螢光燈照明裝置的製作方法
2023-06-10 05:56:11
專利名稱：螢光燈照明裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及螢光燈照明裝置，特別涉及用於包括預熱型電極的螢光燈的採用半導體開關元件的啟動開關電路。
用於螢光燈照明裝置的傳統啟動開關電路，最初是啟輝器。然而，啟輝器具有諸如啟動需要較長時間和壽命短的問題，雖然，開發了採用半導體開關元件的啟動開關電路，但是這樣的啟動開關電路價格昂貴，因而需求量很小。因此，需要開發一種廉價的啟動開關電路。在現有技術中，提出將電晶體用作半導體開關元件(日本專利申請公開公報第3-252096號)，如圖6所示。
圖6所示的傳統螢光燈照明裝置的電路包括交流電源1、鎮流器2、包括一對預熱型電極4、5的螢光燈3、噪聲抑制電容器6，和啟動開關電路7。螢光燈照明裝置的電路結構如下。將鎮流器2的一端與交流電源1連接。將鎮流器2的另一端與螢光燈3的電極4的電源側的端子連接。將啟動開關電路7和噪聲抑制電容器6連在螢光燈3的電極4、5的啟動開關電路側的端子之間。
連在螢光燈3的電極4、5的啟動開關電路側的端子之間的啟動開關電路7的電路內的結構如下。將第一整流元件8、電阻器30和電晶體31的集電極和發射極串聯連接在螢光燈3的電極4、5的啟動開關電路側的端子之間。將電阻器32連在第一整流元件8與電阻器30之間的連接點和電晶體31的基極之間。將以電阻器37和電容器36互相串聯連接的方式形成的定時電路連在第一整流元件8和電極5的啟動開關電路側的端子之間。將由定時電路控制的閘流管33連在電晶體31的基極和發射級之間。將包括電阻器34和齊納二極體35的串聯電路連在電容器36與電阻器37的連接點和閘流管33的控制極之間。
接下來，描述傳統螢光燈照明裝置的工作。
接通交流電源1。當接通交流電源1後，在電源電壓的正半周內，通過第一整流元件8和電阻器32，向電晶體31的基極提供基極電流。由於向電晶體31提供基極電流，所以集電極電流通過第一整流元件和電阻器30，在電晶體31的集電極和發射級之間流過。半波預熱電流以這種方式流過，所以，預熱了螢光燈3的電極4、5。與此同時，跨於齊納二極體35兩端施加反向電壓。當反向電壓達到預定值(下文稱為「齊納電壓」)，電流開始沿相反方向流。在電容器36中聚集的電荷通過齊納二極體35和電阻器34流到閘流管33的控制極，因此閘流管33變為接通狀態，並且電流相應地在閘流管33的陽極和陰極之間流過。所以，曾向電晶體31的集電極流的電流停止流動，從而電晶體31變為斷開狀態。結果，由於鎮流器2的電感，產生脈衝電壓，並且點燃螢光燈3。
在用於傳統螢光燈照明裝置的啟動開關電路中，電晶體31的集電極和發射極之間的電壓與跨過電阻器30的電壓之和決定定時電路的工作。在電晶體31的集電極和發射極之間流過的預熱電流影響在電晶體31的集電極和發射極之間的電壓及跨過電阻器30的電壓，而定時電路的工作時間也相應地改變。
在採用具有很大電感的鎮流器2的低功率螢光燈照明裝置的情況下，由於預熱電流很小，所以定時電路的工作時間很長。在更糟的情況下，時間電路的電容器36的充電電壓穩定在低電壓。如果發生這種情況，電流不流到閘流管33的控制極，因而預熱電流保持不斷地流。這導致鎮流器2發熱，並且螢光燈3的兩端發黑，而這些又使得不能夠點燃螢光燈3。此外，在點燃螢光燈3時，交流電源1的電壓瞬時減小。因此，在螢光燈3熄滅後電壓恢復時，由於來自交流電源1和電容器36的控制極電流，使得閘流管33保持接通狀態。如上所述，由於電晶體31保持斷開狀態，所以不執行該操作而螢光燈3保持熄滅狀態，因而，不能點燃螢光燈3，除非再一次使交流電源1的開關工作。
