摘要：目良好的發(fā)光效率和節(jié)能特性。節(jié)能燈已逐漸在家庭和工業(yè)照明中開始普及。奉文將探討如何在保證照明質(zhì)量的前提下，通過合適的材料選取和電路設(shè)計，使制遣出來的節(jié)能燈具工作更高效、節(jié)能，環(huán)保。

關(guān)鍵詞：節(jié)能燈 材料設(shè)計 電子鎮(zhèn)流器

中圖分類號：TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)02(b)-0022-02

引言

隨著科技的快速進(jìn)步和社會的不斷發(fā)展，節(jié)能降耗逐漸成為各行各業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題，在照明行業(yè)也是如此。目前，一只7W的三基色節(jié)能燈亮度相當(dāng)于一只45W的白熾燈，而壽命是普通白熾燈泡的8倍。因此，世界上許多國家已經(jīng)相繼出臺政策，擬在未來十年內(nèi)逐步使用緊湊型熒光燈(簡稱節(jié)能燈)代替白熾燈。性能優(yōu)良的節(jié)能燈已然成為“綠色照明”的主力軍，也將成為照明行業(yè)今后長期的發(fā)展目標(biāo)和方向。

合理選取元器件，科學(xué)設(shè)計電路，提高節(jié)能燈的可靠性和質(zhì)量，是制造商推廣節(jié)能燈的關(guān)鍵。下面討論制造質(zhì)優(yōu)環(huán)保的節(jié)能燈需注意的幾個方面。

1關(guān)鍵器件的選用

1.1毛管玻璃的選用

首先，要選用光通維持率高的毛管玻璃。光通維持率是毛管的重要技術(shù)指標(biāo)，是燈在壽命期間內(nèi)一特定時間的光通量與該燈的初始光通量之比，在很大程度上決定了節(jié)能燈的效能和壽命長短。根據(jù)美國“能源之星”的標(biāo)準(zhǔn)，要求節(jié)能燈燃點(diǎn)至有效壽命40％時，其光通量不得小于額定值的80％。從用材上來看，好的毛管采用的是低鈉無鉛玻璃，比常用的含鉛玻璃更環(huán)保，光通維持率高。也應(yīng)考慮燈管的耐寒耐熱的性能，防止出現(xiàn)低溫時啟動困難，高溫時發(fā)熱燒壞電子鎮(zhèn)流器的現(xiàn)象。

其次，在選取熒光粉時，應(yīng)選擇稀土三基色熒光粉(即俗稱的三基色粉)，避免選擇鹵磷酸鈣熒光粉(即俗稱的鹵粉)。因?yàn)辂u粉的熱穩(wěn)定性差，光效低，光衰大，實(shí)際上根本達(dá)不到“節(jié)能”的效果；三基色粉則具有抗紫外線老化、高光效、高顯色性等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于三基色粉的品質(zhì)分選，則可以通過選取驗(yàn)鈔照射下發(fā)光度強(qiáng)的品種實(shí)現(xiàn)。

第三，積極開發(fā)無汞毛管。目前我國大部分節(jié)能燈屬于低壓汞蒸汽放電燈，燈內(nèi)含有氣態(tài)汞，一旦發(fā)生泄漏，可能會污染環(huán)境，危害人體。因此，在大力提倡回收廢棄燈具的同時，也應(yīng)積極發(fā)展無汞燈具，從源頭保證綠色無害。

1.2電子鎮(zhèn)流器主要材料的選用

電子鎮(zhèn)流器是將工頻交流電變換為較高頻率的交流電，并能使燈具正常啟動和穩(wěn)定工作的變換器。

1.2.1功率晶體管

功率晶體管一般用作高頻開關(guān)，選用功率晶體管時要考慮其功率損耗、電流增益her、飽和壓降、開關(guān)速度等。三極管存儲時間TS越小，工作頻率就越高，功率損耗就越小，但因注意上下兩根管TS的差值不宜太大，否則容易造成管子過熱。

電流增益her應(yīng)盡可能大，以期用最少的基極電流得到最大的工作電流。

選擇較低的飽和壓降，可以使電流放大線性好，開關(guān)速度快。

1.2.2電容器

電容器在節(jié)能燈中是易損耗器件，大部分電容損壞的原因是高頻損耗過度造成發(fā)熱而導(dǎo)致?lián)舸?。因此，?yīng)選擇高頻損耗小，內(nèi)部升溫小，高溫性能好，耐壓性強(qiáng)的電容。對啟動電容器來說，推薦選擇具有優(yōu)良高頻絕緣性能的CBB型金屬化聚丙烯電容器或磁介電容器；對EMI濾波電容器來說，宜使用CL型耐壓、溫度特性好的金屬化聚脂膜電容器。

