直流螢光燈的製作方法
2023-12-03 15:19:31 2
專利名稱：直流螢光燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流螢光燈，尤其是一種用在太陽能戶用光伏電源系統中的直流螢光燈。
背景技術：
通常的，在太陽能發電、風力發電等直流電源使用的螢光燈，一般採用逆變電路將直流電轉換成交流電，所述的逆變電路採用振蕩電路，振蕩電路的輸出端連接一個變壓器，變壓器起升壓作用，其輸出端連接到螢光燈管上起輝發亮。如專利號是94215005.8，專利名稱是高效節能直流螢光燈的實用新型專利，公開了一種採用雙電晶體推挽逆變電路作為振蕩電路，將低壓直流電轉換成高壓交流電來點亮螢光燈管；如專利號是96203481.9，專利名稱是一種長壽直流螢光燈的實用新型專利，由三極體、一個電位器、兩個電容以及一個電感線圈組成的自激振蕩器，振蕩器與一個繞組雙線並繞的變壓器耦合，變壓器的輸出端與燈管連接，為了避免冷起輝對燈絲的損害，設置了燈絲預熱電路，延長了燈管的壽命。但是還存在這一下的缺點1、振蕩電路的三極體起到開關的作用，在振蕩過程中三極體的轉換損耗比較大，三極體的使用壽命比較短，螢光燈的使用壽命比較短；2、提出了燈絲預熱電路，在開關接通後直接加熱燈絲，可以實現熱起輝，但是預熱電路的電流較大，對燈絲有損耗。
發明內容為了克服已有技術中振蕩電路的轉換損耗較大、使用壽命比較短的不足，本發明提供了一種直流螢光燈，採用了基極驅動電路作為振蕩電路，實現三極體在開啟後能夠快速地渡過線性放大工作區，工作電路的轉換損耗很小，延長了三極體的使用壽命，從而延長了整個直流螢光燈的使用壽命。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種直流螢光燈，包括燈罩、燈頭、燈管以及與之相配合的控制器，所述的控制器設置在所述的燈頭內，所述的燈管包括陽極、陰極，陽極設有節點1、節點2，陰極設有節點3、節點4，所述的控制器包括自激振蕩器、高頻變壓器T1，所述的控制器一端與直流電源連接，另一端與所述的燈管的陽極、陰極連接，所述的自激振蕩器包括三極體BG2、電容C3、C4、電感L、二極體D3、電阻R4、R5、R6；所述的高頻變壓器T1原邊繞組分成Np、Ni兩段，原邊繞組中間端與直流電源正極相連接，副邊繞組Ns一端與所述的陰極的節點4連接，另一端接地；電阻R5與二極體D3串聯，電容C3與電感L串聯，電阻R5與二極體D3的接點和電容C3與電感L的接點通過導線連接，電阻R4與電容C3共同連接在節點5上，所述的節點5通過電阻R4與高頻變壓器T1原邊繞組的Ni端連接，二極體D3的陽極與電感L共同連接在節點6上，所述的節點6通過電阻R6與所述的三極體BG2的基極相連接，三極體BG2的集電極與所述的高頻變壓器T1原邊繞組的Np端連接，三極體BG2的發射極接地，同時在發射極與集電極之間並聯電容C4；所述的節點1接地。
進一步，所述的控制器還包括燈絲預熱電路，所述的燈絲預熱電路是一個三極體基極放大電路，包括三極體BG1、電阻R1、R2、R3、電容C1、C2、二極體D2、繼電器J以及由繼電器J控制的開關K；所述的陽極的節點2與所述的陰極的節點3之間串接有開關K、電阻R3；所述的電容C1與直流電源並聯，電阻R1、R2的串聯與所述的電容C1並聯，電阻R1與電阻R2的連接點與三極體的基極連接，所述的電容C2與所述的電阻R2並聯；所述的三極體BG1的集電極與所述的二極體D2的正極連接，二極體D2的負極與電源的正極連接，所述的繼電器J與所述的二極體D2並聯，所述的繼電器J通電後可以控制開關K使得節點7與節點8導通；三極體BG1的發射極接地。
再進一步，所述的電阻R6是PCT熱敏電阻，在常溫下它保持低阻通態，在溫度上升至臨界點溫度(距離點溫度Tc≥100℃)左右，它的電阻會迅速上升到3～4kΩ，同時還對電流大小有敏感。