本發明目的在於解決上述的問題，因此，目的在於提供一種普遍適用於具有相互不同的標準額定功率的鎮流器和螢光燈的啟動開關電路，和在由於電源瞬時低電壓引起燈的熄滅後自動點亮螢光燈的啟動開關電路。
根據本發明的啟動開關電路包括串聯電路，它具有第一整流裝置、包括控制端的半導體開關元件和用於檢測流到半導體開關元件的電流的第一電阻器裝置，所有這些都是串聯連接的；第一定時裝置，它同半導體開關元件和第一電阻器裝置的串聯電路並聯，用於在半導體開關元件處於接通狀態經預定時間間隔後，使半導體開關元件變成斷開狀態；和控制裝置，它用於控制半導體開關元件。
根據本發明，由於啟動開關電路包括第一定時裝置和控制裝置，所以相同的啟動開關電路適用於包括具有相互不同的標準額定功率的鎮流器和螢光燈的螢光燈照明裝置。此外，在將根據本發明的啟動開關電路應用於螢光燈照明裝置的情況下，在燈熄滅後螢光燈照明裝置，再一次自動點燃螢光燈。
構成根據本發明的啟動開關電路的第一定時裝置包括第二電阻器裝置、至少一個齊納二極體、整流裝置和電容器，它們是相互串聯的。
根據本發明，可以獲得啟動開關電路的第一定時裝置。該啟動開關電路用於包括具有相互不同的標準額定功率的鎮流器和螢光燈的螢光燈照明裝置，並在燈熄滅後自動點燃螢光燈。
構成根據本發明的啟動開關電路的半導體開關元件是場效應電晶體。
根據本發明，使用場效應電晶體使得不必用浪湧電壓抑制元件來保護半導體開關元件。此外，使用場效應電晶體有可能通過電壓信號控制半導體開關元件的接通狀態和斷開狀態。
構成根據本發明的啟動開關電路的控制裝置包括第二定時裝置，它用於在重複使半導體開關元件成為接通狀態的操作的情況下，在預定的時間間隔後，將半導體開關元件保持為斷開狀態。
根據本發明，可以保護構成啟動開關電路的半導體開關元件。此外，在將根據本發明的啟動開關電路應用於螢光燈照明裝置的情況下，螢光燈照明裝置在預定時間間隔後，中止燈的再一次點亮，並相應地防止燈的閃爍。
將根據本發明的啟動開關電路裝入可與螢光燈裝置的傳統啟輝器互換的外殼中。
根據本發明，可將用於傳統螢光燈的啟輝器開關的插座用作裝入啟動開關電路的外殼。
根據本發明的螢光燈照明裝置包括交流電源；鎮流器，它的一端同交流電源的一端相連；帶有預熱電極的螢光燈，將預熱電極的一端同鎮流器的另一端相連，而將預熱電極的另一端同交流電源的另一端相連；和上述的啟動開關電路，將該電路的一端同螢光燈的又一端相連，並將該電路的另一端同螢光燈的再一端相連。
根據本發明，可以獲得裝有本發明的啟動開關電路的螢光燈照明裝置。
圖1是示出包括根據本發明的實施例的啟動開關電路的螢光燈照明裝置的一個電路結構例的圖；圖2是示出圖1的啟動開關電路的外觀圖；圖3示出圖1的螢光燈照明裝置的工作，更確切地說，圖3(a)示出跨過電容器15的電壓，圖3(b)示出電晶體21的工作條件，圖3(c)示出電晶體25的工作條件，圖3(d)示出半導體開關元件9的工作條件，和圖3(e)示出預熱電流；圖4示出圖1的螢光燈照明裝置的工作，更確切地說，圖4(f)示出跨過電容器15的電壓，圖4(g)示出從電晶體21的發射級看得的第一電阻器元件10的電壓，圖4(h)示出從電晶體21的發射極看得的電容器15的正端電壓，圖4(i)示出電晶體21的工作條件，圖4(j)示出電晶體25的工作條件，圖4(k)示出半導體開關元件9的工作條件，圖4(l)示出預熱電流，和圖4(m)示出脈衝電壓。
圖5示出圖1的螢光燈照明裝置的工作，更確切地說，圖5(n)示出跨過電容器15的電壓，圖5(o)示出電晶體21的工作條件、圖5(p)示出電晶體25的工作條件，圖5(q)示出半導體開關元件9的工作條件，圖5(r)示出預熱電流，和圖5(s)示出跨過電容器9的電壓；和圖6是示出傳統螢光燈照明裝置的電路結構的圖。
