專利名稱：熒光燈裝置中電子起輝器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光燈裝置中的電子起輝器。更具體地說，本發(fā)明涉及一種能瞬時導(dǎo)通一熒光燈的電子起輝器。


圖1示出了一種通過輝光啟動器1導(dǎo)通熒光燈的一般熒光燈裝置的電路圖。
在如圖1所示的一般熒光燈裝置中，由于輝光放電工作過程維持一相當(dāng)長的時間間隔，所以啟動效果不佳，結(jié)果導(dǎo)致在熒光燈2中產(chǎn)生黑化作用而使熒光燈2變黑。
在一低電壓提供給該一般熒光燈裝置的情況下，導(dǎo)通熒光燈2需要花費較長時間間隔或者熒光燈2將不被導(dǎo)通。更者，由于在熒光燈2的導(dǎo)通工作過程產(chǎn)生電火花噪聲，它給家用電器和電子通信設(shè)備造成有害影響。
另外，由于黑化效應(yīng)不斷擴大，所以熒光燈2的兩端連續(xù)閃爍，并且啟動器1和鎮(zhèn)流器3變得過熱。
其結(jié)果是鎮(zhèn)流器3的壽命被縮短，并且可能會引發(fā)火災(zāi)。
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一種采用包括功率半導(dǎo)體器件(如MOS-FET)的半導(dǎo)體開關(guān)部件并用于瞬時導(dǎo)通熒光燈和延長熒光燈壽命的熒光燈裝置中的電子起輝器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在低電壓下導(dǎo)通熒光燈的熒光燈裝置中的電子起輝器。
再者，本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過使用一在閃爍狀態(tài)下能自動斷開的半導(dǎo)體開關(guān)部件來防止鎮(zhèn)流器過熱的熒光燈裝置中的電子起輝器。
為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，一種熒光燈裝置中的電子起輝器包括一半導(dǎo)體開關(guān)部件，當(dāng)通過鎮(zhèn)流器和燈絲施加的AC電壓為正時用于導(dǎo)通；一第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件，用于促使所述半導(dǎo)體開關(guān)部件的漏極與源極之間的電流流動；一第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件，用于提供觸發(fā)電壓來驅(qū)動所述一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件；和一第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件，用于提供一負觸發(fā)電壓給所述半導(dǎo)體開關(guān)部件的柵極端以便當(dāng)AC電壓為負時使該半導(dǎo)體開關(guān)部件斷開。
在本發(fā)明的熒光燈裝置的一電子起輝器中，由于該起輝器包括如MOS-FET的半導(dǎo)體器件，所以可瞬時導(dǎo)通熒光燈并且能節(jié)約電能量。
通過參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明將能更清楚地了解本發(fā)明的上述目的和其它優(yōu)點。附圖包括圖1是表示通過輝光啟動器導(dǎo)通熒光燈的一般熒光燈的電路圖；圖2是表示本發(fā)明的一實施例的電子起輝器電路的電路圖；圖3(A)是表示本發(fā)明的AC電源電壓VS的波形/時間圖3(B)是表示本發(fā)明的當(dāng)開始導(dǎo)通熒光燈時該熒光燈兩輸出端間電壓VL的波形/時間圖；圖3(C)是表示本發(fā)明的當(dāng)開始導(dǎo)通熒光燈時流入熒光燈絲的預(yù)熱電流iL的波形/時間圖；圖4是表示本發(fā)明的在導(dǎo)通熒光燈之后該熒光燈兩輸出端間電壓VL的波形/時間圖；圖5是表示本發(fā)明的在半導(dǎo)體開關(guān)部件中的MOS-FET的工作狀態(tài)圖。
