本发明涉及一种高强度气体放电灯(HID)的电子镇流器,特别是一种由整流电路、振荡电路与启动电路组成的、适用于高压汞灯、高压钠灯、镝灯、钪钠灯与卤钨灯等高强度气体放电灯的电子镇流器。 高强度气体放电灯是新兴的高效光源,例如高压汞灯与高压钠灯作为路灯,镝灯与卤钨灯作放映机光源,应用十分普遍。但是与之配套使用的镇流器大多是传统的铁芯电感镇流器。这种镇流器虽能保证灯管的正常工作,但存在以下问题:首先,它体积庞大、重量可观,耗用铜材、硅钢片等原材料很多;与高压钠灯、镝灯等灯种配用时,需另外设置启动器;镇流器与灯管之间的安装距离被限制得很短(例如高压钠灯镇流器必需安装在灯管的15米以内,使这个庞然大物高悬在电线杆上,十分不便)。更主要的问题是,这类镇流器本身能耗较高,不仅有较高的“铜损”与“铁损”,而且与灯管一起的整体电路的功率因数不够理想,无法满足节能要求。另外还发生过启动器打火引起镝灯爆炸等问题。
本发明的任务是提供一种电子镇流器以取代铁芯电感式镇流器。新方案应有明显的节能效果;体积与重量都大幅度减小;镇流器本身即具有启动功能,不需另设启动器;启动器的工作安全可靠;对高压钠灯等需要触发才能点燃的灯种,还应具有触发功能;镇流器与灯管的安装距离要求应大大宽于现有技术。
本发明方案如下:设置一个整流电路,可以是现有技术的桥式整流,全波整流或其他整流方式,将交流电转换成直流,送入一个高频振荡电路,产生20-30KHZ的高频交变电压。该振荡电路由触发电路与反馈变压器组成,也可采用其他高频振荡电路,其振荡频率的范围应选择在20-30KHZ,以避免灯管的频闪现象与高频发射造成无线电干扰。将高频交变电压加在灯管负载两端(亦可以经变压器升压后),供其工作。因灯管的工作电流由低频变为高频,所串联的扼流圈也就用高频电感取代,后者的体积与重量均大幅度减小。在灯管与高频振荡电路之间,耦合一个启动电路,其作用是当灯管初通电时,电阻很小,启动电路将在一个予定的时间内减小电流(对不同的灯种,分别采用增加感抗或降低电压等方法),当灯管导通后,内阻增大,启动电路将自动停止工作,使灯管得到正常工作电流。启动电路由启动变压器与一个具有延时和自动切换功能的控制器组成,控制器可以是一个继电器,也可以是可控硅或其他无触点开关电路。其延时功能可以由一只时间集成电路或RC延时电路完成,也可以利用继电器本身的动作滞后效应来完成。通电后,变压器串接在电路中,其感抗使电流减小;灯管点燃且管压升高后,控制器将变压器初级短路,使启动器停止工作。对于卤钨灯,通电后变压器向灯泡提供较低电压(例如10V),灯泡点燃后,控制器切换变压器次级接线,使变压器向灯泡提供较高电压(例如24V),使其正常工作。加入启动电路可以避免启动时大电流对灯管及振荡三极管的冲击,可延长两者地使用寿命,同时亦可降低振荡三极管的功率要求。对于125W以下的小功率汞灯,亦可不设本启动电路。高压钠灯等一些灯种,需要触发才能点燃。与其配用的电子镇流器,需另设一个与灯管并联的触发电路,该电路是一个高频高压脉冲发生器,由冲、放电电路(R.C或L.C)与脉冲升压变压器组成。通电时产生高频高压脉冲,将灯管点燃。灯管导通后,由启动电路中的控制器将该触发电路切除。这样可避免触发器打火引起的灯管爆炸。
以上整流、振荡、启动、触发各电路,均可按需要制出专用的模块电路,生产时选择需要的模块配以自耦变压器与高频变压器,即可方便地制出电子镇流器。针对不同的灯种,采用的模块可以变换或增减。现结合附图将各种模块的原理,作一说明。
图1 为整流模块电路图;
图2 为高频振荡模块电路图;
图3 为启动模块电路图;
图4 为另一种启动模块电路图;
图5 为触发模块电路图;
图6 为本发明一个实施例模块接线图;
图7 为另一实施例模块接线图;
