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熒光燈預熱啟動的理論與實踐之二【作者，電源網，回歸自然】一, 預熱啟動的意義，熒光燈預熱啟動技術，我們都看見過，例如，直管熒光燈接通電源，跳泡接通使熒光燈兩端燈絲首先加熱發出紅黃顏色光，然后跳泡斷開，直管熒光燈才完全點亮，對于熒光燈，這是必須的。前幾年，我在電源網發表熒光燈預熱啟動的理論與實踐的文章，強調熒光燈預熱意義。如今，由于對熒光燈質量要求提高，制定的標準也提高，特別是出口到一些發達國家的產品，例如，歐盟EUP指令對于熒光燈最高要求是，開關次數大于3萬次，預熱時間小于1秒，同時，對于光效和壽命都提出更加嚴格要求。這就要求熒光燈必須預熱啟動，才能滿足要求。我發表熒光燈預熱啟動的理論與實踐之二，比較一些目前能夠采用的預熱方法，給照明工程師設計熒光燈時，提供預熱調試要點，提供了預熱元件生產廠家。二， 熒光燈預熱啟動的發展熒光燈屬于熱陰極氣體放電燈，熱陰極性質上決定它必須保證適合的電子發射溫度，和過去的電子管原理相似。理論實踐證明，熒光燈的壽命主要由陰極壽命決定。如果使陰極壽命達到最長,點亮前陰極加熱到1200度左右，平均可以達到百萬次的啟動壽命，目前，最高記錄300萬次。點亮后陰極熱點保持在800度左右，可以達到10萬小時的全壽命 [停止發光], 或者3到4萬小時的有效壽命 [保持一定標準的光通，不同燈管有效壽命差別很大]。結論是，熒光燈天生是長壽命，是較理想光源，可以滿足我們照明需要的。陰極壽命是熒光燈管及其附件壽命的基礎，目前，熒光燈管及其附件黑頭及壽命短的問題，主要是熒光燈陰極溫度問題，陰極溫度問題又主要是其附件電子鎮流器問題，因此，解決電子鎮流器的設計問題，特別是電子鎮流器的預熱啟動問題，是要點。熒光燈問世70年歷史中，一直采用電感鎮流器配合跳泡預熱技術，[鋁殼體內有玻璃泡]負擔著點亮前陰極加熱到1200度左右任務。由于不一定都能保證一次啟動成功，預熱效果不穩定，跳泡預熱過程對熒光燈壽命有一定影響，公認啟動一次減少熒光燈壽命2小時。熒光燈可以反復啟動5萬次左右，雖然不是太理想，使用的實踐上，熒光燈管停止發光的壽命，既全壽命有10年記錄。而滿足一般照明使用的有效壽命，平均有3---5年記錄。壽命得到肯定。如今，為了長壽命，仍然使用著，例如，T8支架，和吸頂燈。[圖片]然而，電子鎮流器替代電感鎮流器后，人們放棄了跳泡預熱技術，熒光燈一開就亮，以為是優點，點亮前陰極溫度就是環境溫度，結果是，熒光燈僅僅可以反復啟動7000次左右，熒光燈啟動幾百次后黑頭，陰極鎢絲材料及電子粉破壞性的濺射，覆蓋在燈頭和整個熒光粉表面，及滲入玻璃表面，透光度降低，且陰極快速損壞，造成黑頭和光衰甚至斷絲。對小功率熒光燈，僅僅黑頭部分造成的總光通量衰減達30---40%，且不美觀。不能使用在低溫與頻繁開關等場合，壽命沒有得到肯定。研究使用的實踐認為，每啟動一次，熒光燈管壽命減少15小時。啟動7000次，7000乘以15約等于10萬小時，達到了熒光燈的全壽命而損壞。這個發現很重要，證明以下的觀點應該糾正， 以為一年360天，一天開一次，10年才3600次，7000次夠了，結果熒光燈本來長壽的優點長期被掩蓋。面對熒光燈陰極問題，研究人員甚至將熱陰極去掉了，發展冷陰極和無極燈，又帶來一系列新問題，例如，光效低，壽命短和輻射大等。電子鎮流器預熱啟動技術進展是，過去，主流是PTC電阻開關，目前，電子開關,繼電器開關，集成電路變頻等預熱方法，開始推向市場。配合了良好的預熱啟動的電子鎮流器，保證熒光燈管陰極溫度，熒光燈壽命可以滿足使用要求，可以使用在頻繁開關環境和低溫環境，是理想的照明光源，將被市場快速全面接受. 長壽是間接的環保，同時，預熱啟動為光控，聲控，遙控，人體感應控制多功能熒光燈打下了基礎，因為，這個控制需要更高的開關次數。這種多功能熒光燈，價格占優勢，光色好。有長久市場。三，采用PTC電阻開關的預熱啟動技術[圖片]1． PTC電阻開關預熱優點PTC電阻開關體積小，成本低，適用在小體積小功率一體化熒光燈。國內生產廠家很多，例如，深圳新三寶。