专利名称:电极日光灯管的供电电子系统的制作方法本发明涉及一种电极日光灯管用的供电电子系统，可作几乎瞬间式的点亮，并能节省能量。一般安装的日光灯管大部分都利用一种缺点较多的系统供电，其缺点的二个主要方面是能量消耗大且灯管迅速劣化。事实上，这种装置(它具有一种电抗)利用一种双金属片的开启来引起灯管灯丝间的气体混合物导通。这种点亮方式极少能瞬间点亮，因此需要做多次双金属片的开启，而这种重复的开启会使灯管闪烁，对于灯管寿命有不良影响。此外，这种电抗消耗大量能量，这点可从灯管发热现象显示出。最后一点，这种电抗在区域线路中造成很大电抗值，这种电抗值同样亦增加电力消耗。人们研究企图制造一种系统，使能在至少一支灯第的端子上产生高频交流电压，且仅利用半导体元件及变压器以使能量消耗很少并保证瞬间点亮。其中的一个例子见法国专利公报FR2520575，是利用二个串联的电晶体，它们将一个频率发生器辅助电路所供应之方波信号放大，并将它送到一个串联的振荡电路，该振荡电路具有一线圈L1，一个照明单元，及一个充电电容器C3。这种系统可省去相关电路而使频率发生器迅速改良，并用一个变压器代替该电路，该变压器在振荡串联电路上抽取一个正弦波信号，以使轮流地控制该二个电晶体。这种构思简单的系统见法国专利公报FR2478933。它有二个新的缺点，一方面，它的起动只能偶然迅速达到，另一方面，二个电晶体可能在某一段短短的期间中同时导通。在此期间，照明单元不再受电而熄灭，而电晶体则有一股强大电流密度通过，对其寿命有不利影响。有种种提供此问题解决办法的专利案被提出，其中特别值得注意的是欧洲专利公报EP0171108，德专利公报DE3412944及国际专公报WO87/00719。电路的某些起动方式解决的办法，举例而言，是将一个开始脉波送到二个电晶体之一。这点是利用一种穿透元件或DIAC完成，该元件或DIAC一端接到电晶体之基极(电晶体的射极接地)，另一端接在一电容器及一电阻器之间，该电容器及电阻器串联在供电端子之间，且构成一种充电时间电路的基础。如此，一旦电容器端子的电压大于电晶体射极-基极电压及该DIAC的导通电压，则该DIAC可使开始脉波通过。然而由于LC串联电路之充电电容器大体上是接地的，因此，在一个电晶体(该电晶体使电路短路)尚未在DIAC的脉波作用下导通之前，该电容器必须预先充电，然而这需要一种额外的系统，在上升至时间常数的电容器电压时，确保这种预充电作业的进行，这点与一般的电路一样复杂。因此，欧洲专利公报EP171108号中有一电阻器(51)将电晶体(11)短路，在国际专利公报WO87/00719中，有一特别分支电路[它包含一个二极管(17)及一个电容器(19)与一个电阻器(21)的并联装置]控制一中断器(14)，该中断器可使电容器(15)经电容器(18)充电，而在德专利公报DE3412944中，有一股微弱的充电电流通过二极管(31)及电阻器(32)。双极电晶体导通时间重叠的问题，是由于饱和状态及截止状态的经过时间直接是集电极一射极电流强度的函数的原因。这种现象，一方面涉及电晶体内的热不稳定性，另一方面，亦涉及一种迅速达到的限度，它与具有该基础系统的照明单元的数目有关，为了改正这种缺点，必须利用较复杂的系统来使功率电晶体之状态同步化，这种系统是用于防止电流同时在二电晶体中流通(这种电流会使这些元件动作，更坏的情形还会使之崩溃)。在该欧洲专利案中，这种问题解决的办法，是利用一种复合的控制电路，该电路包括时间单元元件，例如电容器(33);在国际专利公报WO87/00719中，这种解决方法，是设置多个并联电晶体，各电晶体是由一特别二次绕组所控制。德国专利公报DE3412944中的系统则显然只能适用于单一个照明单元。另一方面，在法专利公报FR2487140中提到的一种装置可达到较明确的方式的某些目的，但是特别应用于无电极放电灯管的。这种装置产生一种无电极放电灯管所需之频率(至少0.5MHz)。这种装置不能用于最佳方式操作的频率在100～200KHz间的日光灯管。此外，交流电压的方式对于线圈寿命有不良影响。另外，这种系统不能分支成多个同时照明的单元。最后一点，这种装置的效率只不过87 lm/w，而本申请人的装置可达到125 lm/w。本发明的目的在提供一种电极日光灯管之供电电子系统，以除去上述缺点。该系统将一高频电压送到该灯管的端子。可将灯管瞬间点亮，其效率极佳，且与已知装置比较，其能量消耗可减少40～50%。
