專利名稱：熒光燈管的鎮(zhèn)流器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種熒光燈管的鎮(zhèn)流器(ballast)電路，尤指一種在點亮熒光燈管 的瞬間，能使熒光燈管的燈絲所產(chǎn)生的熱電子，足以遏止熒光燈管內(nèi)所產(chǎn)生 的大量汞離子撞擊熒光燈管內(nèi)燈絲，且使燈絲上涂布的電子粉不致耗損的鎮(zhèn) 流器電路。
背景技術(shù)：
一般熒光燈的發(fā)光原理，參閱圖1所示，在一玻璃燈管10內(nèi)形成一密閉 空間，且使該密閉空間內(nèi)充滿氬(argon，簡稱Ar)等惰性氣體及微量的汞 (mercury,簡稱Hg)，并在該燈管10內(nèi)壁上涂布微粒熒光體鍍層(Phosphor Layer),其材質(zhì)包含錳硅酸鋅結(jié)晶(Zinc Silicate, Zn2 Si04: Mn)，以作為可 見光的發(fā)光物質(zhì)，該燈管10的兩端分別設(shè)有由鎢絲構(gòu)成的燈絲101、 102，各 該燈絲101、 102的一端分別連接至一啟動器11 (Starter),其另一端則分別通 過一鎮(zhèn)流器(ballast)14及一切換開關(guān)15 (Switch)連接至一交流電源16，該啟 動器11主要由一電容器12及一小型霓虹燈13并聯(lián)而成，該小型霓虹燈13 內(nèi)充滿氖氣(neon，簡稱Ne)，并設(shè)有兩電極131、 132，兩電極131、 132間在 休止期間呈開路狀態(tài)，其中電極132由雙金屬片制成，受熱后會彎曲變形， 且能接觸到另一電極131，以形成短路狀態(tài)，該鎮(zhèn)流器14是一電感器，該電 感器以絕緣銅線圈繞于一軟磁鐵心而成，用以配合交流電源16及啟動器11， 控制流經(jīng)啟動器11及燈管10電流。再參閱圖l所示，該啟動器ll依下列步 驟，點亮燈管10:(1)當(dāng)該切換幵關(guān)15被導(dǎo)通后，小型霓虹燈13的兩電極131、 132間的氖氣會放電發(fā)熱，進而使該雙金屬片的電極132受熱而彎曲變形，且與該另 一電極131接觸導(dǎo)通，形成短路狀態(tài)，使得該小型霓虹燈13的電流能流經(jīng)該 燈絲IOI、 102，并對燈絲101、 102進行加熱，令該燈絲101、 102因升溫發(fā) 熱而產(chǎn)生大量熱電子，此時，由于鎮(zhèn)流器14的控制，使得燈管10兩端的電 壓，不足以令該燈管10內(nèi)的電流導(dǎo)通而發(fā)光。(2)因該兩電極131、 132間的短路，使得其間的氖氣，因失去電壓，而 停止放電及發(fā)熱，導(dǎo)致該雙金屬片的電極132降溫，而脫離與該另一電極131 相接觸的狀態(tài)，瞬間切斷流經(jīng)該啟動器11、燈絲IOI、 102及該鎮(zhèn)流器14的 電流。(3)該鎮(zhèn)流器(電感器)14因電流的突然消失，配合該啟動器11的電容 器12，振蕩出一高電壓，該高電壓大部分由鎮(zhèn)流器14所吸收，并在跨越圖l 所示的兩燈絲101、 102間，維持此一電壓值一段時間，該電壓值雖不足以觸 發(fā)該啟動器11，卻足以迫使兩燈絲101、 102所產(chǎn)生的熱電子在該燈管10內(nèi) 激起光電效應(yīng)(photoelectric effect);該鎮(zhèn)流器14的主要功能，用以緩和流經(jīng) 燈管10兩端燈絲101、 102的大量電流，當(dāng)電流通過該鎮(zhèn)流器14的線圈時， 可在其周圍形成磁場，因此，當(dāng)電流的流量發(fā)生變化時，該線圈周圍的磁場 亦將隨之變化，進而使線圈內(nèi)的磁通量隨之變化，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，以抵 消磁通量的變化，達到減緩燈絲電流快速變化及穩(wěn)定燈絲101、 102電流的功 能；此外，鎮(zhèn)流器14的另一功能，是協(xié)助熒光燈的啟動，由于熒光燈啟動時， 必須先利用流經(jīng)燈管10兩端燈絲101、 102的電流，對燈絲101、 102進行加 熱，以產(chǎn)生熱電子，當(dāng)燈絲101、 102被加熱至能夠產(chǎn)生足夠的熱電子時，熱 電子將脫離燈絲101、 102，并受燈管10兩端電壓(場)的作用，而加速撞擊 燈管10內(nèi)的氣體，令其游離出更多電子，如此，熱電子不斷撞擊燈管10內(nèi) 的氣體，激起光電效應(yīng)，進而令氬進行連鎖氣體放電(gas discharge),而產(chǎn)生 氬離子及氬電子，氬電子所具有的能量，足以令汞進行連鎖氣體放電，而產(chǎn) 生大量汞離子及汞電子，各該粒子(particle)各自飛竄，互相碰撞生滅，終致于該燈管10內(nèi)形成一動態(tài)平衡(equilibrium)的等離子體(plasma),其中 汞電子攜帶波長2537埃(A，即10-10m)的汞紫外光(iiltravioletlight)能，而氬電子則攜帶其它特性的紫外光能。