專利名稱：一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子整流器電路，尤其涉及適用于它激式半橋驅(qū)動的電子整流器電路中的一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
熒光燈觸發(fā)啟動是先起輝預(yù)熱然后啟動發(fā)光。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，熒光燈觸發(fā)啟動通常由于燈絲未達到熱電子發(fā)射狀態(tài)而承受輝光放電，從而引起陰極發(fā)射物質(zhì)的嚴(yán)重濺射，使燈絲周圍管壁早期發(fā)黑，降低了熒光燈的壽命。
為了提高熒光燈的壽命，人們改善了熒光燈的預(yù)熱技術(shù)，由于現(xiàn)有技術(shù)的熒光燈預(yù)熱過程，從而仍然影響熒光燈的點亮和燈絲的壽命，因此沒有根本解決燈壽降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法，它采用變頻技術(shù)實現(xiàn)的預(yù)熱啟動，利用改變串聯(lián)諧振回路的頻率而使電路工作點發(fā)生變化來達到預(yù)熱啟動的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置，包括燈管，驅(qū)動燈管的半橋驅(qū)動電路，其特點是還包括一LC電感電容諧振回路，該LC電感電容諧振回路設(shè)置在燈管的半橋驅(qū)動電路之間；變壓器，該變壓器的初級串聯(lián)在LC電感電容諧振回路中，變壓器兩個次級分別和燈管兩端燈絲并聯(lián)；
一控制開關(guān)S1，該控制開關(guān)S1用于控制變壓器的工作；一電子整流器控制集成電路，電子整流器控制集成電路的輸出端與半橋驅(qū)動電路連接；電子整流器控制集成電路還將產(chǎn)生一個控制信號，控制開關(guān)S1的閉合和開啟。
在上述的基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置中，其中，所述的LC電感電容諧振回路由兩電容C1和C2，以及連接兩電容C1和C2之間的電感L組成，電感L與電容C2的聯(lián)結(jié)點與燈管一端連接；所述的變壓器初級與電容C2的另端連接。
在上述的基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置中，其中，所述的控制開關(guān)S1是一晶體管電路。
在上述的基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置中，其中，所述的控制開關(guān)S1是由可控硅器件構(gòu)成。
一種制造上述基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置的設(shè)計方法，其特點是包括以下步驟1)將電路圖變形為等效電路圖，在燈管預(yù)熱階段，開關(guān)S1斷開，A點輸入信號Vin的頻率被設(shè)定為一個遠離LC諧振回路3諧振點的高頻fpre，此時，A點的電壓Vlamp很低，等效電路相當(dāng)于燈管開路；2)設(shè)置等效電路的參數(shù)R2，R3是燈絲的等效電阻，R2＝R3(1)R1是變壓器次級的燈絲電阻耦合到初級的等效阻抗，R1=(MN)2R2=(MN)2R3----(2)]]>M、N是變壓器初級和次級的圈數(shù)，U1是變壓器初級上的電壓，U1＝IC2R1，(IC2是C2上的電流)(3)IC2是諧振回路中C2上的電流，IC2=Vin|jωL|+1|jωC1|+1|jωC2|+R1,ω=2πf,]]>在預(yù)熱階段，f＝fpre，因為fpre是遠離諧振點的高頻，所以ω＝2πfpre很大，1|jωC1|,1|jωC2|,R1]]>很小，諧振回路的阻抗以感抗為主，即|jωL|>>1|jωC1|+1|jωC2|+R1,]]>于是有IC2≈Vin|jωL|,ω=2πfpre----(4)]]>因此，預(yù)熱時fpre，L，一定，IC2基本不變；U2，U3分別是變壓器兩個次級繞組的感應(yīng)電壓，U2=U3=NMU1----(5)]]>從(1)～(5)式得，流過燈絲的預(yù)熱電流為 本發(fā)明，一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法，由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果1.