霓虹燈低壓安全鎮流器的製作方法

2023-06-14 15:44:16

專利名稱：霓虹燈低壓安全鎮流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及放電燈點火或控制的電路裝置，尤其涉及一種霓虹燈低壓安全鎮流器。
一般的霓虹燈鎮流器，無論是鐵芯電感類的或高頻電子類的，採用高的輸出啟動與工作電壓(6～15KV)，安全性差，對外輻射幹擾強，體積、重量與空耗等都較大。其燈管連接採用總長度為5～15M一組串接，其中一根損壞，全組都不亮。當燈管及引線出現斷、短路時，容易導致鎮流器損壞。
本發明是中國專利89218065.X「霓虹燈低壓安全電路」的繼續，也是美國專利4902938「帶高壓保護的電子整流器」和4891561「霓虹燈點燃裝置」及臺灣專利77205511「電子式霓虹燈電源供應變壓器」的提高和改進，與以上幾項國外技術比較，最突出的特點是輸出低電壓。
本發明的目的在於提供一種輸出低電壓的(僅在燈管啟動的短暫瞬間有較高電壓)，自身具有抗負載斷路、短路保護功能的、對外輻射幹擾較弱的、體積小、重量輕且空耗低的霓虹燈低壓安全鎮流器。
本發明每個單元通道都由交流整流電路Ⅰ、高頻逆變電路Ⅱ，增壓電路Ⅲ和保護電路Ⅳ四個部分構成。


圖1為本發明一個單元通道的電原理圖;
圖2為本發明一個單元通道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分方框略圖;
圖3為本發明K個單元通道的電路方框圖。
下面以一個單元通道為重點進行敘述。
本發明的四個構成部分中，交流整流電路Ⅰ為通用電路，分為輸入電壓為110～127V，50～60HZ的Ⅰa電路及輸入電壓為220V50～60HZ的Ⅰb電路，其輸入端1、2接市交流電，輸出端3、4向高頻逆變電路Ⅱ提供直流電壓。高頻逆變電路Ⅱ亦為通用電路，它的輸出端5、6接至增壓電路Ⅲ，向增壓電路Ⅲ提供一個頻率為20～30KHZ的近似方波。增壓電路Ⅲ將輸入的近似方波變成升高電壓的近似正弦波，經過保護電路Ⅳ的輸入端7、8，由8、9兩端供給霓虹燈管NL。保護電路Ⅳ的輸入端7、8對霓虹燈管NL的點燃電流取樣，當點燃電流在正常值範圍內，維持正常工作狀態。當霓虹燈管或其引線出現斷路、短路，取樣電流過小或過大，保護電路Ⅳ將動作，切斷交流整流電路Ⅰ對高頻逆變電路Ⅱ的供電，使安全電路停止工作，達到自我保護的目的。
本發明的主要技術特徵是設有增壓電路Ⅲ及保護電路Ⅳ，增壓電路Ⅲ由增壓自耦變壓器B2、可調電感L2、電容C7、C9及諧振電容C8構成，自耦變壓器B2的增壓比，即n4∶n5為1∶3～5之間(具體選取比值與燈管特性有關)其輸入端5、6接至高頻逆變電路的輸出端，其輸出端7、9經保護電路Ⅳ的取樣變壓器B3的初級L31接至霓虹燈管NL，輸出端7也是自耦變壓器B2的輸入輸出公共端，而輸出端9也是自耦變壓器B2的輸出端，自耦變壓器B2線圈的中間抽頭為其輸入端10，諧振電容C8的一端接至輸出端7並通過隔直流電容C9接至輸入端5，諧振電容C8的另一端接至自耦變壓器B2輸入端10，並通過可調電感L2與隔直流電容C7組成的串聯支路，接至輸入端6，該增壓電路Ⅲ在霓虹燈管NL未點燃時輸出較高電壓，而點燃後輸出較低電壓。
本發明的保護電路Ⅳ包括由取樣變壓器B3、斷路保護檢波器D7-10，齊納二極體D11、濾波電容C10、電阻R7及開關三極體BG3組成的斷路保護電路和由取樣變壓器B3、短路保護檢波器D12-15，齊納二極體D16，濾波電容C11，電阻R8及開關三極體BG3組成的短路保護電路。