,2，PTC電阻開關預熱缺點[1]，調試難度大，強調熒光燈管參數的全面配合，及電路參數配合，同時，強調PTC電阻開關本身幾個參數配合，否則，預熱效果不好，開關次數比不預熱還低，PTC電阻開關本身更易損壞。[2]，燈管壽終時的安全性不符合標準。PTC電阻開關包含等效電容器，最高容量和體積相關，達500P---2000P，壽終時電路頻率上升，流過的電流很大，容抗很小，降低了電路Q值，電路壽終功率不足以快速燒斷三極管等元件，不能快速進入壽終安全狀態，PTC電阻開關等可能放出煙氣，過熱燒紅使塑件損壞，特別是采用智能PTC電阻開關時,其壓敏電阻部分損壞幾乎都引起過熱燒紅，容易引起火災等。[3]，預熱時間準確度受多種因素影響，難以達到標準要求。環境溫度變化，預熱時間也變化，如果把預熱時間定在0.8秒，以符合標準，難度大。低溫啟動時間延長，甚至長達10秒以上，壓敏電阻部分及燈絲易燒斷，不適合低溫環境熒光燈設計采用。[4]，電源開關接觸不良，反復快速開關燈，失去預熱功能，且易損壞。要求使用在1—2分鐘后才能再啟動的條件下。[5]，啟動期間累積的輝光放電時間較長，達100---200毫秒，不能很好的減輕黑頭問題，開關次數難達到大于3萬次標準。[6]，普通PTC電阻開關有0.6---1瓦的發熱功耗，易使其周圍元件損壞，電路效率平均降低了15%以上。四，電子開關預熱啟動技術[圖片]可以代替PTC電阻開關的是電子開關，也叫電子啟動器，由電子元件構成，是兩個引線的集成電路結構，直插安裝。可以克服PTC電阻開關的缺點，無功耗，預熱時間準確，可以按照要求確定預熱時間，不受溫度影響，完全滿足開關次數大于3萬次標準，特別適應在T4T5T8等支架安裝的鎮流器中使用，吸頂燈鎮流器中使用，體積較大一些的一體化熒光燈中使用， 目前有體積：17.5*10*5mm，是具有2只引腳的單列直插結構，樣品及使用方法，可以與電源網northzz聯系，電話13688943677，樣品是收費的。 五， 集成電路變頻預熱 1， 集成電路變頻預熱又叫芯片預熱，兩個功率開關管也可以在芯片內部，優點是電路體積較小，效率高，預熱時間和預熱電流可以內部固定，也可以外部調整。目前，可靠性低成本高，隨著芯片成本降低，可靠性提高，是將來一個發展方向，例如，恩智浦新推出的UBA2211，預熱效果很好。這方面的研究正在加緊進行，將來必有重大突破，因為，芯片容易實現智能控制，在超高頻，多功能，超功率啟動，超溫度保護方面，芯片方案有本質優勢，不久可以推出這種國產芯片。六，繼電器開關預熱繼電器開關預熱采用的電路驅動模塊，及使用方法，可以與電源網northzz聯系，電話13688943677，樣品是收費的。[圖片]傳統跳泡直接用在電子鎮流器上，實踐證明不行，因為，雙金屬片開始是開路的，由開路到閉合的過程，動作速度依靠溫度的上升速度，沒有閉合燈已經點亮了。實踐上證明，繼電器開關預熱是好方法，因為，繼電器的常閉點，開始是短路的，可以定時開路，符合預熱要求。十幾年的研究開發過程，人們已經克服了繼電器觸電壽命問題，和驅動問題，專用驅動電路已經生產，投入使用。目前,繼電器開關預熱，適合優質高檔大功率鎮流器采用，例如，T4T5T8支架燈鎮流器，可以驅動多觸點繼電器,實現雙燈管或多燈管同步預熱啟動，還適合光控，聲控，遙控，人體感應控制的鎮流器，一體化熒光燈。特點如下1, 理想開關的實現。由于繼電器觸點是理想開關，特別適合熒光燈預熱。斷開時間小到10毫秒，熒光燈輝光放電時間短，預熱特性曲線轉折點接近90度，達到理想。其他預熱方法都達不到，基本消除了啟動造成的黑頭，實驗結果證明，達到萬次以上不黑頭。2, 繼電器觸點耐壓高。能耐受1000伏以上高頻電壓，不損壞。3, 繼電器觸點耐過流能力強。觸點只是預熱期間有電流，斷開后無電流，是間斷降額應用的。實際使用中，觀察不到觸點會產生火花。其機械壽命一千萬次，觸點壽命達到百萬次。4, 集成電路驅動模塊。提供繼電器吸合工作電壓和保持工作電壓, 提供標準預熱時間。