下面將參考附圖對本發(fā)明的一個實施例的熒光燈裝置中電子起輝器的結(jié)構(gòu)和功能進行詳細的描述。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電子起輝器電路的電路圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的熒光燈裝置中的電子起輝器包括一當(dāng)加至一鎮(zhèn)流器103和燈絲F1上的AC電壓為正時導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)部件10；一促使半導(dǎo)體開關(guān)部件10的漏極和源極間電流流動的第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30；一提供觸發(fā)電壓用于驅(qū)動第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30的第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20；和一提供一負觸發(fā)電壓給半導(dǎo)體開關(guān)部件10的柵極端以使半導(dǎo)體開關(guān)部件10斷開的第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件40。
每一部件的電路結(jié)構(gòu)如下半導(dǎo)體開關(guān)部件10包括一當(dāng)提供電源電壓時用于正向半波整流的二極管D1，和一其漏極端與所述二極管D1相連的MOS-FET Q3。
第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20包括一用于驅(qū)動第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30的階躍二極管(Snap diode)D5，一其正極與階躍二極管D5的陽極和半導(dǎo)體開關(guān)部10的源極端兩者相連的電解電容器C2，和與電容器C2負極相連的電阻器R4。
第一半導(dǎo)體開關(guān)部件30是一種雙級串聯(lián)放大器(double serial_amplifier)，它包括一觸發(fā)電壓從第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20加至其上的電阻器R6，一用于決定一時間常數(shù)的電容器C3，一與電容器C3并聯(lián)的電阻器R5，一與電阻器R5分路相連的電阻器R7和電阻器R8，一其基極與電阻器R6的第一端相連接的晶體管Q1，一其基極與晶體管Q1的集電極相連接、其集電極與半導(dǎo)體開關(guān)10的柵極相連接、其發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)10的源極相連接并且通過承受電源電壓VS的電阻器R9和電阻器R10與晶體管Q1的發(fā)射極相連接的晶體管Q2。
第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件40包括一當(dāng)一負AC電壓使其導(dǎo)通，其陰極與燈絲F1連接的二極管D2，一其陽極與二極管D2的陽極相連接、其陰極與電阻器R1和電阻器R2分路相連用于產(chǎn)生一負電壓的齊納二極管D3，一與電阻器R3相連接用以調(diào)節(jié)電流和與半導(dǎo)體開關(guān)部件10的柵極相連接以便提供觸發(fā)電壓的電容器C1，一與電容器C1并聯(lián)的齊納二極管D4；電容器C1和齊納二極管D4分路相連于電阻器R1，電阻器R2與電解電容器C2的負極相連接，并且電阻器R3與電解電容器C2的正極相連接。
圖3(A)是表示本發(fā)明的AC電源電壓VS的波形/時間圖。圖3(B)是表示當(dāng)開始導(dǎo)通本發(fā)明的熒光燈時熒光燈兩個輸出端間電壓VL的波形/時間圖。圖3(C)是表示當(dāng)開始導(dǎo)通本發(fā)明的熒光燈時流入熒光燈燈絲的預(yù)熱電流i的波形/時間圖。
圖4是表示在本發(fā)明的熒光燈導(dǎo)通后熒光燈兩個輸出端間的電壓V′L的波形/時間圖。圖5是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)中MOS-FET工作特性圖。
本發(fā)明的AC電源電壓的額定值不限于110V/220V和50Hz/60Hz。
當(dāng)為了導(dǎo)通熒光燈100而接通開關(guān)104時，熒光燈100上的電壓VL在工作初始時間間隔T1至T2的正向周期曲線中具有電壓波形的一部分。在T2時刻，二極管D2由一反向偏置而截止并且二極管D1由一正向偏置而導(dǎo)通。
因此，一正向AC電壓和一反向AC電壓分別加至MOS-FET Q3的漏極和源極上，使得半導(dǎo)體開關(guān)10可以導(dǎo)通并且燈絲F1、F2經(jīng)電阻器R10而被預(yù)熱。