當(dāng)前述各種粒子飛抵碰撞該燈管10內(nèi)壁 的該熒光體鍍層時，將分別對其中的熒光體產(chǎn)生不同的效應(yīng)，其中氬電子無 法令該熒光體發(fā)光，波長2537埃的汞電子則與該熒光體進行光電效應(yīng)，該紫 外光能量經(jīng)由管壁上的熒光體吸收后，即釋放出可見光，而令熒光燈開始放 電發(fā)光。由于，熒光體鍍層是結(jié)晶型結(jié)構(gòu)，各原子定位于晶格中，受到外來輻射 (如上述波長2537埃的紫外光)激發(fā)后，能發(fā)出可見光，該晶體結(jié)構(gòu)不變， 則此一功能將繼續(xù)存在，若受高動能的汞離子及氬離子撞擊(bombardment) 后，因晶格中的原子極易逸出晶格，而導(dǎo)致該熒光體鍍層表面產(chǎn)生非晶熒光 層(amorphous layer),該非晶熒光層不僅令其失去發(fā)出可見光的功能，且會 吸收外來的輻射能，當(dāng)該非晶層厚度漸次增大時，該熒光鍍層亮度將漸次降 低。此外，由于汞離子撞擊熒光體鍍層后，易發(fā)生埋入熒光體鍍層內(nèi)得情形， 此埋入動作是一非可逆反應(yīng)。故，由前述可知，當(dāng)熒光體鍍層發(fā)生非晶化及 汞原子埋入的現(xiàn)象時，將導(dǎo)致該熒光體鍍層的發(fā)光亮度隨點亮?xí)r間遞減，意 即熒光燈的亮度將因熒光體的非晶化及汞原子的埋入現(xiàn)象，而隨時間增長， 逐漸遞減，此雖為熒光燈管光衰減的原因之一，但不致造成熒光燈管無法使用。 造成熒光燈管壽終正寢，無法使用的主要原因，與熒光燈管的啟動次數(shù) 息息相關(guān)，再參閱圖l所示，鎮(zhèn)流器(電感器)14對兩燈絲101、 102施加高 電壓，使燈絲101、 102所產(chǎn)生的熱電子加速，撞擊燈管10內(nèi)的氣體，令氣 體達到游離狀態(tài)， 一般稱為冷啟動(coldstart)或瞬時啟動(Instantstart)，啟動瞬 間，大量電子與原子在燈管10內(nèi)不規(guī)則的撞擊，亦稱為噴濺(sputtering)，此 一噴濺動作，極易造成兩燈絲101、 102上涂布的電子粉(促進熱電子的產(chǎn)生) 耗損，故，熒光燈管被啟動達一定次數(shù)后，電子粉將因噴濺動作，而逐漸被 噴濺至鄰近燈絲101、 102的熒光燈管兩端內(nèi)壁，造成所謂的"黑頭現(xiàn)象"，此時，由于兩燈絲101、 102上涂布的電子粉已逐漸耗損待盡，無法產(chǎn)生足以 在該燈管10內(nèi)激起光電效應(yīng)的熱電子，熒光燈管即會在被啟動時，發(fā)生閃爍， 而無法正常地被點亮，因此，啟動燈管10的瞬間，對燈管10的使用壽命將 造成極大的影響。相反地，若燈管IO被點亮前，燈絲101、 102已被預(yù)熱至足夠的溫度， 使得燈絲IOI、 102上的電子粉因獲得足夠的溫度，而在燈絲IOI、 102周圍， 發(fā)射出足夠的熱電子，此時，后續(xù)施加至燈絲IOI、 102間的電壓無需太高， 亦能輕易使燈絲101、 102產(chǎn)生的熱電子加速撞擊燈管10內(nèi)的氣體，達到氣 體放電的狀態(tài)，此種預(yù)熱燈絲的啟動方法，將能大幅減少了在啟動過程中， 燈絲上電子粉的損耗。在前述傳統(tǒng)熒光燈的啟動過程中，再參閱圖1所示， 由于燈絲IOI、 102的預(yù)熱時間取決于小型霓虹燈13的兩電極131、 132的間 距與材質(zhì)，且鎮(zhèn)流器(電感器)14又限制了燈絲101、 102的預(yù)熱電流與穩(wěn)態(tài) 的燈管電流，因此，欲設(shè)計出理想的特性參數(shù)，實屬不易。為改善啟動器11 在預(yù)熱特性上的不易控制與壽命問題，業(yè)界采用了一個定時電路及受其驅(qū)動 的功率開關(guān)，來取代傳統(tǒng)的霓虹啟動器11， 一般稱為電子啟動器，此類產(chǎn)品 目前在市面上相當(dāng)常見，也有專為此概念設(shè)計的IC，如Philips UBA2000等， 電子啟動器雖解決了預(yù)熱時間的控制問題，但預(yù)熱電流與燈管電流仍由諧振 電感決定，兩者不易獨立設(shè)計，且諧振電感的鐵心材質(zhì)為低頻硅鋼片，故具 有體積龐大、笨重且效率差等缺點。近年來，由于節(jié)約能源與環(huán)保意識的逐漸抬頭，各式節(jié)能式燈具被大量 生產(chǎn)，且被廣泛的使用在人們的日常生活及工作中，其中部份節(jié)能式燈具還 采用感應(yīng)式的啟動方式，以因應(yīng)實際需要，自動切斷、開啟或調(diào)降燈具的輸 出電流，以減少功率損耗，此一感應(yīng)式的啟動方式，亦造成燈管點滅次數(shù)過 于頻繁，故若燈管上無適當(dāng)?shù)念A(yù)熱設(shè)計，將大幅縮短燈管的使用壽命。