一、前言

節(jié)能燈(自鎮(zhèn)流熒光燈)市場上普遍存在著產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、開關(guān)次數(shù)少、使用壽命短等一些重大缺陷，市場上大量節(jié)能燈的報廢造成資源浪費，環(huán)境污染，有悖國家倡導(dǎo)的綠色照明。隨著全球節(jié)能減排和保護環(huán)境的呼聲日益高漲，歐盟新一代的法規(guī)ErP(《用能產(chǎn)品生態(tài)環(huán)境設(shè)計指令》)，對節(jié)能燈提出了嚴(yán)格的質(zhì)量要求，其中開關(guān)試驗要達到3萬次，我們國家也正在積極修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同樣對開關(guān)次數(shù)提出了不同以往的高要求。因此從業(yè)者必須及時作出調(diào)整，提升技術(shù)能力，以應(yīng)對這一變化趨勢。影響節(jié)能燈壽命的因素有許多，大多涉及到主電路的設(shè)計，元器件質(zhì)量，燈管質(zhì)量，以及電子鎮(zhèn)流器與燈管的匹配等一些因素。而設(shè)計有理想預(yù)熱啟動的節(jié)能燈無疑是延長壽命的最好方法之一。

二、預(yù)熱啟動對于節(jié)能燈的意義

1.有效延長燈管使用壽命

對于熱陰極熒光燈而言，所謂預(yù)熱啟動是指燈陰極被加熱至熱電子發(fā)射溫度后燈才觸發(fā)啟動。它要滿足以下要求：

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

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

(3)在陰極的發(fā)射狀態(tài)，若開路電壓需升高后才能使燈啟動，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。

相反無預(yù)熱啟動會造成節(jié)能燈管端部過早發(fā)黑而損壞，究其原因是燈在冷啟動以前，陰極周圍的空間電荷非常稀薄，一旦進行冷啟動，燈就要承受一段輝光放電時間，輝光放電時間越長，燈陰極發(fā)射物質(zhì)濺射就越嚴(yán)重，從而使燈早期發(fā)黑，壽命降低。因此為了盡量減小輝光放電電流的破壞性，必須確保提供的開路電流為最小值，輝光放電時間不超過100毫秒。

用泰克數(shù)字示波器DPO4304對筆者設(shè)計的預(yù)熱節(jié)能燈做測試，有預(yù)熱啟動的節(jié)能燈輝光放電時間極短，而對市場上買來的非預(yù)熱啟動節(jié)能燈做測試，可以看出輝光放電大大超出了100毫秒。測試波形圖如圖1、2所示。

2.有效增強電子鎮(zhèn)流器的可靠性

無預(yù)熱電子節(jié)能燈在啟動時產(chǎn)生的電流、電壓沖擊對電子鎮(zhèn)流器可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。通過示波器分別對有預(yù)熱和非預(yù)熱兩種節(jié)能燈做測試對比，其中對功率三極管集電極電流的測試中可以明顯看出，有預(yù)熱的節(jié)能燈功率三極管發(fā)射極啟動沖擊電流遠小于沒有預(yù)熱的，這顯然大大提高了三極管的可靠性，三極管集電極電流測試波形圖如圖3、4所示。

綜上兩點可見，帶有理想預(yù)熱的電子節(jié)能燈對于延長燈管壽命，提高產(chǎn)品可靠性具有重大意義。

三、預(yù)熱電路的設(shè)計

常見的預(yù)熱方式有PTC熱敏電阻、芯片控制預(yù)熱。前者預(yù)熱效果不理想，且可靠性不高，后者成本高?，F(xiàn)筆者介紹一種成本低廉的開關(guān)型預(yù)熱電路。預(yù)熱效果理想，功耗極低。其原理框圖如圖5所示。

從圖5可知，預(yù)熱電路由三部分組成，一是高頻耦合電源；二是控制開關(guān)的預(yù)熱裝置；三是并在熒光燈管兩端的開關(guān)K3

其中預(yù)熱控制裝置是有源網(wǎng)絡(luò)，可以調(diào)節(jié)預(yù)熱時間，高頻耦合電源提供預(yù)熱裝置能量。當(dāng)電子鎮(zhèn)流器接通電源時，預(yù)熱控制裝置輸出促使開關(guān)K3關(guān)閉，燈絲開始預(yù)熱，同時預(yù)熱計時，預(yù)熱時間到達，開關(guān)斷開，預(yù)熱結(jié)束，此時，諧振電容C2上產(chǎn)生諧振高壓觸發(fā)點燃燈管。

現(xiàn)針對每部分具體說明如下：

1.高頻耦合電源

在電子鎮(zhèn)流器某些特定的局部電路中，需要提供有較大電流輸出，同時靜態(tài)功耗較低的電源，其目的是為了驅(qū)動需要較大能量的功率開關(guān)。

