纳米陶瓷电极荧光巷道灯和隧道灯

　　1 概述

　　目前矿井巷道和高速公路隧道照明灯具普遍采用白炽灯和日光灯。众所周知，白炽灯的发光效率只有15 Lm/w，使用寿命只有1 000小时，普通日光灯的发光效率约60 Lm/w，寿命只有2 000小时。高质量日光灯的寿命也只有5 000小时，由于矿井巷道和高速公路隧道都是昼夜点亮，因此照明灯具需要经常更换，由于隔爆巷道灯更换灯管很困难，因此维护工作量大，维护费用高。同时，白炽和日光灯耗电量较大，加之每天点亮时间很长，因此每年所需电费极高。

　　为了克服这些问题，近年来，许多研究单位开始采用半导体照明灯(LED)制作巷道灯和隧道灯。LED具有节电、长寿命、环保等优点，目前已有部分采用白炽灯的巷道灯改用LED，取得较明显的效果，但是原来采用日光灯的巷道灯，必需采用多只LED组成的灯管，因此光线分布很不均匀，而且还会产生重影。同时，LED日光灯管的价格很高。目前，大量推广仍有困难。

　　纳米陶瓷电极日光灯的电极采用永久性纳米陶瓷材料制成。这种材料能够导电，并发射由电能转变成的光电子能，使管壁上的荧光粉发光，这种荧光灯彻底克服了传统钨丝涂电子粉电极日光灯的致命缺点：光效低、耗能大、寿命短。目前纳米陶瓷电极日光灯的发光效率可达110 Lm/w，在照度相同的条件下，比白炽灯节电90%，比传统日光灯节电40%～60%。纳米陶瓷电极日光灯可达30 000小时，比白炽灯长30倍，比传统日光灯延长15倍以上，此外，纳米陶瓷电极日光灯的成本略高于传统日光灯，因此这种灯具目前是矿井巷道灯和高速公路隧道灯最理想的光源。

　　2 纳米陶瓷电极荧光巷道灯的组成

　　该巷道灯主要由三部分组成：纳米陶瓷电极日光灯管、电子镇流器和隔爆罩。隔爆罩采用已通过安全认证的巷道灯隔爆罩。这种隔爆罩结构非常坚固，即使日光灯管和镇流器产生爆炸。由于隔爆罩的屏蔽作用，不会对外产生任何影响，此外为了实现照明，隔爆罩还具有透光作用。

　　电子镇流器的作用是控制电极和灯管的电流。当外部电压发生变化时，保证灯管和电极电流在很小范围内变化，避免损坏电极和灯管。该镇流器还具有功率因数校正作用，整灯的功率因数可达到0.999。可有效消除对电网的污染。

　　采用纳米陶瓷电极日光灯管后，原来巷道灯内用的20 W日光灯管，只需选用14 W灯管。交流输入电压为127 V时，该灯管的工作电流只有0.085 A，该灯管还具有很高的过压、过流承受能力。当交流输入电压高达612 V时，电极才有可能烧断，电极电流达到2.09 A时，电极才可能烧断。该日光灯管的光通量可达到1 350 Lm，远远高于20 W普通日光灯管的光通量，因此照明效果优于20 W普通日光灯管。而纳米陶瓷电极日光灯管的平均寿命可达30 000 h，为普通日光灯管的10～15倍。在正常工作情况下，可以保证12年不更换灯管，大大节省维护费用。

　　3 荧光巷道灯的电子镇流器

　　为了节能，纳米陶瓷荧光巷道灯采用电子镇流器控制。该镇流器主要由EMT滤波器、整流器、功率因数校正电路(PFC)、镇流控制与保护电路等部分组成，各部分电路均由电子镇流器专用集成电路IRS2168D控制，如图1所示。

　　EMT滤波器由高频滤波电感和电容组成，用于滤除高次谐波，减小对电网的污染。整流器由4个整流二极管组成，其作用是将交流输入电压变为直流输出电压，该镇流器输入交流电压范围为90 V～305 V，不仅适用于矿井下127 V供电电压，也适用于世界各国的100 V和220 V供电电压。交流输入电压过低时，集成电路输出信号可关断镇流器输出，实现欠压封锁功能。功率因数校正电路采用普通的升压变换器，实现输入电压与输入电流同相位，提高功率因数(达到0.99以上)，减小总谐波失真。镇流控制与保护部分主要由半桥式电路和保护电路组成，其作用是控制日光灯预热电流，起辉电流和工作电流。保护电路可防止日光灯因出现故障状态而损坏。

　　控制一个日光灯管的电子镇流器实际电路如图2所示，输入端的L1、C1等元件组成EMT滤波器，压敏电阻RV1实现过压保护，BR1为桥式整流器，功率因数校正电路由电感LPFC、二极管DPFC、功率MOS管MPFC、电容器CVBUS1和CVBUS2等元件组成，与功率MOS管串联的电流采样电阻的ROC的作用是：当功率因数校正电感LPFC饱合时，可以防止因为电流过大而导致损坏功率因数校正电路，功率因数校正电路的工作由IRS2168D 7引脚(PFC)输出信号控制，镇流控制电路采用功率MOS管MHS和MLS、谐振电感LRES、谐振电容CRES等元件组成的半桥输出电路功率MOS管由IRS2168的11引脚(LO)和16引脚(HO)输出信号控制。IRS2168D的电流采样引脚(CS)电压决定于流过外接电流采样电阻RCS的电流，通过该电阻可以调整最大峰值启辉电流，因此可以调整日光灯启辉电压。电极驱动电路由谐振电感LRESB、LRESC和谐振电容CH1、CH2两部分组成。

　　应当说明，该实用新型不仅适用于巷道灯和隧道灯，而且适用不同功率的日光灯管，也可用于室内照明、道路照明等场合。为了提高照明效果，高速公路隧道灯经常选用双管日光灯。为了节省镇流器的造价，可以采用一个镇流器驱动两只日光灯管，实际应用电路，如图3所示。