專利名稱：超高效率雙兼容逆變源無極霓虹燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型霓虹燈及其燈源，特別是將霓虹燈芯柱電極及鐵磁式常規高壓變壓器全部革除，能兼容交流電源50Hz、60Hz頻率，220V、110V、127V、105V電壓，同時兼容普通霓虹燈的超高效率雙兼容逆變源無極霓虹燈。
現有技術中的霓虹燈及其燈源，國內外一直大量使用鐵磁式高壓變壓器，其用電量高達450伏安，電流高達2安培以上，功率因數不足0.3，同時消耗電網400乏以上的無功功率。變壓器本身還額外耗電數十瓦，時間稍長發熱嚴重。其電壓高達15000伏，絕緣等要求很高，其體積有250mm×200mm×150mm，重足有十公斤，制造使用安裝均不便，很不安全(一般不能用于家庭和商店柜臺等離人近的場合)，有較強的噪音，易擊穿燒毀和燒燈。霓虹燈電壓偏高升壓比大，往往一串字幕需一串變壓器，相當于點燃了多只千瓦級的電爐，造成巨大的能源消耗和浪費。現有技術中的霓虹燈必須有芯柱電極。芯柱電極是燈體主要部件。它由電極、特種封口引線、玻璃套、絕熱片、支撐等眾多配件組成，電極必須用純凈的金屬材料，其要求濺欺率小，逸出功小，二次發射系數大，因而需經特殊處理。例如電解銅無氧銅需經高溫硼化處理，而且要求每個電極必須均勻一致，否則較薄之處易受高溫熔化。有些電極還需先經燒氫處理。電極的成型需要鑄造、沖壓、冷擠壓等。電極引線要求亦很高，它必須與玻璃套匹配熔封，保證密封良好，熱帳系數一致永不漏氣，能通過足夠大的電流，尤其是電極熱加工時瞬間電流高達數安培之多，還得注意它和電極的焊接性能。玻璃套、絕熱片等亦須一系列特別工序的處理等。所有這些因素使燈的一致性差，壽命短且參差不齊。現有技術的霓虹燈燈壓很高，電極電位降大，離子轟擊嚴重，電極功耗偏大呈紅熱狀態，效率低燈管易損易壞，也使維修工作量增大。另一方面變化字樣時現有技術的霓虹燈由于電流很大，需采用大容量的中間繼電器和交流接觸器等，體積大不易控制。為了解決這些問題，電子電路點霓虹燈是一個方向，但目前出現的電路技術尚不過關，除電路復雜造價高調試不易外，主要是抗高壓斷路、抗高壓擊穿、抗高壓空間感應、抗高干擾等性能差。保護性電路動作多，其一旦動作需電工爬高梯恢復或更換，安全系數低等不能推廣使用。
本實用新型的任務是要提供新型的超高效率雙兼容逆變源無極霓虹燈。其將霓虹燈的芯柱電極全部革除掉，使之無電極損耗，極大的提高了效率。經實驗若再向燈管內加入微量的汞，還能進一步提高效率。其亦將鐵磁式普通高壓變壓器革除掉，效率又得到極大的提高，并且克服了電子電路的一系列技術難關，具備很強的抗高壓斷路、抗高壓擊穿、抗高壓空間感應、抗電干擾的能力(簡稱四抗性能)，能夠可靠的晝夜連續工作或間斷工作，溫升亦很低，能大大延長燈與燈源的壽命并且大幅度的節能。它還能夠使燈源的體積微型化，方便制造與使用，擴大應用領域，而且電路簡潔，具有優越的優價比。本實用新型有能力兼容多種電源，有能力兼容普通霓虹燈仍能保持超高效率，避免換代時造成換燈浪費。綜上所述，本實用新型超高效率雙兼容逆變源無極霓虹燈的出現最主要的任務是對霓虹燈系統進行根本性的全面技術改革與更新。
