CN201114937Y - 恒功率高压气体放电灯 - Google Patents
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Abstract
一种恒功率高压气体放电灯，它属于电器领域，特别是一种击穿惰性气体而发光的氙气灯，它包括灯杯，设置在灯杯里的石英管，反射灯罩以及与石英管用导线连接的放电电路控制器，所示的放电电路控制器为一个恒定功率控制电路；恒定功率控制电路由如下的电路单元构成：滤波器，负温度系数电阻，整流器，电源控制电路，抑制瞬态干扰电路，光电耦合电路，准电压产生电路，运放处理电路，电流取样电路，电压取样电路，高压触发点火及防止再次点火电路。本实用新型采用了定功率的放电电路控制器，简化了控制电路，而且运算电路会随着管压的提升而降低输出电流大小，让系统的功率消耗维持在35W，延长了本实用新型的使用寿命，也降低灯具的运行成本。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种恒功率高压气体放电灯，它属于电器领域，特别是一种击穿惰性气体而发光的氙气灯。
背景技术：
现有的高压气体放电灯是在石英管内，以多种化学气体充填，其中大部份为氙气(Xenon)与碘化物等惰性气体，然后再将民用220伏特的交流电压瞬间增压至23000伏特的电流，经过高压震幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。当变压器给与23000V的高压时，氙气就被击穿，被电离之后的氙气就会发出让人难以想象的光芒，色温可高达5000K-8000K。定电流与定功率寿命不同，一个全新的高压气体放电灯的灯泡，电极之间的距离为4.2mm，若要在两个电极之间产生跳电电弧(学名为架弧)，就必须在电极两端加以23000V的电压(点灯之后工作电压会降至85±17V)，但随着点灯次数、时间的增加，两个电极之间的距离也会愈来愈远，而要维持电弧跳电的工作电压，也会由85V慢慢增加至102V。工作电压高低不在决定灯泡色温的因素之内，影响色温的因素除了灯管内不同的金属卤化物充填物之外，玻璃球内充填的压力(色温愈高、压力愈大)也是影响色温的因素之一。目前使用放电电路控制器仅仅是一个稳定的工作电流，但随着HID管压的增加，整体输出功率也会由额定的35W慢慢提升至40W甚至是45W，额外的功率轻则导致灯泡固定座熔毁，重则会烧毁灯泡。因此，现有的高压气体放电灯的使用寿命短暂，属于高价格性比高的产品，而且成本也非常高。
发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种使用寿命长、节能且成本较低的恒功率高压气体放电灯。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种恒功率高压气体放电灯，它包括灯杯，设置在灯杯里的石英管，反射灯罩以及与石英管用导线连接的放电电路控制器，所示的放电电路控制器为一个恒定功率控制电路；所述的恒定功率控制电路包括一个阻断外部干扰信号的滤波器；一个当通电一瞬间其电阻值很大，有电流通过时，本体发热，呈非线性改变阻值的负温度系数电阻；一个将经过滤波的电信号实现交流变直流的整流器；一个由可调宽的高频开关集成电路TOP227Y，R2，C4组成，由光耦元件的IC电流控制可调宽的高频开关集成电路TOP227Y的C脚电流而改变占空比，从而达到控制的输出的作用的电源控制电路；一个由肖特特基二极管、快恢复二极管和电容C4实现抑制瞬态电流的抑制瞬态干扰电路；一个由两个电耦G1、G2组成的光电耦合电路，其中放大器G1隔离初次级电压，电耦G2控制场效应管S1开关并隔离高低压；一个由D8，C7，R11，IC3组成且可构成高精密2.5V的稳压二极管，起到基准电压作用的准电压产生电路；一个将电流差及电压差放大的运放处理电路；一个由R3单独完成的电流取样电路；一个由电压取样电阻R14，R15组成电压取样电路；一个可瞬间产生高压的高压触发点火及防止再次点火电路。
所述的运放处理电路中的运算放大器为TLC27L4。
所述的开关为三端隔离，脉宽调制型反激式单片开关集成为TOP227Y。
本实用新型采用了定功率的放电电路控制器，简化了控制电路，而且运算电路会随着管压的提升而降低输出电流大小，让整个系统的功率消耗一直维持在35W的大小，延长了本实用新型的使用寿命，也降低灯具的运行成本。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图
