guān)系。下面是至今為止提出來的用于氣體放電燈系統(tǒng)的驅(qū)動波形。
A、正弦波(約10KHz)驅(qū)動方式由DC/AC轉(zhuǎn)換器提升輸入電壓，并直接驅(qū)動燈泡，因此電路構(gòu)成上簡單。但另一方面，為了避免燈泡的聲音共振現(xiàn)象，頻率不能超過10KHz，因此容易引起變壓器的大型化。聲音共振現(xiàn)象是指加到燈泡上的功率的頻率與燈泡內(nèi)的高壓氣體分布產(chǎn)生共振，從而引起電弧振動搖晃現(xiàn)象。
B、直流驅(qū)動方式由DC/DC轉(zhuǎn)換器提升輸入電壓，并直接驅(qū)動燈泡，因此電路構(gòu)成上也很簡單。轉(zhuǎn)換器的頻率能任意上升，所以有利于把它小型化。這種方式?jīng)]有了燈泡內(nèi)的換流，所以燈泡的電極就有極性之分(陽極和陰極)。
本實用新型所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種具有啟動保護、可靠點燈、輸入過壓保護、過流保護、輸出功率控制、短路保護等功能的車用氣體放電燈。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種氣體放電燈，包括依次以電路相連接的鎮(zhèn)流器、起輝器、燈泡，所述的鎮(zhèn)流器包括一可將低壓直流電通過變頻轉(zhuǎn)換成高壓直流電的前級電路及一可將前級電路輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換成方波交流電的后級電路。
本設(shè)計采用高頻變換原理，顯著地提高了電源轉(zhuǎn)換效率，更使產(chǎn)品體積和重量大大縮小，使其方便攜帶；采用矩形波(數(shù)百Hz)驅(qū)動方式，由DC/DC轉(zhuǎn)換器升壓后，由全電橋轉(zhuǎn)換器變換器變換成數(shù)百Hz的矩形波。它消除了前面兩種方式的缺點可以容易實現(xiàn)小型化；通過給氣體放電燈燈泡電極提供負脈沖電源，避免了正離子對燈殼的沖擊；該設(shè)計具有啟動保護、可靠點燈、輸入過壓保護、，過流保護，輸出功率控制、短路保護等功能；與現(xiàn)有的熒光燈相比，它的體積小，功率大，在照明燈具中配光控制容易。
圖2是本實用新型氣體放電燈的前視圖。
圖3是本實用新型氣體放電燈的整燈部件裝配圖。
圖4是本實用新型氣體放電燈的鎮(zhèn)流器的前級電路方框圖。
圖5是本實用新型氣體放電燈的鎮(zhèn)流器的高壓擊穿電壓輸出波形圖。
圖6是本實用新型氣體放電燈的鎮(zhèn)流器的電路原理圖。
如

圖1、2所示本實用新型氣體放電燈包括燈泡9，分別位于燈泡9前端、后端、四周的玻璃12、后蓋4、殼體2，設(shè)有殼體2底部的腳架3，設(shè)于玻璃12與殼體2間的前蓋1，設(shè)于殼體2與前蓋1之間的密封圈10，設(shè)于玻璃12與前蓋1之間、殼體2與后蓋4之間的防水圈8，連接殼體與燈座的壓簧，設(shè)于后蓋4上的膠粒5。
如圖3所示本實用新型的氣體放電燈還包括與燈泡9依次以導(dǎo)線16相連接連接插件17、起輝器15、鎮(zhèn)流器14。
下面結(jié)合電路圖詳細說明本實用新型的氣體放電燈的鎮(zhèn)流器14工作原理。
在本實施例中鎮(zhèn)流器14分為兩部分1、前極電路141輸入低壓直流電經(jīng)高頻振蕩、變壓器升壓、整流濾波后輸出一完好高壓直流電。2、后級電路142從前極電路輸出的直流電經(jīng)后極振蕩再濾波后即可得到我們供氣體放電燈工作所要求的方波交流電。
如圖4所示鎮(zhèn)流器14的前級電路141其實是DC/DC變換過程，包括依次以電路相連接的電源濾波電路1411、輸入電壓取樣電路1412、脈寬控制電路1413、高頻振蕩電路1414、高頻整流濾波電路1415，該前級電路141還包括一輸出電壓、電流取樣電路1416，其輸入端與高頻整流濾波電路1415的輸出端相接，其輸出端與脈寬控制電路1413的輸入端相接。
結(jié)合圖6的電路原理圖所示所述的電源濾波電路1411的作用是對來自12V直流電源或尖峰干擾脈沖進行平滑濾波，供質(zhì)量較好的直流電。其一是防止輸入電源竄入噪聲，其二是抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲反饋到輸入電源。