本發明所述的直流螢光燈的有益效果主要表現在1、所述的振蕩電路採用了基極驅動電路，所述的電路結構合理，實現了電晶體電路在開啟後使開關迅速的渡過線性放大工作區，使狀態的轉換能耗儘量小，可以延長電晶體BG2的使用壽命，進而延長了螢光燈的使用壽命；2、採用了三極體基極放大電路作為開關電路，用繼電器J控制開關K的動作，從而實現燈絲的預熱，且設有限流電阻R3，可以保證陰極得到恆電流加熱，可以延長螢光燈的使用壽命；3、在振蕩迴路上設置了熱敏電阻R6，可以起到保護三極體BG2的作用，在環境溫度升高時電阻值會稍稍增大，可以使電流減少，當環境恢復到正常態時，它又進入到低阻態起到自我調節作用，使螢光燈處於設定的工作狀態。
圖1表示本發明所述的直流螢光燈的結構圖；圖2表示本發明所述直流螢光燈的控制器的電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步描述。
參考圖1、圖2，一種直流螢光燈，包括燈罩9、燈頭10、燈管11以及與之相配合的控制器，控制器設置在所述的燈頭10內，燈管包括陽極12、陰極13，陽極12設有節點1、節點2，陰極13設有節點3、節點4，控制器包括自激振蕩器14、高頻變壓器T1，控制器一端與直流電源連接，另一端與燈管的陽極12、陰極13連接，其中自激振蕩器14包括三極體BG2、電容C3、C4、電感L、二極體D3、電阻R4、R5、R6高頻變壓器T1原邊繞組分成Np、Ni兩段，Np與Ni的連接端為原邊繞組的中間端，原邊繞組中間端與直流電源正極相連接，副邊繞組Ns一端與陰極13的節點4連接，另一端接地；電阻R5與二極體D2串聯，電容C3與電感L串聯，電阻R5與二極體D3的接點和電容C3與電感L的接點通過導線連接，電阻R4與電容C3共同連接在節點5上，節點5通過電阻R4與高頻變壓器T1原邊繞組的Ni端連接，二極體D3的正極與電感L共同連接在節點6上，節點6通過電阻R6與三極體BG2的基極相連接，三極體BG2的集電極與所述的高頻變壓器T1原邊繞組的Np端連接，三極體BG2的發射極接地，同時在發射極與集電極之間並聯電容C4；節點1接地。
控制器還包括燈絲預熱電路15，燈絲預熱電路15是一個三極體基極放大電路，包括三極體BG1、電阻R1、R2、R3、電容C1、C2、二極體D2、繼電器J以及由繼電器J控制的開關K，其中所述的陽極的節點2與所述的陰極的節點3之間串接有開關K、電阻R3；電容C1與直流電源並聯，電阻R1、R2的串聯與電容C1並聯，電阻R1與電阻R2的連接點與三極體的基極連接，電容C2與電阻R2並聯；三極體BG1的集電極與二極體D2的正極連接，二極體D2的負極與電源的正極連接，繼電器J與二極體D2並聯，繼電器J通電後可以控制開關K使得節點7與節點8導通；三極體BG1的發射極接地；電阻R6是PCT熱敏電阻，在常溫下它保持低阻通態，在溫度上升至臨界點溫度(距離點溫度Tc≥100℃)左右，它的電阻會迅速上升到3～4kΩ。
本發明所述的直流螢光燈的工作原理是自激振蕩器14和燈絲預熱電路15採用同一直流12V電源，在電源進線端設有二極體D1、熔斷器RD，起保護作用，自激振蕩器14和燈絲預熱電路15中間採用高頻變壓器T1，既作為電路之間的隔離，同時採用三組線圈，原邊的Ni繞組是對自激振蕩器14中的三極體BG2提供基極工作電流和感應電壓控制三極體BG2導通、截止；Np為變壓器初級繞組，一端連接三極體BG2的集電極，另一端連接直流12V電源，是為三極體BG2提供直流能量，同時感生出原邊電動勢，依靠變壓器的藕合作用把原邊電動勢傳遞到變壓器的副邊Ns，依據Np∶Ns的匝數比，使Ns升壓至螢光燈管需要的點燈電壓。