七，各種預熱啟動方法對比方法對比開關次數功耗W體積成本適用的對象安全性PTC小于3萬次0.3---1.0小低小功率一體化不安全電子開關大于5萬次無較小較高T4T5T8支架，吸頂燈，一體化熒光燈安全芯片大于5萬次無較小較高一體化熒光燈安全繼電器大于20萬次0.15較大較高T4T5T8支架，吸頂燈，較大功率一體化熒光燈，多燈管同步預熱安全八，預熱啟動調試要點， 預熱效果好壞，除了與預熱方案有關外，還與電子鎮流器自身有關，還與熒光燈管有關，一個較理想的預熱效果，得來不易，下面是調試要點，拿繼電器開關預熱方案為例子，幾乎適合上述所有方案。第一步，調電子鎮流器Q值。[圖片]這一步，將電子鎮流器調整到符合預熱要求預熱開關可以是繼電器長閉觸點，或者電子開關，或者PTC電阻開關。預熱電容CY是燈絲電容3倍左右，一般選擇CL21和CL11型, 耐壓400伏夠了， 其值選擇小些，可以調節預熱電流變大，當預熱電流足夠大時，CY可以不用。調整電子鎮流器冷啟動特性，【調整Q值不高不低】滿足預熱要求。驗證方法是，先不接預熱電路，對于220-230伏供電的電子鎮流器, 從0伏開始，升高電源電壓，一般啟振電壓在40—80伏,【有功率顯示時的電源電壓】。然后繼續升高電源電壓,觀察燈絲亮,整燈不亮,使亮燈電壓【點火電壓】在90--110伏左右，整燈才亮, 此時Q值高低適合預熱要求.點火電壓越低，低溫低壓啟動特性越好，光效越高，但是，預熱效果變差。可以通過升高電路Q值達到，方法與提高點火電壓相反。通過加強激勵，提高輸入功率，減小燈絲冷阻和燈絲電容等達到。點火電壓越高，預熱效果越好，但是過高，損耗大，光效越低，低溫低壓啟動特性不好。提高點火電壓，可以通過降低電路Q值達到，具體是，減小輸入功率，增加燈管燈絲冷阻，燈絲電容，發射極電阻值，減少磁環副圈匝數等。第二步，預熱效果觀察將燈絲電容短路，例如，用短路線。通電觀察燈絲預熱溫度,在黑暗處，如果通電1秒內，看見燈絲紅色,表示已經達到預熱溫度, 看見燈絲紅黃色,表示已經達到預熱溫度上限,也是可以的。如果，看不見燈絲紅色，需要采用2個方法，一是繼續調高鎮流器Q值，二是串加預熱電容CY。重復第二步直到看見燈絲紅色。第三步，預熱效果驗證將燈絲電容短路線去掉，接好預熱電路，重復第二步看見燈絲紅色。如果配合儀器,電源輸入的預熱功率約在3—7瓦間,燈功率大,預熱功率也取大.對應燈絲預熱電流約為燈管電流的1.5倍左右. 如果觀察燈絲黃色和白色, 預熱功率遠大于3—7瓦，甚至燈完全亮了，表示燈絲預熱溫度太高.需加大CY值，或者去掉CY不用，如果，開始就不需要CY, 要求鎮流器Q值高才行。如果看不見燈絲紅色, 需要減小CY值. 燈絲預熱溫度較大時，預熱效果好，輝光放電時間小，開關次數上升，但是，電路功耗加大，所以，要適當調整預熱效果與功耗矛盾。第三步，預熱時間與預熱電流協調最佳預熱時間確定，如果達到歐盟EUP5標準的極限標準，以及聲控和人體感應控制，0.8秒才行，由于時間短，取得好預熱效果，要下功夫。還可以把預熱時間定在1.2秒，1.5秒上，對于普通熒光燈使用是可以的，調試容易，可以采用較小的預熱電流，預熱效果更好，更安全。預熱時間與預熱電流是要協調的，預熱電流大，預熱時間就短，預熱電流小，預熱時間就長，例如PTC電阻開關，明顯有這個關系，另外幾個方案也如此。所以，生產廠家確定的預熱時間，是個變化值，例如，電子開關預熱方案，廠家說1.2秒，是對應一個確定的預熱電流的，例如是0.3安時。如果預熱電流0.35安，預熱時間自動減小到1秒。電子鎮流器工程師使用電子開關預熱方案時，首先確定預熱時間，然后，依照第二步，預熱效果觀察，確定預熱電流大小，把這2個參數提供給生產廠家，生產廠家根據這2個參數，提供樣品，樣品應該同時標明這2個參數值。觀察輝光放電時間，要求燈點亮的瞬間，要快，不閃，可以形容為燈亮在彈指一揮間，或者說，啟動彈性好。國家標準要求輝光放電時間小于0.1秒。否則，燈點亮的太慢，甚至閃動幾次才亮，會黑頭，開關次數下降。繼電器開關預熱，輝光放電時間能小于20毫秒，開關次數百萬次。燈絲溫度不足，是輝光放電時間太長原因，PTC電阻開關預熱尤其如此。繼電器開關預熱調整方法。繼電器型號4100，線圈24伏，觸點串聯1瓦5.6歐姆線繞電阻。調整扼流圈次級匝數，使燈亮穩定后，繼電器線圈電壓為21伏左右。