本實用新型任務以如下方式完成的一、創制了無芯柱無極霓虹燈燈管，其特征在于將玻管芯柱內部電極、特種封口引線、玻璃套、絕熱片、支撐等全部革除，只用一簡單的導電體在玻管外壁局部包裹或涂鍍最少一層，在該外導電體之上接出饋電線。為進一步提高效率可在燈體內增添微量汞元素。該外導電體可以是金屬的或非金屬的如銅箔、石墨涂層、金屬鍍層、氧化錫透明導電層、導電布等。亦能用導電液體或導電片料的剪切料等。外導電體形狀任意，只要能形成一定面積即可，其面積可任意大，一般取≥1～20cm2，其面積愈大阻抗愈小，改變面積量可決定或調節阻抗的大小，以適應不同管徑不同功率燈管的需要。該外導電體沿玻管外壁圓周面上可全包、半包、部分包(或螺旋包)等均可，其在玻管長度上的位置可在任意位置分布，在外包導電體外露面上可包保護層如絕緣漆、塑膠套管等。無極霓虹燈可串聯使用亦可并聯、混聯使用。二、創制了本實用新型燈源逆變源。其特征是由消擾電路、雙兼整流電路、電源兼容轉換電路、分壓兼倍壓儲能電路、逆程電路、翻轉飽和變壓器、高速電子開關、開關管保護電路、鎮流磁隔離變壓器、全懸浮磁隔離高壓變壓器構成。由消擾電路對高頻脈沖抑制，由雙兼整流電路將工頻電源轉變為直流電，而后由高速電子開關推挽式逆變成高頻電流，再經鎮流磁隔離變壓器產生較高的啟動電壓及鎮流電流送入全懸浮磁隔離高壓變壓器輸出具有四抗性能的高頻高壓點亮本實用新型無極霓虹燈或普通霓虹燈(兼容)。高速電子開關受控于翻轉飽和變壓器。為保證兼容不同頻率不同電壓的工頻交流電源，本新型在電路上采取了四項有機聯系的技術措施，一是兩只開關三極管分別由分壓兼倍壓儲能電路中的兩只電容供電即直流雙電源供電。其二設置了分壓兼備壓儲能電路，當接入的是交流220V電源時自動分壓儲能，當接入的是交流110V、127V、105V電源時自動倍壓儲能。其三設置了電源兼容轉換電路，在接220V電源時它迫使雙兼整流電路變為橋式全波整流同時迫使分壓兼倍壓儲能電路進行分壓儲能。當轉換接至110V、127V、105V電源時它迫使雙兼整流電路變為雙半波整流，同時迫使分壓兼倍壓儲能電路倍壓儲能。其四設置了雙兼整流電路，它在電路中兼有全波橋式整流和雙半波整流功能。為保證逆變源電路具有高效率和抗高壓斷路、抗高壓擊穿、抗高壓空間感應、抗電干擾，本實用新型采取了六個措施一是設置了高速電子開關。其兩只開關三極管推挽式工作在高速開關狀態，效率很高，產生熱量小，提高了安全系數。其高頻率使發光效率亦大大提高，使無極霓虹燈得以點燃，使普通霓虹燈得以兼容。二是設置了翻轉飽和變壓器，開關狀態翻轉與開關三極管放大倍數無關，工作狀態穩定一致，且大大降低了激磁電流，消除了電路不穩易產生異常脈沖的可能，亦使開關管與鎮流磁隔離變壓器提高了效率，使發熱均進一步減小，其容量均得到寬余。因而又進一步提高了安全性能。三是設置了開關管保護電路，當有異常脈沖時，開關管基極得到保護。四是設置了逆程電路，較高的磁感應反電勢得以降勢并順利通過逆程電路，使開關三極管在正程結束后在關斷期間得到保護。同時提高了效率(逆程電流向電源充電)。五是設置了鎮流磁隔離與全懸浮磁隔離。消除了高壓電路與工作電路、交流電源之間的任何電氣接通，只有雙重的磁偶合，使之大大提高安全系數，消除電干擾，抗過載、抗空載。并且消除了高頻高壓電流點燃燈管對地空間分布引起的分流使燈變暗或發光不均的一大難關，即具有抗空間感應能力。鎮流作用使電路在燈管冷態時得到較高的啟動電壓，啟動后以較低電壓工作，又提高了效率和安全系數。六是主回路工作電壓在150伏左右的中壓范圍，降低了元器件耐壓要求，并且交流電源直接整流供電，不用笨重的電源變壓器，又提高了效率，縮小了體積，減輕了重量，降低了成本，使安全系數又得以大幅度提高。
本實用新型通過以上措施，功率由450伏安下降為45伏安左右，電流由2A下降為0.2A左右，重量由10公斤下降為0.5公斤左右，燈源本身耗電由數十瓦下降為數瓦水平，體積微型化，且溫升很低(與體溫相近)。點燃7～7.5毫米紅色霓虹燈，霓虹燈由常規耗電23.5W／米，下降為5～11W／米左右，兼容點燃普通霓虹燈時其電極等損耗大幅度下降，其芯柱電極由紅熱到微熱，燈壽命延長5～10倍以上，光電效率均大幅度提高。當點燃本實用新型無極霓虹燈管，光電效率又進一步得到大幅度提高且無極燈壽命極長可近半永久性。