下面，將參照圖1，描述本發明的實施例。
電路結構
如圖1所示，設有本發明的啟動開關電路的螢光燈照明裝置的電路包括交流電源1；鎮流器2；包括一對預熱型電極4、5的螢光燈3；噪聲抑制電容器6；和啟動開關電路7。螢光燈照明裝置的電路結構如下。將鎮流器2的一端連至交流電源1的一端。將鎮流器2的另一端連至螢光燈3的電極4的電源側的端子。將交流電源1的另一端連至螢光燈3的電極5的電源側的端子。分別將啟動開關電路7和噪聲抑制電容6連在螢光燈3的電極4、5的電路側的端子之間。
連在螢光燈3的電極4、5的啟動開關電路側的端子之間的啟動開關電路7的電路內部結構如下。啟動開關電路7包括第一整流元件8；半導體開關元件9；第一電阻器元件10；第一定時電路11；和控制電路16。將一串聯電路連在螢光燈3的電極4、5的啟動開關電路側的端子之間。該串聯電路包括半導體開關元件9，例如，具有雪崩擊穿的場效應電晶體；用於檢測流過半導體開關元件9的第一電阻元件10；和第一整流元件8。應用場效應電晶體無需使用保護半導體開關元件免遭脈衝電壓的破壞的浪湧電壓抑制元件。除了場效應電晶體，可將結型電晶體用作半導體開關元件9。將第一定時電路11與半導體開關元件9和第一電阻器元件10的串聯電路並聯。通過將電阻器12、齊納二極體14和電容器15互相串聯連接方式，構成第一定時電路11。將齊納二極體13的齊納電壓設為比半導體開關元件9的接通電阻和第一電阻元件10的電阻之和與預熱電流的乘積大的值。將控制電路16連至電容器15和第一電阻器元件10的串聯電路的兩端，並與半導體開關元件9的控制極相連。控制電路16包括第二定時電路17；電晶體21；電晶體25；齊納二極體22；齊納二極體23；和電阻器24。將齊納二極體22的齊納電壓設為比齊納二極體23的齊納電壓高。用電容器19和電阻器20的並聯電路與電阻器18的串聯電路構成第二定時電路17。分別將第二定時電路17的電阻器18的一端、電阻器24的一端和齊納二極體22的陰極連至電容器15和二極體14之間的連接點。將電晶體25的基極連至電阻器18和電容器19之間的連接點。例如，用於使電晶體25處於接通狀態的電晶體25的基極和發射極之間的電壓約為0.6v。將電晶體21的集電極連至第二定時電路17的電容器19和電阻器20的並聯電路。將電晶體21的發射極連至第一電阻器元件10和半導體開關元件9之間的連接點。將電晶體21的基極連至齊納二極體22和齊納二極體23的陽極。齊納二極體22的陰極與齊納二極體23的陽極相連。電阻器24的另一端與齊納二極體23的陰極、電晶體25的集電極和半導體開關元件9的控制極相連。將電晶體25的發射極連至第一電阻器元件10和半導體開關元件9的源極之間的連接點。
將用於上述啟動開關電路的外殼設計成能與如圖2所示的啟輝器互換的形狀。這使得應用於傳統螢光燈成為可能。
工作
接下來，參照圖3至5，將描述圖1和2所示的螢光燈照明裝置的工作。
在接通交流電源之前，即，在時刻T1之前，在電容器15中沒有積聚電荷，並且跨過電容器15的電壓為零，如圖3(a)所示。因此，如圖3(b)和(c)所示，電晶體21和電晶體25處於斷開狀態。
在時刻T1接通交流電源1後，在交流電源1的正半周期間，電流通過電阻器12、齊納二極體13和二極體14流到電容器15，從而在電容器15中積聚電荷。由於在電容器15和齊納二極體13之間配置了二極體14，所以積聚在電容器15中的電荷沒有通過齊納二極體13和電阻器12釋放。