有鑒于此，業(yè)界研究開發(fā)出許多啟動熒光燈的方法，以期能有效提升燈 管的使用壽命，這里僅就其中較具代表性的鎮(zhèn)流器，簡要說明如下1、預(yù)熱式電子啟動器參閱圖2 圖4所示， 一般是操作在高頻(大于10KHz)狀態(tài)， 利用一串聯(lián)諧振電路中諧振回路的電流，來預(yù)熱燈絲，常用作法是使用正、溫 度系數(shù)電阻(Positive Temperature Coefficient Resistor,以下簡稱PTC)，對燈絲 進行預(yù)熱，預(yù)熱方式是在燈絲溫升的過程中，使PTC元件的阻值增加，并藉 以對燈絲進行預(yù)熱，且使燈管端的電壓延遲上升，進而點亮燈管，但當(dāng)燈管 的點滅期間較PTC元件的冷卻期間為短時，此種預(yù)熱方式便失效，且在點燈期間，由于PTC元件長期處于高溫狀態(tài)(100 130。C)，且零件耗損至少約0.5~1W，故大幅降低了預(yù)熱式電子啟動器的整體效能。2、變頻預(yù)熱式電子啟動器參閱圖5所示，能克服燈管被連續(xù)點滅所產(chǎn) 生的問題，且可避免PTC元件耗損的問題，市面上專為此方式設(shè)計的IC相當(dāng) 多，如Philips UBA2021、 International Rectifier IR 2156等，但共同的問題是， 預(yù)熱期間燈管兩端的電壓太高，由于燈絲的預(yù)熱電流是流過諧振電容Cr的電流，因此，預(yù)熱期間的電流Ipre與燈管端電壓A V間，依下列公式可知，彼 此相關(guān)若預(yù)熱期間，燈管的電壓過高，則易產(chǎn)生電弧放電(glow current),參閱圖 6所示，而使燈絲上涂布的電子粉損耗，因此，在鎮(zhèn)流器的設(shè)計上，電弧放電 產(chǎn)生的時間與數(shù)值，應(yīng)越小越好，相關(guān)法規(guī)(如ANSIC82.il 1993)亦規(guī)定高 速電子啟動器(RapidStarter)的電弧放電時間需小于25毫秒(ms)，瞬時電子啟 動器(Instant Starter)的電弧放電時間需小于100毫秒。為改善變頻式預(yù)熱式電子啟動器受公式(l)的限制，業(yè)界已研究開發(fā)出下 列幾種方法(a) 2004年由Wolfram Sowa于美國專利US 6,747,418中所提出的方法， 參閱圖7所示，是通過一藕合電感La降低預(yù)熱期間的電壓，使電路設(shè)計不受 公式(l)限制，但預(yù)熱電流仍需經(jīng)由諧振電容Cr，因此，燈管端的電壓設(shè)計仍無法完全獨立于諧振電容Cr。
(b) 2001年T.-F.Wu等在IEEE 2001中發(fā)表的論文，參閱圖8， IR應(yīng)用范 例AN-1020，參閱圖9所示，是將預(yù)熱方式由電流改為電壓，使預(yù)熱期間的 燈管電壓與穩(wěn)態(tài)操作的燈絲電流減少，因此，在電路上，需配合諧振電感Lla， 增加兩組預(yù)熱繞組Llb、 Llc與匹配電容Cpl、 Cp2，雖然此一電路設(shè)計擺脫 了公式(l)中預(yù)熱電流與燈管電壓的束縛，但因預(yù)熱期間回路電流通過諧振電 容Crl，因此，預(yù)熱期間燈管電壓仍無法完全降為零。
Cc) 2000年由Dietmar Klien在IEEE發(fā)表的預(yù)熱電路，參閱圖10所示， 預(yù)熱期間的燈管電壓與電流可完全分開設(shè)計，但在電路上需再增加一組開關(guān) Sl、 S2、預(yù)熱電感元件L2a、 L2b、 L2c及額外的控制電路，故不僅電路設(shè)計
上復(fù)雜，且制作成本勢必更加昂貴。
(d) 2001年由Chin S. Moo等在IEEE 2001上發(fā)表的電路，參閱圖11所示， 為在諧振電容Cr上并聯(lián)一 AC開關(guān)20，該方法雖可確保預(yù)熱期間燈管電壓幾 乎為零，且不產(chǎn)生電弧放電，但在AC開關(guān)20切離瞬間，回路上諧振電感Lla 的能量會立即對諧振電容Cr充電，使燈管兩端達AC開關(guān)20的最高耐壓，若 采用耐壓較低的開關(guān)元件，開關(guān)元件幾乎處于一次崩潰區(qū)(Avalanch Breakdown),而連續(xù)點滅所產(chǎn)生的積熱將使開關(guān)元件更易于受損，且在低溫 時，可能無法順利點亮燈管，但若采用高耐壓的開關(guān)元件，由于燈管兩端的 瞬間高壓，易產(chǎn)生電弧放電，參閱圖12所示，而造成燈絲電子粉與管壁熒光 粉的損耗，因此，在設(shè)計此一電路時，將在設(shè)計上面臨取舍元件的困難，且 由于預(yù)熱電流與穩(wěn)定時燈管電流，皆與諧振電感有關(guān)，亦導(dǎo)致開發(fā)設(shè)計上的 不易。
據(jù)上所述，如何設(shè)計出一種結(jié)構(gòu)簡單的鎮(zhèn)流器電路，以在點亮熒光燈管 的瞬間，能避免熒光燈管內(nèi)所產(chǎn)生的大量汞離子撞擊熒光燈管內(nèi)燈絲，以確 保燈絲上涂布的電子粉不易散失，且有效提升熒光燈管的使用壽命，即為本 發(fā)明在此欲探討的一重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種熒光燈管的鎮(zhèn)流器電路，該鎮(zhèn)流器電路包 括一功率驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生交流電源，該功率驅(qū)動電路的一端與一熒光燈