由于柵極至源極電壓VGS為零，從漏極流到源極的電流不足以預(yù)熱燈絲F1，F(xiàn)2。部分流經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)部件10的電流通過電阻器R10預(yù)熱燈絲F1，F(xiàn)2。該電流剩余部分流入第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20的電解電容器C2。一半波整流正向電壓采用倍壓整流并且給電解電容器C2充電以使上述剩余部分的電流導(dǎo)通階躍二極管D5并且經(jīng)過R4而被放電。其次，電解電容器C2的放電是不完全的并且電解電容器C2的充電過程力圖一直繼續(xù)直到熒光燈102導(dǎo)通為止。
觸發(fā)電壓通過階躍二極管D5提供給第一半導(dǎo)體驅(qū)動部件30并且加至晶體管Q1的基極。然后，根據(jù)定時電容器C3和電阻器R5相應(yīng)的設(shè)定值而正向偏置晶體管Q1的基極，當(dāng)基極至射極電壓不低于一閾值電壓時因集電極電流流動而晶體管Q1導(dǎo)通。由于晶體管Q1集電極電流的增長，該集電極電壓的絕大部分加至電阻器R7以使晶體管Q1截止。
因為晶體管Q2的基極是在晶體管Q1截止時被集電極至發(fā)射極電壓及加在電阻器R9上的電壓所偏置的，所以晶體管Q2導(dǎo)通。由于晶體管Q2導(dǎo)通，電流流入晶體管Q2的集電極。
隨著集電極電流的不斷增加及集電極至發(fā)射極電壓由此達到的飽和，該電壓的絕大部分加至電阻器R5。
然后，該集電極電流的斷流將引發(fā)晶體管Q2的截止。
隨著晶體管Q2的截止產(chǎn)生了集電極至發(fā)射極電壓VCE，因放大作用集電極至發(fā)射極電壓VCE將增加。構(gòu)成第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30中關(guān)鍵部分的雙級串聯(lián)放大器不受頻率特性的限制，以便該雙級串聯(lián)放大器能夠放大DC電壓。如圖5所示，當(dāng)MOS-FET Q3的柵極至源極電壓VGS等于零時，它工作于耗盡模式。
當(dāng)對應(yīng)于晶體管Q1的基極偏置電壓的一雙級放大電壓而將晶體管Q2的集電極至發(fā)射極電壓VCE加至半導(dǎo)體開關(guān)部件10的柵極端時，MOS-FET Q3工作于一增強模式以使MOS-FET Q3接受一來自第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30的正向觸發(fā)電壓。由于MOS-FET Q3工作于增強模式下，漏極與源極之間的溝道寬度將增長并且電流幅值也增加，這樣，將給一包括開關(guān)104，鎮(zhèn)流器103，燈絲F1，二極管D1，MOS-FET Q3，電阻器R10和燈絲F2的回路提供足夠的預(yù)熱電流。
可以進行上述工作是因為MOS-FET Q3的漏極電流值由下式給出ID＝IDSS[1-VGS/VGS(off)]2當(dāng)燈絲F2開始預(yù)熱時，熒光燈102上的電壓等于零以使全部電源電壓VS加至鎮(zhèn)流器103。
如圖3(C)所示，在T2時刻之前，流經(jīng)燈絲F1，F(xiàn)2的預(yù)熱電流的起始供給的過程由于鎮(zhèn)流器103的電感的作用滯后于AC電源電壓。流經(jīng)燈絲F1，F(xiàn)2的預(yù)熱電流在一預(yù)定時間間隔上有最大值，此時間間隔起始于一正向柵極電壓達到最大值的時間，該電流隨觸發(fā)電壓的減小而遞減直到時刻T3為止，時刻T3是AC電源電壓V3的正半周期結(jié)束的時間點。
電源電壓VS的一負半周期從T3開始，然后由于電源電壓VS為負使二極管D1截止，隨著階躍二極管D5的反向偏置，第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20截止。因第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20截止，第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30停止給MOS-FET Q3的柵極端提供脈沖。在時刻T3，半導(dǎo)體開關(guān)部件10不導(dǎo)通熒光燈102但仍繼續(xù)預(yù)熱熒光燈102，以便即使第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件工作、柵極至源極電壓在T3至T4變?yōu)榱?，半?dǎo)體開關(guān)部件10仍繼續(xù)工作。
