[发明专利]非热离子、无镇流器、能量效率高的发光气体放电系统和方法

说明书

发明背景及简述

本发明涉及气体放电发光系统和方法，尤其涉及小电流，非热离子(如非热丝)，无镇流器，能量效率高的发光系统和方法；该系统和方法更具有高效率，低成本，基本上免除RF辐射的优点，并且还可采用普通工业、商用或家用的气体放电管(各种形状和尺寸的荧光灯，高亮度的放电灯，钠灯，汞灯，霓虹灯)。

在大多数商用和家用的荧光照明系统中，系统的核心部件是镇流器，镇流器是电感器件或变压器，它把输入的电压提升到一个较高的电压电平去启动荧光灯，一旦荧光灯被点亮或引燃(气体电离或放电)后，镇流器又将电压降低至正常连续照明时的电压电平。然而，这些早期的系统，为了帮助引燃过程，常常采用变压器灯丝绕组来加热灯丝从而提供热离子发射。加热的灯丝蒸发，又在灯管的端部形成黑色的沉积，限制了灯管的寿命。钨丝的蒸发妨碍了汞蒸发限制了发光效能和管子寿命。早期镇流器荧光照明系统如图1A和1B所示。在图1A中镇流器部件L是与灯丝F和开关S相串联；而在图1B中引燃开关GS在为了引燃放电而加热灯丝后开路。

镇流变压器通常是商用荧光照明系统中最昂贵的部件，以往也有过许多不采用镇流变压器的荧光照明系统的设想。

图1C显示了电子镇流器的类型，在现有技术中是常见的，并已在国际整流器出版物申请公告AN—995—“采用低成本IR2155驱动器的电子镇流器”一文中公开。在该线路中，两个功率开关Q1、Q2是以图腾柱结构与灯管线路相连接，而灯管线路是由一个LC串联谐振线路和跨接一电感的灯构成。开关是功率MOSFET器件，它由电流变压器T的绕组交替导通来驱动。在这线路中，初级绕组被灯电路的电流所驱动并以L和C的谐振频率工作。电阻R1和电容Cl与连接一个功率开关栅极的DIAC D1一起组成了一个启动线路，启动线路提供了一个启动脉冲。在激发振荡后，一个高频方波(30—80KHz)将激励LC谐振线路。

电抗C两端的正弦电压在谐振点放大了Q倍，并形成足够的幅度去激发荧光灯。在这系统中，灯管的灯丝与串联谐振电路相串联。

在用于霓虹灯的氖灯的情形中，常规的结构采用高压(凭经验估算，每英寸霓虹灯约1000V)镇流器驱动电路，该电路效率低、噪声大、体积大、发热、需要笨重的高电压绝缘，通常不能调光。

本发明

本发明的基本目的是提供一个改进的气体放电发光系统和方法。

本发明的另一目的是提供一个较高能效的气体放电发光系统和方法。

本发明的另一目的是提供一个较高能效的气体放电发光系统，它具有低成本、小电流工作的特点。

本发明的另一目的是提供一个照明系统，它具有一个工作频率范围从约75KHz到约3．5MHz—4MHz的方波电压。

本发明的另一目的是提供一个照明系统，在该系统中一个或多个常规气体放电管是以非热离子方式工作并由高频交流电流方波源驱动。

本发明的另一个目的是提供一个气体放电发光系统，在该系统中多个气体放电管电气上串联连接，并由方波电压非热离子驱动。

本发明的另一个目的是提供一个气体放电发光系统，在该系统中发光亮度可以从低亮度到高亮度变化和从高亮度到低亮度变化。

根据本发明，非热离子、无镇流器、荧光照明系统包括至少一个气体放电照明灯或灯管和一个交流方波电源。方波电源附有一组固体开关装置，它被用来在灯或灯管电极上产生大致为方波的交流波，以致于施加于电极上的电压极性反转速度比管内电子和离子浓度的分布转移速度更快，于是在整个器件长度内的电子被连续加速，并经过所加方波的若干周期后，在整个灯管的容积里产生自由电子和离子，处于稳定的工作状态并使气体照明灯电离。

根据本发明较佳的一个较佳实施例，至少有一个具有电极的照明器件(其电极可以是普通的灯丝或者也可以不是普通灯丝)，电极要浸没在放电气体介质中(如惰性气体：氩气，氖气，氦气或疝气，汞气及其他混合气；其他类气体和气体混合物也可使用)，且照明器件是采用高频方波电压非热离子驱动(没有加热器或灯丝电流)。在较佳的实施例中，驱动电路含有一个采用两个固态开关器件的逆变电路，开关器件是以图腾柱结构与直流电源跨接。就每个开关器件和变压器的初级绕组而言，每个开关晶体管的栅极与初级绕组相连接。采用启动振荡器的启动电路，对一个晶体管开关的栅极输出一正的导通脉冲。当晶体管开关中的一个晶体管开关被导通时，它的电压被切换至地电平，从而启动线路进入振荡。在较佳的实施例中，振荡频率设置为约100KHz，但可良好运行的范围是从约75KHz到约4MHz。由于在驱动电路中不存在高电压，因此安全运行是确保的。