電子鎮(zhèn)流器對熒光燈性能的影響

Electronic Ballast(EB) Effect on Performances of Fluorescent Lamp(FL)

遼寧工學(xué)院陳永真曹永剛郭濤王智（錦州121001）摘要:提出鎮(zhèn)流器與熒光燈配套工作基本要求，指出其不足，分析電子鎮(zhèn)流器對熒光燈工作的影響、燈管故障對電子鎮(zhèn)流器的影響和電子鎮(zhèn)流器存在的問題，提出優(yōu)質(zhì)電子鎮(zhèn)流器的基本性能要求。

Abstract: Described fundamental requirements of the ballast and the fluorescent lamp form a complete set work.Analyzed EB effect on FL work,tube of FL effect on the ballast and EB existed defects,raised high－ quality EB fundamental performance requirements.

關(guān)鍵詞：預(yù)熱啟輝不啟輝保護開關(guān)壽命波形系數(shù)

Keywords:Preheat start， Protection of no start， Life of switch， Waveform factor

　　熒光燈是一種適用交流供電環(huán)境下的電光源，它要求燈絲預(yù)熱后啟輝以確保其使用壽命。熒光燈、電感鎮(zhèn)流器、啟輝器配套使用基本上滿足了這一要求，而且當(dāng)燈管由于各種原因（特別是在不能激活）不能啟輝狀態(tài)下，鎮(zhèn)流器不致過熱損壞。電感鎮(zhèn)流器的缺點是：閃爍，容易造成眼睛疲勞，啟輝器壽命短，每次點燃平均需三至五次的啟輝過程，電壓偏低或環(huán)境溫度過低時啟輝困難，功耗大，鎮(zhèn)流器溫升高。因此隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子鎮(zhèn)流器應(yīng)運而生。

1電子鎮(zhèn)流器的啟輝方式及其對燈管開關(guān)壽命的影響

　　為減小器件尺寸可將電子鎮(zhèn)流器做成高頻逆變器，開關(guān)頻率一般在30～50kHz，鎮(zhèn)流電感的儲能較電感式鎮(zhèn)流器小得多，電感釋放的能量不能擊穿燈管，故采用目前流行的LC諧振方式產(chǎn)生足夠高的諧振電壓擊穿燈管。使燈管啟輝，點燃后由電感鎮(zhèn)流。

采用LC諧振啟輝方式可使燈管在燈絲沒有加熱狀態(tài)下強行擊穿啟輝，也就是“即點即亮”。這種“即點即亮”的功能似乎用起來很方便，但由于燈絲沒有加熱而不能發(fā)射電子去中和汞離子，使在高壓電場作用下的汞離子轟擊燈絲，使燈絲表面的有利于發(fā)射電子的物質(zhì)被轟擊飛濺，違背燈絲加熱后再加高壓啟輝的基本原則。在燈管點燃前的啟輝期間，由于LC諧振回路Q值較高（10～30）。燈絲冷態(tài)電阻低（總計不足10Ω），故諧振電流將達到正常工作電流的10倍左右。開關(guān)管、諧振電容將承受巨大的電流，電流沖擊是電子鎮(zhèn)流器故障率高、壽命短的主要原因之一。因此電子鎮(zhèn)流器必須具有燈絲預(yù)熱后啟輝的功能。熒光燈燈絲預(yù)熱的基本要求是：在電子鎮(zhèn)流器通電最初2秒左右的時間對燈絲預(yù)熱到600℃～800℃（在光線較暗處可見燈管兩端開始發(fā)紅）后在燈管兩端加LC諧振高壓擊穿燈管，使其點燃。由于燈絲預(yù)熱后具有發(fā)射電子的能力，可在燈絲加熱時將汞離子中和，使其停止加速，在最大程度上減小對燈絲的轟擊，延長燈絲壽命。在燈絲預(yù)熱過程中也不應(yīng)有輝光放電。這樣做以后，燈管的開關(guān)壽命一般可以超過20萬次，最低也能超過10萬次。從而消除了以往每一次點燃減少使用壽命半小時到一小時的傳統(tǒng)觀念，使熒光燈的通斷基本上不再影響其使用壽命。欲實現(xiàn)這種效果，必須優(yōu)選預(yù)熱方式。