图2为本实用新型的放电电路控制器的电路图
图3为本实用新型的IC1占空比与控制端的电流关系图
图4为本实用新型的光耦电流传输比的关系图
具体实施方式：
下面以附图1、2、3、4为本实用新型的实施例，对本实用新型继续进一步的说明：
如图1中所示，在本实施例中本实用新型它包括灯杯1，设置在灯杯里的石英管3，反射灯罩2以及与石英管3用导线4连接的放电电路控制器5。在石英管内，以多种化学气体充填，其中大部份为氙气(Xenon)与碘化物等惰性气体，这部分技术为现有技术。为了保证这类氙气灯有一个恒定功率，降低电耗，延长氙气灯的使用寿命。在本实用新型中，设计了一个放电电路控制器，所述的放电电路控制器为一个恒定功率控制电路。
如图2中所示。图2为出了本实用新型的实施例的详细电路图。所述的恒定功率控制电路由如下的电路单元构成：
滤波器，负温度系数电阻，整流器，电源控制电路，抑制瞬态干扰电路，光电耦合电路，准电压产生电路，运放处理电路，电流取样电路，电压取样电路，高压触发点火及防止再次点火电路。
滤波器：
由C1，L1，C2，组成，主要防止外部干扰信号本线路及本电路高频外涉干其它设备。可调宽的高频开关集成电路TOP227Y内部高频开关频率为100KHZ)。TOP227Y简称开关集成电路，是调节功率的输出的执行元件。
负温度系数电阻：
由R1组成，当通电一瞬间其电阻值很大，有电流通过时，本体发热，呈非线性改变阻值。
整流器：
由D1，D2，D3，D4组成，起到交流变为直流，能使反向直流也能正常工作。
电源控制电路：
由可调宽的高频开关集成电路TOP227Y，R2，C4组成，由光耦PC816A的IC电流控制可调宽的高频开关集成电路TOP227Y的C脚电流而改变占空比，从而达到控制的输出的作用。
抑制瞬态干扰电路：
由D5，D6组成，原理是肖特特基二极管和快恢复二极管的特性构成，C4抑制瞬态电流。
光电耦合电路：
由G1，G2组成，G1主要受IC2的1#，2#运放输出点M，N线性地控高频开关TOP227Y的占空比，并起到隔离初次级电压的作用。G2主要受运放IC2的3#运放输出点L地控制场效应管S1开关作用，并起到隔离高低压的作用
准电压产生电路：
由D8，C7，R11，IC3组成。由IC3的U-K连接便可构成高精密2.5V的稳压二极管，起到基准电压作用。
运放处理电路：
由IC2 TLC27L4，C10，C11，C16，R9，R10，R12，R13，R21组成，起到电流差及电压差放大作用。所述的运放处理电路中的运算放大器为TLC27L4，运算放大器为现有技术，可以直接购买到。
电流取样电路：
由R3单独完成。电流的大少会在R3的A-B点产生不同的电位差。当负载的电流为0.412A时，在B点产生0.412A*0.5Ω＝2.5V的电压。
电压取样电路：
由R14，R15组成，当负载的电压为85V时，在E点产生85V/(330K+10K)*10K＝2.5V的电压。
高压触发点火及防止再次点火电路：
由S1，R16，R17，R18，C12，C13，C14，D10，L4；G2，R19，R20，R21，C16，IC2的3#运放组成。瞬间产生高压，达23000V左右。
本电路的工作原理和过程：
当电路有外部电源输入时(规定的电压范围)，电源通过保险丝，C1滤波电容，L1扼流圈，R1负温度系数电阻到整流二极管D1-D4，C3得到高压直流电，分两路送电，一路通过L2初级到IC1的D端。IC1的输出端D的占空比与控制端C的电流成反比，说明：占空比大功率大，占空比小。由R4提供偏流给光耦，使IC1处于50％的占空比状态，令次级产生稳定的5V，12V，85V的电压输出。一路通过S1的漏极D，因为R17给C14充电使S1导通，通过R16给C12充电。当C12两端的电压超过硅双向开关管SIDAC的击穿电压时(一般为135-270V).SIDAC雪崩击穿而导通，C12通过D10及L4初级而组成回路，从而使次级产生23000V的点火电压。当灯管两端的电压提高时，产生微电流，当电压继续增加时，进入旱期辉光状态，即进入盖格区，管内产生微弱的辉光，即离子雪崩状态，发生电流击穿后，弧光放电电流变为连续，从而实现辉光转为弧光，随着电流的不断增加，放电灯两端的电压将急剧下降，当降到85V时，电源由D9提供.。此时R3的A，B端产生电位差，L点产生高电位，使G2处于等效导通，S1栅极C处于低电位，此时S1处于截止状态。C12不再充电，HID进入正常工作。
下面进一步的结合图2阐述本实用新型的电路的控制过程：
