荧光灯常用灯丝预热技术介绍及电路设计

摘要：电子镇流器由于具有节能，发光无频闪和易于实现联网控制（如IEC929附录E的有关要求）等一系列优点，而得到了广泛的应用。荧光灯如采用适当的灯丝预热方法，对提高荧光灯的寿命有非常重要的作用。介绍了几种常用的荧光灯灯丝预热方法及特点。

关键词：荧光灯；灯丝电流预热型；灯丝电压预热型

1 常用照明方法与特点

常用的电光源主要有热致发光光源，气体放电发光光源，固体发光光源等三类。

热致发光光源如白炽灯，它利用斯涅藩－波尔兹曼定律，即物体温度越高，它幅射出的能量越大。这可用式（1）表示。

E=μ×ξ×T⁴（1）

式中：E为物体在温度T时单位面积和单位时间内的红外幅射总能量；

μ为斯涅藩－波尔兹曼常数（μ=5.6697×10^－12W/cm²·K⁴），

ξ为比幅射率，即物体表面幅射本领与黑体幅射本领之比值；

T为物体的绝对温度。

利用热致发光原理制成的电光源制作简单，成本低，但是发光效率低，只有11％左右，而其余的能量则以热的形式消耗掉（红外、热能消耗分别占69％及20％）。

固体发光光源，如发光二极管、等离子体发光器件等，尽管它们的发光效率高，但目前还不能做到大功率（如上百瓦），所以，固体发光器件要进入大规模实用阶段还有一段距离。

气体放电发光器件，如荧光灯（Florescent）、金卤灯（Hilide）、高强度放电灯（HID）等，它们的发光效率为普通白炽灯的几倍。由于气体放电灯的功率可以做得较大（上千瓦），发光效率又高，是一种绿色照明光源。其中，荧光灯是一种充有氩气的低气压汞气体放电灯，发光效率和寿命都比白炽灯高。荧光灯发光效率约23％，红外、热能占总耗能的36％及41％。荧光灯发光均匀、亮度适中、光色柔和，是理想的室内照明灯，在照明中得到了广泛的应用。荧光灯是通过引燃灯管内稀薄汞蒸汽进行弧光放电，汞离子受激产生紫外线，激发灯管内壁涂层荧光粉发出可见光。但是由于荧光灯工作的负阻特性，在使用时须配用镇流器件。

2 有关荧光灯的灯丝预热

国际电工委员会标准IEC929和我国的专业标准ZBK74012－90，都有关于电子镇流器在“正常情况下使用时，应使灯启动，但不对灯性能造成损害”；“施加阴极预热电压的最短时间应不少于0.4s”和“开路电压的波峰系数不得超过1.8；在最低预热期间，不得产生即使是极窄的、不影响有效值的电压峰值”等规定。

预热启动是指在灯阴极被加热至热电子发射温度后才触发灯。通常采用控制阴极电流进行预热或控制阴极电压进行预热的方式。无论采用哪种方式启动，都应满足下列要求：

1）在灯阴极达到电子发射状态之前，灯两端之间或灯与启动辅助装置之间的开路电压应保持在低于导致阴极受损害的辉光放电的水平；

2）在阴极达到发射状态之后，开路电压应足够高，可使灯迅速启动而无须重复多次才能启动；

3）在阴极已处于发射状态，若开路电压须升高后才能使灯启动，则开路电压从低到高的转变过程中，必须在阴极仍处于热电子发射温度期间完成；

4）在阴极预热阶段，预热电流或预热电压不得过大或过高而使阴极上发射物质因过热而受到损害。

灯阴极预热启动可分为以下两种情况。

2.1 采用控制灯阴极电流进行的灯丝预热

2.1.1 有效预热电流和发射时间（t_e）

为使某一类型阴极达到最低发射温度所需的热量，可用时间、电流和由该类阴极的物理特性所决定的一个常数来表示。这种关系可由式（2）表示。

t_e=（2）

式中：t_e为达到发射状态的时间，≥0.4s^（1）；

a为特定类型阴极的常数；

i_k为获得t_e所需的最小灯丝有效预热电流（A）；

i_m为达到发射状态所需的灯丝最小电流绝对值（A）^（2）；

注：（1）达到发射状态的预热时间0.4s通常是不可取的，实践证明在此时间内不总是可以使阴极灯丝达到充分预热。

（2）此值是假定从冷态开始施加灯丝预热电流的时间足够长（如≥30s）的情况。

2.1.2 有效预热电流的最大值

可以在短时间（t≤0.4s）内施加较大的灯丝有效预热电流而又不损坏阴极，但超过0.4s后，随着时间的延长，此电流值应逐步减小，直至达到2s或更长时间，此值不得明显地超过50Hz时用辉光启动器启动的数值。

上述要求的图解如图1和图2所示。

图1 控制电流进行预热的镇流器对阴极预热电流的要求

(a) 开路电压提高后即将预热电流除去的镇流器

（b） 开路电压过渡时间>100ms的镇流器