與此同時，電流通過電阻器18流到電晶體25的基極，而電晶體25變成接通狀態，如圖3(c)所示。
由於跨過齊納二極體22的電壓低於齊納二極體22的齊納電壓，所以齊納二極體22阻斷到電晶體21的基極的基極電流。此外，由於電晶體處於接通狀態，因此齊納二極體23阻斷到電晶體21的基極的基極電流。因此，電晶體21保持斷開狀態，如圖3(b)所示。
由於電晶體21處於斷開狀態，在第二定時電路17的電容器19中沒有積聚電荷，因此，跨過電容器19的電壓為零。
另一方面，如圖3(a)所示，由二極體13整流的半波交流電流的充電很快使跨過電容器15的電壓升高，並達到第一預定電壓，即齊納二極體22的齊納電壓。
在這個例子中，將從時刻T1到時刻T2的時間間隔設在0.1秒和0.2秒之間的範圍內。
在時刻T2，跨過電容器15的電壓達到第一預定電壓，因此，電流通過電容器15和齊納二極體22流到電晶體21的基極，因而電晶體21變成接通狀態，如圖3(b)所示。
當電晶體21在時刻T2變成接通狀態時，由於電容器19的電壓為零，所以電晶體25的基極電壓變為0V。該電壓低於使電晶體25處於接通狀態的電壓，即，大約0.6V，因此，電晶體25變成斷開狀態，如圖3(c)所示。
當電晶體25在時刻T2變成斷開狀態時，由於跨過電容器15的電壓等於或大於齊納二極體23的齊納電壓，所以從電容器15通過電阻器24和齊納二極體23向電晶體21的基極提供基極電流。由於向電晶體21的基極提供基極電流，如圖3(b)和(c)所示，所以電晶體21保持接通狀態，而電晶體25保持斷開狀態。
這時，在半導體開關元件9的控制極處的電壓大約等於齊納二極體23的齊納電壓，從而，半導體開關元件9變成接通狀態，如圖3(d)所示。
當半導體開關元件9變成接通狀態時，從交流電源1流出的預熱電流流過鎮流器2、螢光燈3的電極4、半導體開關元件9、第一電阻器元件10、第一整流元件8和螢光燈3的電極5。
在半導體開關元件9處於接通狀態的期間，跨過啟動開關電路7的電壓是預熱電流和半導體開關元件9的接通電阻與第一電阻器元件10的電阻之和的乘積，即，幾十個伏特。由於將齊納二極體13的齊納電壓設為比預熱電流和半導體開關元件9的接通電阻與第一電阻器元件10的電阻之和的乘積大，所以齊納二極體13阻斷流到電容器15的電流。
通過第二定時電路17和電晶體21的集電極釋放積聚在電容器15中的電荷，並且還通過電阻器24、齊納二極體23和電晶體21的基極釋放電荷。這漸漸降低跨過電容器15的電壓。
當跨過電容器15的電壓降低並達到第二預定電壓，即齊納二極體23的齊納電壓時，從電容器15通過電阻器24和齊納二極體23流到電晶體21的基極的基極電流停止流動。因此，在時刻T3，電晶體21變成斷開狀態，如圖3(b)所示。
當電晶體21變成斷開狀態時，從電容器15通過電阻器18向電晶體25的基極提供基極電流，從而，電晶體25變成接通狀態，而半導體開關元件9的控制極電壓變為零。因此，半導體開關元件9變成斷開狀態。
這時，由於突然阻斷預熱電流，所以產生由鎮流器2的電感引起的脈衝電壓，並且點燃螢光燈3。
在電晶體25變成接通狀態後，齊納二極體23阻斷到電晶體21的基極的基極電流。所以，電晶體21保持斷開狀態，從而電晶體25保持接通狀態。結果，半導體開關元件9保持斷開狀態，因此，螢光燈3一直點亮。
在螢光燈3的點亮期間，跨過螢光燈3的電壓大大低於交流電源1的電壓，因此，跨過第一定時電路11的電容器15的電壓從不達到第一預定電壓，而電晶體21保持斷開狀態。因此，半導體開關元件9從不變成接通狀態。