本發(fā)明通過改變熒光燈在預(yù)熱和正常工作階段的工作頻率，從而實現(xiàn)了預(yù)熱啟動；2.本發(fā)明的開關(guān)和變壓器在預(yù)熱階段供給燈絲適宜的預(yù)熱電流，加強了預(yù)熱效果，當(dāng)燈管預(yù)熱結(jié)束后進入正常工作階段， A點輸入信號Vin的頻率從fpre變化到靠近諧振點的頻率fwork，使燈管電壓Vlamp迅速升高，燈管擊穿點亮，因此燈管預(yù)熱效果好；3.本發(fā)明在熒光燈啟動后，燈管兩端燈絲分別被短接，降低了燈絲電流，保證了燈絲的壽命。
4.本發(fā)明利用電子整流器控制集成電路直接輸出一個控制信號來控制開關(guān)S1，由此使得電子整流器電路簡單且實用。


通過以下對本發(fā)明一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法的一實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。其中，附圖為圖1是燈管兩端電壓和電感電容回路中信號頻率的關(guān)系示意圖；圖2是本發(fā)明一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置的電原理圖；圖3是圖2電路中燈管預(yù)熱時的等效電路圖；圖4是圖3電路中燈管預(yù)熱時燈管兩端電壓和電感電容回路中信號頻率的關(guān)系示意圖；圖5是圖2電路中燈管預(yù)熱結(jié)束后的等效電路圖；圖6是圖5電路中燈管預(yù)熱結(jié)束后燈管兩端電壓和電感電容回路中信號頻率的關(guān)系示意圖；圖7是圖2電路中燈管點亮后的等效電路圖。
具體實施例方式
熒光燈預(yù)熱啟動，是指燈電極被加熱至電子發(fā)射的溫度后燈才能正常觸發(fā)啟動(電子發(fā)射的溫度須高于700℃才為熱電子發(fā)射狀態(tài))。因此，對于預(yù)熱啟動方式的熒光燈電子整流器，通常采用控制陰極電流或控制陰極電壓預(yù)熱啟動兩種形式。但是無論是采用哪一種方式的啟動，都必須滿足下列要求1.在陰極達到電子發(fā)射狀態(tài)之前，燈兩端的開路電壓應(yīng)足夠低，此時燈管基本不導(dǎo)通，熒光燈陰極不會冷激發(fā)而使燈絲受到損害；2.當(dāng)陰極在達到發(fā)射狀態(tài)之后，開路電壓應(yīng)足夠高，可使燈迅速啟動；3.在陰極預(yù)熱階段，預(yù)熱過程必須充分。若預(yù)熱不充分，勢必導(dǎo)致冷激發(fā)而影響燈絲的壽命；4.在熒光燈啟動完成后，燈絲上的壓降應(yīng)足夠的小，保證燈絲不會因過流而影響壽命。
為此，本發(fā)明采用變頻技術(shù)實現(xiàn)的預(yù)熱啟動，是利用改變串聯(lián)諧振回路的頻率而使電路工作點發(fā)生變化來達到預(yù)熱啟動的目的。
請參見圖1所示，圖1是熒光燈燈管1兩端電壓Vlamp和LC回路中信號頻率的關(guān)系示意圖。圖1中，F(xiàn)c是LC電感電容諧振回路的諧振點，F(xiàn)c=12πLC.]]>當(dāng)熒光燈預(yù)熱時，設(shè)定LC電感電容諧振回路的工作頻率為fpre，如圖1中的B點，此時，燈管1兩端電壓Vlamp很低，燈管處于預(yù)熱狀態(tài)不會點亮。
當(dāng)熒光燈正常工作時，諧振回路的工作頻率由fpre變化到fwork，即從圖1中的B點移到A點。此時燈管兩端電壓Vlamp迅速升高，燈管被擊穿點亮。
請參見圖2所示，圖2是本發(fā)明一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置的電原理圖。本發(fā)明，基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置，包括燈管1和驅(qū)動燈管1的半橋驅(qū)動電路2，還包括一LC電感電容諧振回路3，該LC電感電容諧振回路3設(shè)置在燈管1和半橋驅(qū)動電路2之間，其中電感L與燈管1連接，電容C1與電感L串接后連接在半橋驅(qū)動電路2的中點A處；一變壓器4，該變壓器4的圈數(shù)比為M∶N，變壓器4的初級通過(濾波電容？)電容C2串聯(lián)在LC電感電容諧振回路3中，變壓器4兩個次級分別和燈管兩端燈絲并聯(lián)；一控制開關(guān)S1，該控制開關(guān)S1用于控制變壓器4的工作；一電子整流器控制集成電路5，該電子整流器控制集成電路5的輸出端分別與半橋驅(qū)動電路2控制開關(guān)S1連接。