管的一燈絲的一端相連接； 一諧振電感，其兩端串聯(lián)在該功率驅(qū)動電路的另 一端與該熒光燈管的另一燈絲的一端間； 一諧振電容，其兩端分別與該兩燈 絲的另一端相連接，該諧振電容與該諧振電感構(gòu)成該鎮(zhèn)流器電路的諧振電路； 一緩啟動功率開關(guān)，該緩啟動功率開關(guān)包括一橋式整流器、 一緩沖電容及一 開關(guān)，其中該橋式整流器的兩交流電輸入端分別連接至該諧振電容的兩端， 該橋式整流器的正負兩端分別與該緩沖電容的兩端相并聯(lián)，該開關(guān)的兩端分 別與該緩沖電容的兩端相并聯(lián)，且該開關(guān)在被切換成短路的狀態(tài)下，能使該 功率驅(qū)動電路產(chǎn)生的交流電源，通過該鎮(zhèn)流器電路的回路，流經(jīng)該兩燈絲， 對該兩燈絲進行預(yù)熱，該開關(guān)在被切換成開路的狀態(tài)下，能使該諧振電路振 蕩出一高電壓，該高電壓的一部分由該諧振電感所吸收，另一部分則對該緩 沖電容充電，使得該兩燈絲間的電壓值緩慢上升，直到該兩燈絲被加熱至所 產(chǎn)生的熱電子，足以點亮該燈管，且能阻止啟動瞬間燈管內(nèi)所產(chǎn)生的大量汞
離子撞擊該兩燈絲為止；及一定時電路，與該緩啟動功率開關(guān)相連接，用以
決定預(yù)熱時間，且在達到預(yù)熱時間時，發(fā)出切換信號至該緩啟動功率開關(guān)，
以將該開關(guān)切換成開路狀態(tài)。
本發(fā)明的另一目的，是該鎮(zhèn)流器電路還包括一電感器，該電感器的兩端
串聯(lián)在該諧振電容的一端與該橋式整流器的兩交流電輸入端的一端間，該電
感器與該諧振電感繞設(shè)在同一鐵心上，用以調(diào)節(jié)流經(jīng)該兩燈絲的預(yù)熱電流。 本發(fā)明的又一目的，是該鎮(zhèn)流器電路還包括另一諧振電容，該另一諧振
電容并聯(lián)在該熒光燈管的兩燈絲的一端與該功率驅(qū)動電路間，用以配合該諧
振電感，控制該熒光燈管被點亮后燈絲電流的大小。
本發(fā)明的又一目的，是該鎮(zhèn)流器電路在點燈期間，對該燈管兩端燈絲所提供的電壓緩慢上升，直到該兩燈絲被加熱至所產(chǎn)生的熱電子，足以點亮該 燈管，且能阻止啟動瞬間燈管內(nèi)所產(chǎn)生的大量汞離子撞擊該兩燈絲為止。如 此，該鎮(zhèn)流器電路在點亮熒光燈管的瞬間，即能避免熒光燈管內(nèi)所產(chǎn)生的大 量汞離子撞擊該兩燈絲，不僅使該兩燈絲上涂布的電子粉不致耗損，且在經(jīng) 過數(shù)萬次以上的點滅后，熒光燈管內(nèi)鄰近該兩燈絲端的部位，亦不致發(fā)黑， 大幅提高了熒光燈管被點亮的次數(shù)及其使用壽命。
本發(fā)明的另一目的，該鎮(zhèn)流器電路的預(yù)熱電流、預(yù)熱時間及穩(wěn)態(tài)時的元 件參數(shù)均能被獨立設(shè)計及調(diào)整，大幅降低了該鎮(zhèn)流器電路在設(shè)計及應(yīng)用上的 困難度及成本。


圖1是己知熒光燈的鎮(zhèn)流器電路的架構(gòu)示意圖2是已知預(yù)熱式電子啟動器的一電路架構(gòu)示意圖3是已知預(yù)熱式電子啟動器的另一電路架構(gòu)示意圖4是已知預(yù)熱式電子啟動器的又一電路架構(gòu)示意圖5是已知變頻預(yù)熱式電子啟動器的一電路架構(gòu)示意圖6是圖5所示已知變頻預(yù)熱式電子啟動器的燈絲電流，燈管電流及燈
管電壓的波形示意圖7是Wolfram Sowa于美國專利US 6,747,418中所提出的鎮(zhèn)流器電路示
意圖8是T.-F. Wu等在IEEE 2001中發(fā)表的一鎮(zhèn)流器電路示意圖； 圖9是IRAN-1020應(yīng)用范例的一鎮(zhèn)流器電路示意圖； 圖10是Dietmar Klien在正EE發(fā)表的預(yù)熱鎮(zhèn)流器電路示意圖； 圖11是Chin S. Moo等在正EE 2001上發(fā)表的鎮(zhèn)流器電路示意圖； 圖12是圖11所示鎮(zhèn)流器電路的燈絲電流、燈管電流及燈管電壓的波形 示意圖；圖13是本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路示意圖14是本發(fā)明的第一個較佳實施例的鎮(zhèn)流器電路示意圖15是圖14所示第一個較佳實施例在執(zhí)行點亮期間的燈絲電流、燈管
電流及燈管電壓的波形示意圖16是圖14所示第一個較佳實施例在預(yù)熱期間的燈絲電流、燈管電流
及燈管電壓的波形示意圖17是圖14所示第一個較佳實施例在啟動期間的燈絲電流、燈管電流
及燈管電壓的波形示意圖18是實測本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路在執(zhí)行點亮期間的燈管電流及燈管電壓
的波形示意圖19是本發(fā)明的第二個較佳實施例的鎮(zhèn)流器電路示意圖； 圖20是本發(fā)明的第三個較佳實施例的鎮(zhèn)流器電路示意圖；及 圖21是本發(fā)明的第四個較佳實施例的鎮(zhèn)流器電路示意圖。
附圖標(biāo)號-