如果在時刻T4，由於電源電壓減小等原因，螢光燈3熄滅，那麼跨過螢光燈的電壓變成與交流電源1的電壓相等。從而，第一定時電路11再次工作，並進行在時刻T1和T4之間進行的啟動工作，因此，螢光燈3再次點亮。
在這個例子中，直至螢光燈3點亮所需的時間間隔等於時刻T1和時刻T3之間的間隔。在0.1秒和0.2秒之間的範圍內設置時刻T1和時刻T2之間的間隔。同時，決定預熱時間(時刻T2和時刻T3之間間隔)如下。預熱時間是預熱電流流過的時間間隔，並且主要由電容器15、電阻器18的電阻、電阻器24的電阻、第一預定電壓和第二預定電壓決定預熱時間。因此，預熱時間幾乎是恆定的，而與依賴於螢光燈3的額定功率值的預熱電流值和鎮流器2的阻抗無關。
因此，可以將相同的啟動開關電路用於螢光燈照明裝置，螢光燈照明裝置包括鎮流器2和具有不同標準額定功率的螢光燈3。
這個例子中，在0.8至1.2秒的範圍內設置螢光燈的預熱時間的情況下，對於具有在4W和30W之間寬範圍內的功率值的螢光燈，保證穩定的啟動能力。此外，當交流電源1具有低於額定值的值，或者由於低的環境溫度而不容易點亮螢光燈3時，重複啟動工作，因此，相應地保證穩定的啟動能力。
當接通螢光燈照明裝置時，參照圖1和4進一步描述螢光燈照明裝置的工作。
圖4是在圖3的時刻T3處延伸時間軸的圖。
當半導體開關元件9處於接通狀態並且圖4(1)所示的預熱電流流到第一電阻器元件10時，由於預熱電流產生跨過第一電阻器元件10的電壓降。如圖4(g)所示，從電晶體21的發射級看得的跨過第一電阻器元件10的電壓具有負的極性。此外，從電晶體21的發射極看，在電容器15的正極性端的電壓是圖4(f)和(g)所示的電壓之和，它是帶有波紋的直流電壓。該電壓具有與圖4(1)所示的預熱電流相反的極性，而且當預熱電流增大時，它減小。在圖4(h)所示的電壓由於在電容器15處放電而減小的情況下，當預熱電流為最大或在其附近時，該電壓總是達到第二預定電壓。
此時，從電容器15通過電阻器24和齊納二極體2流到電晶體21的基極的基極電流立即停止流動。從而在時刻T3電晶體21變成斷開狀態，如圖4(1)所示。當電晶體21變成斷開狀態時，從電容器15通過電阻器18向電晶體25的基極提供基極電流，因此，電晶體25變成接通狀態。所以，半導體開關元件9的控制極電壓變為零，而半導體開關元件9變成斷開狀態。此時，斷開預熱電流，並且產生由鎮流器2的電感引起的脈衝電壓。因此，點亮螢光燈3。
斷開預熱電流的值總是接近峰值，因而由鎮流器2引起的脈衝電壓相應地很大，從而可確實點燃螢光燈3。
接著，參照圖1和5，將給出關於將到達使用壽命盡頭或損壞的螢光燈照明裝置的工作的描述。
螢光燈照明裝置從時刻T1到時刻T3的工作與正常的螢光燈照明裝置的工作類似，因此，省略詳細的說明。當在時刻T1接通電源1時，如圖5(r)所示，預熱電流流動並且此後在時刻T3斷開，從而產生由鎮流器2的電感引起的脈衝電壓。
然而，當由於損壞等原因，沒有點燃螢光燈3時，重複與從時刻T1到時刻T3的工作類似的啟動工作。例如，在時刻T2和時刻T3之間的時間間隔內當半導體開關元件9處於接通狀態時，預熱電流流到半導體開關元件9，由於預熱電流引起的電阻損耗，使半導體開關元件9產生熱量。並且半導體開關元件9的溫度升高。在此期間，當預熱電流流動時，電晶體21保持接通狀態。由於電晶體21處於接通狀態，所以電流從電容器15通過電阻器18流到電容器19，從而使電容器19充電並且跨過電容器19的電壓增加。
