霓虹灯电子变压器技术之发展

发布日期：2005-03-31　文章来源：珠海南宇星电子有限公司总经理

霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光放电发光的光源，其特点是高的启动电压，工作电压和小工作电流。以前在各种霓虹灯工程和装置中，都是采用铁芯漏磁变压器来匹配霓虹灯管而解决此问题，它的优点是可靠性与耐久性较高。缺点是体积大、耗电多、功率因数低、产生工频噪音、不便于多功能显示控制等。

20世纪70年代出现了世界性能源危机后，许多公司致力于新型节能电光源(如荧光灯交流电子镇流器、霓虹灯电子变压器等)的研究。半导体技术日新月异的飞速发展，各种作为开关管使用的高反压大电流功率器件不断出现，为霓虹灯电子变压器的开发提供了前提条件。我国对霓虹灯电子变压器的研究和生产始于20世纪80年代中后期，当时霓虹灯电子变压器属第一代，它们有以下缺点：

1、输出功率不足：配用电子变压器的霓虹灯亮度偏暗，负载灯管的长度有限，灯管的密度较低，不能满足大型霓虹灯广告牌的需求。
2、显示亮度不均匀：因为恒流特性差。
3、工艺结构欠佳：只作了适当的防水防潮处理，主要适用于室内场合，密封性不足导致不能露天使用。
4、电磁干扰偏大：不能满足E M C要求。

二、霓虹灯电子变压器的改良

20世纪90年代后期，商业广告等霓虹灯市场进一步繁荣，市场需求更强劲增长，霓虹灯管的制作技术进一步提高，霓虹灯工程的施工经验得到不断总结和完善，同时期开关电源相关技术的应用更加成熟，质优价廉的电子零件不断涌现，促使更多的公司研究开发和完善霓虹灯电子变压器，在它关键技术(高压绝缘、散热、电磁屏蔽及防水)上作出改进，提高电路可靠性，延长其使用寿命，改良后的霓虹灯电子变压器以下性能得到提升；
A、为霓虹灯提升供启动和正常工作所需要的电压和电流。
B、具有完善的保护功能；如开路(超载)保护、短路保护、过
热(过流)保护等。
C、符合有关的安全认证：如UL认证、CE认证等。
D、具有防潮湿、防雨水和防灰尘等防护功能。
目前霓虹灯电子变压器基本采用电压反馈式半桥逆变电路。

三、第二代霓虹电子变压器

霓虹灯的应用范围除广告照明外，在建筑物(如楼体及道路桥梁)夜景照明、艺术装饰、信号标志及舞台灯光照明等方面均有广阔的前景。半导体电子技术的发展，新材料如三基色荧光粉等的使用，霓虹灯电子变压器也得到进一步推广使用。市场的广阔前景引导更多的企业投入更大的人力物力研究和改善提高霓虹灯电子变压器的性能，特别是电脑控制技术的完善，如七彩渐变扫描技术的推广应用，使与之匹配使用的电子变压器性能上有质的飞跃：

①减少启动或关断冲击电流②采用软开关(零电压／电流开关一ZVS／ZCS)技术、APFC技术等。

目前霓虹灯电子变压器的发展方向是①体积小型化、轻量、高效。②功率大、输出电流大、功率因素高。市场上流行的有以下几种：
1、? 交流有感系列：
①常规型，以输出6KV@20MA/30KHz为主，适应于广告招牌等。
②小型机一负载长度为0.1-3m左右，分 0．1-1m、0．1-2m、O．1-3m三种，适用广告灯箱及城市灯光照明等变色控制。
2、交流无感系列：输出直流脉动高压，可解决亮度不均匀问题，但对充汞灯管有极化现象，现在逐步减少使用。
3、交流高亮／超高亮系列：(Ф15mm氖管或Ф20mm氖管负载)：
以输出10KV／40mA为主(Ф20氖管)，主要用于商业广告及城市灯光照明、霓虹灯工程轮廓。
4、直流(低压)系列：输入为DCl2V±10％、DC24V±10％为主，较适合用于室内装饰工艺灯。
5、多功能型：通过改进霓虹灯电子变压器控制电路，可以增加
其多种功能；声光控型、自闪型、调光型、书写型等，配用特殊人灯管还可以实现变色、滚丝等功能。

