防爆燈內(nèi)的鎮(zhèn)流器原理
防爆燈內(nèi)的鎮(zhèn)流器原理來源發(fā)展
20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了世界性的能源危機，
大功率電子鎮(zhèn)流器
大功率電子鎮(zhèn)流器
節(jié)約能源的緊迫感使許多公司致力于節(jié)能光源和熒光燈電子鎮(zhèn)流器的研究，隨著半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展，各種高
反壓功率開關(guān)器件不斷涌現(xiàn)，為電子鎮(zhèn)流器的開發(fā)提供了條件，70年代末，國外廠家推出了*代電子鎮(zhèn)
流器，是照明發(fā)展*一項重大的創(chuàng)新。由于它具有節(jié)能等許多優(yōu)點，引起了*的極大關(guān)注和興趣，認(rèn)為
是取代電感鎮(zhèn)流器的理想產(chǎn)品，隨后一些的企業(yè)都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力來進(jìn)行更高一級的研究與開發(fā)
。由于微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，促進(jìn)了電子鎮(zhèn)流器向高性能高可靠性方向發(fā)展，許多半導(dǎo)體公司推出了功率
開關(guān)器件和控制集成電路的系列產(chǎn)品，1984年，西門子公司開發(fā)出了TPA4812等有源功率因數(shù)校正電器IC，功率
因數(shù)達(dá)到0.99。隨后一些公司相繼推出集成電子鎮(zhèn)流器，89年芬蘭赫爾瓦利公司又成功推出可調(diào)光單片集成電
路電子鎮(zhèn)流器，電子鎮(zhèn)流器已在*特別是發(fā)達(dá)國家全國推廣應(yīng)用。
防爆燈內(nèi)的鎮(zhèn)流器原理類別
防爆燈內(nèi)的鎮(zhèn)流器原理主要有兩大類：
（1）電感式鎮(zhèn)流器，包括普通型和節(jié)能型；也分為普通電感鎮(zhèn)流器和HID電感鎮(zhèn)流器。
（2）電子式鎮(zhèn)流器，20世紀(jì)70年代末進(jìn)入市場，我國從上世紀(jì)80年代中期開始研制生產(chǎn)。這類鎮(zhèn)流器產(chǎn)品中也
有諧波含量大小、能耗大小不同熒光燈鎮(zhèn)流器 產(chǎn) 品。
普通型和節(jié)能型鎮(zhèn)流器沒有明確的界限，不便推廣應(yīng)用。歐盟關(guān)于直管熒光燈的能效等級標(biāo)準(zhǔn)有具體的數(shù)據(jù)規(guī)
定，不同等級的產(chǎn)品規(guī)定了功率限值，可供借鑒。表1列出了歐盟的CELMA組織關(guān)于T8熒光燈鎮(zhèn)流器能效等級的
劃分。
級，應(yīng)按照歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 50294進(jìn)行測試，可以給定相應(yīng)的等級。
歐盟已經(jīng)禁止使用的C級和D級電感鎮(zhèn)流器，正是我國新頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2004
）中明確規(guī)定不應(yīng)使用的電感鎮(zhèn)流器。該標(biāo)準(zhǔn)同時規(guī)定直管熒光燈應(yīng)采用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。前
者相當(dāng)于歐標(biāo)的A2級和A3級產(chǎn)品；后者相當(dāng)于B1級和B2級產(chǎn)品。而從標(biāo)準(zhǔn)編制組編寫的“標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)講座"的資
料可以看出，在制定“照明功率密度（LPD）"標(biāo)準(zhǔn)中測算資料，電子鎮(zhèn)流器的系統(tǒng)功率相當(dāng)于A2級，節(jié)能電感
鎮(zhèn)流器系統(tǒng)功率則略高于B1級，但低于B2級。
工作原理
電感鎮(zhèn)流器
當(dāng)開關(guān)閉合電路中施加220V 50HZ的交流電源時，電流流過鎮(zhèn)流器，燈管燈絲啟輝器給燈絲加熱（啟輝器開始時
是斷開的，由于施加了一個大于190V以上的交流電壓，使得啟輝器內(nèi)的跳泡內(nèi)的氣體弧光放電，使得雙金屬片
加熱變形，兩個電極靠在一起，形成通路給燈絲加熱），當(dāng)啟動器的兩個電極靠在一起，由于沒有弧光放電，
雙金屬片冷卻，兩極分開，由于電感鎮(zhèn)流器呈感性，當(dāng)電路突然中斷時，在燈兩端會產(chǎn)生持續(xù)時間約1ms的
600V-1500V的脈沖電壓，其確切的電壓值取決于燈的類型，在放電的情況下，燈的兩端電壓立即下降，此時鎮(zhèn)