于是，二極管D2因正向偏置而導(dǎo)通，當(dāng)施加在齊納二極管D3上的電壓與齊納電壓相同時，齊納二極管保持一反向偏置下的齊納電壓。電阻器R1，R2用于分配一負電壓。當(dāng)與齊納二極管D4相并聯(lián)的電容器C1給齊納二極管D4提供一齊納電壓時，一觸發(fā)電壓加至半導(dǎo)體開關(guān)部件10的柵極端以開始逐漸減少溝道寬度。
在觸發(fā)齊納二極管D4之后，電容器C1中的電荷被全部釋放。結(jié)果是，如圖5所示，當(dāng)MOS-FET Q3的柵極至源極電壓VGS的值達到一截止電壓時，半導(dǎo)體開關(guān)部件10進入一耗盡模式的工作狀態(tài)。當(dāng)該柵極至源極電壓VGS的值變?yōu)榻刂闺妷篤GS(off)時，半導(dǎo)體開關(guān)部件10截止以使在T4時刻截止流經(jīng)燈絲F1，F(xiàn)2的預(yù)熱電流(如圖3(C)所示)。然后，如圖3(B)所示，由于預(yù)熱電流在T4時刻被瞬時截止，從T4至T5，由鎮(zhèn)流器103的扼流圈產(chǎn)生一反向電動勢并且產(chǎn)生高電壓脈沖電壓Ldi/dt。
從T4至T′1，利用將高電壓脈沖電壓Ldi/dt與電源電壓VS相加合成的電壓而實現(xiàn)熒光燈102的導(dǎo)通。
如上所述，預(yù)熱和導(dǎo)通工作每半周重復(fù)一次，而熒光燈102在燈絲F1，F(xiàn)2充分預(yù)熱后導(dǎo)通。如圖4所示，在熒光燈導(dǎo)通之后，其兩端電壓V′L將下降并且電流流經(jīng)燈絲F1，F(xiàn)2和熒光燈102內(nèi)的熒光物質(zhì)，這樣，本發(fā)明的電子起輝器的全部工作在一小于維持電流的一小電流的狀態(tài)下完成。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的一電子起輝器中，由于熒光燈102的導(dǎo)通利用了高電壓脈沖Ldi/dt與電源電壓VS相加合成的電壓，所以與采用輝光起輝器的常規(guī)熒光燈裝置相比，熒光燈102的導(dǎo)通是瞬時完成的，并且由于該瞬時的導(dǎo)通操作，能延長熒光燈100的使用壽命。另外，由于預(yù)熱電流的幅值很小并且所需施加一高電壓的時間很短，可大大節(jié)省導(dǎo)通熒光燈102所需的電能。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的一電子起輝器中，在這樣一種情況下，即熒光燈102的黑化效應(yīng)擴展、或者連續(xù)的閃爍效應(yīng)在幾次試圖導(dǎo)通的操作而未導(dǎo)通熒光燈102之后引起熒光燈兩端閃爍、并且MOS-FET Q3因上述閃爍效應(yīng)而開始被加熱時，漏極至源極內(nèi)阻值便增加，因而使得漏極至源極電流逐漸減小。由于一部分電流從燈絲F1經(jīng)熒光物質(zhì)至燈絲F2釋放，第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件20的作用在經(jīng)過一預(yù)定時間之后將逐漸失效，使得用于偏置第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動裝置30中的晶體管Q1的基極的所需維持電流將變?yōu)榱?，因此第一半?dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30自動截止。所以，當(dāng)流經(jīng)MOS-FET Q3的電流小于維持電流時，MOS-FET Q3截止并停止了預(yù)熱，高電壓脈沖功能也停止以防止過熱。
所以，在根據(jù)本發(fā)明的一電子起輝器中，當(dāng)AC電源電壓VS為正時，一觸發(fā)電壓通過第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件30加至利用MOS-FETQ3特性的半導(dǎo)體開關(guān)部件10的柵極端，促使漏極至源極電流流動，以便充分預(yù)熱燈絲F1，F(xiàn)2。當(dāng)AC電源電壓VS是負周期電壓時，通過使第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件40工作而充分預(yù)熱燈絲F1，F(xiàn)2。然后，連續(xù)預(yù)熱燈絲F1，F(xiàn)2和瞬時截止預(yù)熱電流，在鎮(zhèn)流器103中引發(fā)一高電壓脈沖Ldi/dt，使得通過該高電壓脈沖Ldi/dt與電源電源VS相加合成的電壓的作用，熒光燈102能被瞬時地導(dǎo)通。