本實用新型無噪音無50周或60周交流頻閃，發光非常平穩柔和，光色十分鮮亮美麗。其節能效果十分顯著，用戶換用本實用新型后由原先相當于點大電爐到目前的少點一只普通燈泡(幾十瓦)就可點亮一串霓虹燈，并可晝夜連點壽命極長。由于可兼容普通霓虹燈，可使現有霓虹燈得到充分兼容利用，避免升級換代造成浪費，由于可兼容多種交流電源，故可方便地適應于世界不同的廣大地區。本實用新型安全系數高具有四抗性能，具有雙重磁隔離和高壓懸浮，無危及生命危險的嚴重問題，故只要布燈絕緣良好可擴大應用于家庭或商店柜臺等離人近的場合開拓了新的應用領域。由于效率極高、發熱甚微，還可降低空調等設備的負荷等等。推廣使用后可為國家和用戶節約巨量的電力、原材料和人力物力。當采用下面要詳述的本實用新型結構時即可達到超高效率等高指標。以下將結合實施例附圖對本實用新型做進一步的詳細描述

圖1是本實用新型的原理方框圖圖2是本實用新型無極燈管結構圖及其首創符號圖圖3是本實用新型電原理圖參照圖1～3，本新型由消擾電路(1)、雙兼整流電路(2)、電源兼容轉換電路(3)、分壓倍壓儲能電路(4)、逆程電路(5)、高速電子開關(6)、翻轉飽和變壓器(7)、開關管保護電路(8)、鎮流磁隔離變壓器(9)、全懸浮磁隔離高壓變壓器(10)、無極霓虹燈(11)、兼容常規霓虹燈(12)組成。其無極霓虹燈燈管電路圖符號(13)如圖2a所示，為一長方條形(表示燈體)，兩端上部畫有虛線(表示外包導電體)與外延伸實線(表示饋電線)。圖2b示出無極霓虹燈燈管結構，其由無芯柱無極燈體(14)、外包導電體(15)饋電線(16)、保護層(17)構成。外包導電體可全包(18)、半包(19)、部分包(20)。為進一步提高效率還可在燈內增添微量汞(22)。燈的其它工藝可不變。50周或60周頻率的220V或110V、127V、105V交流電源經消擾電路(1)的L1、L2和C1對殘余的高頻脈沖分量進行抑制，經雙兼整流電路(2)的D1、D2、D3、D4橋式全波整流，以適應交流220V電源。若經D1、D2雙半波整流(D3、D4退出回路)以適應交流110V、127V、105V電源。參照圖3，D3、D4的退出回路或進入回路是由電源兼容轉換電路(3)決定的。(3)中設有一只單刀雙投開關或其它類似接頭轉換裝置(21)即K1。K1(21)上投時D3、D4退出橋式整流回路，僅D1、D2進入雙半波整流；K1下投時D3、D4進入橋式整流回路。整流所得脈動直流電源經分壓倍壓儲能電路(4)濾波并儲能于C1、C2。當用220V電源時C1、C2分壓儲能形成雙電源，C1、C2各充足二分之一交流峰值(空載)；當用110V等其它電源時，C1、C2在K1(21)的作用下接通電源后倍壓儲能亦形成雙電源，C1、C2每半周各充足交流峰值(空載)，保證了直流電源供給每管的工作電壓始終在150V左右的中壓范圍。該直流雙電源向高速電子開關(6)供電。(6)中的開管BG1由C1供電、BG2由C2供電。BG1、BG2交替高速開關將C1、C2所充直流電能逆變為高頻交流電流。(6)的翻轉是由翻轉飽和變壓器B1(7)提供保證，(7)的次級兩繞組分別接至BG1、BG2的基射極之間形成正反饋，初級繞組接至開關管輸出端得到充足的翻轉飽和電流，使B1磁芯飽和后翻轉，B1次級繞組即感應出控制開關管基極的開關脈沖，因此翻轉與否與開關管的放大倍數無關。為了保護高速電子開關(6)中的開關管BG1、BG2，在其基射極之間分別接入了R1、D7和R2、D8使不致因異常反向脈沖導致擊穿開關管，形成開關管保護電路(8)。同時設置了逆程電路(5)，其由D5、D6反向接至BG1、BG2的集射極之上。當BG1、BG2輪流關斷時，由鎮流磁隔離變壓器(9)初級產生的反電勢形成逆程電流得以通過D5、D6。逆程期間D5、D6壓降只有0.7V左右能有效保護集射極不擊穿。