四、新型霓虹灯电子变压器简介

A、小型霓虹灯电子变压器的电路设计上从以下几方面考虑：
1、不接灯管负载不启动，或停振、自动关闭。
2、短路自动保护，功耗仅1．5w左右。??? ．
3、根据负载灯管长度自动调整功率，超载时减少输出电流，实现保护功能因而它在安装使用上有以下优点：
①价格低、体积小，输出电压低，连接引线短，对环境的电磁干扰小。
②对绝缘的要求降低，可减少高压打火等危险事故发生，从而提高安全性。
③多只小型机联用，可以加大灯管密度，避免高频高压使用时因电流不恒定导致的"两端亮中间暗"现象。
④更易于七彩渐变扫描等控制，因而较适用于"城市亮化"工程中的灯光护栏，变色、广告轮廓等使用场合。

B、交流高亮／超高亮系列的特点是功率大、输出电流大、功率因数高

电路设计时增加了功率因数提升电路、去谐波电路及抗电磁干扰(EMI)措施，以减少对电网的污染、抑制来自电网的浪涌，按整流电路中有无大的直流滤波电解电容分为两种；
①电源电路中有大电解电容，启动或关断时冲击电流大，扫描控制时有可能不同步，使用寿命受到限制。
②电源电路中无电解电容，启动或关断时冲击电流小、功率凶数很高(0．95以上)，恒流特性好，适用于彩渐变扫描等场合。

五、实际设计制作时几方面改进

l、提高它的频率，一般采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫，如果采用MOSEET，则可达几百千赫，一方面可以减小所使用储能元件如：电容、电感或变压器的体积，另一方面可以提高霓虹灯的发光效率。

2、采用复合电路，两只或三只三极管并联使用，多只储能元件并用，以增大它的功率，增大它的输出电流，提高它的功率因数。如10米超高亮机；输入功率150W／230W、输出电流40mA／60mA、功率因数0.955；

3、整个霓虹灯电子变压器采用全环氧树脂灌封，经抽真空和烘烤后，可防水，适于室内外使用；

4、精选电子元件，尽量减少元件，设计时要考虑一定余量，如滤波电容用2只耐压250V的串联，选用105℃型成品机经足够时问老化后筛选，从而提高它的可靠性和使用寿命；

5、选择先进的PCB LAYQUT技术，采用计算机辅助设计和控制，模拟它的最简结构和最佳工作状态，在电路中增加EMI滤波电路、去除谐波电路和屏蔽接地装置，有效降低电磁干扰；

6、增加完善保护功能，提高其耐久性、安全性；

7、改善散热设计，加装散热片和散热板，采用导热性能好的灌封材料及填充料、改进灌封工艺，提高其耐热性；

8、使用新材料，如阻燃材料、硅橡胶高压线，新型磁材、新型电容器，新型功率开关器件，以适应不同的环境温度和地区：

9、引用制造新技术新工艺，如使用无铅焊接技术以减少对环境的污染；

10、引进、制定新标准；将有关技术指标、测试方法等标准化，以指导生产、服务用户。

六、结语

进入21世纪，绿色环保照明才是人类的追求，在霓虹灯电子变压器中推进电磁兼容(EMC)技术、APFC技术、软开关(ZVC&ZCS)技术等及新材料的应用和发展；在减少环境污染、电磁干扰及提高功率因数、提高亮度，可靠性等方面作出改进，完善霓虹灯电脑控制技术，使霓虹灯电子变压器更易于七彩渐变扫描等控制及符合相关国家安全标准，节能环保型霓虹灯电子变压器乃大势所趋，现在中国的有关生产厂家及公司都在努力研究和改进，相信不久的将来会有突破性进展，涌现出各种适应国际国内高、中、低端市场需求的霓虹灯电子变压器。