在以上的說明中，本發(fā)明的描述基于本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可以加上各種修改和變動。
權(quán)利要求
1.一種在一熒光燈裝置中的電子起輝器，所述電子起輝器包括一通過一鎮(zhèn)流器和一燈絲所正向地施加AC電壓時用于導(dǎo)通的半導(dǎo)體開關(guān)部件；一用于在所述半導(dǎo)體開關(guān)部件的漏極和源極之間促使電流流動的第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件；一用于提供觸發(fā)電壓來驅(qū)動所述第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件的第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件；和一用于提供一負觸發(fā)電壓給所述半導(dǎo)體開關(guān)部件的柵極端以便在AC電壓為負時截止所述半導(dǎo)體開關(guān)部件的第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件。
2.如權(quán)利要求1所述的電子起輝器，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)部件包括一用于在施加電源電壓時正向半波整流的二極管D1，和一其漏極端與所述二極管D1的陰極相連接的MOS-FET。
3.如權(quán)利要求1所述的電子起輝器，其中所述第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件包括一用于驅(qū)動所述第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件的階躍二極管，一其一正極與所述階躍二極管的陽極和所述半導(dǎo)體開關(guān)部件的源極端二者相連接的電解電容器，和一與所述電解電容器的一負端相連接的電阻器。
4.如權(quán)利要求1所述的電子起輝器，其中所述第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件包括一承受從所述第一開關(guān)觸發(fā)電壓供給部件所施加的觸發(fā)電壓的電阻器；一用于確定一時間常數(shù)的電容器；一與所述電容器C3相并聯(lián)的電阻器R5；一各自與所述電阻器R5分路相連的電阻器R7和電阻器R8；一其基極與所述電阻器R6的一第一端相連接的晶體管Q1；一其基極與所述晶體管Q1的集電極相連接、其集電極與所述半導(dǎo)體開關(guān)的柵極相連接、和其發(fā)射極與所述半導(dǎo)體開關(guān)的源極并通過兩者均承受電源電壓的一電阻器R9和一電阻器R10與所述晶體管Q1的發(fā)射極相連接的晶體管Q2。
5.如權(quán)利要求1所述的電子起輝器，其中所述第二半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件包括一其陰極與一燈絲F1相連接的二極管D2，而所述二極管D2在一負向AC電壓下導(dǎo)通；一其陽極與所述二極管D2的陽極相連接，其陰極與用于分配一負電壓的一電阻器R1和一電阻器R2分路相連的齊納二極管D3；一與一電阻器R3相連接以調(diào)節(jié)電流和與所述半導(dǎo)體開關(guān)部件10的柵極相連接以提供觸發(fā)電壓的電容器C1；和一與所述電容器C1相并聯(lián)的齊納二極管D4，所述電阻器R1與所述電容器C1和所述齊納二極管D4分路相連，所述電阻器R2與所述電解電容器C2的一負端相連接，和所述電阻器R3與所述電解電容器C2的一正端相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于瞬時導(dǎo)通熒光燈(100)的電子起輝器。在該電子起輝器中，當(dāng)AC電源電壓為正時，一觸發(fā)電壓通過一第一半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動部件(30)加在利用MOS-FET(Q
文檔編號H05B41/00GK1136383SQ95190968
公開日1996年11月20日 申請日期1995年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月14日
發(fā)明者李鎬成 申請人:李鎬成