1.2.3磁性元件

磁性元件在節(jié)能燈的應(yīng)用主要有EMI濾波電感器、脈沖變壓器等。為了減少磁性元件磁芯的損耗，選用的磁性材料的電阻率應(yīng)較大，可以降低磁性工作時的損耗，居里溫度應(yīng)該較高，可以防止工作時出現(xiàn)磁飽和和過熱現(xiàn)象。錳鋅鐵氧體的電阻率為10～108Ω·cm，超過普通鐵磁材料107～1014倍，初始磁導(dǎo)率從為2500-15000，居里溫度在110-230之間，工作頻率最高可以達(dá)到1MHz。因此錳鋅鐵氧體材料適合作磁芯。

對EMI濾波電感器和脈沖變壓器來說，要求其磁導(dǎo)率或線圈電感量隨溫度升高而下降，與晶體管的正溫度系數(shù)相抵消后，可以保證電子鎮(zhèn)流器穩(wěn)定工作。因此選用負(fù)溫度功率損耗的磁性材料較好；而正溫度損耗的材料，如TP類材料適合用于扼流圈，因?yàn)槎罅魅Φ碾姼须S著溫度升高而增加，從而使節(jié)能燈的功率隨溫度升高而減小。

1.3安全性能材料的選用

合理選擇溫度保險絲、塑料外殼、燈頭等，以保證節(jié)能燈的安全性。

1.3.1溫度保險絲

在電路電流過大、短路等情況下，溫度保險絲可以迅速將電路和電源斷開，防止元件過熱造成燃燒。在首次使用節(jié)能燈時，電源對電容的充電電流相當(dāng)大，因此，一般要選用慢斷型保險絲。

1.3.2塑料外殼

一般情況下，應(yīng)保證外殼的良好散熱性，可以通過在塑殼上加工部分細(xì)縫來實(shí)現(xiàn)。另外，外殼應(yīng)采用具有阻燃性能，耐熱溫度達(dá)120C以上的塑件、電感骨架等，杜絕意外事故的發(fā)生。

塑料外殼在長時間的工作后會產(chǎn)生發(fā)黃的現(xiàn)象，其最主要的原因是由于紫外線的影響。因?yàn)樵跓艟唿c(diǎn)燃的過程中，燈管內(nèi)會產(chǎn)生部分紫外線，塑料部分在紫外線的輻射影響下會產(chǎn)生色變(發(fā)黃)。雖然目前很難徹底杜絕這種現(xiàn)象，但可以通過在塑料中加入抗紫外線的材質(zhì)形成改性塑料，如PBT型，能一定程度上緩解其發(fā)黃的現(xiàn)象。

1.3.3燈頭部分

普通廉價的節(jié)能燈一般采用鐵鍍鎳或鋁鍍鎳燈頭，但其硬度和抗腐蝕能力不如銅鍍鎳材料的燈頭。銅鍍鎳的燈頭硬度高。不易生銹，使用壽命長，即使在潮濕的地區(qū)長期使用也不容易導(dǎo)致漏電事故?，F(xiàn)在也逐漸趨向使用帶瓷帽的環(huán)保型銅鍍鎳燈頭。

2電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計

電子鎮(zhèn)流器是節(jié)能燈的核心部分，為了保證節(jié)能燈的可靠性，必須慎重對其進(jìn)行設(shè)計。

2.1提高線路功率因數(shù)

較低的線路功率因素會有以下不良影響：

(1)增加線路上的電壓損失，降低了電壓質(zhì)量；

(2)降低發(fā)、供電設(shè)備的有效利用率；

(3)增加電路的投資費(fèi)用和電能的損耗。

解決辦法：采用PFC電路，如ST-6560、IR-2157電路等，形成功率因數(shù)補(bǔ)償電路，增大整流二極管的導(dǎo)通角，抑制電源電流的波形畸變，來提高線路功率因數(shù)。

2.2降低諧波危害

諧波電流對公用電網(wǎng)是一種污染，它會使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化：

(1)使電網(wǎng)元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低了發(fā)、供電設(shè)備的效率；

(2)啟動時容易使浪涌電流增大，導(dǎo)致電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短；

(3)大量諧波流過時會導(dǎo)致線路過熱，甚至引發(fā)安全事故。

解決辦法：安裝EMI濾波器，保證EMI濾波器的諧振頻率低于電子鎮(zhèn)流器的工作頻率，防止磁飽和，在此前提下，可以有效抑制干擾信號；安裝APFC濾波器，它能從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該電流同大小反方向的電流，從而降低諧波分量。

2.3做好電子鎮(zhèn)流器與燈管的匹配

電子鎮(zhèn)流器是燈管的啟動限流裝置，必須做好鎮(zhèn)流器與燈管二者的匹配，才能保證節(jié)能燈能長期穩(wěn)定地工作在最佳狀態(tài)。

(1)功率要匹配。所使用的燈管的瓦數(shù)不應(yīng)超過電子鎮(zhèn)流器的標(biāo)簽上的功率范圍，以提供大小合適且穩(wěn)定的工作電流。否則容易使流過電燈的電流過大降低燈管壽命，或電流太小影響光照效果；