在重複與從時刻T1到時刻T3的工作類似的啟動工作時，在時刻T5，在電容器19處的電壓達到0.6V，它是用於使電晶體25處於接通狀態的基極和發射極之間的電壓。因此，從電容器15通過電阻器18流到電容器19的電流基本上停止流動。基極電流開始通過電阻器18流到電晶體25，從而電晶體25變成接通狀態。當電晶體25變成接通狀態時，半導體開關元件9變成斷開狀態，預熱電流基本上停止流動，因而中止啟動工作。在預熱電流停止流動後，由於交流電源1的電壓，跨過電容器15的電壓達到第一預定電壓，而電晶體21變成接通狀態。然而，由於跨過電容器19的電壓已經為0.6V，所以電晶體25不變成斷開狀態，而保持接通狀態。
結果，跨過電容器15的電壓保持在第一預定電壓，跨過電容器19的電壓保持在0.6V，電晶體21和電晶體25保持接通狀態，而半導體開關元件9保持斷開狀態。
因此，即使當燈管到達使用壽命的盡頭，不象傳統的啟輝器那樣，燈管不會閃爍。
當在這之後，斷開交流電源1時，通過電阻器18和通過電阻器24漸漸釋放積聚在電容器15中的電荷。通過電阻器20漸漸釋放積聚在電容器19中的電荷。結果，恢復在接通交流電源1之前的初始條件。
通常由電容器19和電阻器18的時間常數決定在停止啟動工作的時刻T2和時刻T5之間的時間間隔。由於事先設置半導體開關元件9的溫度增高在額定值的範圍內，所以即使在螢光燈到達使用壽命的盡頭或用了損壞的螢光燈的情況下，可以確實終止預熱電流而不毀壞半導體開關元件9。在該例子中，將時刻T2和時刻T5之間的時間間隔設為3秒或更短，因而保護半導體開關元件9以防產生熱量。
運用第二定時電路中止燈的再點亮，防止燈閃爍，並在燈的使用壽命情形下保護半導體開關元件。
權利要求
1.一種啟動開關電路，其特徵在於，包括串聯電路，它串聯連接有第一整流裝置、包括控制端的半導體開關元件和用於檢測流到所述半導體開關元件的電流的第一電阻器裝置；第一定時裝置，它同所述半導體開關元件和所述第一電阻器裝置的串聯電路並聯，用於在所述半導體開關元件處於接通狀態經預定時間間隔後，使所述半導體開關元件變成斷開狀態；和控制裝置，它用於控制所述半導體開關元件。
2.如權利要求1所述的啟動開關電路，其特徵在於，所述第一定時裝置包括第二電阻器裝置，至少一個齊納二極體、整流裝置和電容器，它們是相互串聯連接的。
3.如權利要求1所述的啟動開關電路，其特徵在於，所述半導體開關元件是場效應電晶體。
4.如權利要求1所述的啟動開關電路，其特徵在於，所述控制裝置包括第二定時裝置，它用於在使所述半導體開關元件成為接通狀態的操作重複的情況下，在預定的時間間隔後，將所述半導體開關元件保持為斷開狀態。
5.如權利要求1所述啟動開關電路，其特徵在於，將所述啟動開關電路裝在可與螢光燈裝置的傳統啟輝器互換的外殼中。
6.一種螢光燈照明裝置，其特徵在於，包括交流電源；鎮流器，它的一端同所述交流電源的一端相連；帶有預熱電極的螢光燈，所述螢光燈的一端同所述鎮流器的另一端相連，而所述螢光燈的另一端同所述交流電源的所述另一端相連；和權利要求1、2、3、4和5中任一權利要求所述的啟動開關電路，所述啟動開關電路的一端同所述螢光燈的剩下的一端相連，所述啟動開關電路的另一端同所述螢光燈的剩下的另一端相連。
全文摘要
提供一種啟動開關電路,它普遍適用於具有互不相同的標準額定功率的鎮流器和螢光燈。啟動開關電路包括具有第一整流裝置、包括控制端的半導體開關元件和用於檢測流到半導體開關元件的電流的第一電阻器裝置的串聯電路;同半導體開關元件和第一電阻器裝置的串聯電路並聯,用於在半導體開關元件處於接通狀態經預定時間間隔後使半導體開關元件變成斷開狀態的第一定時裝置;和用於控制半導體開關元件的控制電路。
文檔編號H05B41/04GK1174488SQ9711738
公開日1998年2月25日 申請日期1997年8月8日 優先權日1996年8月8日
發明者業天正芳 申請人:松下電器產業株式會社