所述的脈寬控制電路1413包括依次以電路相連接的一可輸出高頻脈沖控制信號的前級控制模塊14131、一場效應(yīng)管14132、一變壓器的初級線圈14133，所述的前級控制模塊14131包括脈沖控制單元141311及功率積分單元141312。
所述的輸出電壓、電流取樣電路1416包括一取樣電阻14161，由于在開關(guān)管中，柵極驅(qū)動電流與漏級輸出之間存在一定的關(guān)系，漏極電流的變化也就反應(yīng)了柵極輸入電流的變化，通過取樣電阻14161取樣就可把柵極電流信號轉(zhuǎn)化為一可以比較的電壓信號。
因此取樣電路1416將前級場效應(yīng)管漏級輸出的電流信號取樣后送入前極控制模塊14131的腳17，并進入功率積分單元141312，同時前極輸出電壓取樣信號從前極控制模塊14131的腳18輸入后，也進入功率積分單元141312，通過對輸出電流和輸出電壓積分處理，可得到反映輸出功率的信息。該信息輸入到脈沖控制單元141311，脈沖控制單元141311根據(jù)輸出功率的信息調(diào)節(jié)脈沖信號，再通過前級控制模塊的腳15輸出，從而實現(xiàn)控制場效應(yīng)管14132的導(dǎo)通與關(guān)斷，起到功率控制之目的。
所述的功率MOSFET場效應(yīng)管14132是單極型器件，是靠多數(shù)載流子傳導(dǎo)電流的，沒有載流子蓄積而產(chǎn)生的延遲時間，開關(guān)速度快，開關(guān)時間短。其源極和漏極的導(dǎo)通和截止受柵極信號的控制。前極控制模塊14131工作時的工作頻率由和振蕩器相接的定時元件電阻和電容的數(shù)值決定。通過對電阻和電容的數(shù)值的選擇可以方便獲得我們要求的頻率，這樣通過前級控制模塊14131輸出的高頻脈沖控制信號的對場效應(yīng)管14132柵極的作用，其源極和漏極交替通斷，變壓器的初級線圈14133就可以得到高頻脈沖電流，通過和次級線圈的偶合就可以將電能傳輸?shù)胶髽O電路142。
所述的高頻整流濾波電路1415包括由二極管14151、14152、14153及電容14154、14155等。該高頻整流濾波電路1415向后極電路142提供兩種直流電壓供所體放電燈的燈泡高壓擊穿和正常點亮之用。
所述的前級電路141還包括一逆接保護電路1417，其由二極管14171，場效應(yīng)管14172和熔斷器組成，當電源導(dǎo)線和蓄電池的電極按正確方式接入時，場效應(yīng)管14172的控制極將處于高電位而將源漏極導(dǎo)通，順利向后面電路供電；如果不小心將正負極接反，場效應(yīng)管14172控制極將處于低電位而關(guān)斷其源漏極，電流經(jīng)不在向后面電路供電，從而起到保護其它電子元件的目的。
前級控制模塊14131同時對主電路中的電流也做限制，根據(jù)電流取樣信息，如果電流取樣值大于所設(shè)定域值，則過流比較器會給出一高電平信號，迫使波寬調(diào)節(jié)器趨于關(guān)斷狀態(tài)，場效應(yīng)管14132因沒有驅(qū)動也隨之關(guān)斷，逆變過程被終止，故而實現(xiàn)限流保護之功能。電池電壓信息取樣從前極控制模塊的腳10輸入，脈寬控制單元根據(jù)得到的電壓信息自動調(diào)節(jié)驅(qū)動信號脈沖的寬度，從而得到穩(wěn)定輸出電壓。
如圖6所示后級電路142包括依次連接的后極控制模塊1421、全橋式變換電路1422，所述的后級控制模塊1412的輸入端接前級電路141的高頻整流濾波電路1415的輸出端，所述的全橋式變換電路1422是由4個場效應(yīng)管14221、14222、14223、14224組成，后極控制模塊1421的主要工作原理和前極控制模塊14131基本相似。后極控制模塊1421通過其腳11、12、13、14發(fā)出控制脈沖以控制場效應(yīng)管14221、14222、14223、14224的導(dǎo)通與關(guān)斷，而使電流實現(xiàn)從直流到方波交流的變化，后極控制模塊1421的腳7、9的電壓為場效應(yīng)管導(dǎo)通和關(guān)斷驅(qū)動參考比較電壓。
