專利名稱：高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬一種用于高強度放電燈的高頻電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
高強度放電燈(也稱HID燈)在高頻工作時常會出現(xiàn)放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，傳統(tǒng)理論認為這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是“聲諧振”效應(yīng)導(dǎo)致的，也就是說高頻放電時，放電管中的氣體被高頻加熱，因而出現(xiàn)了隨放電極性改變而交替變化的頻率比放電頻率高一倍的溫度起伏，而這種溫度起伏必然導(dǎo)致氣體的膨脹和收縮，從而產(chǎn)生壓力波—聲波。當(dāng)該聲波的波長與HID燈的放電管尺寸諧振時，即會產(chǎn)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。所有現(xiàn)有技術(shù)均是根據(jù)這一論點，采用破壞聲波與管殼的諧振條件的方法以求獲得穩(wěn)定的高強度放電燈高頻放電，但數(shù)十年來這一途徑一直未能走通，現(xiàn)有的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器均不能保證穩(wěn)定的高頻放電，特別是金屬鹵化物燈的高頻放電不穩(wěn)定現(xiàn)象更難抑制。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能有效抑制高強度放電燈高頻放電不穩(wěn)定現(xiàn)象的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器。
解決上述問題的技術(shù)方案是(參見實施例圖1)本實用新型設(shè)有由交流電源或直流電源轉(zhuǎn)換成的幅值適合的直流電源，直流電源與接有高頻驅(qū)動信號發(fā)生器的高頻變換電路連接，高頻變換電路與接有高壓發(fā)生電路的高強度放電燈連接，其特征在于設(shè)有低頻調(diào)制信號發(fā)生器，其信號輸出端與直流電源的電壓調(diào)制信號輸入端連接。
所述直流電源的電壓調(diào)制信號輸入端是指輸入低頻調(diào)制信號后，即能使直流電源輸出的電壓幅值得到調(diào)制的信號輸入端。
本實用新型認為傳統(tǒng)的關(guān)于HID燈高頻放電不穩(wěn)定現(xiàn)象的“聲諧振”理論與實際情況不符放電燈工作時電弧管中的氣體為熱容量很大、溫度恒定的高溫氣體，不可能反應(yīng)出頻率如此之高而且幅度又很大的溫度起伏。以往研究者們測出的聲波只是在放電不穩(wěn)定時出現(xiàn)，而放電穩(wěn)定時測不到任何聲波輻射，這就證明產(chǎn)生聲波的原因與高頻加熱無關(guān)，很多其它現(xiàn)象也證明了“聲諧振”論點是不能成立的，因此HID燈放電不穩(wěn)定時出現(xiàn)的聲波并非由溫度起伏引起。本實用新型認為HID燈高頻放電不穩(wěn)定現(xiàn)象是因電弧中的等離子體振蕩引起的HID燈工作時，其電弧為一由均勻等量的正離子和電子構(gòu)成的導(dǎo)電的中性等離子體，宏觀的等離子體呈電中性，但其內(nèi)部時常出現(xiàn)局部不平衡現(xiàn)象，當(dāng)電弧中某處的離子析出時，附近的多余電子將在析出的正電荷周圍振蕩，而離子則在電子電荷作用下在自身的平衡位置附近振動，這就形成了離子振蕩，這一振蕩的頻率通常在幾千赫茲到幾百千赫茲范圍，在低頻或在直流放電中離子振蕩是一種隨機并因碰撞而迅速衰減的過程，但在高頻放電情況下，振蕩頻率與放電電源頻率相近的離子將從電場吸收能量并發(fā)展成為穩(wěn)定的離子振蕩。這時振蕩的離子通過碰撞帶動數(shù)量更多的氣體原子同步振蕩。