電子鎮流器及氣體放電裝置的製作方法

2023-10-10 23:19:19 1

專利名稱：電子鎮流器及氣體放電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及照明領域，尤其涉及一種電子鎮流器及氣體放電裝置。
背景技術：
氣體放電光源是發光輻射光源中應用最多的一種光源，它利用氣體放電發光的原 理，即電流通過氣體媒介放電過程中，由氣體媒介質輻射出可見光的原理而製成。氣體放 電燈燈包含了下列這些種類的電燈水銀燈、金屬滷化燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈，以及較少見 的短弧氙氣燈。這些氣體放電燈種類的發光元件是一顆置於耐高溫燈管內的陶瓷電弧放電 管，並有超過3W/cm2 (19. 4W/in. 2)的發光能力。 氣體放電燈的電弧管兩端電極由電子鎮流器產生觸發高壓脈衝使光源啟動點燃， 其伏一安特性曲線為負斜率，即光源電流上升，而光源電壓卻下降。在恆定電源條件下，為 了保證光源穩定地工作，電路中必須串聯一具有正阻特性的電路元件來平衡這種負阻特 性，穩定工作電流，該元件稱為鎮流器或限流器。 圖l示出了現有的帶有電子鎮流器氣體放電燈結構示意圖，其包括電磁兼容 (EMI)濾波器、全橋整流器、功率因數校正器(APFC)、單片機、半橋逆變器和故障檢測、氣體 放電燈，其中EMI濾波器用於阻止鎮流器產生的噪聲傳回電源線，全橋整流器用於將交流 電源轉換為直流電源，功率因數校正器APFC電路控制交流電輸入電流與電壓，產生經過調 節的直流母線電壓。單片機實現頻率調製控制實現氣體放電燈的啟輝、恆功率控制、故障檢 測等功能，氣體放電燈管電極上的電壓是由半橋逆變器和CL諧振電路控制的，更精確地控 制半橋逆變器的脈寬調製信號就能夠更好地控制輸出電壓。因此，更好地控制輸出電壓也 就能實現對輸出功率的控制，單片機中的P麗模塊能夠提供更高或更精確的解析度，同時 具有更好的線性頻率控制，特別是在30kHz 120kHz範圍內。這樣就既可以保證在啟動時 提供足夠的脈衝電壓點亮氣體放電燈，同時又可在穩定狀態時提供穩定的工作電流。通過 編程軟體控制頻率抖動技術，可實現更精細的頻率步進幅度，提高頻率解析度從而實現動 態頻率抖動控制更好地控制數字電子鎮流器的輸出功率達到調光節能的功能。 目前國內外無論是數字控制還是模擬控制調光電子式鎮流器在配套點燃氣體放 電燈時，無論光源是新光源還是光衰老化光源在工作是時都採用恆功率控制技術，即輸出 功率與額定值相符合，由於氣體放電燈的工作特性是在光源開始老化時燈管電壓升高，電 子式鎮流器的恆功率控制原理是當管電壓上升時管電流就減少，這樣燈的輸出功率就可始 終控制在額定範圍內，比如燈管電壓100V，燈管電流4A，此時輸出功率為400W，當管電壓 上升至120V時，管電流就下降為3. 34A，輸出功率仍為400W，故稱此工作原理為恆功率工 作。而此時氣體放電燈光衰老化之後其支撐的實際發出的光通量已經大大降低，當其通過 額定功率的輸入反而會加快氣體放電燈的老化，與此同時老化光源仍然消耗同樣的電能造 成浪費。