为此，根据本发明的系统包含一种供电装置，它连接到供电区域上，且在其输出端子(1A)及(1B)处产生一连续电压;并且有一个时间常数电路(RC电路)在该二输出端子间分支，且该RC电路由一电阻器及一电容器之串联装置构成);并有二个功率电晶体，串联设置于该输出端之间;在二个电晶体的共同点处接有一串联装置，该串联装置包含变压器的一次绕组，并有照单元及一电容器。变压器的二个二次绕组控制着电晶体。另外，该系统还包含一个有穿透效应的双向导通元件或DIAC，其一端在该时间常数电路的电阻器及电容器间分支，而另一端在电晶体的控制支路上分支，该电晶体中另一分支是接到输出端子(1B)。此系统之特征在于电晶体是MOS型的，且该与照明单元串联的电容器是在输出端子(1A)上分支，其分支方式使它只有在电晶体受DIAC之脉波作用下经过饱和状态时，才会开始充电。
本发明其他的优点及特色，可见如图所示的实施例的说明，但此实施例并不限制本发明的范围。
如图所示，本发明的电极日光灯供电用电子系统包含一供应装置(1)，它连接于该区域上，且在其输出端子(1A)及(1B)上产生连续之电压。
该供应装置(1)以已知方式在其输入端间设有一个二极管桥式电路(2)，将网路的交流电压整流，且在该二极管桥式电路(2)的输出端子间有一电容器(3)。最好是电化学式电容器，用来将整流通过的电压滤波，在供应装置(1)的输入端子间，设有二个电容器(4)，在地面与该输入端子之一端子之间并联分支。该二电容器(4)可除去系统所造成的高频寄生性电流。此外，在供应装置的输入端子之一端子上设有一保险丝(5)，以防止可能的短路情形。在供应系统之二输入端子的另一端子上设有一电阻器，限制进入供应装置内的电流强度。
在端子(1A)与(1B)间设有时间常数电路(7)，由串联的一个电阻器(8)及一电容器(9)构成。
根据发明的电极日光灯的点灯系统包含一个电容性元件(10)，它分枝在供应装置(1)的正端子上，且与至少一个照明单元(11)串联，并有二组控制装置(12)，用来控制电容性元件(10)经照明单元的充电状态，并有一变压器，其一次绕组(13)连接于照明单元(11)及控制装置(12)之间，并随电容性元件(10)充电作用而控制该组控制装置(12)。该电容性元件(10)是由已知方式的一个电容器构成。
各MOS电晶体的控制电路(它是串联于电晶体的源极S及栅极G(14)之间)。最好是包含变压器的二次绕组(15)，一个与该二次绕组串联的电阻器(16)，及一个与二次绕组(15)/电阻器(16)的串联电路成并联的齐纳二极管(17)。
该设置在源极S以及栅极之间且与二次绕组(15)/电阻器(16)成并联的齐纳二极管可保护电晶体(14)，防止太强的极化电压在电晶体栅极G被接收。
各组控制装置(12)的二次绕组(15)是来自变压器，且与第一绕组(13)设在向一铁心上成反相。有一组控制装置(12)(称为第一组)是经电晶体(14)的漏极D以及该电晶体的源极S设在变压器一次绕组(13)以及供应装置的端子(1A)之间，而另一组控制装置(12)(称为第二组)则经电晶体(14)的漏极D及电晶体之源极S设在电容器元件(10)及该变压器之一次绕组(13)之间。