功率驅(qū)動電路 ...... 30、 40、 60
熒光燈管 …… 31、 41、 42、 61、 62
燈絲 ...... 311、 312、 411、 412、 421、 422、 611、 612、
621、 622
橋式整流器 …… 32、 51、 52
緩沖電容 …… C3、 C4
諧振電容 ...... Cr、 C2r、 C4r、 C5r、 C6r
二極管 ...... Dl、 D2、 D3、 D4
諧振電感 L3a、 L4a、 L5a、 L6a
電感器 K3b、 L4b、 L5b、 L6b變壓器 ...... L7a
場效應(yīng)晶體管...... Q4
緩啟動功率開關(guān)，..… Sl
定時電路 Tl
具體實施例方式
為能更清楚地表達本發(fā)明的技術(shù)手段及運作過程，茲配合附圖舉較佳實 施例，說明如下
本發(fā)明是一種熒光燈管的鎮(zhèn)流器電路，參閱圖13所示，該鎮(zhèn)流器電路包 括一個功率驅(qū)動電路30、 一個諧振電路、 一個電感器L3b、 一個定時電路 Tl(timer controller)及一緩啟動功率開關(guān)Sl(soft switch),其中該功率驅(qū)動電路 30用以產(chǎn)生交流電源，該功率驅(qū)動電路30的一端與一個熒光燈管31的一燈 絲312的一端相連接，該功率驅(qū)動電路30的另一端與該熒光燈管31的另一 燈絲311的一端間串聯(lián)有一個諧振電感L3a，該兩燈絲311、 312的另一端則 分別與一個諧振電容Cr的兩端相連接，該諧振電容Cr與諧振電感L3a即構(gòu) 成該鎮(zhèn)流器電路的諧振電路，該諧振電容Cr的兩端分別與該緩啟動功率開關(guān) Sl的兩端相并聯(lián)，另，該諧振電容Cr的一端與該緩啟動功率開關(guān)Sl的一端 間還能通過串聯(lián)一個電感器L3b，以利用該電感器L3b調(diào)節(jié)該兩燈絲311、312 的預(yù)熱電流，該緩啟動功率開關(guān)S1另與該定時電路T1相連接，該定時電路 Tl用以決定預(yù)熱的時間，且在達到預(yù)熱時間時，發(fā)出切換信號至該緩啟動功 率開關(guān)S1，以將該緩啟動功率開關(guān)S1切換成開路狀態(tài)。
在本發(fā)明的第一個最佳實施例中，參閱圖14所示，該緩啟動功率開關(guān)S1 包括一個場效應(yīng)晶體管(MOSFET)Q4、 一個緩沖電容C3及一個橋式整流器32 ， 其中該場效應(yīng)晶體管Q4的柵極與該定時電路Tl相連接，以在達到預(yù)熱時間 時，接受該定時電路T1傳來的切換信號，將該場效應(yīng)晶體管Q4切換成開路狀態(tài)，該場效應(yīng)晶體管Q4的漏極及源極分別與該緩沖電容C3的兩端相并聯(lián)， 同時，該緩沖電容C3的兩端并分別與該橋式整流器32的正負兩端相并聯(lián)， 該橋式整流器32由四個二極管D1、 D2、 D3、 D4組成，用以對經(jīng)由該諧振電 路傳來的交流電源進行全波整流，以將交流電源整流成直流電源，其中第一 個二極管Dl與第二個二極管D2相串聯(lián)，第三個二極管D3與第四個二極管 D4相串聯(lián)，該諧振電容Cr的兩端分別連接至該橋式整流器32的兩交流電輸 入端，即第二個二極管D2與第四個二極管D4之間及第一個二極管Dl與第 三個二極管D3之間，使得該諧振電容Cr與該緩啟動功率開關(guān)Sl間形成并聯(lián) 狀態(tài)。因此，在第一個實施例中，該電感器L3b串聯(lián)在該諧振電容Cr的一端 與該橋式整流器32的一交流電輸入端間。
在此需特別聲明，以上所述的該場效應(yīng)晶體管Q4，僅為本發(fā)明的一較佳 實施例，本發(fā)明在實際施時，并不局限于此，亦可視實際需要，以一其它開 關(guān)取代該場效應(yīng)晶體管Q4，該開關(guān)包括一繼電器(rday)、 一其它半導(dǎo)體開關(guān) 或一晶體管等，只要該開關(guān)的兩端分別與該緩沖電容C3的兩端相^聯(lián)，且能 受該定時電路T1的控制，執(zhí)行切換動作，皆為本發(fā)明在此所稱的開吳。
在第一個最佳實施例中，該鎮(zhèn)流器電路在執(zhí)行點亮燈管31的過程中，參 閱圖15所示，包括下列的執(zhí)行期間
(1)預(yù)熱期間參閱圖15所示的t0 tl時段及圖16所示的t0后的時段， 該鎮(zhèn)流器電路對該燈管31的兩燈絲311、 312進行預(yù)熱的期間，該緩啟動功 率開關(guān)Sl被切換成短路狀態(tài)，意即該場效應(yīng)晶體管Q4被切換成短路狀態(tài)， 使得該功率驅(qū)動電路30產(chǎn)生的交流電源，能通過該鎮(zhèn)流器電路的回路，流經(jīng) 該兩燈絲311、 312，對該兩燈絲311、 312進行預(yù)熱，此時，該兩燈絲3U、 312上的預(yù)熱電流Ipre與燈管電壓Vpre的大小分別為-j =猛 --------------------(2)其中Vin為該功率驅(qū)動電路30所產(chǎn)生的輸入電壓，Ts為功率驅(qū)動電路30 的切換周期；該燈絲311、 312將因預(yù)熱升溫而發(fā)出熱電子，此時，由于該諧 振電感L3a控制，使得燈管31兩端的電壓，不足以令該燈管31內(nèi)的電流導(dǎo) 通而發(fā)光，在該實施例中，由于該電感器L3b與諧振電感L3a繞設(shè)在在同一 鐵心上，故該諧振電感L3a能利用該電感器L3b與諧振電感L3a間的電感藕 合特性，依下列公式，調(diào)整預(yù)熱期間的等效電感Lpre:<formula>formula see original document page 15</formula>
