荧光灯启动特性

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1、 荧光灯启动特性分析 荧光灯启动特性分析 关键词：启动特性 预热 触发 延时 开路电压 数字示波器 冷热阻比 Key word: start preheat ignition delay OCV digital oscillograph Rh/Rc 前言 中国是照明业制造大国，包括光源和光源电器。但从总体而言，质量是不能令人满意的。很多中小企业缺乏测试设备和相关的理论指导，导致产品很多的质量隐患，也包括在启动特性存在很多问题。本人撰写此文， 就是本着抛砖引玉的想法，和业内工程师一起探讨这个问题，希望能共同提高。 一：灯管特性 如图所示： 图 1 图 1 是低压荧光灯管的结构示意图。在一个密闭的

2、玻璃管里，充入一定压力的惰性气体，作为启动的辅助气体，一般为氩气等，压力在 38a，根据设计要求做适当的变化。在灯管根部，装有灯丝，芯柱，在灯管中，还配有一定量的汞。 在管壁上涂有荧光粉， 当它接收到 253.5 纳米波长的紫外线照射，会激发出可见光。 图 2 图 3 如图 2 所示，是灯丝的结构图。灯丝由钨丝为材料绕制而成，灯丝的尺寸都经过合理的设计和选择，使提供给灯丝的热能够很快产生一个恰当的温度，保证电子发射，这个温度应当在 750左右。同时，中空的丝体内能够存储更多的发射材料，利于寿命的维持。灯丝上敷涂的电子粉为钡，锶，钙的碳酸盐化合物。 如图 3 所示，是荧光灯灯管启辉过程： 1、阴

3、极产生电子的方法： 主要是热电子发射：阴极的金属通电产生热量，使得电子 从阴极基金属和碱土氧化物涂层中释放； 2、紫外线的产生： 电子打在汞原子上，汞原子被激发，产生能量转移，放出波长 253.7nm为主的紫外线； 3、光线的产生： 380nm 以下、780nm 以上为肉眼所无法看见的光线，紫外线的波长位于肉眼所能看见的光线以（380nm 以下） ，荧光粉能够充分吸收 253.7nm 的紫外线，产生肉眼能够看见的可见光。 二：对电子镇流器的要求 电子镇流器依据启辉方式的不同，可以分成 3 大类：延时启辉（preheat start ）;迅速启辉（rapid start）;瞬间启辉（instan

4、t start） 。一般而言，在一些不是频繁开关的场所（日平均开关次数不大于 5 次） ，是可以选择使用迅速启辉和瞬间启辉的。而在一些频繁开关的场所，光源电器的启动方式以预热启动为宜。 在以下的篇幅中，只讨论电子镇流器的预热启动。预热启动，要求镇流器有以下几个基本要求： 1：在预热阶段，灯丝必须得到足够的预热。 2：当预热结束，镇流器必须给于灯管以足够大的触发电压，使灯管迅速启辉。 3：当灯管触发成功以后，灯丝上的电流必须降到一个足够小的范围。 21 灯管的预热阶段分析 21 灯管的预热阶段分析 图 4 图 5 如图 4 所示，一个好的预热方式，有三个要求。1：短的时间从辉光放电过渡到弧光放电

5、。2：小的辉光电流。3：理想的 Rh/Rc 的比值。而图 5 则显示了一种不是最好的启动波形（产品寿命在 5000 小时左右） 。 辉光放电是工作在一个高电压，低电流的状态。在这个灯丝没有充分预热的情况下状态下发射电子，会导致灯丝电子粉溅射，灯管早期黑头等不良现象地出现。所以这个阶段要尽可能缩短。 小的辉光电流有利于保护灯丝。灯丝本身允许通过的电流电压是很有限的，过大的电流会导致灯丝损坏。所以正确选择灯丝的规格型号是至关重要的。 在灯管的预热启辉中，最重要的一个参数是 Rh/Rc，我们把它称为冷热阻比。这个比值从根本上反映出启辉状态的正确与否。Rc 为灯丝冷阻，单位是欧姆. 要求在温度为 25

6、+/-1 的环境中进行测试， 最好能精确到小数点后面 2 位，测试仪器以数字电桥为佳。Rh 为灯丝热阻，以数字示波器测试数据为准。 Rh=灯丝电压/灯丝电流，电压的单位是伏特，电流的单位是安培。如图 6所示，在两根垂直光标的左侧，是灯管的预热阶段，在光标的右侧，是灯管的运行阶段，在两根光标之间的，是触发阶段，在这个阶段，预热行将结束，在数值上，发生了很大的变化，一般测试区间的选择就在这个地方。左光标设立在预热结束的地方，右光标设立在触发前的区域，两根光标之间的时间差大约在20 毫秒。 图 6 图中，1 通道测试的为灯管电压；2 通道为灯丝电压；3 通道为灯管电流，4 通道为灯丝电流。 测试值为