流器一方面對燈電流進(jìn)行限制作用，另一方面使電源電壓和燈的工作電流之間產(chǎn)生55。-65。的相位差，從而維
持燈的二次啟動電壓，使燈能更穩(wěn)定的工作。
電感鎮(zhèn)流由于結(jié)構(gòu)簡單，作為*種熒光燈配合工作的鎮(zhèn)流器，它的*還比較大，由于它的功率因數(shù)
低，低電壓啟動性能差，耗能笨重，頻閃等諸多缺點，它的市場慢慢地被電子鎮(zhèn)流器所取代，電感鎮(zhèn)流器能量
損耗：40W（燈管功率）+10W（電感鎮(zhèn)流器自身發(fā)熱損耗）等于整套燈具總耗電為50W。[2]
電子鎮(zhèn)流器
電子鎮(zhèn)流器是一個將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成高頻交流電源的變換器，其基本工作原理是：
工頻電源經(jīng)過射頻干擾（RFI）濾波器，全波整流和無源（或有源）功率因素校正器（PPFC或APFC）后，變?yōu)橹?br>流電源。通過DC/AC變換器，輸出20K-100KHZ的高頻交流電源，加到與燈連接的LC串聯(lián)諧振電路加熱燈絲，但使
燈管"放電"變成"導(dǎo)通"狀態(tài)，再進(jìn)入發(fā)光狀態(tài)，此時高頻電感起限制電流增大的作用，保證燈管獲得正常工作
所需的燈電壓和燈電流，
特點
節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器的特點
優(yōu)點
（1）節(jié)能。通過優(yōu)化鐵芯材料和改進(jìn)工藝等措施降低自身功耗，一般可降低20%～50%，使燈的總輸入功率（燈
管和鎮(zhèn)流器功率）下降5%～10%。
（2）可靠。由于鐵芯材料和工藝優(yōu)化，一般可使表面溫度降低，同時，電感鎮(zhèn)流器有傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗，其可靠
性高，使用壽命長。
氣體放電燈鎮(zhèn)流器
氣體放電燈鎮(zhèn)流器
缺點
（1）使用工頻點燈，存在頻閃效應(yīng)；
（2）自然功率因數(shù)低（也有cosφ高的產(chǎn)品，如諧振式電感鎮(zhèn)流器）；
（3）消耗金屬材料多，比較重。
優(yōu)點
（1）節(jié)能。熒光
EEFL鎮(zhèn)流器
EEFL鎮(zhèn)流器
燈的電子鎮(zhèn)流器，多使用20～60kHz頻率供給燈管，使燈管光效比工頻提高約10%（按長度為4尺的燈管），且自
身功耗低，使燈的總輸入功率下降約20%，有更佳的節(jié)能效果。
（2）消除了頻閃，發(fā)光更穩(wěn)定。有利于提高視覺分辨率，提高功效；降低連續(xù)作業(yè)的視覺疲勞，有利于保護視
力。
（3）起點更可靠。預(yù)熱燈管后一次起點成功，避免了多次起點。
（4）功率因數(shù)高。符合國家標(biāo)準(zhǔn)的25W以上的熒光燈，其功率因數(shù)高于0.95。但應(yīng)注意，國家標(biāo)準(zhǔn)對25W以下的
燈管規(guī)定的諧波限值很高，以致使其功率因數(shù)下降到0.7~0.8。
（5）穩(wěn)定輸入功率和輸出光通量：高品質(zhì)產(chǎn)品有良好的穩(wěn)壓性能，在電源、電壓偏差很大時，仍能保持光源恒
定功率，穩(wěn)定光照度，有利于節(jié)能。
（6）延長燈管壽命。高品質(zhì)產(chǎn)品的恒功率和燈管電流下降，以及起點可靠等因素可使燈管壽命延長。
（7）噪音低。高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器噪音可達(dá)35db以下，人們感覺不到噪音。
（8）可以調(diào)光。對于需要調(diào)光的場所，如：原使用白熾燈或鹵鎢燈調(diào)光的場所，代之以熒光燈配可調(diào)光
電子鎮(zhèn)流器，可實現(xiàn)在2%~100%的大范圍調(diào)光。
缺點
40W低壓無極燈鎮(zhèn)流器
40W低壓無極燈鎮(zhèn)流器
（1）注重諧波含量。新修訂的《管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器 性能要求》（GB/T15144－2005）已經(jīng)取消了
原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電子鎮(zhèn)流器的分極（L級和H級），其諧波限值應(yīng)符合《電磁兼容 限值 諧波 電流發(fā)射限值》
（GB17625·1－2003）。該標(biāo)準(zhǔn)的C類——照明設(shè)備的諧波電流限值如表2所示。
使用者應(yīng)關(guān)注到表2注中25W以下燈管的諧波限值非常寬松，如一建筑物內(nèi)大量使用這種小功率熒光燈（包括長