图8 为第三个实施例模块接线图。
参照图1,二极管D1、D2、D3、D4组成桥式整流器,经C1与L1组成的低通滤波器,接端子①与③,用以接电源。经R1、R2与C2、C3分压成两组对称的直流电压,通端子④、⑤、⑥,用以接振荡电路。以该电路图制出的整流模块,我们定名为HG-01。
参照图2,端子④自负载(灯管)通入直流电压,经反馈变压器B1与D5、R3对C4充电。当电压达到触发二极管D6的击穿电压时,D6导通,C4通过端子⑤放电至三极管BG2的基极,BG2导通,形成一较大的负载电流经端子④通过端子⑥,在B1次级产生一脉冲电压使BG2截止,BG1导通。这时又形成另一较大负载电流经⑥流向④。在B1次级上产生的另一脉冲电压又使BG1截止,BG2导通,如此往复形成高频交变电压。该振荡模块以HG-02命名。
参照图3,变压器B2初级经继电器J1触点接①、⑥端,负载电流经此通路启动,该变压器的感抗与高频电感的感抗共同扼流,电流较小。B2次级电流经D8、R4、C6成直流,供时基集成块(例如555)工作,R5、C8、C7与集成块共同构成积分延时电路。其输出接J1线圈。通电后,经予定时间(例如1分钟),集成电路电位翻转,J1动作,将B2初级短路,负载电路上只留下高频线圈的感抗,电流变大成灯管额定工作电流。从主电抗变压器(见后面所述)的次级经②、④端与D7送一电压维持本电路这一工作状态,直至关灯,电路恢复开灯前状态。本模块与触发模块或卤钨灯变压器配用时,J1动作时同时切断触发电路模块或切换卤钨灯变压器次级接头。本模块代号HG-03A。
参照图4,另一种启动模块适用于卤钨灯变压器。这里利用继电器J2的动作滞后效应作延时。变压器B3次级中间抽头为整个次级电压的40%。通电后卤钨灯泡在此电压下启动(D11、C9为J2整流、滤波,D10作保护),0.5秒后,J2动作,灯泡在次级提供的额定电压下工作。本模块定名为HG-03B。
参照图5,启动模块引来的高频电压经⑤端及R6、D12对C10充电,同时经R7分压对C11充电,当C11两端电压达到触发二极管D13触发电压时,D13导通,C11放电,使可控硅SCR导通,C10经SCR对脉冲升压器B4初级放电,B4次级将产生高压脉冲,将灯管点燃。本模块定名为HG-04。
图6所示的实施例适用于高压纳灯、日光色镝灯与钪钠灯。市电经HG-01的①、③端输入,两个相等的直流从④、⑤、⑥端输出,接C12及两只三极管BG1与BG2,再接HG-02的①、②、⑤、⑥端。HG-02的④端接灯管。③端与HG-01的④同时接升压变压器B5,B5升压后经过作为主电抗的高频变压器B6接灯管另一端。B6次级经HG-03A的②、④端为启动电路提供维持电;⑤、①两端为触发块HG-04的⑤供电,后者的③、⑥向灯管输出高压脉冲。通电后,HG-02的高频电流供灯管启动,由HG-04的脉冲使其点燃,由HG-03A在予定时间内限制电流不使过大。灯管内压升高,内阻增大后,HG-03A与HG-04均停止工作。灯管在额定电流下继续工作。
本发明第二个实施例适用于150W以下高压汞灯。参照图7,本实施例与图6所示的第一个实施例接线基本相同,但省略了HG-04模块。
第三个实施例为卤钨灯电子变压器。参照图8,整流振荡电路同前。B3次级的一端接HG-03B的③、④端;另端接⑥端与卤钨灯泡。灯泡另端接⑧,B3的中间抽头接①、②端。
本发明为高强度气体放电灯提供了新一代的镇流器,它比传统的铁芯电感镇流器的体积大幅度减小,重量也大为减轻,制造时可节约大量铜材与硅钢片。由于本发明的镇流器耗电非常小,同时又改善了灯管电路的功率因数,所以节能效果显著。安装时与灯管的距离可放宽到80多米,加之本身的轻巧,又省去了启动器,使用十分方便。