熒光燈常用燈絲預(yù)熱技術(shù)介紹及電路設(shè)計(jì)

摘要：電子鎮(zhèn)流器由于具有節(jié)能，發(fā)光無頻閃和易于實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制（如IEC929附錄E的有關(guān)要求）等一系列優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用。熒光燈如采用適當(dāng)?shù)臒艚z預(yù)熱方法，對(duì)提高熒光燈的壽命有非常重要的作用。介紹了幾種常用的熒光燈燈絲預(yù)熱方法及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：熒光燈；燈絲電流預(yù)熱型；燈絲電壓預(yù)熱型

1 常用照明方法與特點(diǎn)

常用的電光源主要有熱致發(fā)光光源，氣體放電發(fā)光光源，固體發(fā)光光源等三類。

熱致發(fā)光光源如白熾燈，它利用斯涅藩－波爾茲曼定律，即物體溫度越高，它幅射出的能量越大。這可用式（1）表示。

E=μ×ξ×T⁴（1）

式中：E為物體在溫度T時(shí)單位面積和單位時(shí)間內(nèi)的紅外幅射總能量；

μ為斯涅藩－波爾茲曼常數(shù)（μ=5.6697×10^－12W/cm²·K⁴），

ξ為比幅射率，即物體表面幅射本領(lǐng)與黑體幅射本領(lǐng)之比值；

T為物體的絕對(duì)溫度。

利用熱致發(fā)光原理制成的電光源制作簡(jiǎn)單，成本低，但是發(fā)光效率低，只有11％左右，而其余的能量則以熱的形式消耗掉（紅外、熱能消耗分別占69％及20％）。

固體發(fā)光光源，如發(fā)光二極管、等離子體發(fā)光器件等，盡管它們的發(fā)光效率高，但目前還不能做到大功率（如上百瓦），所以，固體發(fā)光器件要進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用階段還有一段距離。

氣體放電發(fā)光器件，如熒光燈（Florescent）、金鹵燈（Hilide）、高強(qiáng)度放電燈（HID）等，它們的發(fā)光效率為普通白熾燈的幾倍。由于氣體放電燈的功率可以做得較大（上千瓦），發(fā)光效率又高，是一種綠色照明光源。其中，熒光燈是一種充有氬氣的低氣壓汞氣體放電燈，發(fā)光效率和壽命都比白熾燈高。熒光燈發(fā)光效率約23％，紅外、熱能占總耗能的36％及41％。熒光燈發(fā)光均勻、亮度適中、光色柔和，是理想的室內(nèi)照明燈，在照明中得到了廣泛的應(yīng)用。熒光燈是通過引燃燈管內(nèi)稀薄汞蒸汽進(jìn)行弧光放電，汞離子受激產(chǎn)生紫外線，激發(fā)燈管內(nèi)壁涂層熒光粉發(fā)出可見光。但是由于熒光燈工作的負(fù)阻特性，在使用時(shí)須配用鎮(zhèn)流器件。

2 有關(guān)熒光燈的燈絲預(yù)熱

國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC929和我國的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBK74012－90，都有關(guān)于電子鎮(zhèn)流器在“正常情況下使用時(shí)，應(yīng)使燈啟動(dòng)，但不對(duì)燈性能造成損害”；“施加陰極預(yù)熱電壓的最短時(shí)間應(yīng)不少于0.4s”和“開路電壓的波峰系數(shù)不得超過1.8；在最低預(yù)熱期間，不得產(chǎn)生即使是極窄的、不影響有效值的電壓峰值”等規(guī)定。

預(yù)熱啟動(dòng)是指在燈陰極被加熱至熱電子發(fā)射溫度后才觸發(fā)燈。通常采用控制陰極電流進(jìn)行預(yù)熱或控制陰極電壓進(jìn)行預(yù)熱的方式。無論采用哪種方式啟動(dòng)，都應(yīng)滿足下列要求：

1）在燈陰極達(dá)到電子發(fā)射狀態(tài)之前，燈兩端之間或燈與啟動(dòng)輔助裝置之間的開路電壓應(yīng)保持在低于導(dǎo)致陰極受損害的輝光放電的水平；

2）在陰極達(dá)到發(fā)射狀態(tài)之后，開路電壓應(yīng)足夠高，可使燈迅速啟動(dòng)而無須重復(fù)多次才能啟動(dòng)；

3）在陰極已處于發(fā)射狀態(tài)，若開路電壓須升高后才能使燈啟動(dòng)，則開路電壓從低到高的轉(zhuǎn)變過程中，必須在陰極仍處于熱電子發(fā)射溫度期間完成；

4）在陰極預(yù)熱階段，預(yù)熱電流或預(yù)熱電壓不得過大或過高而使陰極上發(fā)射物質(zhì)因過熱而受到損害。

燈陰極預(yù)熱啟動(dòng)可分為以下兩種情況。

2.1 采用控制燈陰極電流進(jìn)行的燈絲預(yù)熱

2.1.1 有效預(yù)熱電流和發(fā)射時(shí)間（t_e）

為使某一類型陰極達(dá)到最低發(fā)射溫度所需的熱量，可用時(shí)間、電流和由該類陰極的物理特性所決定的一個(gè)常數(shù)來表示。這種關(guān)系可由式（2）表示。

t_e=（2）

式中：t_e為達(dá)到發(fā)射狀態(tài)的時(shí)間，≥0.4s^（1）；

a為特定類型陰極的常數(shù)；

i_k為獲得t_e所需的最小燈絲有效預(yù)熱電流（A）；

i_m為達(dá)到發(fā)射狀態(tài)所需的燈絲最小電流絕對(duì)值（A）^（2）；

注：（1）達(dá)到發(fā)射狀態(tài)的預(yù)熱時(shí)間0.4s通常是不可取的，實(shí)踐證明在此時(shí)間內(nèi)不總是可以使陰極燈絲達(dá)到充分預(yù)熱。

（2）此值是假定從冷態(tài)開始施加燈絲預(yù)熱電流的時(shí)間足夠長(zhǎng)（如≥30s）的情況。

2.1.2 有效預(yù)熱電流的最大值

可以在短時(shí)間（t≤0.4s）內(nèi)施加較大的燈絲有效預(yù)熱電流而又不損壞陰極，但超過0.4s后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，此電流值應(yīng)逐步減小，直至達(dá)到2s或更長(zhǎng)時(shí)間，此值不得明顯地超過50Hz時(shí)用輝光啟動(dòng)器啟動(dòng)的數(shù)值。

上述要求的圖解如圖1和圖2所示。

圖1 控制電流進(jìn)行預(yù)熱的鎮(zhèn)流器對(duì)陰極預(yù)熱電流的要求

(a) 開路電壓提高后即將預(yù)熱電流除去的鎮(zhèn)流器

（b） 開路電壓過渡時(shí)間>100ms的鎮(zhèn)流器