度2尺的T8、T5燈管和緊湊型熒光燈），將導(dǎo)致嚴(yán)重的波形畸變、中性線電流過大以及功率因數(shù)降低的不良后果。
（2）注重產(chǎn)品質(zhì)量和水平。當(dāng)前市場上的電子鎮(zhèn)流器很多，質(zhì)量和水平大不相同，可謂良莠不齊，魚龍混雜。
主要表現(xiàn)為：
①諧波含量大；
②流明系數(shù)低；
③可靠性不高；
④使用壽命短。
這些產(chǎn)品雖價格低廉，但帶來的不良后果必須注意，建議不要使用。
選用
直管熒光燈鎮(zhèn)流器的選用
1、 不應(yīng)選用普通電感鎮(zhèn)流器
國標(biāo)GB50034－2004
熒光燈調(diào)光鎮(zhèn)流器
熒光燈調(diào)光鎮(zhèn)流器
規(guī)定，“直管熒光燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器"。這兩種鎮(zhèn)流器的能效優(yōu)于普通電感鎮(zhèn)流器。歐
盟也已禁止與此相當(dāng)?shù)腃級產(chǎn)品，我國國標(biāo)也明確規(guī)定不應(yīng)選用。
2、 電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用
電子鎮(zhèn)流器對提高照明系統(tǒng)能效和質(zhì)量有明顯優(yōu)勢，是新推薦應(yīng)用的產(chǎn)品，也是未來發(fā)展的趨勢。
選用建議：
（1）在連續(xù)緊張的視覺作業(yè)場所和視覺條件要求高的場所（如設(shè)計、繪圖、打字等），在要求特別安靜的場所
（病房、診室等）及青少年視看場所（教室、閱覽室等）應(yīng)優(yōu)先采用。
（2）在需要調(diào)光的場所，可以用三基色熒光燈配可調(diào)光數(shù)字式鎮(zhèn)流器，取代白熾燈或鹵素?zé)?，能大大提高能效?/p>
（3）應(yīng)選用高品質(zhì)、低諧波的產(chǎn)品，不應(yīng)單純追求價廉，應(yīng)滿足使用的技術(shù)要求，考慮運行維護效果，并作綜
合比較。
（4）選用小于25W熒光燈時，如前所述，GB17625．1－2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波限值很寬，如在一個建筑物內(nèi)大量
應(yīng)用，將導(dǎo)致多種不良后果。設(shè)計中應(yīng)采取有效措施進(jìn)行限制。
（5）選用的產(chǎn)品不僅要考察其總輸入功率，還應(yīng)了解其輸出光通量。按規(guī)定，使用鎮(zhèn)流器的流明系數(shù)（μ）不
應(yīng)低于0．95。歐盟規(guī)定了鎮(zhèn)流器的能效等級，也相應(yīng)規(guī)定了流明系數(shù)μ≥0．96。
3 節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器的應(yīng)用
鎮(zhèn)流器鐵芯
鎮(zhèn)流器鐵芯
節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器的主要優(yōu)勢是可靠性高，使用壽命長，諧波含量小，價格較便宜，除對視覺有特別要求外，
可以廣泛應(yīng)用，也是我國標(biāo)準(zhǔn)所推薦選用的產(chǎn)品。
選用建議：
（1）節(jié)能型和普通型電感鎮(zhèn)流器的功耗沒有明確界限，有的生產(chǎn)廠標(biāo)榜自己的產(chǎn)品是節(jié)能型，但不給出功耗值
或給出的數(shù)據(jù)不實。由于缺乏考核，難以查實。前述歐盟的能效分級很明確，這些廠家標(biāo)明是B1級或B2級產(chǎn)品
，并經(jīng)過國家檢測中心檢測就名副其實了。
（2）有的產(chǎn)品提供了總輸入功率，但未測試輸出光通量，使用者往往不注意或難以測試。應(yīng)重視對流明系數(shù)大
于0．95的要求。我們追求的是節(jié)省電，但決不能節(jié)省光。
（3）應(yīng)考慮功率因數(shù)補償，包括單燈補償或線路集中補償?shù)确绞健?/p>
4、直管熒光燈鎮(zhèn)流器
直管熒光燈鎮(zhèn)流器對實施“照明功率密度（LPD）"限值的影響
GB50034-2004第6章規(guī)定了“照明功率密度（LPD）" 高限值指標(biāo)，并作為強制性條文發(fā)布。這項規(guī)定對于實
施我國節(jié)能方針無疑是十分積極而有效的。
要實施這項指標(biāo)，必須全面地采取各項措施，包括合理確定照度水平，開展科學(xué)的照明工程設(shè)計等，但合理選
用照明器材，包括光源、燈具及鎮(zhèn)流器，是十分重要的因素。其中，光源是*要素。以應(yīng)用 廣泛的直管熒
光燈為例。如果選用的T8三基色熒光燈（36W）和T8鹵粉熒光燈相比，同為冷色溫時，前者可提高光效30%