為進一步保護BG1、BG2還設置了降勢電容C3延緩了逆程速度，使反電勢降勢。高速電子開關(6)的BG1發射極、BG2集電極推挽輸出的高頻電流送入鎮流磁隔離變壓器B2(9)進行磁隔離鎮流。為保證磁隔離鎮流初次級繞組分繞于B2磁芯兩側并與磁芯絕緣良好。經(9)的次級輸出之磁隔離高頻電流，送入全懸浮磁隔離高壓變壓器B3(10)轉變為高頻高壓送入燈回路。燈回路可以是無極霓虹燈(11)，亦可兼容常規霓虹燈(12)。為保證高壓全懸浮并磁隔離，消除高壓空間感應，B3的磁芯必須與高壓輸出線圈靠近磁芯的一端接通形成同電位，B3初級必須與磁芯絕緣十分可靠，整個高壓變壓器各部分均要求高強度絕緣并單獨電隔離放置，使其與其它工作回路與電源之間只有磁偶合而無任何電交連。高壓變壓器即能輸出具有四抗性能的高頻高壓使無極霓虹燈或普通霓虹燈超高效率正常工作。
權利要求1.本新型超高效率雙兼容逆變源無極霓虹燈，其特征是燈管由無芯柱無極燈體(14)、外包導電體(15)、饋電線(16)、保護層(17)、燈符號(13)構成，燈源逆變源由消擾電路(1)、雙兼整流電路(2)、電源兼容轉換電路(3)、分壓倍壓儲能電路(4)、逆程電路(5)、高速電子開關(6)、翻轉飽和變壓器(7)、開關管保護電路(8)、鎮流磁隔離變壓器(9)、全懸浮磁隔離高壓變壓器(10)、無極霓虹燈(11)、兼容常規霓虹燈(12)組成。
2.根據權項1所說的霓虹燈，其特征是將玻管芯柱內部電極、特種封口引線、玻璃套、絕熱片、支撐全部革除，其它工藝不變而成無極燈體(14)。
3.根據權項1或2所說的霓虹燈，其特征是用銅箔或石墨涂層或電鍍層或氧化錫層等金屬或非金屬的導電體在玻管外壁局部包裹或涂鍍至少一層而成外包導電體(15)。
4.根據權項1或2、3所述的霓虹燈，其特征是在外包導電體(15)上連有饋電線(16)并包有保護層(17)。
5.根據權項1或2、3、4所說的霓虹燈，其特征是無極燈管符號(13)其長方體代表燈體(14)、兩端虛線代表外包導電體(15)、虛線外延伸實線代表饋電線(16)。
6.根據權項1或3所說的霓虹燈，其特征還在于a)外包導電體(15)可全包(18)、半包(19)、部分包(20)最少一層，面積≥1～20cm2或任意。B)外包導電體(15)在玻管長度上的分布位置不限。
7.根據權項1所說的霓虹燈，其特征是用四項有機聯系的技術措施保證兼容不同頻率不同電壓的工頻電源1)兩只開關三極管分別由C1、C2儲能供電即直流雙電源供電。2)設置分壓兼倍壓電路(4)；3)設置電源兼容轉換電路(3)；4)設置雙兼整流電路(2)。
8.根據權項1或7所說的霓虹燈，其特征是用六項技術措施保證抗高壓斷路、抗高壓擊穿、抗高壓空間感應、抗電干擾和具有電路高效率1)設置高速電子開關(6)；2)設置翻轉飽和變壓器(7)；3)設置開關管保護電路(8)；4)設置逆程電路(5)；5)設置鎮流磁隔離(9)與全懸浮高壓磁隔離(10)；6)主回路工作電壓在中壓150伏范圍。
專利摘要本實用新型公開了一種超高效率雙兼容逆變源無極霓虹燈。用銅箔或石墨涂層或電鍍層或透明氧化錫層等金屬或非金屬導電體在玻管外壁局部包裹形成外包導電體，將芯柱電極、特種封口引線、玻璃套、絕熱片、支撐等全部革除；其燈源逆變源用具有雙兼容、磁隔離和四抗性能的新型電子電路，將重達10公斤的普通霓虹燈高壓變壓器革掉。其節能和節約原材料效果顯著，用戶由原先相當于點電爐到目前的只要少點一只小燈泡(幾十瓦)就可點亮一串霓虹燈，光色鮮亮。
文檔編號H05B41/24GK2049454SQ88214078
公開日1989年12月13日 申請日期1988年9月23日 優先權日1988年9月23日
發明者戴占明, 戴占順, 戴占亮 申請人:戴占明