圖2的工作和控制原理是，變壓器3的作用是在燈管1預(yù)熱時提供燈絲的預(yù)熱電流，正常工作時關(guān)斷燈絲電流；電子整流器控制集成電路5和半橋驅(qū)動電路2的作用是在半橋中點A點產(chǎn)生一個可變頻的脈沖信號Vin，以驅(qū)動LC諧振回路3工作在不同的工作點；同時，電子整流器控制集成電路5還將產(chǎn)生一個控制信號，控制開關(guān)S1的閉合和開啟。
制造上述的一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置的設(shè)計方法如下。
請結(jié)合圖2參見圖3、4所示，圖3是圖2電路中燈管預(yù)熱時的等效電路圖，圖4是圖3電路中燈管預(yù)熱時的燈管兩端電壓Vlamp和LC回路中信號頻率的關(guān)系示意圖。圖3中的變壓器3的初級通過電容C2串聯(lián)在LC諧振回路3中，變壓器3的兩個次級分別和燈管1兩端燈絲并聯(lián)，它的作用是在燈管1預(yù)熱時提供燈絲的預(yù)熱電流，正常工作時關(guān)斷燈絲電流。
請結(jié)合圖3參見圖4所示，圖3所示電路的工作過程為在預(yù)熱階段，開關(guān)S1斷開，A點輸入信號Vin的頻率被設(shè)定為一個遠離LC諧振回路3諧振點的高頻fpre(見圖4)；此時，A點的電壓Vlamp很低，燈管相當(dāng)于開路，此時相當(dāng)于圖5的等效電路圖。
請結(jié)合圖2參見圖5所示，圖5是圖2電路中燈管預(yù)熱結(jié)束后的等效電路圖的等效電路圖。圖5中R2，R3是燈絲的等效電阻，R2＝R3(1)R1是變壓器次級的燈絲電阻耦合到初級的等效阻抗，R1=(MN)2R2=(MN)2R3----(2)]]>U1是變壓器初級上的電壓，U1＝IC2R1，(IC2是C2上的電流) (3)IC2是諧振回路中C2上的電流，IC2=Vin|jωL|+1|jωC1|+1|jωC2|+R1,ω=2πf,]]>在預(yù)熱階段，f＝fpre，因為fpre是遠離諧振點的高頻，所以ω＝2πfpre很大，1|jωC1|,1|jωC2|,R1]]>很小，諧振回路的阻抗以感抗為主，即|jωL|>>1|jωC1|+1|jωC2|+R1,]]>于是有IC2≈Vin|jωL|,ω=2πfpre----(4)]]>因此，預(yù)熱時fpre，L，一定，IC2基本不變。
U2，U3分別是變壓器兩個次級繞組的感應(yīng)電壓，U2=U3=NMU1----(5)]]>從(1)～(5)式得，流過燈絲的預(yù)熱電流為 從圖5和上述關(guān)系式可以看出，在預(yù)熱時，變壓器的兩個次級繞組等效于兩個電壓源，給燈絲提供預(yù)熱電流；并且，提供燈絲預(yù)熱電流的大小在預(yù)熱頻率一定的條件下，可通過變換變壓器的初次級繞組比(M∶N)來改變(見等式(6))。
請結(jié)合圖5參見圖6所示，圖6是圖5電路中燈管預(yù)熱結(jié)束后燈管兩端電壓和電感電容回路中信號頻率的關(guān)系示意圖。當(dāng)預(yù)熱結(jié)束后進入正常工作階段，A點輸入信號Vin的頻率從fpre變化到靠近諧振點的頻率fwork；此時，燈管1電壓Vlamp迅速升高，使燈管1擊穿點亮，點亮后的燈管相當(dāng)于并聯(lián)在C2上的電阻，此時相當(dāng)于圖7的等效電路圖。
請結(jié)合圖2參見圖7所示，圖7是圖2電路中燈管點亮后的等效電路圖。圖7中，當(dāng)熒光燈1正常工作后，由于開關(guān)S1閉合，變壓器3初級被短接，U1＝0，所以變壓器3兩個次級的感應(yīng)電壓U2＝U3＝0，等效于燈管1兩端燈絲分別被短接，這時，燈絲電流I燈絲＝0。
綜上所述，本發(fā)明一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法，通過改變熒光燈在預(yù)熱和正常工作階段的工作頻率，實現(xiàn)了預(yù)熱啟動；同時，由于開關(guān)和變壓器在預(yù)熱階段供給燈絲適宜的預(yù)熱電流，加強了預(yù)熱效果，在正常工作時則使燈絲短接，降低了燈絲電流，保證了燈絲的壽命；本發(fā)明預(yù)熱效果明顯，尤其適宜應(yīng)用于大功率高管壓熒光燈的電子整流器電路，因此極為實用。
權(quán)利要求