；相同照度時，前者的安裝功率降低23%（當(dāng)然，如果T8三基色熒光燈管和過去的T12鹵粉燈管相比，可降低約
32%）。
那么，鎮(zhèn)流器對LPD值有多大影響呢？還以T8熒光燈（36W）為例。如果使用能效 高的高品質(zhì)、低損耗電子鎮(zhèn)
流器（相當(dāng)歐標(biāo)的A2級），和普通的電感鎮(zhèn)流器（相當(dāng)于歐標(biāo)的C級）相比，系統(tǒng)輸入功率降低20%，即照明安
裝功率可降低20%，實際LPD值可下降20%。使用超低損耗電感鎮(zhèn)流器（相當(dāng)歐標(biāo)B1級），和使用普通電感鎮(zhèn)流器
相比，照明安裝功率可降低8.9%，即實際LPD值可下降8.9%。
合理選擇鎮(zhèn)流器
鎮(zhèn)流器是氣體放電燈不可少的附件，但自身功耗比較大，降低了照明系統(tǒng)能效。鎮(zhèn)流器之優(yōu)劣對照明質(zhì)量和照
明能效都有很大影響。其選擇要求敘述如下。
數(shù)字鎮(zhèn)流器驅(qū)動頻率曲線
數(shù)字鎮(zhèn)流器驅(qū)動頻率曲線
(1) 鎮(zhèn)流器選型
按《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，直管熒光燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；高壓鈉燈、金鹵燈應(yīng)配節(jié)
能型電感鎮(zhèn)流器?？傊?，不能再采用傳統(tǒng)的功耗大的普通電感鎮(zhèn)流器。
(2) 鎮(zhèn)流器的能效因數(shù)（BEF）
BEF值是衡量其能效優(yōu)劣的參數(shù)，但是BEF值很不直觀，要經(jīng)過換算，才能看出其能效之高低。BEF值表達(dá)見式（
2）：
（2）
式中：μ—— 鎮(zhèn)流器的流明系數(shù)；
Ρ—— 線路輸入功率，等于光源額定功率和鎮(zhèn)流器功耗之和，W。
我國制訂了3種氣體放電燈的鎮(zhèn)流器的能效標(biāo)準(zhǔn)，是采用BEF值評價。
(3) 鎮(zhèn)流器能效比較
直管熒光燈電子鎮(zhèn)流器（以下簡稱EB）和節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器（以下簡稱SLB）的能效比較：由于EB是用幾十千赫
的高頻電流供給燈管，使燈管的光效比工頻時提高約10%，加之其自身功耗更小，所以配EB比SLB具有更高的系
統(tǒng)能效。
熒光燈
調(diào)光電子鎮(zhèn)流器
Dimmable electronic ballases for fluorescent lamps 。
熒光燈的調(diào)光控制方法是隨著電子鎮(zhèn)流器技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展而提高的。高頻電子型鎮(zhèn)流器的出現(xiàn)改變了鎮(zhèn)流器
的技術(shù)性能，逐步推出效率高、性能好、調(diào)光范圍寬、智能化程度高的高頻可調(diào)光電子式熒光燈鎮(zhèn)流器，這種
鎮(zhèn)流器作為熒光燈ECG（電子控制裝置）已成為當(dāng)今熒光燈調(diào)光控制的主流產(chǎn)品。
調(diào)光電子鎮(zhèn)流器調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制線數(shù)可分為，“二線制"和“四線制"兩種?！八木€制"調(diào)光電子鎮(zhèn)流器
是現(xiàn)在得到 為廣泛應(yīng)用的，其由調(diào)光控制器通過二條主電源線為鎮(zhèn)流器提供功率支持，二條低電壓控制線與
調(diào)光電子鎮(zhèn)流器調(diào)光控制接口配套使用實現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光等各種功能性控制。
EASEIC“四線制"調(diào)光電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品系列中，提供0/1-10V模擬量調(diào)光控制接口共有兩個系列產(chǎn)品，分別是：
熒光燈適用標(biāo)準(zhǔn)
熒光燈適用通用電壓型調(diào)光電子鎮(zhèn)流器
EASEIC在多年的努力下，在這一領(lǐng)域已處于地位?，F(xiàn)已經(jīng)向提供基于0/1-10V模擬量調(diào)光控制接口和
DALI可尋址接口的數(shù)字式調(diào)光電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品近百種規(guī)格，在會議室、展覽館、演播室、影劇院及室外夜景照
明等多種重要場合大規(guī)模的應(yīng)用。
組合