7、有效值。 将图中通道 2 的数值 7.683 除以通道 4 的数值 0.4238 可以得到一个预热时的热阻：18.129 欧姆，用这个数值再除以灯丝冷阻，就可以得到一个冷热阻比，这个数值，在 46.5 之间是比较合适的 。而从开始有电流到右光标之间的时间差，就是预热延时时间。将光标设立在这个区间的两端，就可以测试出这个时间。延时时间的长短，用产品设计要求来进行判断。 图 7 如图 7 所示，灯丝的延时做的相当不错，预热波形也相当好看，可实际的预热效果并不理想。整个 Rh/Rc 值明显偏小了，假定灯丝冷阻在 4 欧姆，那么 Rh/Rc 就是在 2.94 左右，与理想状态差之甚多。所以，判定一个参

8、数是否合理，需要用数据来证明，而不是用经验，凭感觉。 图 8 如图 8 所示， 是一个没有预热的启辉波形，在这种情况下，整个 Rh/Rc将是相当小的。 如果 Rh/Rc 小于 4， 表示灯丝没有经过充分预热； 而 Rh/Rc如果是大于 6.5 以上，那就表示预热过度，这两者都不好。在实际测试过程中，除了 Rh/Rc 这个重要参数以外，还有很多因素需要予以关注。例如：灯丝功率（此测试值是测试从开始到预热以后的 10 毫秒区间，将灯丝电压乘上灯丝电流即可得到，直接在示波器中输入公式是比较简单的方法） ；辉光电流（这个电流是越小越好的，从精确角度出发，要求示波器电流探头必须在每次测试前，都需要消磁和

9、清零） 。 图 9 预热频率，如图 9 所示，在灯管预热时，其谐振频率将达到 75KHz左右，而实际运行频率可能只是谐振频率的一半左右。图 9 反映的是频率和灯管电压之间的关系。预热频率不应太低，以免影响启辉特性；同时，也不应该太高，三极管的频率特性是有一定范围的。谐振频率fo=1/(2*(L*C)，频率的数值和L，C的大小成比例关系。L是电感容量值，C是启辉电容值。 在考虑到灯管的一致性等多种因素影响后，我们应该采用多个镇流器的测试方法，并且在灯管的每一端都需要进行测试，在测试中，需要有一定时间的间隔，确保灯丝在每次测试时，都是经过足够时间的冷却。 一般的参数，在灯丝厂家提供的参数表上可以找

10、到，对应的我们必须关注各个参数都必须在可接受范围内，如灯丝电压，灯丝电流，灯丝功率，灯丝的瞬间峰值，还包括预热频率等。 2.2 灯管的触发状态分析 2.2 灯管的触发状态分析 在灯丝完成预热以后，要求镇流器提供一个足够大触发电压，击穿灯管，顺利建立灯管内的自持放电。触发电压的测试可以用 OCV 来表征，OCV 是指开路电压 open circuit voltage. 图 10 在图 10 中， 箭头标示的区域即为OCV测试区间，在谐振时，有Q倍的电源电压施加于灯管两端，可以表达为Vc=Vcc*Q，而Q=(1/R)*(L/C) )。Q值的建立，一般在 3 左右比较好，偏低的话，有可能给于的触发电

11、压峰值不够，灯管不能顺利启辉；而如果Q值太高，那么高的电压加在灯管两端，会破坏预热特性，而且对启辉电容的要求也相当高，很有可能损坏到它，一般的启辉电容的耐压值为1000V。 2.3 灯管运行状态分析 2.3 灯管运行状态分析 在经历了灯管的预热，触发以后，灯管将进入一个运行阶段，这个状态的很多数据，是需要在一个稳定的状态下进行测试。考虑到灯管的效率和其他因素， 希望将灯丝上消耗的功率降到最低。我们总是希望能将灯管的所有能力全部表现出来，包括灯管的功率，发光特性，光的维持性能等等。这个问题已经不在本文应该讨论的范围中，大家有兴趣，我们可以在以后再进行深入探讨。 三结束语 灯管的启辉特性影响到光源的寿命，差的启辉特性将大大缩短灯的使用寿命。如何才能改善启辉特性和灯的稳定性，是很多工程师在考虑的一个问题。我希望我的文章能对大家有所启发，有所帮助。因本人才疏学浅，难免存在一些谬误，请大家予以指正。 VS 市场部主管 张惠东 2007-7-25