進而增減預(yù)熱電流；
(2)緩啟動期間參閱圖15及圖17所示的tl t2時段，當(dāng)該定時電路T1 判斷已達預(yù)熱時間Ton時，即發(fā)出切換信號至該場效應(yīng)晶體管Q4，以將該場 效應(yīng)晶體管Q4切換成開路狀態(tài)，此時，由于該諧振電感L3a上的電流突然消 失，諧振電感L3a配合該諧振電容Cr振蕩出一高電壓，該高電壓一部分是由 該諧振電感L3a所吸收，另一部分則流經(jīng)該橋式整流器32，對該緩沖電容C3 進行充電，使得該兩燈絲311、 312間的電壓值緩緩上升，再參閱圖17所示， 直到使燈絲311、 312逐漸被加熱至能產(chǎn)生足夠的熱電子，以點亮燈管31為 止，因此，本發(fā)明可依下列公式，通過調(diào)整該緩沖電容C3值的大小，來控制 緩啟動的時間Ts:
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中Vignition是該兩燈絲311、 312間在緩啟動期間的電壓值，由于該兩 燈絲311、 312間的電壓值緩慢(相對于瞬間產(chǎn)生而言)上升，故該燈絲311、 312 上緩慢產(chǎn)生的熱電子，在受燈管31兩端電壓場的作用，而加速撞擊燈管31 內(nèi)的氣體，令其游離出更多離子時，該兩燈絲311、 312間所產(chǎn)生的穩(wěn)定熱電 子流，能有效防止啟動瞬間所產(chǎn)生的大量汞離子及氬離子，因噴濺作用而撞 擊兩燈絲311、 312上涂布的電子粉，故能有效避免兩燈絲311、 312上涂布 的電子粉耗損，且在經(jīng)過數(shù)萬次以上的點滅后，熒光燈管31內(nèi)鄰近該兩燈絲311、 312端的部位，仍不致發(fā)黑，大幅提高了熒光燈管31被點亮的次數(shù)及其 使用壽命；
(3)穩(wěn)態(tài)期間參閱圖15及圖17所示的t2以后時段，該兩燈絲311、 312間所產(chǎn)生的熱電子，不斷撞擊燈管31內(nèi)的氣體，激起光電效應(yīng)，且在該 兩燈絲311、 312間產(chǎn)生穩(wěn)定的電子流后，燈管31內(nèi)壁涂布的熒光體將因光 電效應(yīng)，釋放出可見光，而點亮熒光燈管31，因此，當(dāng)熒光燈管31被點亮后， 依下列公式所示，燈管電流ILAMP將處于穩(wěn)態(tài)的操作狀態(tài)
/s=^/fer-------------------(7)
其中fs是諧振頻率。在該實施例中，由于燈管電流ILAMP的穩(wěn)態(tài)操作控 制由該諧振電感L3a與諧振電容G決定，故該諧振電感L3a與諧振電容Q: 的設(shè)計，不致影響對兩燈絲311、 312的預(yù)熱特性，此外，在燈管電流ILAMP 的穩(wěn)態(tài)操作狀態(tài)下，因該場效應(yīng)晶體管Q4處于開路狀態(tài)，該電感器L3b將不 致影響燈管電流ILAMP的穩(wěn)態(tài)操作特性，故使得本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路中對該 兩燈絲311、 312進行預(yù)熱的電路部分，具有能被獨立設(shè)計的特性，完全不會 對熒光燈管31點亮后燈管電流ILAMP的穩(wěn)態(tài)操作特性造成任何影響。
據(jù)上所述可知，在本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路中，負責(zé)使燈管依序自預(yù)熱期間、 緩啟動期間，進入到穩(wěn)態(tài)期間所需的所有零件的參數(shù)值，均能被獨立設(shè)計及 調(diào)整，以達成實際的需求，大幅降低了該鎮(zhèn)流器電路在設(shè)計及應(yīng)用上的困難 度及成本。
發(fā)明人使用本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路，點亮一熒光燈管，并對燈管電流(Lamp Current)及燈管電壓(Lamp Voltage)的波形進行量測后，參閱圖18所示，可明 顯看出，本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路所產(chǎn)生的啟動電壓的波形，緩慢上升，且啟動 電壓值僅為1000Vp-p;反之，使用2001年由Chin S. Moo等在IEEE 2001上 發(fā)表的鎮(zhèn)流器電路，參閱圖ll所示，點亮相同的熒光燈管，且對燈管電流及燈管電壓的波形進行量測時，參閱圖12所示，將發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器電路所產(chǎn)生 的啟動電壓的波形，驟然上升，且啟動電壓值高達2000Vp-p，因此，本發(fā)明 的鎮(zhèn)流器電路顯然能使點亮熒光燈管的瞬間放電電流(peak arcing cmrent)大幅 減小。