　　啟輝方式如采用PTC元件并聯(lián)在諧振電容兩端的方式，使電子鎮(zhèn)流器通電后，利用PTC元件冷態(tài)的低電阻值降低電感電容諧振回路的Q值，從而降低電容兩端的電壓，使燈管不被擊穿啟輝，而處于預(yù)熱狀態(tài)。當(dāng)PTC元件通過電流被加熱到轉(zhuǎn)折溫度時，由低阻狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，使諧振回路的Q值升高，電容兩端（即燈管兩端）電壓升高使燈管被擊穿啟輝。從理論上講，這種預(yù)熱啟輝方式可行，但實際應(yīng)用中，由于PTC元件處于高溫狀態(tài)，因此其可靠性得不到長期保證，而且當(dāng)環(huán)境溫度變化范圍很大時，高溫環(huán)境下PTC元件將起不到對燈管預(yù)熱啟輝的作用，同時也容易因燈管冷啟輝時的過電壓（高于正常啟輝時數(shù)倍）造成PTC的擊穿。而在低溫環(huán)境又因加熱的電功率不足，使PTC元件溫度達不到轉(zhuǎn)折值，常使燈管不能被擊穿點燃或點燃后又回到啟輝狀態(tài)，而不能維持正常照明。由于以上諸原因，在實際應(yīng)用中常出現(xiàn)PTC元件的損壞，甚至先于燈管而損壞，在總的效果上對燈管的開關(guān)壽命改善不十分明顯。我們認(rèn)為低應(yīng)力預(yù)熱啟輝方式最好，即在預(yù)熱過程中電子鎮(zhèn)流器的各處應(yīng)力均不高于正常啟輝狀態(tài)，輸入功率隨燈絲的溫度上升而緩慢增加，并在燈絲被加熱到具有發(fā)射電子能力時，將LC諧振高壓加到燈管兩端使燈管被擊穿啟輝，由于燈絲被預(yù)熱，熒光燈管的啟輝電壓明顯降低（150V～290V），這樣不僅燈絲發(fā)射電子可中和被電場加速的汞離子，而且由于燈管擊穿場強較燈絲冷態(tài)燈管擊穿場強小得多，汞離子速度小，進一步減小汞離子（原子）對燈絲的轟擊，使燈管壽命的延長得到保證。

2燈管故障對電子鎮(zhèn)流器的影響

　　在電感鎮(zhèn)流器與熒光燈配套時，隨著點燃時間的增長和開關(guān)次數(shù)的增加，燈管中燈絲表面發(fā)射電子物質(zhì)由于汞離子的轟擊作用飛濺而減少，燈絲發(fā)射電子能力減弱造成燈管電壓升高，電流減小，最終不能維持燈管電壓高于啟輝器輝光放電電壓，使啟輝器反復(fù)動作，燈管不能正常點燃，即燈管壽命終了，這時只能更換新燈管才可恢復(fù)工作。

　　電子鎮(zhèn)流器與熒光燈配套使用時，由于電子鎮(zhèn)流器是采用諧振式啟輝方式，燈管點燃后，導(dǎo)通的燈管并聯(lián)在諧振電容兩端使諧振回路Q值急劇下降，這時電容的端電壓為燈管的工作電壓。當(dāng)燈管壽命后期，由于前述原因，使燈管電壓增加，在這種狀態(tài)下，諧振電容端電壓和電流隨之增加，燈絲電流增加，從而緩和了燈絲發(fā)射電子不足的現(xiàn)象，但燈功率增加。

　　當(dāng)燈管壽命終了時或由于其他原因可能會出現(xiàn)燈管不能被激活啟輝，等效諧振電感、諧振電容將流過正常工作電流的10倍甚至更大的電流，如燈絲在很短的時間內(nèi)不能燒斷，則上述元件特別是開關(guān)管將被熱擊穿，從而使電子鎮(zhèn)流器損壞。