熒光調(diào)光鎮(zhèn)流器調(diào)光器和光照（動靜）傳感器與調(diào)光鎮(zhèn)流器配套使用，使小型會議室、教室、辦公室等場
合的光照補償、動靜探測與手動調(diào)光相結(jié)合在滿足多元化的需要的同時更有效的節(jié)約了能源。
現(xiàn)在眾多的舞臺燈光控制系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)，如EIB,C-bus, A-bus, CAN-bus, DYnet 等均提供0/1-10V
模擬量調(diào)光控制接口。此類控制系統(tǒng)可以讓整幢大樓的照明集中控制，可以通過智能化完成定點回路的開關(guān)和
調(diào)光控制，適用于需要大范圍控制場合使用。
電子鎮(zhèn)流器發(fā)展的三個步驟：模擬式——混合式——數(shù)字式
數(shù)字式電子鎮(zhèn)流器是針對于模擬式的電子鎮(zhèn)流器而言，鎮(zhèn)流器在出現(xiàn)了電子鎮(zhèn)流器后，是先從模擬式開始，初
期的電路，一般而言，模擬式回路的電子鎮(zhèn)流器，結(jié)構(gòu)比較簡單，功能比較單一，要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求如3C的要
求，則回路的構(gòu)建比較復(fù)雜，且不易實現(xiàn)預(yù)熱啟動、Cut-off及其它的保護功能；如果能實現(xiàn)這些功能的模擬式
電子，則在產(chǎn)品的一致性、可靠性上則面臨較大的難題，不易解決。但普通模擬式電子具有成本的優(yōu)勢，在電
子鎮(zhèn)流器替代電感鎮(zhèn)流器的市場化進(jìn)程中，起到十分重要的作用，至今仍是市場走量 大的品種。
汽車hid鎮(zhèn)流器系統(tǒng)框圖
汽車hid鎮(zhèn)流器系統(tǒng)框圖
伴隨市場的發(fā)展，用戶的要求愈來愈高，普通模擬式電子鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器也在逐步向數(shù)字式轉(zhuǎn)變，于是混合有數(shù)
字和模擬電路的電子鎮(zhèn)流器出現(xiàn)在市場上，電路上前段模擬，后段數(shù)字，或者前段數(shù)字，后段模擬，這些混合
型電路較大提升了普通模擬電路品質(zhì)要求，可以簡單的部分實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)性能要求及可靠性要求，也是一種不錯的
過渡性選擇，可以滿足部分要求相對高一點市場需求，但成本高于模擬式電子。
真正可以滿足安全要求、性能要求、EMI及EMC的要求，并同時實現(xiàn)產(chǎn)品高可靠性要求，則一定要走數(shù)字式電子
鎮(zhèn)流器的路。數(shù)字電路以*的高穩(wěn)定性、高可靠性、高邏輯性，可以方便實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各種要求，如：
寬電壓甚至全電壓啟動（120-277V）、程序式預(yù)熱啟動、異常狀態(tài)診斷及保護等，數(shù)字式電子鎮(zhèn)流器可以真正
實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，方便的應(yīng)用于各種場合。
就單個造價而言，數(shù)字式高于模擬式和混合式電子鎮(zhèn)流器，但以TOC（客戶總成本）的觀點來看，即總成本=采
購成本+使用成本+維護成本，數(shù)字式電子鎮(zhèn)流器的采購成本是高的，但它的使用成本和維護成本卻大大降低，
終其總成本（TOC）還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于模擬式電子及混合式電子鎮(zhèn)流器；數(shù)字式電子鎮(zhèn)流器有高達(dá)5年的*
（或大于20，000小時），同時極大的發(fā)揮燈管的效能及使用壽命，是一款真正給客戶創(chuàng)造價值、符合國家節(jié)能
環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的產(chǎn)品。
當(dāng)今數(shù)字化在國家生活中已成滾滾潮流，不可阻擋，沒有人再持磚頭一樣的大哥大手機（模擬機）了，盡管當(dāng)
年它風(fēng)頭出盡；小巧的MP3、MP4也早以取代磁帶機（模擬機）掛在腰間；曾經(jīng)不可一世的柯達(dá)公司，也不得不
推出數(shù)碼相機，盡管它非常希望用戶買它的膠卷（模擬式）。國內(nèi)電子鎮(zhèn)流器的數(shù)字化之路也是由市場和客觀
決定，它不會因我們簡單的認(rèn)同就全面到來，也不會因我們簡單的拒絕就離開，但就歐、美、日等先進(jìn)國家節(jié)