這種由大量離子的往返振蕩產(chǎn)生的壓力波稱為離子聲波，離子振蕩時的電荷分離使電弧與管殼的作用力失衡，造成電弧彎曲，而凈電荷點在空間的漂移則造成電弧抖動等放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此放電電弧中產(chǎn)生穩(wěn)定的離子振蕩是HID燈放電不穩(wěn)定的根本原因，也是放電不穩(wěn)時出現(xiàn)聲波的根源。根據(jù)湯克斯—朗繆創(chuàng)建的等離子體理論，離子振蕩頻率取決于離子溫度、密度以及離子質(zhì)量，通常離子振蕩頻率在數(shù)千赫茲至數(shù)百千赫茲范圍，正好與高頻電子鎮(zhèn)流器的工作頻率重疊，所以當(dāng)高頻電子鎮(zhèn)流器在常規(guī)高頻范圍工作時均可激起穩(wěn)定的離子振蕩，可見使HID燈的高頻放電穩(wěn)定的唯一方法是控制和調(diào)整等離子體參數(shù)，使其不能形成穩(wěn)定的等離子體振蕩，而高頻放電電流的工作狀態(tài)能直接影響電弧中等離子體的參數(shù)，因此可采用對高頻放電電流進行調(diào)制的方法來控制和調(diào)整電弧中等離子體的參數(shù)，防止其形成穩(wěn)定的離子振蕩。
本實用新型正是基于上述認識采用了能對高頻放電電流進行低頻調(diào)制的電路結(jié)構(gòu)，其工作原理是低頻調(diào)制信號發(fā)生器輸出的低頻調(diào)制信號加到直流電源的電壓調(diào)制信號輸入端，即可對直流電源輸出的電壓幅值進行調(diào)制，參見圖2，調(diào)制后的電源電壓加到放電燈上后，使放電電流的幅值周期性變化，從而周期性改變電弧中等離子體參數(shù)，防止產(chǎn)生穩(wěn)定的離子振蕩，使放電燈高頻放電穩(wěn)定。設(shè)圖2所示的直流電源電壓幅值為V，若在t0-t1時段被調(diào)制的電壓幅值為V1，t1-t2時段被調(diào)制的電壓幅值為V2，則直流電源的電壓變化率為D＝2|V1-V2|/(V1+V2)，其中t1-t0與t2-t1可以相等亦可不相等，V1≠V2，通常適當(dāng)調(diào)整變化周期以及二種電壓各自的持續(xù)時間并使D＞2％，即可以獲得電流波峰系數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的穩(wěn)定的HID燈高頻放電。
本實用新型能夠通過對高強度放電燈的高頻放電電流進行低頻調(diào)制，周期性地調(diào)整改變放電電弧中等離子體的溫度、密度等參數(shù)，防止穩(wěn)定離子振蕩的發(fā)生，達到使高強度放電燈高頻放電穩(wěn)定的目的，同時解決了目前金屬鹵化物燈高頻放電不穩(wěn)定的難題。


圖1、本實用新型實施例方框原理圖圖2、本實用新型實施例用低頻方波信號對直流電源電壓進行調(diào)制的波形圖圖3、本實用新型實施例電路圖具體實施方案本例是接入工頻交流電網(wǎng)使用的，其直流電源電路為在交流電源輸入端與整流電路BR1之間串接有電磁濾波電路，整流電路輸出端接有由變壓器T1原邊繞組、二極管D7與電容C14、C15、C16、C17組成的濾波電路，同時還設(shè)有由場效應(yīng)開關(guān)部件及與開關(guān)部件柵極相連的脈寬調(diào)制電路組成的穩(wěn)壓及功率因數(shù)補償和諧波抑制電路(本例的場效應(yīng)開關(guān)部件及脈寬調(diào)制電路是采用將二者集成于一體的TOPSWITCH250部件，即圖3所示的U2)，該電路開關(guān)部件兩端漏極D及源極S并聯(lián)在濾波電感T1原邊繞組輸出端與地之間，其作用等同于通常的有源功率因數(shù)補償電路，T1原邊繞組輸出端與濾波電容C14、C15、C16、C17之間串聯(lián)一整流二極管D7，由發(fā)光二極管和光敏三極管組成的具有光電轉(zhuǎn)換和放大作用的光耦三極管U1的發(fā)射極接U2的控制電路輸入端C，U1的發(fā)光二極管負端接地，正端通過電阻R5、穩(wěn)壓管D8接直流電源輸出端，從而將輸出的直流電壓信號經(jīng)光耦三極管輸入U2。經(jīng)BR1整流后的電壓信息則通過穩(wěn)壓管D6、電阻R2并經(jīng)U2的L端輸入U2，接有整流二極管D5和濾波電容C8的T1副邊繞組N13的直流輸出通過R1接光敏三極管的集電極，光敏三極管的發(fā)射極接U2的脈寬電路調(diào)制輸入端C。U2的開關(guān)部件在脈寬調(diào)制電路控制下產(chǎn)生高頻開關(guān)信號，并通過輸出端D-S控制T1原邊輸出端與地端之間的啟閉，從而可抑制工頻電源輸入電流中的高次諧波，提高其功率因數(shù)，同時實現(xiàn)穩(wěn)定直流輸出電壓的目的(本實用新型所采用的直流電源幅值一般為150～450伏)。
