熒光燈常用燈絲預熱電路

摘要：電子鎮流器由于具有節能，發光無頻閃和易于實現聯網控制（如IEC929附錄E的有關要求）等一系列優點，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。

關鍵詞：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

??? 常用的電光源主要有熱致發光光源，氣體放電發光光源，固體發光光源等三類。

??? 熱致發光光源如白熾燈，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時單位面積和單位時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與黑體幅射本領之比值；

????? T為物體的絕對溫度。

??? 利用熱致發光原理制成的電光源制作簡單，成本低，但是發光效率低，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％）。

??? 固體發光光源，如發光二極管、等離子體發光器件等，盡管它們的發光效率高，但目前還不能做到大功率（如上百瓦），所以，固體發光器件要進入大規模實用階段還有一段距離。

??? 氣體放電發光器件，如熒光燈（Florescent）、金鹵燈（Hilide）、高強度放電燈（HID）等，它們的發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，發光效率和壽命都比白熾燈高。熒光燈發光效率約23％，紅外、熱能占總耗能的36％及41％。熒光燈發光均勻、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。熒光燈是通過引燃燈管內稀薄汞蒸汽進行弧光放電，汞離子受激產生紫外線，激發燈管內壁涂層熒光粉發出可見光。但是由于熒光燈工作的負阻特性，在使用時須配用鎮流器件。

2??? 有關熒光燈的燈絲預熱

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

??? 預熱啟動是指在燈陰極被加熱至熱電子發射溫度后才觸發燈。通常采用控制陰極電流進行預熱或控制陰極電壓進行預熱的方式。無論采用哪種方式啟動，都應滿足下列要求：

??? 1）在燈陰極達到電子發射狀態之前，燈兩端之間或燈與啟動輔助裝置之間的開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）在陰極達到發射狀態之后，開路電壓應足夠高，可使燈迅速啟動而無須重復多次才能啟動；

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

??? 4）在陰極預熱階段，預熱電流或預熱電壓不得過大或過高而使陰極上發射物質因過熱而受到損害。

??? 燈陰極預熱啟動可分為以下兩種情況。

2.1??? 采用控制燈陰極電流進行的燈絲預熱

2.1.1??? 有效預熱電流和發射時間（t_e）

??? 為使某一類型陰極達到最低發射溫度所需的熱量，可用時間、電流和由該類陰極的物理特性所決定的一個常數來表示。這種關系可由式（2）表示。

??? t_e=（2）

式中：t_e為達到發射狀態的時間，≥0.4s^（1）；

????? a為特定類型陰極的常數；

????? i_k為獲得t_e所需的最小燈絲有效預熱電流（A）；

????? i_m為達到發射狀態所需的燈絲最小電流絕對值（A）^（2）；

??? 注：（1）達到發射狀態的預熱時間<0.4s通常是不可取的，實踐證明在此時間內不總是可以使陰極燈絲達到充分預熱。

??? （2）此值是假定從冷態開始施加燈絲預熱電流的時間足夠長（如≥30s）的情況。

2.1.2??? 有效預熱電流的最大值

??? 可以在短時間（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0.4s后，隨著時間的延長，此電流值應逐步減小，直至達到2s或更長時間，此值不得明顯地超過50Hz時用輝光啟動器啟動的數值。

??? 上述要求的圖解如圖1和圖2所示。

圖1??? 控制電流進行預熱的鎮流器對陰極預熱電流的要求

(a)??? 開路電壓提高后即將預熱電流除去的鎮流器

（b）??? 開路電壓過渡時間>100ms的鎮流器

圖2??? 控制電流進行預熱的鎮流器對開路電壓的要求

2.1.3??? 開路電壓和轉換時間t_s

??? 在燈的啟動過程中，當開路電壓在t_e時被提高，而陰極預熱過程在t_e時結束（預熱電流中斷）的情況下，開路電壓的轉換時間t_s應≤100ms（如圖2所示）。

??? 在開路電壓的轉換時間內陰極始終保持發射狀態的情況下，轉換時間t_s可以>100ms。

??? 由于燈陰極在預熱時間達到t_e時被加熱到發射狀態，因此，在燈啟動過渡階段有效預熱電流不得降低到絕對最小值（i_m）以下，以確保燈陰極處于發射狀態。

??? 有一些類型的燈規定，在達到t_e之前的開路電壓最大值高于或等于達到t_e之后的開路電壓的最小值，因此，為這類燈設計的鎮流器無須為了使燈可靠啟動而提高開路電壓。

