電子鎮流器對熒光燈性能的影響

Electronic Ballast(EB) Effect on Performances of Fluorescent Lamp(FL)

遼寧工學院陳永真曹永剛郭濤王智（錦州121001）摘要:提出鎮流器與熒光燈配套工作基本要求，指出其不足，分析電子鎮流器對熒光燈工作的影響、燈管故障對電子鎮流器的影響和電子鎮流器存在的問題，提出優質電子鎮流器的基本性能要求。

Abstract: Described fundamental requirements of the ballast and the fluorescent lamp form a complete set work.Analyzed EB effect on FL work,tube of FL effect on the ballast and EB existed defects,raised high－ quality EB fundamental performance requirements.

關鍵詞：預熱啟輝不啟輝保護開關壽命波形系數

Keywords:Preheat start， Protection of no start， Life of switch， Waveform factor

　　熒光燈是一種適用交流供電環境下的電光源，它要求燈絲預熱后啟輝以確保其使用壽命。熒光燈、電感鎮流器、啟輝器配套使用基本上滿足了這一要求，而且當燈管由于各種原因（特別是在不能激活）不能啟輝狀態下，鎮流器不致過熱損壞。電感鎮流器的缺點是：閃爍，容易造成眼睛疲勞，啟輝器壽命短，每次點燃平均需三至五次的啟輝過程，電壓偏低或環境溫度過低時啟輝困難，功耗大，鎮流器溫升高。因此隨著電子技術的發展，電子鎮流器應運而生。

1電子鎮流器的啟輝方式及其對燈管開關壽命的影響

　　為減小器件尺寸可將電子鎮流器做成高頻逆變器，開關頻率一般在30～50kHz，鎮流電感的儲能較電感式鎮流器小得多，電感釋放的能量不能擊穿燈管，故采用目前流行的LC諧振方式產生足夠高的諧振電壓擊穿燈管。使燈管啟輝，點燃后由電感鎮流。

采用LC諧振啟輝方式可使燈管在燈絲沒有加熱狀態下強行擊穿啟輝，也就是“即點即亮”。這種“即點即亮”的功能似乎用起來很方便，但由于燈絲沒有加熱而不能發射電子去中和汞離子，使在高壓電場作用下的汞離子轟擊燈絲，使燈絲表面的有利于發射電子的物質被轟擊飛濺，違背燈絲加熱后再加高壓啟輝的基本原則。在燈管點燃前的啟輝期間，由于LC諧振回路Q值較高（10～30）。燈絲冷態電阻低（總計不足10Ω），故諧振電流將達到正常工作電流的10倍左右。開關管、諧振電容將承受巨大的電流，電流沖擊是電子鎮流器故障率高、壽命短的主要原因之一。因此電子鎮流器必須具有燈絲預熱后啟輝的功能。熒光燈燈絲預熱的基本要求是：在電子鎮流器通電最初2秒左右的時間對燈絲預熱到600℃～800℃（在光線較暗處可見燈管兩端開始發紅）后在燈管兩端加LC諧振高壓擊穿燈管，使其點燃。由于燈絲預熱后具有發射電子的能力，可在燈絲加熱時將汞離子中和，使其停止加速，在最大程度上減小對燈絲的轟擊，延長燈絲壽命。在燈絲預熱過程中也不應有輝光放電。這樣做以后，燈管的開關壽命一般可以超過20萬次，最低也能超過10萬次。從而消除了以往每一次點燃減少使用壽命半小時到一小時的傳統觀念，使熒光燈的通斷基本上不再影響其使用壽命。欲實現這種效果，必須優選預熱方式。

　　啟輝方式如采用PTC元件并聯在諧振電容兩端的方式，使電子鎮流器通電后，利用PTC元件冷態的低電阻值降低電感電容諧振回路的Q值，從而降低電容兩端的電壓，使燈管不被擊穿啟輝，而處于預熱狀態。當PTC元件通過電流被加熱到轉折溫度時，由低阻狀態變為高阻狀態，使諧振回路的Q值升高，電容兩端（即燈管兩端）電壓升高使燈管被擊穿啟輝。從理論上講，這種預熱啟輝方式可行，但實際應用中，由于PTC元件處于高溫狀態，因此其可靠性得不到長期保證，而且當環境溫度變化范圍很大時，高溫環境下PTC元件將起不到對燈管預熱啟輝的作用，同時也容易因燈管冷啟輝時的過電壓（高于正常啟輝時數倍）造成PTC的擊穿。而在低溫環境又因加熱的電功率不足，使PTC元件溫度達不到轉折值，常使燈管不能被擊穿點燃或點燃后又回到啟輝狀態，而不能維持正常照明。由于以上諸原因，在實際應用中常出現PTC元件的損壞，甚至先于燈管而損壞，在總的效果上對燈管的開關壽命改善不十分明顯。我們認為低應力預熱啟輝方式最好，即在預熱過程中電子鎮流器的各處應力均不高于正常啟輝狀態，輸入功率隨燈絲的溫度上升而緩慢增加，并在燈絲被加熱到具有發射電子能力時，將LC諧振高壓加到燈管兩端使燈管被擊穿啟輝，由于燈絲被預熱，熒光燈管的啟輝電壓明顯降低（150V～290V），這樣不僅燈絲發射電子可中和被電場加速的汞離子，而且由于燈管擊穿場強較燈絲冷態燈管擊穿場強小得多，汞離子速度小，進一步減小汞離子（原子）對燈絲的轟擊，使燈管壽命的延長得到保證。