换言之，该二个MOS型功率电晶体(14)是相对于供应装置的端子(1A)及(1B)设成串联，第一组控制装置(12)的电晶体(14)的漏极是接到第二组控制装置的电晶体的源极。第二组控制装置的电晶体的漏极D是接到供应装置之端子(1A)。有一串联分支串联在此装置中间二电晶体的共同点上，它依顺序包含变压器的一次绕组(13)，照明单元(11)，以及一个充电电容器(10)，该充电电容器是连接到供应装置的端子(1A)。
因此，该电路有一个第一串联分支，该分支连接于供应装置的二端子间且包含第一组控制装置的电晶体(14)，变压器的一次绕组(13)，照明单元(11)及充电电容器(10)。此串联分支被第二组控制装置的电晶体(14)在变压器的一次绕组(13)及电容器(10)之间短路。
在第一组(12)的电晶体(14)的栅极G与该时间常数电路(7)之间设有一穿透效应双向导通元件或DIAC(18)。该DIAC的一端分支于该时间常数电路(7)的电阻器(8)与电容器(9)之间，而其另一端则接于第一组(12)的电晶体(14)的栅极(12)。
当供应装置施加电压时，时间常数电路(7)的电容器(9)经电阻(8)充电直到该电容器(9)的端子电压达到DIAC的临限电压加上电晶体(14)栅极与源极之间的微弱电压为止。一旦达到这种电压，DIAC(18)就导通，且该电压出现在第一组(12)的电晶体(14)之栅极G上而使该电晶体导通。电晶体导通使得电容器(10)经变压器一次绕组(13)及照明单元充电。
电容器(10)充电引起一个电压脉波通过变压器。这种由一次绕组(13)传送到二次绕组(15)的脉波造成第一组及第二组(12)的电晶体(14)的栅极G的极化作用的改变。这种极化作用的改变使得第一组(12)的电晶体(14)截止，而使第二组(12)之电晶体(14)导通。
该第二组的电晶体的导通状态使得电容器(10)经第一绕组(13)及照明单元(11)放电。由于电容器(10)放电造成的电压脉波被送到二次绕组(15)进入一次绕组(13)中，该绕组重新引起电晶体(14)的栅极的极性改变。因此系统在一频率下振荡，依本发明的系统频率，由于是在100～200千赫之间，故较低。因此这种低频使得时间常数电路(7)的电容器(9)值较高。
由于本发明是使用弱电压下换向的MOS电晶体，故可减少变压器所需线圈数目。根据一个实例(它并不限定本发明的范围)变压器的一次绕组由单一线圈构成，该线圈在一个12mm的环圈形铁心上，且各二次绕组由同一铁心上的二次线圈构成。线圈数目减少可使电流因发热造成的损失减少，且电压间的诱导相位差以及串联电路中的电流密度亦可减少，因而亦可减少感应线圈(19)的尺寸大小。此外，该变压器的外部尺寸可减至一个直径径12mm高5mm的圆筒形。
变压器的一次绕组至多由五个线圈构成，而变压器的各二次绕组至多由十个线圈构成。
根据附图所示的一个较佳实施例，该系统供应二个照明单元，然而此系统并不限于此数目的照明单元，它可供应多个或单独一个照明单元，各照明单元并联于变压器的一次绕组(13)及电容器(10)之间。根据一较佳实施例，各照明单元(11)包含一线圈(19)，一支电极日光灯管(20)，以及一电容器(21)，它们串联在二电极或灯丝(21)间。
照明单元(11)的线圈(19)可产生一高电压，并可使灯管(20)保持明亮状态，连接该同一灯管(20)的灯丝的电容器(22)将振荡电流的一部分吸收，并使灯丝(21)发出的热量很少。由于有这种使灯丝发热保持很少的作用，故可在灯管中通过大量电流。
在变压器一次绕组(13)的高频交流信号可使很多灯管作用。根据本发明，在系统输出端的充电作用，不会影响该系统功能的频率。最好，该灯管(20)呈两支两支地设在系统输出端。
常供电作用由于电源电压不规则而造成微小中断时，为了要将照明单元(11)再点亮，或者将系统的振荡再度引发，故根据本发明的系统有一种手段，当第一组的电晶体(14)[亦即源极S接到输出端子(1B)的那个电晶体]导通时，该手段可使时间常数电路(7)的电容器(9)迅速放电。