首先通過選取與后級控制模塊1421的振蕩器上的電阻和電容的數(shù)值，得到我們要求的輸出電壓的頻率。由于輸出脈沖的寬度決定了場效應(yīng)管的導(dǎo)通時間。從后級控制模塊1421出來的兩路控制信號交替工作，其中一路控制信號工作時場效應(yīng)管14221和聲效應(yīng)管14223導(dǎo)通工作，這樣在輸出端143就產(chǎn)生了一正方向的電壓，另一路控制信號工作時場效應(yīng)管14222和場效應(yīng)管14224導(dǎo)通工作，在輸出端143就產(chǎn)生了一負方向的電壓，于是直流電就變化成方波交流電，經(jīng)濾波電容14225濾波后，得到可供氣體放電燈燈泡點亮使用的完好交流電。
同時，使燈泡兩極對燈泡殼體存在負電位，這樣由于氣體放電中產(chǎn)生的正離子就會延著電力線方向運動，最終都聚集到氣體放電燈的燈泡兩電極上，也就避免了正離子對燈泡殼體的撞擊而產(chǎn)生的破壞作用。
以上描述的是鎮(zhèn)流器的工作原理，下面結(jié)合燈泡9、啟輝器15描述整燈的工作原理在前面氣體放電燈的一般工作過程的描述中已經(jīng)提到，氣體放電燈穩(wěn)定工作之前必須經(jīng)過電弧擊穿過程；因為最初的過程是通過電極之間的氣體在高壓作用下的輝光放電來實現(xiàn)，但很快就會出現(xiàn)電弧擊穿，之后就轉(zhuǎn)移到電弧放電。由于電弧擊穿通常需要15-25KV的高壓，但在電弧擊穿之后，由于燈泡上的電壓特性的改變，要求加在燈泡上的電壓必須立刻回到正常電弧放電電壓上，一般要求85伏的電壓。故我們在設(shè)計鎮(zhèn)流器時，要求提供兩種電壓，及正常維持點燈電壓和區(qū)別于維持正常點燈電壓的提供給啟輝器產(chǎn)生擊穿電壓用之較高電壓(啟輝器只有在較高電壓下才能工作而產(chǎn)生高壓并只維持幾十微妙，否則將相當于閉合開關(guān)直接導(dǎo)通)。在主電路中通過變壓器的次級兩組不同匝數(shù)的線圈，故而得到兩種不同的電壓，維持正常點燈電壓由二極管14152、二極管14153逐波整流直接提供到后極電路142，匝數(shù)較多的線圈接到整流二極管14151上，在通過一熱溫度系數(shù)電阻14156接到后極電路142上。這樣，氣體放電燈啟動時，燈泡兩極處于開路狀態(tài)，其電阻無窮大，電路為開路，和二極管14151串聯(lián)的熱溫度系數(shù)電阻14156的分壓作用不會出現(xiàn)，前極電壓為較高電壓輸出到后極電路142的全橋式變換電路1422，再傳給啟輝器15，啟輝器15得到這一較高電壓后，將產(chǎn)生一能將燈泡內(nèi)氣體擊穿的擊穿電壓。氣體放電燈一旦擊穿之后，其兩電極之間立即由輝光放電轉(zhuǎn)移到電弧放電，其間的電阻驟減，電路中的電流也隨之很快上升，由于和二極管14151串聯(lián)的熱溫度系數(shù)電阻14156的分壓作用立即顯現(xiàn)，于是前極電壓只能以正常維持點燈電壓輸出到后極電路142的全橋式變換電路1422，再傳給啟輝器，啟輝器得不到較高電壓后，將只傳遞鎮(zhèn)流器輸出的正常維持點燈電壓。使用熱溫度系數(shù)電阻14156的作用是當氣體燈從高壓擊穿過程向正常維持點燈過程轉(zhuǎn)化時，電路中電流上升，流過電阻的電流上升導(dǎo)致其溫度上升，此時熱溫度電阻阻值也因其溫度而阻值迅速提高，從而遏制因電流突然上升給電路帶來的沖擊。
同時鎮(zhèn)流器14的控制一般為閉合回路控制。有一個轉(zhuǎn)換器，把要加到燈泡上的電壓、電流濾出來，并使輸出功率達到一個定值，燈泡存在電壓特性差以及輸入電壓變動，必須能在任何時候把輸出功率控制在一定值上，但全橋半導(dǎo)體開關(guān)正常工作在數(shù)百Hz的開/關(guān)狀態(tài)下。通常是一個恒定的頻率值，為了把啟動失誤控制在第一個循環(huán)之內(nèi)，矩形波的第一個周期被延長。在控制單元中，氣體放電燈每一次點火事件被作為啟動信號，脈寬控制單元在得到該啟動信號時會給出一個較正常工作頻率延長的工作周期，這樣后極開關(guān)管受其控制也以較長的工作周期開關(guān)工作，從而減少了啟動失誤。
如圖5所示是本實施例氣體放電燈從啟動到穩(wěn)態(tài)點燈過程鎮(zhèn)流器的電壓輸出波形高壓擊穿過程的時間隨著氣體放電燈燈泡電極之間氣體的擊穿而結(jié)束，之后進入一個延時周期的電弧放電維持階段，最后進入氣體放電燈的正常維持點燈過程。