2燈管故障對電子鎮流器的影響

　　在電感鎮流器與熒光燈配套時，隨著點燃時間的增長和開關次數的增加，燈管中燈絲表面發射電子物質由于汞離子的轟擊作用飛濺而減少，燈絲發射電子能力減弱造成燈管電壓升高，電流減小，最終不能維持燈管電壓高于啟輝器輝光放電電壓，使啟輝器反復動作，燈管不能正常點燃，即燈管壽命終了，這時只能更換新燈管才可恢復工作。

　　電子鎮流器與熒光燈配套使用時，由于電子鎮流器是采用諧振式啟輝方式，燈管點燃后，導通的燈管并聯在諧振電容兩端使諧振回路Q值急劇下降，這時電容的端電壓為燈管的工作電壓。當燈管壽命后期，由于前述原因，使燈管電壓增加，在這種狀態下，諧振電容端電壓和電流隨之增加，燈絲電流增加，從而緩和了燈絲發射電子不足的現象，但燈功率增加。

　　當燈管壽命終了時或由于其他原因可能會出現燈管不能被激活啟輝，等效諧振電感、諧振電容將流過正常工作電流的10倍甚至更大的電流，如燈絲在很短的時間內不能燒斷，則上述元件特別是開關管將被熱擊穿，從而使電子鎮流器損壞。

　　如熒光燈兩端燈絲發射電子不平衡時，將出現程度不同的“整流”現象。當這種“整流”現象嚴重時，將使兩個串聯的輸入濾波電解電容器分壓輸出點電位發生偏移，可能造成其中一個電容器上的電壓超過其額定電壓而被擊穿，使電子鎮流器損壞。

3電子鎮流器應走出誤區

　　目前很多電子鎮流器制造商為降低生產成本，生產的電子鎮流器無燈絲預熱功能，或即使有預熱功能但多形同虛設。極大地影響燈管使用壽命和電子鎮流器的使用壽命。不僅造成資金和資源上的極大浪費，而且廢棄的舊燈管將造成汞及熒光粉對環境的污染。由于電子鎮流器大多沒有在燈管不能激活啟輝時的自身保護功能，致使燈管壽命終了時必然燒壞電子鎮流器，形成壞一只燈管，同時也壞一只電子鎮流器的現象。為提高電子鎮流器的功率因數，高功率因數的電子鎮流器大多采用如圖1所示的整流電路，功率因數可達0.96，但整流輸出電壓紋波達50％，見圖2。

一般恒壓整流輸出電壓下，電子鎮流器與熒光燈配套使用時，燈管電流波形系數約為1.4～1.5，采用圖1的整流電路后實驗結果為燈管電流波形系數增加30％，為確保燈管電流波形系數小于國家標準GB10682－89中規定1.7的要求，必須使恒壓整流輸出供電下的電子鎮流器與熒光燈配套時燈管的波形系數小于1.4。實際上設計合理的電子鎮流器，電流波形系數一般在1.35。

　　一些電子鎮流器制造商為了減小電子鎮流器的損壞率，燈管輸入功率常常小于GB15143－94，GB15144－94中的規定，甚至有的電子鎮流器的輸入功率僅為燈管額定功率的80％，這種燈管的降額使用方法，不僅使燈管的光效降低一個檔次以上，同時也降低了燈管使用壽命。

圖1高功率因數電子鎮流器的電路

(a)交流電壓、電流波形

（b）直流電壓紋波圖2電子鎮流器的電壓、電流波形

圖2電子鎮流器的電壓、電流波形

　　綜上所述電子鎮流器的誤區，導致燈管的使用壽命明顯短于使用電感鎮流器的情況，并且壞一個燈管就燒壞一個鎮流器，喪失了熒光燈壽命長的優點，而且由于很多電子鎮流器沒有加裝保險絲，造成了電氣事故和電氣火災的隱患。

　　性能優良的電子鎮流器應具備：燈絲預熱功能；燈管不啟輝保護功能和抗“整流”效應功能；并使電子鎮流器輸入電流的諧波成分滿足IEC555－2標準。這樣不僅電子鎮流器可靠性得到保證，而且由于采用了預熱啟輝方式和約1.4的燈管電流波形系數，使熒光燈使用壽命明顯高于電感鎮流器配套的熒光燈，也明顯高于制造商標定的使用壽命。