熒光燈常用燈絲預熱技術(shù)介紹及電路設計

摘要：電子鎮流器由于具有節能，發(fā)光無(wú)頻閃和易于實(shí)現聯(lián)網(wǎng)控制（如IEC929附錄E的有關(guān)要求）等一系列優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛的應用。熒光燈如采用適當的燈絲預熱方法，對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熱方法及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：熒光燈；燈絲電流預熱型；燈絲電壓預熱型

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(lèi)。

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)間內的紅外幅射總能量；

μ為斯涅藩－波爾茲曼常數（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，是理想的室內照明燈，在照明中得到了廣泛的應用。熒光燈是通過(guò)引燃燈管內稀薄汞蒸汽進(jìn)行弧光放電，汞離子受激產(chǎn)生紫外線(xiàn)，激發(fā)燈管內壁涂層熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光。但是由于熒光燈工作的負阻特性，在使用時(shí)須配用鎮流器件。

2 有關(guān)熒光燈的燈絲預熱

國際電工委員會(huì )標準IEC929和我國的專(zhuān)業(yè)標準ZBK74012－90，都有關(guān)于電子鎮流器在“正常情況下使用時(shí)，應使燈啟動(dòng)，但不對燈性能造成損害”；“施加陰極預熱電壓的最短時(shí)間應不少于0.4s”和“開(kāi)路電壓的波峰系數不得超過(guò)1.8；在最低預熱期間，不得產(chǎn)生即使是極窄的、不影響有效值的電壓峰值”等規定。

預熱啟動(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)行預熱或控制陰極電壓進(jìn)行預熱的方式。無(wú)論采用哪種方式啟動(dòng)，都應滿(mǎn)足下列要求：

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(dòng)輔助裝置之間的開(kāi)路電壓應保持在低于導致陰極受損害的輝光放電的水平；

2）在陰極達到發(fā)射狀態(tài)之后，開(kāi)路電壓應足夠高，可使燈迅速啟動(dòng)而無(wú)須重復多次才能啟動(dòng)；

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

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

燈陰極預熱啟動(dòng)可分為以下兩種情況。

2.1 采用控制燈陰極電流進(jìn)行的燈絲預熱

2.1.1 有效預熱電流和發(fā)射時(shí)間（t_e）

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

t_e=（2）

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

a為特定類(lèi)型陰極的常數；

i_k為獲得t_e所需的最小燈絲有效預熱電流（A）；

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

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

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

2.1.2 有效預熱電流的最大值

可以在短時(shí)間（t≤0.4s）內施加較大的燈絲有效預熱電流而又不損壞陰極，但超過(guò)0.4s后，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，此電流值應逐步減小，直至達到2s或更長(cháng)時(shí)間，此值不得明顯地超過(guò)50Hz時(shí)用輝光啟動(dòng)器啟動(dòng)的數值。

上述要求的圖解如圖1和圖2所示。

圖1 控制電流進(jìn)行預熱的鎮流器對陰極預熱電流的要求

(a) 開(kāi)路電壓提高后即將預熱電流除去的鎮流器

（b） 開(kāi)路電壓過(guò)渡時(shí)間>100ms的鎮流器