當電源接通後，交流整流電路Ⅰ向高頻逆變電路Ⅱ提供一個300V左右的直流電壓，由電阻R1、電容C5和觸發二極體D6構成的啟動電路使BG2導通，在C9-B2-L21-C7-B1-BG2之間構成正向放電迴路，由於此時燈管NL尚未點燃、相當於∞電阻，B2處於空載狀態，C8、L21構成的諧振迴路具有很大的Q值，在數微S至數十微S時間內，B2的7、9兩端將感應出一個較高電壓(1500～3000V)，這個電壓使燈管NL放電起輝。並在取樣變壓器B3的線圈L31中構成環流。於次級L32、L33上感應出2.5V左右的電壓，經斷路保護檢波器D7～D10及短路保護檢波器D12～D15檢出，於C10上獲得一個約1V的電壓，於C11上獲得一個約-1V的電壓，由於齊納二極體D11、D16的擊穿電壓均為1.5V左右，此時D11、D16都無作用。斷路保護檢波器D7～D10所檢出的1V正常工作電壓，通過R7加到開關管BG3的基極上，令其導通，使開關管BG3相當於一個小阻值電阻，使交流整流電路Ⅰ輸出的正電壓加到BG1的集電極上構成通路。當振蕩進入另一半周期，B1狀態翻轉，BG1導通，BG2截止。於C9-B2-L2-B1-BG1構成反向放電迴路，取樣變壓器B3將繼續檢出正常工作電壓，開關管BG3仍處於導通狀態，如此下去，全電路可正常工作。由於霓虹燈管NL在點燃後，其內阻不再為∞，而是相當於一個有限電阻值RN，這個等效電阻並聯於7、9兩端，使增壓變壓器B2的L21與諧振電容C8構成的諧振迴路Q值下降，7、9兩端的超音頻輸出電壓(接近於8、9兩端的電壓)將自動下降至霓虹燈管NL的飽和電壓(一般燈管為每M250～300V)。對於長度為1～2M的燈管，這個電壓為250～600V。由於C7、C9、L2C8與B2的綜合濾波作用，高頻逆變電路產生的近似方波，經過增壓電路Ⅲ之後，於7、9兩端變成近似正弦波，可減少對外輻射，並有利於延長燈管壽命。
如果霓虹燈管NL本身或其引線出現斷路或短路，保護電路Ⅳ將迅速反應，切斷交流整流電路Ⅰ對高頻逆變電路Ⅱ的供電，使之不再工作。當負載迴路出現斷路時，由於取樣變壓器B3的初級L31上無回流，次級L32無感應電壓(L33上也無電壓，但對此無作用)，斷路保護檢波器D7～D10無輸出電壓，開關管BG3即自行截止，振蕩管BG1得不到供電，全電路停止工作，即是進入保護狀態，若負載迴路短路，在數微S至數十微S時間內，高頻逆變電路Ⅱ的二個振蕩管BG1或BG2中的一個將受到瞬間大電流衝擊，但由於L2、B2等的阻尼作用，限制這個電流不超過三極體的最大電流ICM，管子不會燒毀。同時，由於負載短路，在取樣變壓器B3的初級線圈L31上的回流劇增，次級L33(及L32)將感應出一個較高電壓，這個電壓一般可大於3V，短路保護檢波器D12～D15將輸出-1.5V以下的電壓，這個電壓使齊納二極體D16擊穿，經R8後向開關管BG3的基極上供給一個負電壓，此時，雖然斷路保護檢波器D7～D10有一個1.5V以上電壓輸出，但因齊納二極體D11的箝住作用，D11二端電壓不可能超過1.5V。經R7、R8合成後，在開關管BG3基極上的電壓是負的，從而使開關管BG3截止，全電路停止工作。C10、C11的存在起濾波延時作用。還可防止因短暫外幹擾引起的不必要保護。
由上可見，不管是斷路保護還是短路保護，當電路進入保護狀態後，由於BG2始終處於導通狀態，不會自行截止，故即使負載又恢復正常，如又重新通、斷(這種正常往往是不可靠的)，也不可能自行再啟動電路。這可避免因反覆自啟動電路引起的閃變損壞。全電路只有在關閉供電源，排除故障後重新啟動才能工作。
由於本發明的裝置，每個單元通道設計成只與1～2M長的單燈管(最長不宜超過3M)配套(也可用幾根燈管串接達到這一總長度)，其較高的啟動電壓(1500～3000V)只存在於短暫瞬間(數微S至數十微S)，點燃電壓為屬低電壓的250～600V頻率為20～30KHZ在超音頻範圍內，人耳無可聞噪音。每單元通道的功率可在5～60VA之間。對於點燃多根燈管使用，可採用多個鎮流器分別點燃，總體的最高電壓不超過單燈管的最高電壓，即使其中一根或幾根燈管壞了，其餘的仍可點亮，不會造成總體不亮。此類鎮流器，還可以做成多個輸出通道共同一個整流電源，裝在一個殼體內的組合形式，成為大功率的低壓安全系列，總功率即為K個單元功率之和(K為正整數)，可以用一隻鎮流器帶動幾十根至幾百根霓虹燈管，總功率在數百至數千W範圍內。各通道做成積木形式，便於組裝與維修。本鎮流器交流整流電路Ⅰ與高頻逆變電路Ⅱ，可以用分立件，也可用現有的集成件。增壓電路Ⅲ及保護電路Ⅳ，可用分立件製作，更適合做成專用的厚膜集成電路。使用本鎮流器與彩色短燈管配合，可開發一系列的霓虹燈工藝品及豪華照明燈具，裝上電子順序電路，易於實現燈光變化。與微機配合，易實現大屏幕筆段顯示。本鎮流器自身損耗較少，電效率在90%以上，比鐵芯電感鎮流器節能40%。輸入為容性，功率因數COSφ＞0.9。