能環(huán)保的經(jīng)驗和照明產(chǎn)業(yè)來看，數(shù)字式電子鎮(zhèn)流器早已如火如荼的展開，在世界一體、綠色產(chǎn)品當(dāng)?shù)赖慕裉欤?br>相信國內(nèi)電子鎮(zhèn)流器的數(shù)字化之路也很快會到來。
選擇
HID燈對鎮(zhèn)流器的要求及工作電路的選擇
沈季平 發(fā)布時間：2006年12月28日 19時56分
HID燈是一種高氣壓放電燈，其放電的“伏一安"性能呈負(fù)阻特性，因此在燈的工作電路中需連接限流器件，即
通常稱為鎮(zhèn)流器。HID燈多數(shù)工作在交流狀態(tài)下，采用電抗器件作為鎮(zhèn)流器。HID燈有不同的種類，根據(jù)燈的類
型及其應(yīng)用的需求，可配置不同形式的鎮(zhèn)流器電路，以求得鎮(zhèn)流器電路和燈的 佳匹配。作為一般照明用的常
用HID燈有高壓汞燈、高壓鈉燈和金鹵燈。高壓汞燈是HID燈中發(fā)展 早的光源，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，配套的鎮(zhèn)流器
電路較成熟。高壓鈉燈和金鹵燈是近代發(fā)展的節(jié)能新光源，要求鎮(zhèn)流器能和燈有很好的匹配，以取得更好
的綜合效果。
高壓鈉燈和鎮(zhèn)流器
高壓鈉燈和高壓汞燈在性能上有所不同，高壓鈉燈內(nèi)不僅有汞，還充有鈉，在燈工作期間，鈉和汞以液鈉汞氣
的形式貯藏在放電管的冷端部分。高壓鈉燈在壽命期間，燈功率隨著燈電壓的變化而發(fā)生變化。這和高壓汞燈
的情況有所不同，高壓汞燈在功率發(fā)生變化時燈電壓相對地保持穩(wěn)定，因為高壓汞燈工作時燈內(nèi)的汞蒸氣壓處
于飽和狀態(tài)下。高壓鈉燈的燈電壓和燈功率的關(guān)系是基于在放電管內(nèi)包含著過量的鈉汞氣而造成的。在燈工作
期間，只有部分的汞和鈉形成蒸氣壓，蒸氣壓的高低也即反映在燈電壓上，它取決于放電管“冷端"處的溫度
。冷端溫度的變化造成蒸氣壓的變化，產(chǎn)生燈電壓的變化，從而發(fā)生燈功率的變化。在一定的功率范圍內(nèi)燈電
壓和燈功率的關(guān)系近似于線性關(guān)系。
1．1高壓鈉燈的特性曲線
高壓鈉燈的燈功率和燈電壓的線性關(guān)系曲線稱為燈的特性曲線，對于一個特定的燈的特性曲線，可通過在一定
范圍內(nèi)改變電源電壓或鎮(zhèn)流器的阻抗，從而改變燈的電壓和功率得到，如圖1所示。當(dāng)燈電壓等于設(shè)計電壓時，
燈功率將達(dá)到設(shè)計目標(biāo)功率。對相同型號，相同功率的燈有近似平行的特性曲線，如圖2所示。對于那些有較高
燈電壓的燈，其特性曲線斜率的陡度會減小。
1．2高壓鈉燈鎮(zhèn)流器的特性曲線
當(dāng)高壓鈉燈在恒定的輸入電壓下連續(xù)工作時，燈電壓和燈功率的變化會遵循著鎮(zhèn)流器的特性曲線。如圖3為兩種
典型鎮(zhèn)流器的特性曲線。該曲線可通過測量一批帶有不同特性曲線燈的燈電壓和燈功率得到，或?qū)ν粋€燈通
過外部方法，使放電管的冷端溫度升高來變化燈電壓和燈功率得到。當(dāng)電源電壓變化時可得到一組鎮(zhèn)流器特性
曲線。如圖4為在額定電源電壓升高或降低時對鎮(zhèn)流器特性曲線的影響。
1．3高壓鈉燈鎮(zhèn)流器的四邊形圖
在高壓鈉燈的使用系統(tǒng)中存在著各種因素的變化，如：電源電壓的變化、燈性能隨時間的變化、燈具內(nèi)反射器
效率的變化、使用環(huán)境的變化等等，如何使鎮(zhèn)流器的特性曲線適應(yīng)這些動態(tài)的變化?高壓鈉燈的標(biāo)準(zhǔn)中以邊
界圖的形式，要求鎮(zhèn)流器能確保燈在壽命期間及任何動態(tài)變化的狀況下，其電氣性能參數(shù)變化限制在一定的范
圍內(nèi)。如圖5所示，高壓鈉燈為鎮(zhèn)流器特性曲線規(guī)定了一個四邊形圖。
四邊形圖的上部代表著高壓鈉燈 大功率的極限。 大功率的極限取決于放電管 大可允許的工作溫度。 大
功率線通常設(shè)置在超過燈泡標(biāo)稱功率的20—30%左右。
四邊形圖的下部代表著高壓鈉燈 小功率的極限。設(shè)置 小功率線以確保能滿足燈泡的升溫特性、燈泡工作的
穩(wěn)定性、可接受的光的輸出效率，以及光色性能等。 小功率線通常設(shè)置在低于燈標(biāo)稱功率的20—30%附近。
四邊形圖左邊的 小燈電壓線為燈可接受的 小燈電壓的燈特性曲線。對于每種規(guī)格的高壓鈉燈所認(rèn)同的 小
燈電壓都已規(guī)定在燈的性能參數(shù)表中。
四邊形圖右邊的 大燈電壓線表示為燈可允許的 高燈電壓時的燈特性曲線，該曲線考慮了燈中可能出現(xiàn)的
大燈電壓、燈壽命期間燈電壓的上升、密封式燈具內(nèi)燈電壓的上升，以及其他變化因素。如果燈電壓超出 大
燈電壓曲線之外，這時鎮(zhèn)流器將不能確保燈能穩(wěn)定地或持續(xù)地工作。
因此，上述四邊形圖可作為高壓鈉燈工作系統(tǒng)的一個規(guī)范，它包含了燈和鎮(zhèn)流器兩者的要求，也考慮了其他因