低頻調(diào)制信號發(fā)生器是由集成電路IC4(型號555)及周邊部件組成的低頻方波發(fā)生器，如前所述，本例設(shè)有由場效應(yīng)開關(guān)部件及與開關(guān)部件柵極相連的脈寬調(diào)制電路組成的穩(wěn)壓及功率因數(shù)補償和諧波抑制電路，低頻調(diào)制信號發(fā)生器信號輸出端與穩(wěn)壓及功率因數(shù)補償和諧波抑制電路的脈寬調(diào)制控制端連接，使直流電源的電壓輸出幅值按低頻方波調(diào)制信號的周期變化，從而使高頻放電電流幅值周期性變化。本例的低頻方波發(fā)生器的信號輸出端3腳是通過U1的發(fā)光二極管和光敏三極管接到U2的脈寬調(diào)制控制端C的。
低頻方波或準(zhǔn)方波信號的調(diào)制效果優(yōu)于其它低頻調(diào)制信號。
直流電源的輸出端接高頻變換電路，本例將直流轉(zhuǎn)換為高頻的高頻變換電路采用外驅(qū)動半橋變頻電路，驅(qū)動該電路變頻的高頻驅(qū)動信號發(fā)生器是由集成電路IC5(型號4046)與周邊元件組成的能產(chǎn)生相位相反方波信號的高頻發(fā)生器，高頻發(fā)生器輸出端2腳和3、4腳分別與由兩組三極管Q4、Q5和Q6、Q7及變壓器T3主繞組組成的推挽式放大電路的兩個信號輸入端連接，變壓器T3設(shè)有兩相位相反的獨立副繞組，分別與場效應(yīng)開關(guān)管VT1、VT2的柵極和源極連接，VT1、VT2分別組成兩個開關(guān)信號放大電路，高強度放電管HID接在兩個放大回路共用的支路里，組成外驅(qū)動半橋變頻電路。其變頻工作過程是IC5的2腳和3、4腳分別產(chǎn)生兩個相位相反的高頻方波信號(頻率通常在25～50KHZ之間)，經(jīng)推挽放大電路放大后，通過變壓器T3的兩個相位相反的副繞耦合到VT1、VT2柵極，兩個放大電路分別放大的相位相反的脈沖信號交替流過共同支路中的放電管HID，實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換功能。
高壓發(fā)生電路是由設(shè)計在工作頻率諧振狀態(tài)的放電回路構(gòu)成，放電燈兩端并聯(lián)有諧振電容C21、C24，接通電源后，利用放電管導(dǎo)通前回路的Q值很高，在C21、C24上產(chǎn)生的高諧振電壓使放電管觸發(fā)導(dǎo)通。
本例在放電電路里設(shè)有燈電壓降反饋信號電路，其反饋信號輸出端接到高頻驅(qū)動信號發(fā)生器的頻率調(diào)制信號輸入端，通過對放電頻率的控制保證放電燈近似以恒功率的狀態(tài)運轉(zhuǎn)。上述燈電壓降反饋信號電路是在放電燈HID的并聯(lián)支路里設(shè)有燈電壓取樣電容C24，其反饋信號輸出端通過電阻R13、電容C26、整流二極管D11與并聯(lián)在IC5電源電路里的三極管Q8基極連接，Q8的射極輸出端經(jīng)二極管D12接高頻驅(qū)動信號發(fā)生器IC5的頻率調(diào)制信號輸入端9腳。
高頻驅(qū)動信號發(fā)生器IC5的頻率調(diào)制信號輸入端9腳與跨接在該信號發(fā)生器直流電源兩端的電位器R24的滑動變阻端連接，頻率調(diào)制信號輸入電路里接有熱敏電阻R25，本例的熱敏電阻R25與電位器R24串聯(lián)連接，電位器可用以調(diào)整高頻驅(qū)動信號發(fā)生器的頻率，熱敏電阻在鎮(zhèn)流器溫度較高時可自動調(diào)高頻率，適當(dāng)減小放電電流，當(dāng)溫度過高時還可使高頻驅(qū)動信號發(fā)生器停止工作，以保證電子鎮(zhèn)流器不致因溫度過高而燒毀。