　　如熒光燈兩端燈絲發(fā)射電子不平衡時，將出現(xiàn)程度不同的“整流”現(xiàn)象。當(dāng)這種“整流”現(xiàn)象嚴(yán)重時，將使兩個串聯(lián)的輸入濾波電解電容器分壓輸出點電位發(fā)生偏移，可能造成其中一個電容器上的電壓超過其額定電壓而被擊穿，使電子鎮(zhèn)流器損壞。

3電子鎮(zhèn)流器應(yīng)走出誤區(qū)

　　目前很多電子鎮(zhèn)流器制造商為降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)的電子鎮(zhèn)流器無燈絲預(yù)熱功能，或即使有預(yù)熱功能但多形同虛設(shè)。極大地影響燈管使用壽命和電子鎮(zhèn)流器的使用壽命。不僅造成資金和資源上的極大浪費，而且廢棄的舊燈管將造成汞及熒光粉對環(huán)境的污染。由于電子鎮(zhèn)流器大多沒有在燈管不能激活啟輝時的自身保護功能，致使燈管壽命終了時必然燒壞電子鎮(zhèn)流器，形成壞一只燈管，同時也壞一只電子鎮(zhèn)流器的現(xiàn)象。為提高電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)，高功率因數(shù)的電子鎮(zhèn)流器大多采用如圖1所示的整流電路，功率因數(shù)可達0.96，但整流輸出電壓紋波達50％，見圖2。

一般恒壓整流輸出電壓下，電子鎮(zhèn)流器與熒光燈配套使用時，燈管電流波形系數(shù)約為1.4～1.5，采用圖1的整流電路后實驗結(jié)果為燈管電流波形系數(shù)增加30％，為確保燈管電流波形系數(shù)小于國家標(biāo)準(zhǔn)GB10682－89中規(guī)定1.7的要求，必須使恒壓整流輸出供電下的電子鎮(zhèn)流器與熒光燈配套時燈管的波形系數(shù)小于1.4。實際上設(shè)計合理的電子鎮(zhèn)流器，電流波形系數(shù)一般在1.35。

　　一些電子鎮(zhèn)流器制造商為了減小電子鎮(zhèn)流器的損壞率，燈管輸入功率常常小于GB15143－94，GB15144－94中的規(guī)定，甚至有的電子鎮(zhèn)流器的輸入功率僅為燈管額定功率的80％，這種燈管的降額使用方法，不僅使燈管的光效降低一個檔次以上，同時也降低了燈管使用壽命。

圖1高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的電路

(a)交流電壓、電流波形

（b）直流電壓紋波圖2電子鎮(zhèn)流器的電壓、電流波形

圖2電子鎮(zhèn)流器的電壓、電流波形

　　綜上所述電子鎮(zhèn)流器的誤區(qū)，導(dǎo)致燈管的使用壽命明顯短于使用電感鎮(zhèn)流器的情況，并且壞一個燈管就燒壞一個鎮(zhèn)流器，喪失了熒光燈壽命長的優(yōu)點，而且由于很多電子鎮(zhèn)流器沒有加裝保險絲，造成了電氣事故和電氣火災(zāi)的隱患。

　　性能優(yōu)良的電子鎮(zhèn)流器應(yīng)具備：燈絲預(yù)熱功能；燈管不啟輝保護功能和抗“整流”效應(yīng)功能；并使電子鎮(zhèn)流器輸入電流的諧波成分滿足IEC555－2標(biāo)準(zhǔn)。這樣不僅電子鎮(zhèn)流器可靠性得到保證，而且由于采用了預(yù)熱啟輝方式和約1.4的燈管電流波形系數(shù)，使熒光燈使用壽命明顯高于電感鎮(zhèn)流器配套的熒光燈，也明顯高于制造商標(biāo)定的使用壽命。