CFL燈具的“綠色”設計策略

隨著(zhù)越來(lái)越多的地區啟動(dòng)淘汰傳統白熾燈的行動(dòng)，我們的注意力也轉向不斷變化的照明領(lǐng)域。該領(lǐng)域最新的照明替代產(chǎn)品據稱(chēng)可以提供更低的能耗、更好的耐用性和更長(cháng)的使用壽命，能為新世紀帶來(lái)更佳的照明方案;同時(shí)，能耗的降低還能節省消費者的支出，這一點(diǎn)很有吸引力。

目前已經(jīng)開(kāi)始獲得大眾市場(chǎng)青睞的兩種產(chǎn)品是緊湊型熒光燈(CFL)和LED燈。這兩者都能提供上述優(yōu)點(diǎn)，但本文將重點(diǎn)討論CFL技術(shù)，我們要分析的是中國制造商白獅(Baishi)生產(chǎn)的一款非調光式CFL燈具。

螺旋管CFL最早是由公認為現代熒光燈技術(shù)之父的Edward E. Hammer于1976年推出的。雖然這種設計與白熾燈相比有了大改進(jìn)，但在當時(shí)，通用電氣公司的老板并沒(méi)有采納。帶電子鎮流器的CFL是歐司朗(Osram)公司于1985年推出的，但直到1995年CFL燈才開(kāi)始商用化生產(chǎn)。

要想知道為何20W的CFL能夠產(chǎn)生與75W白熾燈一樣的亮度，這需要了解CFL燈的每個(gè)組成元件。與其它熒光燈具一樣，這種CFL使用U形玻璃管，管的內壁涂有磷，當遇到管內的電離氣體產(chǎn)生的紫外線(xiàn)輻射時(shí)就會(huì )發(fā)出可見(jiàn)光。

為了做到適合家用市場(chǎng)的尺寸，CFL設計一般使用較小的玻璃管直徑，并采用直通折疊或螺旋彎曲結構。用于點(diǎn)亮燈管的電子鎮流器在設計時(shí)充分考慮了標準螺口插座燈的空間約束。為了實(shí)現這種設計，需要使用尺寸縮小了的電源來(lái)創(chuàng )建面積相對較小的合適的燈具驅動(dòng)器。

覆有磷涂層的U型玻璃管在制造方面擁有自己的發(fā)展史，但化學(xué)工程愛(ài)好者可能對這段歷史更感興趣。從消費者的角度看，燈管內側的磷涂層的損耗是主要問(wèn)題。盡管如此，高質(zhì)量CFL燈的壽命仍可以長(cháng)達數月甚至幾年。

在觀(guān)察這種特殊CFL燈具時(shí)，另一個(gè)值得注意的地方是在燈座外殼上有一個(gè)通孔。這個(gè)通孔暗示，與散熱有關(guān)的鎮流器電子元件的損耗也是一個(gè)影響燈壽命的因素。

典型的電子鎮流器包含有一塊小電路板，正是這塊板允許消費者方便地用CFL燈取代白熾燈。電子鎮流器提供開(kāi)啟CFL燈的初始能量提升，然后將電流限制在所用燈管的額定工作值。

鎮流器設計中使用了晶體管、二極管和許多電容、電感，這些器件先是整流交流電源，然后創(chuàng )建一個(gè)跟隨型諧振逆變器電路，由這個(gè)電路產(chǎn)生高頻高壓電源用于點(diǎn)亮CFL燈。在這個(gè)電子鎮流器中，最重要的元件之一是恩智浦半導體的半橋結構CFL驅動(dòng)芯片UBA2211。

UBA2211可以從110VAC或220VAC輸入電壓驅動(dòng)最高25W的CFL燈，這種功能在現代CFL中使用的任何電子鎮流器中都是必要的。不過(guò)，UBA2211的主要優(yōu)勢之一是其電路中包含過(guò)溫保護(OTP)和容性模式保護(CMP)功能。OTP和CMP能夠監視電壓、電流和功耗，并在非正常條件下確保正確關(guān)閉系統，在壽命終了時(shí)燃燒部分得到安全處理。在CFL啟動(dòng)時(shí)的最初電源“提升”階段，UBA2211還提供飽和電流保護(SCP)功能，以便CFL能夠工作在飽和電流極限值，不會(huì )破壞電子鎮流器中的功率晶體管。

我們在拆解CFL時(shí)注意到其復雜的電源電路，也弄明白了為何CFL能夠在市場(chǎng)中占有一席之地，與(相對)短壽命的白熾燈的價(jià)格相比，現在給普通消費者提供的CFL燈具和電子驅動(dòng)電路組合的價(jià)格已經(jīng)開(kāi)始具有競爭力。

不過(guò)，價(jià)格差距仍然存在--典型的白熾燈成本只有0.25美元，而CFL燈的價(jià)格仍然徘徊在1~2美元之間;但CFL真正的優(yōu)勢來(lái)自潛在的能源節省。雖然白熾燈成本只有25美分，但在其平均壽命內的使用成本高達7美元;而CFL燈在整個(gè)壽命內的使用成本只有1.5美元。從這個(gè)意義上講，CFL燈不僅從節能角度看是一種“綠色”解決方案，而且從節省消費者費用的角度看也是一個(gè)“綠色”解決方案。

圖1：為了做到適合家用市場(chǎng)的尺寸，CFL設計一般使用較小的玻璃管直徑，并采用直通折疊或螺旋彎曲結構。

圖2：鎮流器設計使用了晶體管、二極管和許多電容、電感器件。在這個(gè)電子鎮流器中，最重要的元件之一是恩智浦的CFL驅動(dòng)芯片UBA2211。