此外，發(fā)明人利用本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路，以35秒為一點亮周期，且以 25秒為一點滅周期，對一編號為F58T8的熒光燈管反復(fù)進行點亮及點滅的實 際測試，經(jīng)過10萬次的點滅測試后，熒光燈管的光衰僅3°/。，且熒光燈管鄰 近燈絲的兩燈頭仍維持如新，幾乎完全無黑頭的現(xiàn)象，顯見本發(fā)明能大幅提 高熒光燈管被點亮的次數(shù)及其使用壽命。
在本發(fā)明的第二個最佳實施例中，參閱圖19所示，亦可通過在熒光燈管 31的兩燈絲311、 312的一端與該功率驅(qū)動電路30間并聯(lián)另一諧振電容C2r， 以配合該諧振電感L3a，控制熒光燈管31被點亮后燈絲電流的大小。
在本發(fā)明的第三個最佳實施例中，參閱圖20所示，該鎮(zhèn)流器電路包括一 個功率驅(qū)動電路40、兩個諧振電路、兩個電感器L4b、 L5b、兩個橋式整流器 51、 52、 一個緩沖電容C4、 一個場效應(yīng)晶體管(MOSFET)Q4及一個定時電路 Tl，其中該功率驅(qū)動電路40的兩端分別與兩個熒光燈管41、 42兩端的燈絲 411、 412、 421、 422—端相并聯(lián)，該功率驅(qū)動電路40的一端分別與燈絲411、 421的一端間串聯(lián)有一個諧振電感L4a、 L5a，該兩燈絲411、 412及421、 422 的另一端則分別與一個諧振電容C4r、 C5r的兩端相并聯(lián)，諧振電容C4r、 C5r 分別與諧振電感L4a、 L5a構(gòu)成該鎮(zhèn)流器電路的兩個諧振電路，諧振電容C4r、 C5r的兩端分別與橋式整流器51、52的兩交流電輸入端相并聯(lián)，諧振電容C4r、 C5r的一端與橋式整流器51、 52的一交流電輸入端間分別串聯(lián)有一個電感器 L4b、 L5b，電感器L4b、 L5b用以調(diào)節(jié)燈絲411、 412及421、 422的預(yù)熱電流， 且橋式整流器51、 52的正負端分別與該緩沖電容C4的兩端相并聯(lián)，該場效 應(yīng)晶體管Q4的柵極與該定時電路Tl相連接，該定時電路Tl用以決定預(yù)熱 的時間，且在達到預(yù)熱時間時，發(fā)出切換信號至該場效應(yīng)晶體管Q4，以將該 場效應(yīng)晶體管Q4切換成開路狀態(tài)，該場效應(yīng)晶體管Q4的漏極及源極分別與該緩沖電容C4的兩端相并聯(lián)。如此，該鎮(zhèn)流器電路即可依前述執(zhí)行程序，分
別點亮相互并聯(lián)的該二熒光燈管41、 42。
在本發(fā)明的第四個最佳實施例中，參閱圖21所示，該鎮(zhèn)流器電路包括一 個功率驅(qū)動電路60、兩個諧振電路、 一個電感器L6b、 一個定時電路T1及一 緩啟動功率開關(guān)Sl，其中該功率驅(qū)動電路60的兩端分別與相互串聯(lián)的兩個熒 光燈管61及62的一端的燈絲612、 621—端相并聯(lián)，該二熒光燈管61及62 另一端的燈絲611、 622彼此串聯(lián)，該功率驅(qū)動電路60的一端與該燈絲621 的一端間串聯(lián)有一個諧振電感L6a，該兩燈絲612、 621的另一端則分別與一 個諧振電容C6r相連接，且該熒光燈管61與該諧振電容C6r的一端間并聯(lián)有 一個變壓器(transformer)L7a，該諧振電容C6r分別與該諧振電感L6a及變壓 器L7a構(gòu)成兩個諧振電路，該諧振電容C6r的兩端分別與該緩啟動功率開關(guān) Sl的兩端相并聯(lián)，該諧振電容C6r的一端與該緩啟動功率開關(guān)Sl的一端間串 聯(lián)有一個電感器L6b，該電感器L6b及變壓器L7a能分別調(diào)節(jié)該二熒光燈管 61及62內(nèi)燈絲的預(yù)熱電流，該緩啟動功率開關(guān)Sl另與該定時電路Tl相連 接，該定時電路T1用以決定預(yù)熱的時間，且在達到預(yù)熱時間時，發(fā)出切換信 號至該緩啟動功率開關(guān)Sl，以將該緩啟動功率開關(guān)Sl切換成開路狀態(tài)。如此， 該鎮(zhèn)流器電路即可依前述執(zhí)行程序，分別點亮相互串聯(lián)的該二熒光燈管61、 62。