素的影響。四邊形圖概括性地規(guī)定了鎮(zhèn)流器設(shè)計的條件，如：
a)鎮(zhèn)流器的特性曲線應(yīng)與兩條燈電壓線相交，并在燈的壽命期間保持在燈功率的極限線之間。
b)鎮(zhèn)流器的設(shè)計應(yīng)使燈不僅在額定電源電壓下，而且在可允許的 低或 高的電源電壓下，總是工作在四邊形
圖的區(qū)域內(nèi)。
c) 佳的鎮(zhèn)流器特性曲線要能使燈在 大電壓線之前達(dá)到 大功率，然后在該點外燈功率隨著燈電壓的增大而
減小。對于一個靠近燈設(shè)計功率線的相對比較平坦的鎮(zhèn)流器特性曲線比相對陡峭上升和下降的特性曲線更可取
。
d)為避免縮短燈的壽命，或工作的不穩(wěn)定性，鎮(zhèn)流器應(yīng)能使燈遠(yuǎn)離四邊形圖右邊 大燈電壓特性外工作。
在高壓鈉燈的標(biāo)準(zhǔn)中，不同規(guī)格燈對鎮(zhèn)流器規(guī)定了不同的四邊形圖的要求。如圖6。
高壓鈉燈鎮(zhèn)流器的制造并不復(fù)雜，但往往由于在設(shè)計、工藝及選用材料上的差異，同一規(guī)格不同廠家生產(chǎn)的鎮(zhèn)
流器配用高壓鈉燈時，呈現(xiàn)出不同形狀的鎮(zhèn)流器特性曲線，如圖7所示。品質(zhì)差的鎮(zhèn)流器會造成燈泡使用期間超
負(fù)載運行，或工作的不穩(wěn)定性。
金鹵燈和鎮(zhèn)流器
金鹵燈的放電管中因充人不同的金屬鹵化物而形成各種不同類型的金鹵燈，這些不同類型的金鹵燈不僅在燈的
光電性能參數(shù)上有著明顯的差別，而且在燈的運行和維護中對配套電器的要求也不盡相同。因此，選擇合適的
鎮(zhèn)流器和相關(guān)的工作電路，以充分發(fā)揮金鹵燈的性能優(yōu)勢是至關(guān)重要的。
2．1常用的金鹵燈鎮(zhèn)流器及工作電路
1)感抗型鎮(zhèn)流器(Choke)
這是常用的普通型鎮(zhèn)流器，其開路電壓即為電源電壓，需要借助于觸發(fā)器來啟動燈工作，工作電路的電壓峰值
因數(shù)和電流峰值因數(shù)較低，對保護放電管的電極有利，這種鎮(zhèn)流器的成本較低，但在電源電壓波動較大的情況
下，控制燈功率的波動和穩(wěn)定燈性能的能力較差。
2)高阻抗自耦升壓式鎮(zhèn)流器(HX Auto)
這種鎮(zhèn)流器使用在低電源電壓(如：100V/120V)的場合，或為取得高的開路電壓而使燈能直接啟動的場合。工作
電路的峰值電壓和電流峰值因數(shù)較高，控制燈陛能穩(wěn)定性的能力也較差，通常這種鎮(zhèn)流器較少采用。
3)恒功率自耦升壓式鎮(zhèn)流器(CWA)
這種鎮(zhèn)流器由自耦漏磁升壓變壓器串聯(lián)電容器組 成，稱為恒功率鎮(zhèn)流器，也稱為超前式鎮(zhèn)流器。該 鎮(zhèn)流
器可獲得較高的開路電壓，線路功率因數(shù)可達(dá)90%。在電源電壓起伏較大情況下，對穩(wěn)定燈的功率，維護好燈的
性能起到較好的調(diào)節(jié)作用。甚至在電源電壓跌落30-40%時還能使燈繼續(xù)工作。但線路的電流峰值因數(shù)較高，鎮(zhèn)
流器的成本也相對較高。
4)恒功率升壓式鎮(zhèn)流器(CWl)
這種鎮(zhèn)流器由漏磁升壓變壓器串聯(lián)電容器組成，也是一種恒功率鎮(zhèn)流器，它比上述CWA鎮(zhèn)流器有更好的穩(wěn)定燈功
率及性能的調(diào)節(jié)作用。
5)調(diào)整式遲后型鎮(zhèn)流器(Regulated Lag)
這種鎮(zhèn)流器實際上是一個穩(wěn)壓式電器，確保金鹵燈一直在穩(wěn)定的電源電壓下工作，可使燈獲得 長的壽命和
佳的燈性能參數(shù)的維護。這種鎮(zhèn)流器的成本較高，但對金鹵燈照明的長期運行成本來說卻是低的。
圖8是上述鎮(zhèn)流器的工作電路圖，表1為主要性能參數(shù)的比較。
2．2金鹵燈對鎮(zhèn)流器工作電路的選擇
國內(nèi)用于一般照明用的金鹵燈主要有Na-T1-In型、Sc-Na型，及稀土金屬(Dy，Ho，Tm．．．)型等不同類型，它
們分別具有不同的性能特點，并要求配用合適的鎮(zhèn)流器。
1)Na-TI-In型金鹵燈及鎮(zhèn)流器
Na-T1-In型金鹵燈來自于歐洲的制造技術(shù)，其燈的啟動性能優(yōu)良，配用一般的感抗型鎮(zhèn)流工作電路，只需要在
電源電壓下(220V)，加上較低峰值電壓(≤750V)的觸發(fā)器就能啟動燈工作。燈的光電性能參數(shù)穩(wěn)定，具有長壽
命(平均壽命20000h)，高光通維持率的特點。經(jīng)過性能改進(jìn)的Na-Tl-In型金鹵燈，可配用同一功率類型的高壓
汞燈鎮(zhèn)流器或高壓鈉燈鎮(zhèn)流器工作，而金鹵燈的平均壽命仍可達(dá)到規(guī)定的20000h之內(nèi)。這樣，這種金鹵燈在沒