本發明的一個單元通道實施例見圖1，其主要技術參數為工作電壓用Ⅰa型電源，標稱110V，實際90～130V，50～60HZ;用Ⅰb型電源，標稱220V，實際180～240V，50HZ。工作頻率25～26KHZ，環境溫度-20～40℃，輸出功率20～60VA可帶長1～3M直徑φ13mm霓虹燈管，電效率＞92%，功率因數COSφ＞0.9，啟動時間＜100ms，保護時間＜1ms，鎮流器自重220g。主要元器件型號參數為D1～D51N4007;D62CTS;D7～D10、D12～D152CK5;D11、D16均由二個2CK5正向串接而成。BG1～BG3MJE13005;C1、C2、C10、C110.01μf，400V;C31、C32(Ⅰa電路用)22μf，160V，C3(Ⅰb電路用)10μf，400V;C4、C5、C7、C90.056μf，400V;C63300pf，400V;C80.01μf，1600V;R1500KΩ;R2、R3、1.1Ω;R4、R54.7Ω;R6360KΩ;R7、R820Ω;L11，L12470μH;L21.2～3mH;B1、B2、B3為自製電感，NL直徑φ13mm、2M長霓虹燈管。
權利要求
1.一種霓虹燈低壓安全鎮流器，包括交流整流電路I、高頻逆變電路Ⅱ和保護電路Ⅳ，其特徵還設有由自耦變壓器B2、諧振電容C8，隔直電容C7、C9和可調電感L2組成的諧振型增壓電路Ⅲ，其輸入端5、6接至高頻逆變電路的輸出端，其輸出端7、9經保護電路Ⅳ的取樣變壓器B3的初級L31接至霓虹燈管NL，輸出端7也是自耦變壓器B2的輸入輸出公共端，而輸出端9也是自耦變壓器B2的輸出端，自耦變壓器B2線圈的中間抽頭為其輸入端10，諧振電容C8的一端接至輸出端7並通過隔直流電容C9接至輸入端5，諧振電容C8的另一端接至自耦變壓器B2輸入輸出，並通過可調電感L2與隔直流電容C7組成的串聯支路接至輸入端6，該增壓電路Ⅲ在霓虹燈管NL未點燃時輸出較高電壓，而點燃後輸出較低電壓。
2.根據權利要求1所述的霓虹燈低壓安全鎮流器，其特徵是保護電路Ⅳ包括由取樣變壓器B3、斷路保護檢波器D7-10、齊納二極體D11，濾波電容C10、電阻R7及開關三極體BG3組成的斷路保護電路和由取樣變壓器B3、短路保護檢波器D12-15、齊納二極體D16、濾波電容C11電阻R8及開關三極體BG3組成的短路保護電路。
3.根據權利要求1或2所述的霓虹燈低壓安全鎮流器，其特徵是可採用由一個公共整流電路Ⅰ，供給K組由高頻逆變電路Ⅱ，增壓電路Ⅲ及保護電路Ⅳ構成的K個通道鎮流器，同時點燃K組燈管NL，K為正整數。
4.根據權利要求1或2所述的霓虹燈低壓安全鎮流器，其特徵是增壓電路Ⅲ和保護電路Ⅳ，可由分立件構成，也可採用厚膜集成封裝。
全文摘要
一種霓虹燈低壓安全鎮流器，包括交流整流電路，高頻逆變電路和保護電路，其特徵是還設有由自耦變壓器、諧振電容、隔流電容器和可調電感組成的諧振型增壓電路，使電路在霓虹燈管未點燃時輸出一個較高電壓，而點燃後則輸出一個較低電壓，當多燈管時，可分別由多個鎮流器供電，使全電路無高壓。具有斷路、短路保護功能，本發明使用安全同時具有節電效果。
文檔編號H02H3/00GK1054877SQ9110152
公開日1991年9月25日 申請日期1991年3月13日 優先權日1991年3月13日
發明者楊長根, 熊正毅, 依鍾康 申請人:楊長根, 熊正毅, 依鍾康