根据一较佳实施例，这种手段包含一个电晶体(23)，其阳极端分支到时间常数电路(7)上，其阴极端则接到输出端子(1B)，亦即在二电晶体(14)的共同点上;并包含一电阻器(24)，该电阻器(24)分支于供应装置(1)的端子(1A)及二极管(23)的阳极间。
当第一组(12)的电晶体(14)导通时，二极管(23)[它在导通方向极化]使电容器(9)迅速放电，其放电作用只限于经过电晶体(14)的微弱内电阻。为了使二极管(23)的导通作用与第一组(12)电晶体(14)的导通作用同步，电阻器(24)将该二极管作相反方向极化(即阳极电压小于阴极电压)。这种装置的功效，可由一件事实显示出来即电晶体MOS的换向时间少于一般硅二极管的换向时间。为了使二极管(23)的导通作用与功率电晶体(14)导通作用同时发生，二极管(23)的阴极变成正电位(相对于阳极而言)，这点有使后者截止的作用。当电极体(14)导通时，这种截止作用突然消失，二极管(23)立即导通，且与电晶体(14)同相。实际上，这种特别装置的效用所扮演的角色，是使元件(23)加速导通，因此这种二极管(23)/电阻器(24)装置对于本发明系统的良好功能而言是不可缺少的，这是由于该系统所产生的低频的缘故。
此外，关于变压器(13)一次绕组送到电晶体(14)控制电路的强大电压，以及MOS电晶体的快速换向的情形而言，该照明单元的线圈(12)接受一个矩形波信号形式的交流电压，这点会使线圈产生无效热并造成效率低落。为了避免这种缺点，有一种电容器(25)/电阻器(26)的串联装置分支于第一组(12)电晶体(14)的漏极D与供应装置(1)的端子(1A)之间。因此，当第一组(12)的电晶体(14)导通时，电容器(25)经电阻器(26)充电并因而在信号上升前缘之时，引入一种轻微的阻尼(缓冲)作用，就象电容器(10)放电时的下降前缘的情形。因此，这种信号的形式更能为照单元的线圈(19)所接受，此外，这种电容器(25)/电阻器(26)的装置可将系统率提高约10%，且在日光灯管(20)上电离电荷分布不良所造成的暗点的现象可以除去。举例而言，根据本发明具有二支50瓦高亮度灯管(20)的系统的效率高达125lm/w。
下表显示本发明系统中所用的电子装置以及产生约125千赫频率下的电子装置的平均值电阻器(6) 4.7Ω电阻器(8) 330KΩ电阻器(26) 18Ω电阻器(24) 330KΩ电阻器(16) 47Ω
电容器(3) 150μf电容器(25) 5.6nf电容器(10) 100nf电容器(22) 3.3nf电容器(9) 100nf电容器(4) 10nfDCD IAC 32伏特二极管(23) 硅管二极管(17) 8.6伏特齐纳二极管电晶体(14) MOS变压器一次绕组(13) 一个线圈在12mm直径的环圈形铁心上二次绕组(15) 二个线圈在12mm直径的环圈形铁心上线圈(19) 110个线圈在12mm直径的方形截面的筒上根据本发明的系统，同样地亦可以供给电极日光灯的省电情况的供应放电灯(汞蒸气灯)。
由此说明书，很明显可看出，此系统只不过需要少数电子元件，，这通常可减少系统故障的危险。借助适当地将电子元件本身作选择并将电路安装在一种完全自动化的机器上，这种可靠性还可进一步提高。此外，这种系统可以有利地制成很小的尺寸，即二个MOS功率电晶体，一个供应电容器，一个小变压器(12mm×5mm)以及一个将其他组件连接的电子装置，全部包含在一个小于40mm×20mm×20mm的体积内。
因此根据本发明的系统，可将电极日光灯管瞬间点亮，可提高其寿命，可产生最佳效率，且消耗极少电流。凡在不脱离本发明范畴所作的种种变更，都包括在本发明的范围内。


一种电极日光灯管的供电电子系统，包含二个功率电晶体MOS(14)，它们是串联的，且在二电晶体(14)的共同点处连接；并有一串联装置，该串联装置有一个变压器的一次绕阻(13)，变压器的二个二次绕组(15)控制该二电晶体；该照明单元(11)；以及一电容器(10)。