目前，通常采用下列兩種辦法來解決電路中的電源問題：

一是從工頻電源中采用變壓器來獲得所需電源。其缺點是變壓器體積大，重量重，功耗大，成本高，安裝不方便，實用價值不高。

二是從燈絲回路中直接取電，雖靜態(tài)功耗小，但電流輸出也小，驅(qū)動能力有限，難以滿足后續(xù)電路的需要。

圖1 有預(yù)熱輝光放電到弧光放電時間幾乎沒有

圖2 無預(yù)熱輝光放電到弧光放電時間

圖3 預(yù)熱啟動的三極管集電極電流

圖4 無預(yù)熱啟動的三極管集電極電流

圖5 預(yù)熱電路原理圖

表1 實驗數(shù)據(jù)

圖6 耦合電源

圖7 預(yù)熱燈絲電流和燈電壓

圖8 節(jié)能燈預(yù)熱電路

高頻耦合取電技術(shù)既能提供較大的電流輸出，靜態(tài)功耗較低，又具有體積小巧、重量輕、成本低的優(yōu)點，較好滿足了各方面的要求。

高頻耦合的實現(xiàn)一般通過阻流電感的一組副繞組獲得。如圖6所示：

從圖6可知，電感副繞組3、4兩端輸出高頻能量，將其整流、濾波、穩(wěn)壓得到后續(xù)控制電路的電源。

2.預(yù)熱控制裝置

預(yù)熱控制裝置實現(xiàn)預(yù)熱時間的調(diào)整，以及輸出一定電流驅(qū)動預(yù)熱開關(guān)。上述高頻耦合電源通過整流得到的電源必須自舉后方能提供給預(yù)熱控制裝置。具體電路可以分立器件組成，可以集成電路控制。

3.開關(guān)的選擇

開關(guān)選擇一般可分為繼電器或電子開關(guān)。

繼電器作為預(yù)熱開關(guān)時，在預(yù)熱結(jié)束后，由于繼電器仍需工作，因此會消耗一定的功率。用電子開關(guān)則在預(yù)熱結(jié)束后，電子開關(guān)斷開，電流幾乎為零，功耗極低。因此從電子鎮(zhèn)流器轉(zhuǎn)換效率提高的意義來講，建議用電子開關(guān)為佳。

需要說明的是：1)若并在燈管兩端是電子開關(guān)，則不論是三極管還是可控硅，對耐壓有一定要求。2)諧振電容C2可接到燈管前面，實現(xiàn)燈絲斷流，以期使電子鎮(zhèn)流器獲得更高的轉(zhuǎn)換效率，增加熒光燈流明。但這種接法需要可靠的異常保護電路。

按此預(yù)熱電路預(yù)熱的電子節(jié)能燈啟動時的燈絲電流和燈電壓如圖7所示。

四、節(jié)能燈預(yù)熱電路的實用電路

由上述原理框圖可以實現(xiàn)節(jié)能燈的有效預(yù)熱。對于預(yù)熱控制裝置這部分電路的實現(xiàn)，可以用集成電路來完成，也可以用分立元件組成。現(xiàn)提供一種簡單的用分立器件組成的預(yù)熱控制電路。如圖8所示。

電路工作說明：

節(jié)能燈燈絲預(yù)熱電路主要由圖8中方框所示的三部分組成。方框一中的電路由接在熒光燈絲上的電子開關(guān)Q5及橋堆組成；方框二中的電路是由雙極型晶體管組成的預(yù)熱控制電路；方框三中的電路是高頻耦合電源，提供給預(yù)熱控制電路。

當(dāng)節(jié)能燈接通電源時，晶體管Q8處于截止?fàn)顟B(tài)，晶體管Q6同時也處于截止，則燈絲電子開關(guān)Q5處于導(dǎo)通狀態(tài)，燈絲通過電流被加熱，當(dāng)電容CD6充電到晶體管Q8導(dǎo)通時，則由電路可知，燈絲電子開關(guān)Q5截止，預(yù)熱結(jié)束。此時，節(jié)能燈電路正常諧振工作，觸發(fā)點燃燈管。

預(yù)熱時間可由電阻R20、電容CD6的參數(shù)決定。燈絲預(yù)熱電流可以在燈絲電子開關(guān)中串聯(lián)電阻來調(diào)節(jié)。

五、開關(guān)次數(shù)對比

現(xiàn)對依據(jù)上述預(yù)熱電路制作的節(jié)能燈與非預(yù)熱節(jié)能燈的開關(guān)次數(shù)做一次實驗對比。開關(guān)周期為一分鐘。其中開15秒，關(guān)45秒。實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表格數(shù)據(jù)表明，采用上述預(yù)熱電路的節(jié)能燈開關(guān)次數(shù)都超過10萬次以上，而非預(yù)熱的節(jié)能燈很難突破一萬次。

六、結(jié)論

節(jié)能燈作為基礎(chǔ)照明光源進入千家萬戶，使用數(shù)量非常龐大，通過預(yù)熱設(shè)計能大大延長節(jié)能燈壽命，這有助于提高照明資源的綜合利用效率，減少損耗和浪費，經(jīng)濟效益和社會效益均很明顯。

[1]路秋生.熒光燈電子鎮(zhèn)流器常用燈絲預(yù)熱電路與特點[J].燈與照明,2004(01).