在此需特別一提者，以上所述，僅為本發(fā)明的若干較佳實施例，本發(fā)明 的構(gòu)造特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思 及的變化或修飾，如利用以上所述鎮(zhèn)流器電路的基本電路架構(gòu)，分別點亮兩 個以上并聯(lián)或串聯(lián)的熒光燈管，或在以上所述鎮(zhèn)流器電路的基本電路架構(gòu)中， 增加其它輔助電路或元件，以期在本發(fā)明所述的功能外，增加其它輔助功能， 皆應(yīng)涵蓋在權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熒光燈管的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，包括一功率驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生交流電源，所述功率驅(qū)動電路的一端與一熒光燈管的一燈絲的一端相連接；一諧振電感，其兩端串聯(lián)在所述功率驅(qū)動電路的另一端與所述熒光燈管的另一燈絲的一端間；一諧振電容，其兩端分別與所述兩燈絲的另一端相連接，所述諧振電容與所述諧振電感構(gòu)成所述鎮(zhèn)流器電路的諧振電路；一緩啟動功率開關(guān)，包括一橋式整流器、一緩沖電容及一開關(guān)，其中所述橋式整流器的兩交流電輸入端分別連接至所述諧振電容的兩端，所述橋式整流器的正負兩端分別與所述緩沖電容的兩端相并聯(lián)，所述開關(guān)的兩端分別與所述緩沖電容的兩端相并聯(lián)，且所述開關(guān)在被切換成短路的狀態(tài)下，能使所述功率驅(qū)動電路產(chǎn)生的交流電源，通過所述鎮(zhèn)流器電路的回路，流經(jīng)所述兩燈絲，對所述兩燈絲進行預(yù)熱，所述開關(guān)在被切換成開路的狀態(tài)下，所述諧振電路能振蕩出一高電壓，所述高電壓的一部份由所述諧振電感所吸收，另一部份則對所述緩沖電容充電，使得所述兩燈絲間的電壓值緩慢上升，直到所述兩燈絲被加熱至所產(chǎn)生的熱電子，足以點亮所述燈管，且能阻止啟動瞬間燈管內(nèi)所產(chǎn)生的大量離子撞擊所述兩燈絲為止；及一定時電路，與所述緩啟動功率開關(guān)相連接，用以決定預(yù)熱時間，且在達到預(yù)熱時間時，發(fā)出切換信號至所述緩啟動功率開關(guān)，將所述開關(guān)切換成開路狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，所述開關(guān)是一半導(dǎo)體開關(guān)。
3. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，所述開關(guān)是一晶體管。
4. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，所述開關(guān)是一繼電器。
5. 如權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，所述半導(dǎo)體開關(guān)是一場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管的柵極與所述定時電路相連接，所述場效應(yīng) 晶體管的漏極及源極分別與所述緩沖電容的兩端相并聯(lián)。
6. 如權(quán)利要求1、 2、 3 、 4或5所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，所述緩 啟動功率開關(guān)還包括一電感器，所述電感器的兩端串聯(lián)在所述諧振電容的一 端與^f述橋式整流器的兩交流電輸入端的一端間，所述電感器與所述諧振電 感繞設(shè)在同一鐵心上，用以調(diào)節(jié)流經(jīng)所述兩燈絲的預(yù)熱電流。
7. 如權(quán)利要求1、 2、 3 、 4或5所述的鎮(zhèn)流器電路，其特征在于，所述鎮(zhèn) 流器電路還包括另一諧振電容，所述另一諧振電容并聯(lián)在所述熒光燈管的兩 燈絲的一端與所述功率驅(qū)動電路間，用以配合所述諧振電感，控制所述熒光 燈管被點亮后燈絲電流的大小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熒光燈管的鎮(zhèn)流器電路，包括功率驅(qū)動電路；諧振電感和諧振電容構(gòu)成的諧振電路；緩啟動功率開關(guān)，包括橋式整流器、緩沖電容及開關(guān)，該開關(guān)短路時能使該功率驅(qū)動電路產(chǎn)生的交流電源對兩燈絲預(yù)熱，該開關(guān)開路時能使該諧振電路振蕩出高電壓，對該緩沖電容充電，使得該兩燈絲間電壓緩慢上升，直到產(chǎn)生的熱電子足以點亮該燈管，且能阻止啟動瞬間燈管內(nèi)產(chǎn)生大量汞離子撞擊該兩燈絲；及定時電路，在達到預(yù)熱時間時，發(fā)出切換信號，將該開關(guān)切換成開路。如此，點亮熒光燈管瞬間，不僅使該兩燈絲上涂布的電子粉不耗損，且能使熒光燈管內(nèi)鄰近該兩燈絲端的部位，經(jīng)過數(shù)萬次以上的點滅后，亦不致發(fā)黑，提高了熒光燈管被點亮的次數(shù)及使用壽命。
文檔編號H05B41/28GK101568220SQ20081009265
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者梁錦宏 申請人:天網(wǎng)電子股份有限公司