２０１５年６月 光源与照明 ２０１５年第２期 电子镇流器与节能灯管的匹配分析 赵柱博上海时代之光照明电器检测有限公司（上海２０１ｌ１４） 摘要：本文分别从阻抗匹配，灯管负载，灯管特性等几个方面分析了电子镇流器与节能灯管的匹配原理。 关键字：电子镇流器（ＥＢ）；匹配原理；预热方法；工作寿命 ０引言 当前，照明科技飞速发展，经历了工频电感式镇 流器、电子镇流器（ＥＢ）、ＬＥＤ控制装置三个阶段。其 中与ＥＢ匹配的节能灯作为继白炽灯后应用最广的电 光源，在照明科技的发展中有着承上启下的作用。ＥＢ 的工作原理实则是对交流电压从低频切换为高频的过 程，属于电源变换器的一类，较之于电感镇流器，ＥＢ 的运行特点，成本效益以及控制性能都要高出很多。 对它的Ｔ作原理研究能有效地为现阶段ＬＥＤ的发展提 供町靠的理论支持。因此，本文从以下几方面来描述 ＥＢ与节能灯管的匹配。 １原理 （１）阻抗 配，节能灯也遵守电源与负载阻抗相 匹配原理。 （２）节能灯的负载尤其独特之处：ａ．负阻特性； ｂ．启动之前短路特性；Ｃ．与电源不匹配，需加电感 与电容，使之与电源进行阻抗匹配；ｄ．加了电感、电 容，就有振荡频率产生。 （３）灯管还具有热阴极的属性，要通过预热，降 低灯启动时电子粉的消耗量，方可延长灯管的使用期限。 （４）节能灯管与镇流器匹配，就围绕着灯管负载 的特性设计。 ２概念 灯管匹配需要符合两个条件：ａ．晶体管的运作过 程必须处在安全环境之下；ｂ．确保阴极在启动以及工 作状态都不会受到损坏。 与灯管相匹配的一个关键性问题就是在灯管启动 和工作状态中都尽可能地少消耗电子粉。对于启动阶 段，如何降低电子粉的额外耗损量，就必须弄清如下 几点： （１）起振电压：把ＥＢ和节能灯管同时与测试仪 表相连，由０ Ｖ起往上旋动调压器，直至发现仪器上 有电流通过并且有电压显示，这就代表镇流器启动。 （２）启辉电压：继续旋动调压器，直至灯管得以 ・４４． 全部亮起。 （３）最低预热电压为５０Ｖ：即是指要达到预热的 日标，就必须制造出自镇流器启动直至灯管全部亮起 有５０ Ｖ的电压差。 ３预热方法 预热的途径有很多，以下着重阐述几类预热方法： （１）不用预热元件的变频预热方法 变频预热：由于ＥＢ和灯管阻抗未能匹配在一起， 便叮将电感电容（ＬＣ）置于负载之中，如此而获得的 灯管匹配就是所谓的频率匹配。一旦镇流器电源和电 感电容电阻（ＬＣＲ）的频率一致时，电路呈阻性，可 迅速开启。若ＥＢ电源频率低于ＬＣＲ，电路呈容性， 损坏三级管。反之，电路为感性，节能灯管的启动就 会出现一定延时特性。 利用这样的特点，町以设计出一类无需任何预热 元件的变频预热法，让ＬＣＲ的Ｔ作频率稍稍比电源的 低一些，加长谐振用时，让电流通过灯丝，而灯管并 不开始启动工作，以此来实现预热。根据此原理设计 出的Ｉｃ芯片镇流器便可顺利实现预热的目的。（调试 技巧：起振电压应尽量在ＤＢ 触发时起振，易控制预 热电压时间；启辉电压２２０ Ｖ时控制在１２０ Ｖ以下， 就可以控制灯丝工作电流不超标；预热电压＞５０ Ｖ， 预热时间越充分，开关寿命越长。通常，预热时间是 不可控的，而且利用此方法也无法减短辉光放电的用 时，灯管的开关次数无法增加至几万次，最多可达到 一万次左右。 （２）ＰＴＣ预热方法 ・未加ＰＴＣ预热电压的选择：为了避免预热过程 中，从灯丝上通过的电流太大，失去预热的意义，那 么就要格外关注ＰＴＣ尚未添加时预热电压的设置。通 常，５０ Ｖ电压是首选，且灯管必须启动，８０ Ｖ为上 限，否则将无法达到预热的最理想状态。 ・加ＰＴＣ预热启动电压的选择：一般都要在１００Ｖ 电压以内，１２０Ｖ是上限，若不如此，冬天就很难启动。 ＯＰＴＣ选择：直径稍小，阻值却尽量大一些的ＰＴＣ ２０１５年６月 光源与照明 ２０１５年第２期 当是首选，通常需要阻值约为１００ Ｑ。这对初学者而 言是非常容易把握的，同时也利于预热时间的控制， 对启动电压也很好调节，当操作者技术熟练之后，可 以适当选用阻值低一些的ＰＴＣ。 ・预热有效的目测：这一点是有很大难度的，但 也是操作的关键环节，并且不容易表述。