2.2??? 采用控制燈陰極電壓進行預熱的鎮流器

2.2.1??? 方均根電壓和施加電壓的時間

??? 當陰極電壓超過3.0V（低電阻陰極）或6.0V（高電阻陰極），且電壓施加的時間≥0.4s時，即可達到陰極發射溫度。

??? 為了防止陰極溫度過高，應規定施加電壓的最大值。當施加電壓大于10V時，所有陰極兩端都會出現橫向弧光放電。

2.2.2??? 開路電壓

??? 在達到陰極熱電子發射之前，如燈的開路電壓低于可進行冷啟動的值，則允許同時施加陰極預熱電壓和燈電壓。雖然電子鎮流器可以提供多種電壓控制方式，但均應遵守在達到熱啟動之前將燈電壓保持在燈冷啟動水平以下的原則。

??? 燈絲最大有效預熱電流在預熱過程中的任何時刻，不得超過規定的最大值，預熱時間≥0.4s。

2.2.3??? 對鎮流器的要求

??? 鎮流器應向燈提供所需陰極預熱電壓、陰極工作電壓和燈啟動電壓。

??? 鎮流器應按規定值向燈提供啟動電壓。啟動電壓可與陰極預熱電壓同時施加，也可在0.4s間隔后上升至該項值。但在0.4s之前施加的任何電壓必須低于可導致燈啟動的電壓水平。

??? 一個性能良好的電子鎮流器的預熱、點火和熒光燈工作與電子鎮流器工作頻率變化之間的變化規律如圖3所示。電子鎮流器的預熱、點火和熒光燈工作與工作頻率變化關系曲線圖如圖4所示。

圖3??? 燈工作過程燈電壓和燈工作頻率變化曲線

圖4??? 電子鎮流器的預熱、點火和熒光燈工作與工作頻率變化關系曲線

3??? 幾種常用熒光燈的燈絲預熱方法與特點

3.1??? 單燈燈絲電流預熱型

??? 單燈燈絲電流預熱型電路結構如圖5所示。在這種燈絲預熱電路中，利用在電路預熱期間通過燈絲與啟動電容之間的電流實現燈絲預熱。具有電路簡單，易于實現的特點，實際應用得較多。

圖5??? 單燈燈絲電流預熱型

3．2??? 單燈燈絲電壓預熱型

??? 單燈燈絲電壓預熱型電路結構如圖6所示。在這種燈絲預熱電路中，利用和鎮流電感（L）繞在一起的兩個燈絲繞組上的電壓實現燈絲預熱。特點是在燈的整個工作過程中，燈絲都有電壓施加于燈絲兩端。

圖6??? 單燈燈絲電壓預熱型

3．3??? 雙燈串聯燈絲電壓預熱型

??? 雙燈串聯燈絲電壓預熱型電路結構如圖7所示。在這種燈絲預熱電路中，利用和鎮流電感繞在一起的三個燈絲繞組（L）上的電壓實現燈絲預熱。特點是在燈的整個工作過程中，燈絲都有電壓施加于燈絲兩端，并且通過中間的燈絲繞組（L）的電流應為上、下兩個燈絲繞組（L）的燈絲電流兩倍。

圖7??? 雙燈串聯燈絲電壓預熱型

3．4??? 雙燈串聯燈絲電流預熱型

??? 雙燈串聯燈絲電流預熱型電路結構如圖8所示。在這種燈絲預熱電路中，利用和鎮流電容串在一起的一個燈絲變壓器（T₂）上的次級電壓實現燈絲預熱。

圖8??? 雙燈串聯燈絲電流預熱型

3．5??? 雙燈并聯燈絲電流預熱型

??? 雙燈并聯燈絲電流預熱型電路如圖9所示。電路工作原理與單燈燈絲電流預熱電路相同。

圖9??? 雙燈并聯燈絲電流預熱型

3．6??? 雙燈并聯平衡變壓器燈絲預熱型

??? 雙燈并聯平衡變壓器燈絲預熱型電路結構如圖10所示。電路中利用一個平衡變壓器（T）來實現燈絲的預熱。電路工作原理與單燈燈絲電壓預熱型電路相同。電路特點是由于電路中的平衡變壓器可使兩只燈的工作電流一致。

圖10??? 雙燈并聯平衡變壓器燈絲預熱型

3．7??? 雙燈并聯燈絲電壓預熱型

??? 雙燈并聯燈絲電壓預熱型電路如圖11所示。電路工作原理同單燈燈絲電壓預熱電路。

圖11??? 雙燈并聯燈絲電壓預熱型

4??? 結語

??? 本文主要討論了熒光燈的預熱，有關預熱的主要技術要求和幾種主要的燈絲預熱電路及特點，由于熒光燈的燈絲預熱對提高熒光的壽命有重要的作用，所以本文有一定的實用意義。