如圖2所示，12V、9W的直流螢光燈的各個主要部件的參數和數值範圍如下R1＝R2＝33KΩ，0.25W；R3＝33Ω，0.25W；R4＝33Ω，0.5W；R5＝900Ω.0.25W；R6是PCT熱敏電阻，在常溫(TA＝25℃)下它保持低阻通態，在溫度上升至臨界點溫度(距離點溫度Tc≥100℃)左右，它的電阻會迅速上升到3～4kΩ；熔斷器RD熔斷電流I＝2A；電解電容C1＝C2＝470uF，擊穿電壓＝16V；C3＝68nF，擊穿電壓＝400V；C4＝1nF，擊穿電壓＝400V；L＝33.5uH；肖特基二極體D1IN5822，i≥3A，U＝65V；二極體D2、D3IN4148；三極體GB1C9041，hFE＞160；三極體GB2TIP41C，hFE55～100；繼電器J線圈電阻400Ω±10Ω，吸合電壓U≤7.5V，釋放電壓U≥0.6V；高頻變壓器原邊Np為37匝，Ni為20匝，Ns為160匝。
下面結合圖2說明本發明所述的直流螢光燈的工作過程。所述的控制器包括自激振蕩器14、高頻變壓器T1、燈絲預熱電路15。所述的自激振蕩器14由基極驅動電路組成，高頻變壓器T1與基極驅動電路連接，基極驅動電路外接12V直流電源，高頻變壓器T1副邊Ns形成方波交流電，整個電路的工作過程是12V直流電源接通後，直流電源的電流通過高頻變壓器T1的Ni繞組，經R4、R5、D3、R6流過三極體BG2的基極—發射極，使三極體BG2立即導通；另一路電流經C3、L對C3進行充電、電感L亦同時儲能。三極體BG2的基極電流ib主要由R4、R5、R6來決定。
三極體BG2導通後使直流電源的電流通過Np繞組，流過三極體BG2的集電極至發射極。在正反饋作用下，使得電晶體BG2很快進入飽和狀態，集電極電流ic迅速上升；此時，變壓器T1鐵心中的磁通Φ隨著集電極電流ic不斷增加亦由小至大的變化，當鐵心達到飽和時(ΔB→MAX)，鐵心的磁導率急劇下降，集電極電流ic迅速上升，當達到ic＝hFE·ib時，集電極電流ic不能繼續上升，B值達到BMAX，ΔB→0，鐵心的磁通亦將跌落到零。根據法拉第——楞次定律，鐵心的繞組將感生出與其電流方向相反的感應電動勢來，使三極體BG2的基極一發射極的PN結承受一個反向電壓而使三極體BG2從導通轉為截止，導通的過程在變壓器T1的副邊Ns形成了方波的正相；三極體BG2從導通轉向截止的過程中，原先儲存在電感L中的電能首先在D3及自身的內阻上衰減完畢，此間電容C3開始對三極體BG2的發射極-基極放電形成反向基極電流，與感應電勢電流方向一致，其電流方向是C3→R4→Ni→Np→BG2的集電極→BG2的基極→R6→L→C3，這一反向電流抽走了三極體BG2集電極-發射極的極間準備渡越而積聚的多餘載流子，以保持管芯上有效的導電面積，減少載流子在三極體BG2的二個PN結附近複合造成開關損耗等不利因素，截止的過程在變壓器T1的副邊Ns形成了方波的反相。
截止後的三極體BG2在電源電壓的作用下重又導通，進入第二個導通、截止過程，重複往返，在變壓器T1的副邊Ns形成頻率高於20Khz的方波交流電，C4的作用是給電路提供一個交通道，起到保護三極體GB2的作用。依據Np∶Ns的匝數比，使Ns升壓至螢光燈管需要的點燈電壓。當三極體BG2進入第二次以後的導通過程，電感L的反向充電電流加入到開通三極體BG2的基極電流中去，使三極體BG2迅速通過線性放大區進入飽和區，使狀態轉換損耗減少，可以延長了三極體的使用壽命，進而可以延長整個螢光燈的使用壽命。
所述的燈絲預熱電路15是一個三極體基極放大電路，其工作過程是加上12V直流電，三極體BG1的基極得到R1、R2分壓後的電流使BG1的集電極—發射極導通，電流經繼電器J進入三極體BG1的集電極，然後是發射極完成閉環流動。繼電器J得電後可以控制開關K使得節點7與節點8導通，此時陽極12的節點2是懸空的，陰極13的節點3與直流電源的正極導通，陰極13加熱，使燈絲充分預熱而發射一定濃度的電子。其中繼電器J的線圈電阻及R3是限流電阻，陰極13得到恆定的電流加熱，從三極體BG2自激振蕩進入穩態工作，並經過變壓器T1藕合使陰極13得到足夠的亮燈端電壓的這段時間內，使燈絲充分預熱；D2的作用是在電源關斷時，給繼電器中的電感一個釋放的迴路，起到保護三極體BG2的作用，同時也兼有限制集電極電流方向的作用，C2的引入使得不管電源電壓如何變化，三極體BG1的集電極—發射極始終導通，這樣恆定地有一定量的電流流過陰極13，故電子濃度也相對穩定，有利於螢光燈的穩定工作。在Ns感生出亮燈端電壓驅動下，使陰極13發射出的電子(雲)從陰極13至陽極12作定向流動，同時把能量傳遞給螢光粉而發光，熱陰極及其正常端電壓點燈就是本燈長壽命的特點之一。