凡本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)變換均落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種氣體放電燈，包括依次以電路相連接的鎮(zhèn)流器(14)、起輝器(15)、燈泡(9)，其特征在于，所述的鎮(zhèn)流器(14)包括一可將低壓直流電通過變頻轉(zhuǎn)換成高壓直流電的前級電路(141)及一可將前級電路(141)輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換成方波交流電的后級電路(142)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的前級電路(141)包括依次以電路相連接的電源濾波電路(1411)、輸入電壓取樣電路(1412)、脈寬控制電路(1413)、高頻振蕩電路(1414)及高頻整流濾波電路(1415)，該前級電路(141)還包括一輸出電壓、電流取樣電路(1416)，其輸入端與高頻整流濾波電路(1415)的輸出端相接，其輸出端與脈寬控制電路(1413)的輸入端相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的脈寬控制電路(1413)包括依次以電路相連接的一可輸出高頻脈沖控制信號的前級控制模塊(14131)、一場效應(yīng)管(14132)、一變壓器的初級線圈(14133)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的前級控制模塊(14131)包括一可根據(jù)輸入信號輸出可控制脈寬的脈沖信號的脈沖控制單元(141311)及一可對輸入信號進行積分處理的功率積分單元(141312)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的前級電路(141)還包括一逆接保護電路(1417)，其包括二極管(14171)，場效應(yīng)管(14172)和熔斷器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的后級電路(142)包括依次連接的后極控制模塊(1421)、全橋式變換電路(1422)，所述的后級控制模塊(1412)的輸入端接前級電路(141)的高頻整流濾波電路(1415)的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的全橋式變換電路(1422)是由4個場效應(yīng)管(14221、14222、14223、14224)組成，場效應(yīng)管(14221、14223)與場效應(yīng)管(14222、14224)交替工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈，其特征在于，高頻振蕩電路(1414)包括一變壓(14141)的次級，其為兩組不同匝數(shù)的線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的匝數(shù)較多的線圈與一整流二極管(14151)相接，所述的匝數(shù)較少的線圈與二極管(14152)、二極管(14153)相接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體放電燈，其特征在于，所述的二極管(14151)后還串聯(lián)一熱溫度系數(shù)電阻(14156)。
專利摘要一種氣體放電燈，包括依次以電路相連接的鎮(zhèn)流器14、起輝器15、燈泡9，所述的鎮(zhèn)流器14包括一可將低壓直流電通過變頻轉(zhuǎn)換成高壓直流電的前級電路141及一可將前級電路141輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換成方波交流電的后級電路142。本設(shè)計采用高頻變換原理，顯著地提高了電源轉(zhuǎn)換效率，更使產(chǎn)品體積和重量大大縮小，使其方便攜帶；該設(shè)計具有啟動保護、可靠點燈、輸入過壓保護、過流保護，輸出功率控制、短路保護等功能；與現(xiàn)有的熒光燈相比，它的體積小，功率大，在照明燈具中配光控制容易。
文檔編號H05B41/28GK2530419SQ0221575
公開日2003年1月8日 申請日期2002年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月10日
發(fā)明者洪偉弼, 陸元成 申請人:紐?？怂构怆娍萍?上海)有限公司