主要控制I点的电压及电流。共有9种状态。第一种为常态(即I点电压为85V电流为0.412A)。第二种电压高电流大(即I点电压大于85V电流大于0.412A)。第三种电压高电流正常(即I点电压大于85V电流为0.412A)。第四种电压高电流小(即I点电压大于85V电流小于0.412A)。第五种电压低电流大(即I点电压小于85V电流大于0.412A)。第六种电压低电流正常(即I点电压小于85V电流为0.412A)。第七种电压低电流小(即I点电压小于85V电流小于0.412A)。第八种电压正常电流大(即I点电压等于85V电流大于0.412A)。第九种电压正常电流小(即I点电压等于85V电流小于0.412A)。
分析：当第二种种情况出现时，(即I点电压Vi大于85V电流大于0.412A)。电压控制：因为IC2的2#运放负输入端为稳压2.5V。而正输入端为Vi/(R14+R15)*R15＞2.5V。此时N点输出正电位通过R6使T点电位增加，G1光耦电流增大，IC1的C控制端电流加大，(见附页可知)，此时IC1的占空比减小。电压自动降低，直到Vi/(330+10)*10＝2.5V时，即85V。VI↑→VE↑→VN↑→VT↑→IC↑→IC1的占空比下降。电流控制：因为IC2的1#运放负输入端电压为{(IB*0.5+2.5)/(2+25)}*2。而正输入端电压为IB*0.5。若IB等于0.412A时，代入上述两式便知正负两端电位相同M点无输出。若IB大于0.412A时，代入上述两式便知正端电位大于负端电位，使M点为正电位输出。输出正电位通过R7使T点电位增加，G1光耦电流增大，IC1的C控制端电流加大，，此时IC1的占空比减小，电流自动降低，II↑→VB↑→VM↑→VT↑→IC↑→IC1的占空比下降。反之亦言。
当第三种电压高电流正常(即I点电压大于85V电流为0.412A)。IC2的2#放大器起控，其它同第二种情况，使电压降低。而IC2的1#放大器不起控。
当电压高电流小(即I点电压大于85V电流小于0.412A)；IC2的2#放大器起控，其它同第二种情况，使N点电位升高，其它同第二种状态，使M点电位降低，使T点产生一个平衡电位，即；使P＝V*I的值不变。
当电压低电流大(即I点电压小于85V电流大于0.412A)。其它同第四种状态的反控。
当电压低电流正常(即I点电压小于85V电流为0.412A)。其它同第三种情况的状态。
当电压低电流小(即I点电压小于85V电流小于0.412A)。其它同第二种状态的反控。
当电压正常电流大(即I点电压等于85V电流大于0.412A)。IC2的2#放大器不起控，与第二种状态相同，而IC2的1#放大器起控。使电流降低。
当电压正常电流小(即I点电压等于85V电流小于0.412A)。为第八种状态的反控。
综合上述，使I点的电压乘电流为一恒定值，从而实现了本实用新型的目的。
Claims (3)
1、一种恒功率高压气体放电灯，它包括灯杯(1)，设置在灯杯里的石英管(3)，反射灯罩(2)以及与石英管(3)用导线(4)连接的放电电路控制器(5)，其特征在于所示的放电电路控制器为一个恒定功率控制电路；所述的恒定功率控制电路包括一个阻断外部干扰信号的滤波器；一个当通电一瞬间其电阻值很大，有电流通过时，本体发热，呈非线性改变阻值的负温度系数电阻；一个将经过滤波的电信号实现交流变直流的整流器；一个由可调宽的高频开关集成电路TOP227Y，R2，C4组成，由光耦元件的单片开关IC电流控制可调宽的高频开关集成电路TOP227Y的C脚电流而改变占空比，从而达到控制的输出的作用的电源控制电路；一个由肖特特基二极管、快恢复二极管和电容C4实现抑制瞬态电流的抑制瞬态干扰电路；一个由两个电耦G1、G2组成的光电耦合电路，其中放大器G1隔离初次级电压，电耦G2控制场效应管S1开关并隔离高低压；一个由D8，C7，R11，IC3组成且可构成高精密2.5V的稳压二极管，起到基准电压作用的准电压产生电路；一个将电流差及电压差放大的运放处理电路；一个由R3单独完成的电流取样电路；一个由电压取样电阻R14，R15组成电压取样电路；一个可瞬间产生高压的高压触发点火及防止再次点火电路。
2、如权利要求1中所述的恒功率高压气体放电灯，其特征在于所述的运放处理电路中的运算放大器为TLC27L4。
3、如权利要求1中所述的恒功率高压气体放电灯，其特征在于所述的开关IC1为三端隔离，脉宽调制型反激式单片开关。
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