實用新型內容鑑於上述現有技術所存在的問題，本實用新型提供了一種電子鎮流器及氣體放電裝 置，通過對氣體放電燈光衰造成的光通量下降進行功率自動控制實現節能和延長光源壽命。 為了解決上述問題，本實用新型提出了一種電子鎮流器，包括 用於檢測氣體放電燈光衰變化量的光衰採樣模塊； 以及用於根據光衰變化量為氣體放電燈匹配所對應實際功率值的單片機，所述單 片機與光衰採樣模塊電連接； 以及用於匹配的實際功率值調節所述氣體放電燈上的輸出功率的半橋逆變器，所 述半橋逆變器與單片機電連接。 相應的，本實用新型實施例還提供了一種氣體放電裝置，包括電子鎮流器以及與 電子鎮流器電連接的氣體放電燈，所述電子鎮流器包括 用於檢測氣體放電燈光衰變化量的光衰採樣模塊； 以及用於根據光衰變化量為氣體放電燈匹配所對應實際功率值的單片機，所述單 片機與光衰採樣模塊電連接； 以及用於匹配的實際功率值調節所述氣體放電燈上的輸出功率的半橋逆變器，所 述半橋逆變器與單片機電連接。 實施本實用新型實施例，具有如下有益效果通過電子式鎮流器能夠自動實現對 氣體放電燈的功率調節，在光衰情況下氣體放電燈無需工作在額定功率下，從而節約了能 源，為實現照明節能智能化管理提供了硬體支持，根據氣體放電燈自身工作特性及工作環 境影響產生的過早光衰及老化，直接導致了光源的提前報廢，並造成了資源浪費及對環境 的汙染，在現有技術多節能的基礎上大大延長了光源的壽命。

圖1為現有的帶有電子鎮流器的氣體放電燈的結構示意圖； 圖2為本實用新型實施例中帶有電子鎮流器的氣體放電燈的結構示意圖。
具體實施方式下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。 氣體放電燈以其光效高、壽命長、顯色性好等優點而備受矚目，但受現有技術的 制約及氣體放電燈外部工作環境及內部工作環境的影響，100%的氣體放電燈並未能達到 設計壽命就提前報廢了，這對有限的社會資源造成極大的浪費的同時還加大了對環境的汙 染，由於現有技術中採用恆功率控制方法，導致氣體放電燈越用光效越低同時越用越費電。 本實用新型通過開發與其配接的高性能數字光衰功率控制電子式鎮流器，解決了根據氣體 放電燈自身工作特性及工作環境影響產生的過早光衰及老化導致的光源提前報廢對資源 浪費及對環境汙染的問題。在多節能的基礎上大大延長了光源的壽命，在節約了資源同時 降低了對環境的汙染。[0020] 圖2中示出了本實用新型實施例中的帶有電子鎮流器氣體放電燈的結構示意圖， 其包括了電磁兼容濾波器、全橋整流器、功率因數校正器、半橋逆變器、單片機(MCU)、光衰 採樣模塊和氣體放電燈，其中 光衰採樣模塊主要是用於檢測氣體放電燈光衰變化量；具體的，可以根據檢測所 述氣體放電燈所在的管電壓變化量；或者檢測所述氣體放電燈所在的管電流變化量；或者 檢測所述氣體放電燈所在的逆變電壓頻率變化量等方式來實現，光衰採樣模塊與單片機電 連接。 單片機(MCU)主要是用來根據光衰採樣模塊檢測到的光衰變化量為氣體放電燈 輸出匹配所對應的實際功率值； 具體的，該單片機(MCU)根據所述檢測到的光衰變化量按照比例降低所述氣體放
電燈上的輸出功率，根據所述輸出功率為所述氣體放電燈匹配所對應的實際功率；這裡的
按照比例降低氣體放電燈上的輸出功率可以根據光衰變化情況來建立合適的比例關係，使
其匹配的實際功率與氣體放電燈所對應的實際發出的光通量相差不大。 或者，該單片機(MCU)根據所述檢測到的光衰變化量在預設的特徵庫中為所述氣
體放電燈輸出匹配所對應的實際功率，該預設的特徵庫中存儲有氣體放電燈光衰變化量以
及與所述光衰變化量所對應的所述氣體放電燈所對應的實際輸出功率值。該預設的特徵庫
中的數據可以是根據氣體放電燈特性採樣後而完成的一系列數據的採集運算，比如在光衰
變化情況下，氣體放電燈管壓每上升5伏或者10V時，其所對應的實際發出的光通量。 半橋逆變器主要是根據單片機(MCU)匹配的實際功率值來調節氣體放電燈上的