而對於熱敏電阻R6，則可以起到保護三極體的作用。如果陰極13開路或燈管11破裂，由於三極體BG2仍處於自激振蕩工作狀態，這時變壓器T1的副邊繞組Ns已不構成工作迴路，變壓器儲存的能量向初級繞組方向輻射，於是三極體BG2的基極—發射極PN結會出現破壞性的大電流注入，引入的PTC會迅速反應，阻值升高，把異常態的功率降落在它上面，使三極體BG2得到保護，異常態排後，PTC仍進入低阻導通態，使螢關燈恢復正常態工作；如果環境溫度升高，如溫度Tc≥100℃，該PTC阻值會稍大一點，使一部分電流消耗在它身上，起到自動調節環境溫度的工作，當環境溫度恢復到常態或散熱情況良好時，它又進入到低阻態起到自我調節作用，使螢光燈處於設定的工作狀態，由此可以把螢光燈的功率調整到合適程度，燈具的光通量得到相應的提高。
權利要求
1.一種直流螢光燈，包括燈罩、燈頭、燈管以及與之相配合的控制器，所述的控制器設置在所述的燈頭內，所述的燈管包括陽極、陰極，陽極設有節點1、節點2，陰極設有節點3、節點4，所述的控制器包括自激振蕩器、高頻變壓器T1，所述的自激振蕩器一端與直流電源連接，另一端與所述的燈管的陽極、陰極連接，其特徵在於所述的自激振蕩器包括三極體BG2、電容C3、C4、電感L、二極體D3、電阻R4、R5、R6；所述的高頻變壓器T1原邊繞組分成Np、Ni兩段，原邊繞組中間端與直流電源正極相連接，副邊繞組Ns一端與所述的陰極的節點4連接，另一端接地；電阻R5與二極體D3串聯，電容C3與電感L串聯，電阻R5與二極體D3的接點和電容C3與電感L的接點通過導線連接，電阻R4與電容C3共同連接在節點5上，所述的節點5通過電阻R4與高頻變壓器T1原邊繞組的Ni端連接，二極體D3的陽極與電感L共同連接在節點6上，所述的節點6通過電阻R6與所述的三極體BG2的基極相連接，三極體BG2的集電極與所述的高頻變壓器T1原邊繞組的Np端連接，發射極接地，同時在發射極與集電極之間並聯電容C4；所述的節點1接地。
2.如權利要求1所述的直流螢光燈，其特徵在於所述的控制器還包括燈絲預熱電路，所述的燈絲預熱電路是一個三極體基極放大電路，包括三極體BG1、電阻R1、R2、R3、電容C1、C2、二極體D2、繼電器J以及由繼電器J控制的開關K，所述的陽極的節點2與所述的陰極的節點3之間串接有開關K、電阻R3；所述的電容C1與直流電源並聯，電阻R1、R2的串聯與所述的電容C1並聯，電阻R1與電阻R2的連接點與三極體的基極連接，所述的電容C2與所述的電阻R2並聯；所述的三極體BG1的集電極與所述的二極體D2的正極連接，二極體D2的負極與電源的正極連接，所述的繼電器J與所述的二極體D2並聯，所述的繼電器J通電後可以控制開關K使得節點7與節點8導通；三極體BG1的發射極接地。
3.如權利要求1所述的直流螢光燈，其特徵在於所述的電阻R6是PCT熱敏電阻。
全文摘要
本發明涉及一種直流螢光燈，尤其是一種用在太陽能戶用光伏電源系統中的直流螢光燈。包括燈罩、燈頭、燈管以及與之相配合的控制器，控制器包括自激振蕩器、高頻變壓器T1以及燈絲預熱電路，所述的自激振蕩器採用基極驅動電路，基極驅動電路與高頻變壓器T1原邊連接，在高頻變壓器T1的副邊形成了高頻方波交流電，高頻變壓器T1的副邊連接在燈管的陽極、陰極上起輝發亮。實現三極體在開啟後能夠快速地渡過線性放大工作區，工作電路的轉換損耗很小，延長了三極體的使用壽命，從而延長了整個直流螢光燈的使用壽命。
文檔編號H05B41/26GK1480980SQ0314172
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月18日 優先權日2003年7月18日
發明者陳永全 申請人:慈谿市遠東照明有限公司