本例設(shè)有異常狀態(tài)保護電路在放電回里串聯(lián)一電感線圈L3，其副繞組通過整流二極管D9、電阻R8、積分電容C18、穩(wěn)壓二極管D10和電容C20接開關(guān)三極管Q1基極，開關(guān)三極管輸出端接由IC1與周邊部件組成的時鐘電路輸入端2腳，時鐘電路輸出端3腳接高頻驅(qū)動信號發(fā)生器IC5的5腳，當(dāng)放電燈出現(xiàn)異常狀態(tài)不能正常工作時，回路電感L3上較高的諧振電壓的取樣信號整流后輸入到IC1時鐘電路，時鐘電路輸出一定時的正脈沖信號，輸入到IC5，使IC5停止工作，經(jīng)過預(yù)定的時間后，時鐘電路恢復(fù)常態(tài)，IC5重新工作，使放電燈自動啟動，IC1輸出正電壓的時間長短由R6和C19的充電時間常數(shù)決定。
權(quán)利要求1.高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，設(shè)有由交流電源或直流電源轉(zhuǎn)換成的幅值適合的直流電源，直流電源與接有高頻驅(qū)動信號發(fā)生器的高頻變換電路連接，高頻變換電路與接有高壓發(fā)生電路的高強度放電燈連接，其特征在于設(shè)有低頻調(diào)制信號發(fā)生器，其信號輸出端與直流電源的電壓調(diào)制信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的低頻調(diào)制信號發(fā)生器是低頻方波發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的直流電源設(shè)有由場效應(yīng)開關(guān)部件及與開關(guān)部件柵極相連的脈寬調(diào)制電路組成的穩(wěn)壓及功率因數(shù)補償和諧波抑制電路，所述的低頻調(diào)制信號發(fā)生器信號輸出端與穩(wěn)壓及功率因數(shù)補償和諧波抑制電路的脈寬調(diào)制控制端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于在放電燈放電電路里設(shè)有燈電壓降反饋信號電路，其反饋信號輸出端接到高頻驅(qū)動信號發(fā)生器的頻率調(diào)制信號輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述高頻驅(qū)動信號發(fā)生器(IC5)的頻率調(diào)制信號輸入端(9)與并聯(lián)在該信號發(fā)生器直流電源兩端的電位器(R24)的滑動變阻端連接，頻率調(diào)制信號輸入電路里接有熱敏電阻(R25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述高頻驅(qū)動信號發(fā)生器(IC5)的頻率調(diào)制信號輸入端(9)與并聯(lián)在該信號發(fā)生器直流電源兩端的電位器(R24)的滑動變阻端連接，頻率調(diào)制信號輸入電路里接有熱敏電阻(R25)。
專利摘要高強度放電燈電子鎮(zhèn)流器，本實用新型設(shè)有由交流電源或直流電源轉(zhuǎn)變成的幅值適合的直流電源，直流電源與接有高頻驅(qū)動信號發(fā)生器的高頻變換電路連接，高頻變換電路與接有高壓發(fā)生電路的高強度放電燈連接，其特征在于設(shè)有低頻調(diào)制信號發(fā)生器，其信號輸出端與直流電源的電壓調(diào)制信號輸入端連接。本實用新型能達到使高強度放電燈高頻放電穩(wěn)定的目的，同時解決了目前金屬鹵化物燈高頻放電不穩(wěn)定的難題。
文檔編號H05B41/28GK2571123SQ0224808
公開日2003年9月3日 申請日期2002年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月17日
發(fā)明者楊正名, 柴國生, 張明 申請人:柴國生