(2)適當(dāng)選擇啟動電容。合適的啟動電容，能保證合適的啟動電壓。啟動電容太小，容易使燈絲預(yù)熱不足，會造成燈管的早期發(fā)黑，減少使用壽命；啟動電容太大，容易使電流分流過多，影響照明效果；

(3)電感元件的選取要合適。電感的品質(zhì)因數(shù)也是影響電子鎮(zhèn)流器與燈管匹配的重要因素。品質(zhì)因數(shù)過小，會影響電能的轉(zhuǎn)換效率；品質(zhì)因數(shù)過大，容易造成回路工作不穩(wěn)定。一般來說，電感的品質(zhì)因數(shù)選取在8～10較為合適。

(4)工作頻率不宜過高。否則容易導(dǎo)致燈管過載，陰極過熱，光衰加快，同時也會使電子鎮(zhèn)流器的負(fù)載加重，溫度過高，降低工作效率；

(5)按燈管參數(shù)(燈電壓、燈電流、冷阻等)設(shè)計鎮(zhèn)流器。否則，如果鎮(zhèn)流器燈電壓、燈電流的選用限值過低，易被燈管工作時產(chǎn)生的瞬時過電流脈沖損壞。

2.4設(shè)計預(yù)熱啟動電路

若燈管啟動時沒有充分預(yù)熱，在輝光放電階段，會造成燈管陰極發(fā)射物質(zhì)的大量濺射，在多次啟動后，燈管頂部會出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象，影響使用壽命，因此設(shè)計預(yù)熱啟動電路顯的很有必要?？梢酝ㄟ^在諧振電容上并接PTC熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)椋撼叵?，PTC阻值較小，通電后燈管兩端的電壓小于燈管的啟動電壓，燈不能點(diǎn)亮。在預(yù)熱過程中，LC諧振電路產(chǎn)生的諧振電流流經(jīng)PTC熱敏電阻，使其阻值增大，近似開路狀態(tài)，完成了預(yù)熱過程，燈管的損耗也相當(dāng)小。選取PTC熱敏電阻時，為使預(yù)熱時間和預(yù)熱電流達(dá)到需要的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選用阻溫特性曲線較陡的電阻。

2.5設(shè)計異常狀態(tài)保護(hù)電路

異常狀態(tài)保護(hù)電路的控制原理是：當(dāng)燈管出現(xiàn)異常時，快速、準(zhǔn)確地關(guān)閉鎮(zhèn)流器振蕩電路或切斷主電路的電源，保證電路的安全性，防止燒壞元件?？梢圆捎美^電器作為異常狀態(tài)保護(hù)電路的控制元件。當(dāng)燈管異常時，電路中電容兩端電壓升高，使繼電器吸臺，常閉觸點(diǎn)斷開，切斷主電路的電源，起到異常保護(hù)作用。但應(yīng)注意選用密封式繼電器，防止繼電器觸點(diǎn)動作時產(chǎn)生明火。

2.6降低產(chǎn)生的騷擾電壓

電子鎮(zhèn)流器中的晶體管逆變器的開關(guān)電流、電路中的邏輯信號工作產(chǎn)生的干擾，可以通過電源線進(jìn)入電網(wǎng)，形成騷擾電壓。騷擾電壓超過規(guī)定值而且大量使用在一個地區(qū)，將影響周圍廣播電視接收和儀表儀器設(shè)備的正常工作，導(dǎo)致無法正常收聽收看和儀器設(shè)備控制失靈。如果在電源線和電子鎮(zhèn)流器之間加入EMI濾波器，可以將不需要的或者有害的能量通過阻斷或者對地旁路的方式濾除，使不需要的能量降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而有效的抑制電源線上的騷擾電壓。

2.7降低產(chǎn)生的輻射騷擾

高頻工作時的節(jié)能燈電器元件會產(chǎn)生一定的輻射。一般來說，在燈一米范圍里。會產(chǎn)生少量的360nm的長紫外輻射，雖然輻射量不大，但如果長期近距離處在輻射范圍內(nèi)，可能會對身體有不良影響。若要降低輻射強(qiáng)度，可以在制造PCB板時將元器件的管腳盡量縮短，同時輔以金屬外殼，能有效屏蔽輻射量，降低燈具的輻射強(qiáng)度。

3結(jié)束語

通過合理選材，精心布線等科學(xué)照明設(shè)計，制造性能優(yōu)良的節(jié)能燈具，提高節(jié)能燈的照明質(zhì)量，保護(hù)照明環(huán)境，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，真正實(shí)現(xiàn)傳輸效率高，電能損耗小、性能安全可靠的“綠色照明”，對社會科學(xué)的發(fā)展具有重大積極的意義。

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