輸出功率，其與單片機電連接。 具體的，該半橋逆變器可以根據匹配的實際功率值調節輸出到氣體放電燈)上的 輸入電壓、電流、或者同時調節電壓和電流。 氣體放電燈電子鎮流器的工作頻率一般工作在高頻30KHz-120KHz左右，啟動時 燈管(峰-峰值)通常超過500V 4kV的啟動觸發電壓，而在穩定工作後燈管電壓(有效 值)卻在100V-170V左右(國家標準)，電子鎮流器半橋高頻逆變器輸出的燈電壓及頻率信 號的和幅度都極不穩定，隨著燈管和器件發熱會發生顯著變化，採用常規的峰值檢波檢測 電路或平均值檢波電路等方法來檢測燈管電壓的有效值會有較大的誤差，因此，光源光衰 信號的採集精度設計是本實用新型的重點和難點。通過對氣體放電燈工作狀態的觀察發現 當氣體放電燈的工作環境溫度高於100度(指高壓氣體放電燈)，自身工作溫度高於80度 (指低壓氣體放電燈)時就開始出現光衰現象，當出現光衰現象時管電壓及管電流都會出 現變化，既管電壓上升管電流下降，從而導致光效下降，導致光源早衰的原因有叄種1、工 作環境溫度，2、工作電源電壓的變化，3、光源自身質量問題，在實施本實用新型過程中，根 椐氣體放電燈的特性來檢測光衰時管電壓及管電流的變化量來控制氣體放電燈的輸出功 率，以達到輸出功率與光源光衰時的光通量相對應，從而達到節能及延長光源壽命的目的。 在實施本實用新型實施例中，當光源開始發生光衰現象時半橋逆變器輸出的管 電壓會相應升高，管電流會減少，因此通過光衰採樣模塊來實現對氣體放電燈上的光衰信 號的採樣，當氣體放電燈的管電壓發生變化時，外置的光衰採樣模塊首先將變化的管電壓 (變化範圍為110V-160V或160V-200V)通過模塊中的電壓傳感器將採集到的半橋逆變器 輸出的管電壓經隔離變壓器輸出後經二極體整流後，將這一直流信號電壓輸入至測量ic，測量IC將雜亂的燈管光衰電壓信號轉換為對應的有效值直流電壓後輸出，測量IC輸出的 電壓信號在經過兩個反向比例放大器放大後輸入到MCU的A/D輸入通道中，並利用單片機 (MCU)中的一個模數轉換器A/D(Analog-to-digital Converter,)通道測量光源發生光衰 時的管電壓及電流變化幅度。對採集到的光衰直流電壓進行A/D轉換再將此變化信息饋送 到MCU中的模擬比較器模塊，與可編程比較器參考管電壓(如以110V為例進行說明)進行 比較，此信號經放大後經高頻隔離變壓器用於半橋逆變器脈衝驅動。燈功率的變化主要根 據半橋逆變器的輸出電壓Vof和輸出電流Iof的反饋值決定，即& = Vof X Iof ，當管電壓 V超過基準參考電壓110V上限時，MCU中的脈衝寬度調製(P麗)器將輸出一組佔空比(在 一串理想的脈衝序列中(如方波)，正脈衝的持續時間與脈衝總周期的比值)為0. 25的脈 衝信號驅動半橋逆變器開關管柵極，開關管的輸出電流就會變小，燈功率就會按比例下降。 每當光衰發生時管壓會升高，為了與光衰發生時管壓與光通量的變化基本對應，比如當管 壓每上升IOV，功率就自動下降20W(控制高壓氣體放電燈)，或每當管壓上升10V功率下降 2W(控制低壓氣體放電燈)。當管壓上升至160V時功率下降120W，管壓如繼續上升至160V 後保護電路將啟動關閉半橋逆變器輸出。這樣就可以實現當光源在開始發生光衰後光通量 下降時功率也按比例下降從而達到光衰功率的自動閉環控制。 當然，在本實用新型實施例過程中也可以通過檢測光衰情況下氣體放電燈上的電
流變化情況以及逆變電壓的頻率變化來實現對氣體放電燈輸出功率的控制。 實施本實用新型實施例，根據氣體放電燈工作特性，氣體放電燈壽命後期管壓會
逐步升高，這時在傳統電感式鎮流器電路中，電感式鎮流器的輸出特性為恆流輸出，燈電流
變化很少，使燈功率提高，這會加速光源的老化，進而又使燈管電壓進一步提高，如此循環