1.一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置，包括燈管(1)，驅(qū)動燈管(1)的半橋驅(qū)動電路(2)，其特征在于還包括一LC電感電容諧振回路(3)，該LC電感電容諧振回路(3)設(shè)置在燈管(1)的半橋驅(qū)動電路(2)之間；變壓器(4)，該變壓器(4)的初級串聯(lián)在LC電感電容諧振回路(3)中，變壓器(4)兩個次級分別和燈管兩端燈絲并聯(lián)；一控制開關(guān)S1，該控制開關(guān)S1用于控制變壓器(4)的工作；一電子整流器控制集成電路(5)，電子整流器控制集成電路(5)的輸出端與半橋驅(qū)動電路(2)連接；電子整流器控制集成電路(5)還將產(chǎn)生一個控制信號，控制開關(guān)S1的閉合和開啟。
2.如權(quán)利要求1所述的基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置，其特征在于所述的LC電感電容諧振回路(3)由兩電容C1和C2，以及連接兩電容C1和C2之間的電感L組成，電感L與電容C2的聯(lián)結(jié)點與燈管(1)一端連接；所述的變壓器(4)初級與電容C2的另端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置，其特征在于所述的控制開關(guān)S1是一晶體管電路。
4.如權(quán)利要求1所述的基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置，其特征在于所述的控制開關(guān)S1是由可控硅器件構(gòu)成。
5.一種制造上述基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置的設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟1)將電路圖變形為等效電路圖，在燈管預(yù)熱階段，開關(guān)S1斷開，A點輸入信號Vin的頻率被設(shè)定為一個遠離LC諧振回路3諧振點的高頻fpre，此時，A點的電壓Vlamp很低，等效電路相當(dāng)于燈管開路；2)設(shè)置等效電路的參數(shù)R2，R3是燈絲的等效電阻，R2＝R3(1)R1是變壓器次級的燈絲電阻耦合到初級的等效阻抗，R1=(MN)2R2=(MN)2R3---(2)]]>M、N是變壓器初級和次級的圈數(shù)，U1是變壓器初級上的電壓，U1＝IC2R1，(IC2是C2上的電流) (3)IC2是諧振回路中C2上的電流，LC2=Vin|jωL|+1|jωC1|+1|jωC2|+R1,ω=2πf,]]>在預(yù)熱階段，f＝fpre，因為fpre是遠離諧振點的高頻，所以ω＝2πfpre很大， 很小，諧振回路的阻抗以感抗為主，即|jωL|>>1|jωC1|+1|jωC2|+R1,]]>于是有IC2≈Vin|jωL|,ω=2πfpre---(4)]]>因此，預(yù)熱時fpre，L，一定，IC2基本不變；U2，U3分別是變壓器兩個次級繞組的感應(yīng)電壓，U2=U3=NMU1---(5)]]>從(1)～(5)式得，流過燈絲的預(yù)熱電流為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于變頻技術(shù)的熒光燈燈絲預(yù)熱啟動裝置及其設(shè)計方法；其特點是，裝置包括燈管和半橋驅(qū)動電路，還包括設(shè)置在燈管的半橋驅(qū)動電路之間LC電感電容諧振回路；一變壓器，其初級串聯(lián)在LC電感電容諧振回路中，兩個次級分別和燈管兩端燈絲并聯(lián)；一控制變壓器工作的控制開關(guān)；輸出端與半橋驅(qū)動電路連接的電子整流器控制集成電路，它產(chǎn)生一個控制信號，控制開關(guān)的閉合和開啟；方法包括1)將電路圖變形為等效電路圖；2)設(shè)置等效電路的參數(shù)。本發(fā)明通過改變熒光燈在預(yù)熱和正常工作階段的工作頻率，并且開關(guān)和變壓器在預(yù)熱階段供給燈絲適宜的預(yù)熱電流，正常工作時則使燈絲短接，降低了燈絲電流，從而不僅加強預(yù)熱效果且保證燈絲的壽命。
文檔編號H05B41/295GK1630452SQ200310109390
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者王小明, 孟豪, 陳振昊 申請人:上海貝嶺股份有限公司