启动以前， 灯丝最好是呈现杏红色，如果灯丝发白，就说明预热 电流太大，可能是由于ＰＴＣ选用的直径过大或是阻值 太小不合适，因而应当调整ＰＴＣ，选用直径稍小，阻 值稍大一些的；若是灯丝泛出紫光，就意味着预热无 效，时问不够，需要调换直径稍大或是阻值稍小点的 ＰＴＣ，出现这种颜色也有可能是ＰＴＣ本身的质量有问 题，导致了假预热现象。 ￣ＰＴＣ假预热的识别：当预热完成之后，开启电 压之前，原先呈现杏红色的灯丝骤然变暗，这就表示 是灯管启动之时，灯丝已经冷了，说明ＰＴＣ的质量不 过关，其预热过程，要把握的重点就是，当灯丝是红 色的，灯管开启，也有可能为假开启，是无效的。 ●在测试仪表上真延时、假预热识别：启动时观 测启动波形图，灯丝与导入阴级电流无电流显示，即 指有预热时间显示，灯丝却无电流通过，这一点也仅 针对无预热元件的启动（ＰＴＣ假预热：在预热曲线上 发现在灯丝电流和导入阴级电流在启动之前突然凹下 去，减少或消失了，再启动灯管，又变成在冷启动）。 由于ＰＴＣ开启之前会出现拐点，这会让辉光的放 电用时偏长，如此就只能达到１万次～３万次的开关 次数，不过，ＰＴＣ能够达到充分预热的条件，经济实 用，是为上选。 （３）超长开关寿命节能灯一短路预热 以上所述的预热办法，仅仅就是单纯的预热，其 优点就是可让阴极的电子粉升温到８００℃，这也是电 子粉正常的发射温度，可让其耗损量降低不少。对于 灯管匹配而言，最主要的是要缩短辉光放电的用时。 当预热开启终结或是对灯管施以击穿的电压直至其启 动成功时的时间段内，都可称之为辉光放电，通常放 电时间在１００ ｍｓ以内。以上所述的几类预热办法都无 法缩短辉光放电的用时，接下来要介绍的，是可以缩 短辉光放电用时的办法。其中，最佳的方法是：一类 新元件，可在１００ ｉｉ１ｓ之内，最好在２００ ｉｎｓ以内完成 开关。如此，便可在短路预热终止之时，立即打开短 路预热的电流通路，让辉光放电耗时在２０ｍｓ之内，便 可让启动用时迅速超越辉光放电的耗时，这样就能让 开关使用次数达到十万到百万多次。 ４长寿节能灯研制关健一工作寿命 所谓节能灯寿命，可以分成两方面，一是工作寿 命，即是指节能灯点亮状态的维持时间，这是制造出 长寿灯管的核心问题；二是开关寿命，此寿命无法取 代工作寿命。工作寿命的长短受到灯管参数以及镇流 器所给予的参数双重影响。 众所周知，灯管参数十分重要，过去的荧光灯管 参数均是将电感镇流器的参数作为基础，它的设计原 理就是当点燃时把灯丝断流，进而设计出预热的阴极 电流。ＥＢ所匹配的灯管及其生产厂家也都是将电感镇 流器点灯作为设计的理论基石。以Ｔ５ ２８ ｗ灯管为例： 灯管中的电流通常为０．１７Ａ。若是将ＥＢ管流设计成 ０．１７Ａ，灯管便会过早出现黑头，若是将导入阴极电流 设计成０．１７Ａ，灯管要使用两年左右才有可能出现稍 稍的黑头。以Ｔ３半螺２６ ｗ为例：如导入阴极电流为 ２３５ｍＡ，设计阴极灯丝电流为２３５ｍＡｘ１．１５＝２７０ｍＡ 时，方可确保阴极的工作温度（８００—１ ０００￣Ｃ）维持在 稳定状态。让电子的发出和收到实现自主平衡，放缓 电子粉耗损的速度，让灯管工作寿命获得延长。通常 灯阴极选对应的大工作电流，一般为２７０ ｍＡｘ１．５ 倍一４１３ ｍＡ左右灯丝为宜。灯丝冷阻的选择： （１）灯功率与灯冷阻成反比； （２）有预热启动选小冷阻灯丝，冷启动选冷阻高 的灯丝。 灯丝设计公式是导入阴极以及镇流器灯电流在设 计过程中所应当遵从的，当阴极电流能够得到确保时， 就应当给予灯丝尽量小的电流。 导人阴极电流应当以灯管工作寿命为中心进行设 计，比如，在改进灯丝减流方面，无论如何减，都要 保证导人阴极的电流能够满足设计所需，有一点是设 计者应当知晓的，灯丝所对应的工作电流上限除以１．５， 以此设计灯管阴极电流，方可获得更长寿的灯管。 ５结束语 与ＥＢ匹配的节能灯作为实用型的电光源，它不 仅容易启动，不出现频闪现象，还十分经济省电，受 到了普遍欢迎。这也是我国绿色照明系统工程中的一 项关键性节能项目，一直被着力推行。本文以上所述 仅是浅显之论，尚需更进一步的深人探索。 参考文献 ［１】１ 毛兴武，祝大卫．新型电子镇流器电路原理与设计［Ｍ】．北京 人民邮电出版社，２００７． 【２ ＧＢ／２］Ｔ１７２６３—２００２，普通照明用自镇流荧光灯性能要求【ｓ】． 【３】ＧＢ／Ｔ１５１４４之Ｏｏ９，管型荧光灯用交流电子镇流器性能要求【Ｓ】 ・４５・