使光源壽命快速壽終。而使用數字光衰功率控制電子式鎮流器時，當氣體放電燈管電壓提
高時，燈電流下降，燈功率也隨之下降，使氣體放電燈能獲得更長的壽命，同時也起到節能
及保護環境的作用。 以上所揭露的僅為本實用新型一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用 新型之權利範圍，因此依本實用新型權利要求所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的 範圍。
權利要求一種電子鎮流器，其特徵在於，包括用於檢測氣體放電燈光衰變化量的光衰採樣模塊；以及用於根據光衰變化量為氣體放電燈匹配所對應實際功率值的單片機，所述單片機與光衰採樣模塊電連接；以及用於匹配的實際功率值調節所述氣體放電燈上的輸出功率的半橋逆變器，所述半橋逆變器與單片機電連接。
2. 如權利要求1所述的電子鎮流器，其特徵在於，所述光衰採樣模塊檢測的氣體放電 燈光衰變化量包括氣體放電燈所在的電壓變化量；或者氣體放電燈所在的電流變化量； 或者氣體放電燈所在的逆變電壓頻率變化量。
3. 如權利要求2所述的電子鎮流器，其特徵在於，所述單片機根據所述檢測到的光衰 變化量按照比例降低所述氣體放電燈上的輸出功率，根據所述輸出功率為所述氣體放電燈 匹配所對應的實際功率。
4. 如權利要求2所述的電子鎮流器，其特徵在於，所述單片機根據所述檢測到的光衰 變化量在預設的特徵庫中為所述氣體放電燈匹配所對應的實際功率，所述預設的特徵庫中 存儲有氣體放電燈光衰變化量以及與所述光衰變化量所對應的所述氣體放電燈所對應的 實際功率值。
5. —種氣體放電裝置，包括電子鎮流器以及與電子鎮流器電連接的氣體放電燈，其特 徵在於，所述電子鎮流器包括用於檢測氣體放電燈光衰變化量的光衰採樣模塊；以及用於根據光衰變化量為氣體放電燈匹配所對應實際功率值的單片機，所述單片機 與光衰採樣模塊電連接；以及用於匹配的實際功率值調節所述氣體放電燈上的輸出功率的半橋逆變器，所述半 橋逆變器與單片機電連接。
6. 如權利要求5所述的電子鎮流器，其特徵在於，所述光衰採樣模塊檢測的氣體放電 燈光衰變化量包括氣體放電燈所在的電壓變化量；或者氣體放電燈所在的電流變化量； 或者氣體放電燈所在的逆變電壓頻率變化量。
7. 如權利要求6所述的電子鎮流器，其特徵在於，所述單片機根據所述檢測到的光衰 變化量按照比例降低所述氣體放電燈上的輸出功率，根據所述輸出功率為所述氣體放電燈 匹配所對應的實際功率。
8. 如權利要求6所述的電子鎮流器，其特徵在於，所述單片機根據所述檢測到的光衰 變化量在預設的特徵庫中為所述氣體放電燈匹配所對應的實際功率，所述預設的特徵庫中 存儲有氣體放電燈光衰變化量以及與所述光衰變化量所對應的所述氣體放電燈所對應的 實際功率值。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種電子鎮流器，包括用於檢測氣體放電燈光衰變化量的光衰採樣模塊；以及用於根據光衰變化量為氣體放電燈匹配所對應實際功率值的單片機，所述單片機與光衰採樣模塊電連接；以及用於匹配的實際功率值調節所述氣體放電燈上的輸出功率的半橋逆變器，所述半橋逆變器與單片機電連接。相應的，本實用新型實施例還公開了一種氣體放電裝置，通過實施本實用新型實施例，能延長氣體放電燈壽命，比現有的電子式鎮流器節能。
文檔編號H05B41/36GK201528456SQ20092006014
公開日2010年7月14日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者胡軍 申請人:胡軍