有更換原有照明裝置內(nèi)電器的情況下可方便地替換原有的高壓汞燈或高壓鈉燈，它比前者提高了光效并改善了
光色，也比后者大大地改善了顯色性能。主要參數(shù)的變化參見表2。
2)Sc-Na型金鹵燈及鎮(zhèn)流器
Sc-Na型金鹵燈來自于美國的制造技術(shù)，放電管的結(jié)構(gòu)相似于高壓汞燈，燈工作不采用觸發(fā)器而借助于鎮(zhèn)流器的
高開路電壓及燈的啟動電極的作用，使燈啟動工作。對于這類金鹵燈(175-1500W)，美國標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)中
都推薦采用CWA鎮(zhèn)流器工作電路，這樣可提高燈工作的穩(wěn)定性，確保燈的長壽命及良好的光通維持率。如果Sc-
Na型金鹵燈采用上述Na-T1-h金鹵燈的工作電路，不僅會使燈的早期失效增加(觸發(fā)器易損壞燈的啟動電極)，縮
短燈的平均壽命，而且增加燈的光衰。如圖9為采用“感抗鎮(zhèn)流器+觸發(fā)器"工作電路的不同金鹵燈的光衰曲線
。
在Sc-Na型金鹵燈的CWA型工作電路中，自耦漏磁升壓型鎮(zhèn)流器的性能對燈工作性能的穩(wěn)定性起著重要作用。要
求在燈工作期間，鎮(zhèn)流器提供給燈并維持燈能連續(xù)工作的 低維持電壓Vss能達(dá)到以下值：
Vss=C1+C2(OT)-C3(di/dt) (175-1000W)
Vss=Cl+C2(OT)-C3[exp(-0.4di/dt)] (1500W)
Vss 鎮(zhèn)流器對燈的 低維持電壓 (V)
OT 在燈電壓為零時的斷流時間 (ms)
di/dt 在燈電壓為零時的電流變化率 (A/ms)
Cl，C2，C3為常數(shù)，取決于燈的規(guī)格，見表3。
低維持Vss也可在美標(biāo)或國標(biāo)的文件中查得。
3)脈沖啟動-Pulse start型(Sc—Na)金鹵燈及鎮(zhèn)流器
對于傳統(tǒng)的Sc-Na型金鹵燈采用CWA電路時有600V峰值開路電壓加到放電管的啟動極上，并引起較高的峰值電流
，這樣會影響燈的性能。脈沖啟動型金鹵燈是從燈和鎮(zhèn)流器兩方面進(jìn)行改進(jìn)，使燈與鎮(zhèn)流器工作電路達(dá)到 佳
的組合，以取得 佳的綜合效果。
一方面改進(jìn)放電管的結(jié)構(gòu)，取消了啟動電極，如圖10b，并改進(jìn)化學(xué)配方及制造工藝，改善燈的啟動性能，從而
全面地改進(jìn)了燈的性能。另一方面改進(jìn)鎮(zhèn)流器的工作電路，采用觸發(fā)器來啟動燈工作，從而可降低鎮(zhèn)流器的開
路電壓，也即降低了峰值電壓及峰值電流。鎮(zhèn)流器的工作溫度也相應(yīng)降低，增加了鎮(zhèn)流器的壽命，減少維護成
本。燈和鎮(zhèn)流器工作電路改進(jìn)的綜合效果，使脈沖啟動型金鹵燈與啟動極型金鹵燈相比，燈的光輸出提高25-
50%光通維持率改善了15-25%，燈的平均壽命也提高50%以上。
表4為兩種類型Sc-Na金鹵燈及鎮(zhèn)流器的主要性能參數(shù)的比較。
脈沖啟動型金鹵(Sc-Na)燈也可以采用性能更好的CWI和Regulated Lag的脈沖啟動型工作電路，如圖12。
4)小功率金鹵燈及鎮(zhèn)流器
小功率金鹵燈中主要有Sc-Na型和稀土金屬型(Dy，Ho，Tm．．．)兩種類型，前者具有較高的光效和較長的壽命
，后者有較好的顯色性能，根據(jù)它們的特點，可選擇使用在不同場合。這兩種類型燈都采用簡單的 “感抗鎮(zhèn)流
器+觸發(fā)器"的工作電路， 電源輸入端并接補償電容器以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。
小功率金鹵燈也可以配用電子鎮(zhèn)流器，這些鎮(zhèn)流器的工作頻率多數(shù)為低頻(<200Hz)，這樣可防止放電管內(nèi)產(chǎn)生
聲共振及光的閃耀。一般電子鎮(zhèn)流器提供給燈的電流峰值因數(shù)<1．5，系統(tǒng)的功率因數(shù)>90%，總諧波分量（THD
）<15%。小功率金鹵燈配用電子鎮(zhèn)流器后，能提高燈工作的穩(wěn)定性，減少光衰，增加壽命。但這種低頻的電子
鎮(zhèn)流器成本很高，因而還不能大量推廣應(yīng)用。
5)金鹵燈鎮(zhèn)流器的近期進(jìn)展
近來，國內(nèi)外都在致力于中功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的開發(fā)。國外已開發(fā)成功中功率高頻金鹵燈電子鎮(zhèn)流器，其
工作頻率>100kHz，可防止產(chǎn)生放電管內(nèi)的聲共振。該鎮(zhèn)流器還可以實現(xiàn)一定范圍的調(diào)光。金鹵燈使用這種電子
鎮(zhèn)流器后可增加燈的光輸出，極大地降低光衰，提高燈的壽命，并具有節(jié)能好的綜合效果。
