为什么要预热,预热方法,预热元件等。
我给照明工程师的一篇文章,有关荧光灯预热启动方法,希望大家看看
荧光灯预热启动的理论与实践之二
【作者,电源网,回归自然】
一, 预热启动的意义,
荧光灯预热启动技术,我们都看见过,例如,直管荧光灯接通电源,跳泡接通使荧光灯两端灯丝首先加热发出红黄颜色光,然后跳泡断开,直管荧光灯才完全点亮,对于荧光灯,这是必须的。前几年,我在电源网发表荧光灯预热启动的理论与实践的文章,强调荧光灯预热意义。如今,由于对荧光灯质量要求提高,制定的标准也提高,特别是出口到一些发达国家的产品,例如,欧盟EUP指令对于荧光灯最高要求是,开关次数大于3万次,预热时间小于1秒,同时,对于光效和寿命都提出更加严格要求。这就要求荧光灯必须预热启动,才能满足要求。我发表荧光灯预热启动的理论与实践之二,比较一些目前能够采用的预热方法,给照明工程师设计荧光灯时,提供预热调试要点,提供了预热元件生产厂家。
二, 荧光灯预热启动的发展
荧光灯属于热阴极气体放电灯,热阴极性质上决定它必须保证适合的电子发射温度,和过去的电子管原理相似。理论实践证明,荧光灯的寿命主要由阴极寿命决定。如果使阴极寿命达到最长,点亮前阴极加热到1200度左右,平均可以达到百万次的启动寿命,目前,最高记录300万次。点亮后阴极热点保持在800度左右,可以达到10万小时的全寿命 [停止发光], 或者3到4万小时的有效寿命 [保持一定标准的光通,不同灯管有效寿命差别很大]。结论是,荧光灯天生是长寿命,是较理想光源,可以满足我们照明需要的。阴极寿命是荧光灯管及其附件寿命的基础,目前,荧光灯管及其附件黑头及寿命短的问题,主要是荧光灯阴极温度问题,阴极温度问题又主要是其附件电子镇流器问题,因此,解决电子镇流器的设计问题,特别是电子镇流器的预热启动问题,是要点。
荧光灯问世70年历史中,一直采用电感镇流器配合跳泡预热技术,[铝壳体内有玻璃泡]负担着点亮前阴极加热到1200度左右任务。由于不一定都能保证一次启动成功,预热效果不稳定,跳泡预热过程对荧光灯寿命有一定影响,公认启动一次减少荧光灯寿命2小时。荧光灯可以反复启动5万次左右,虽然不是太理想,使用的实践上,荧光灯管停止发光的寿命,既全寿命有10年记录。而满足一般照明使用的有效寿命,平均有3---5年记录。寿命得到肯定。如今,为了长寿命,仍然使用着,例如,T8支架,和吸顶灯。
然而,电子镇流器替代电感镇流器后,人们放弃了跳泡预热技术,荧光灯一开就亮,以为是优点,点亮前阴极温度就是环境温度,结果是,荧光灯仅仅可以反复启动7000次左右,荧光灯启动几百次后黑头,阴极钨丝材料及电子粉破坏性的溅射,覆盖在灯头和整个荧光粉表面,及渗入玻璃表面,透光度降低,且阴极快速损坏,造成黑头和光衰甚至断丝。对小功率荧光灯,仅仅黑头部分造成的总光通量衰减达30---40%,且不美观。不能使用在低温与频繁开关等场合,寿命没有得到肯定。研究使用的实践认为,每启动一次,荧光灯管寿命减少15小时。启动7000次,7000乘以15约等于10万小时,达到了荧光灯的全寿命而损坏。这个发现很重要,证明以下的观点应该纠正, 以为一年360天,一天开一次,10年才3600次,7000次够了,结果荧光灯本来长寿的优点长期被掩盖。
面对荧光灯阴极问题,研究人员甚至将热阴极去掉了,发展冷阴极和无极灯,又带来一系列新问题,例如,光效低,寿命短和辐射大等。
电子镇流器预热启动技术进展是,过去,主流是PTC电阻开关,目前,电子开关,继电器开关,集成电路变频等预热方法,开始推向市场。
配合了良好的预热启动的电子镇流器,保证荧光灯管阴极温度,荧光灯寿命可以满足使用要求,可以使用在频繁开关环境和低温环境,是理想的照明光源,将被市场快速全面接受. 长寿是间接的环保,同时,预热启动为光控,声控,遥控,人体感应控制多功能荧光灯打下了基础,因为,这个控制需要更高的开关次数。这种多功能荧光灯,价格占优势,光色好。有长久市场。
三,采用PTC电阻开关的预热启动技术
1. PTC电阻开关预热优点
PTC电阻开关体积小,成本低,适用在小体积小功率一体化荧光灯。国内生产厂家很多,例如,深圳新三宝。
,2,PTC电阻开关预热缺点
[1],调试难度大,强调荧光灯管参数的全面配合,及电路参数配合,同时,强调PTC电阻开关本身几个参数配合,否则,预热效果不好,开关次数比不预热还低,PTC电阻开关本身更易损坏。
[2],灯管寿终时的安全性不符合标准。PTC电阻开关包含等效电容器,最高容量和体积相关,达500P---2000P,寿终时电路频率上升,流过的电流很大,容抗很小,降低了电路Q值,电路寿终功率不足以快速烧断三极管等元件,不能快速进入寿终安全状态,PTC电阻开关等可能放出烟气,过热烧红使塑件损坏,特别是采用智能PTC电阻开关时,其压敏电阻部分损坏几乎都引起过热烧红,容易引起火灾等。
[3],预热时间准确度受多种因素影响,难以达到标准要求。环境温度变化,预热时间也变化,如果把预热时间定在0.8秒,以符合标准,难度大。低温启动时间延长,甚至长达10秒以上,压敏电阻部分及灯丝易烧断,不适合低温环境荧光灯设计采用。
[4],电源开关接触不良,反复快速开关灯,失去预热功能,且易损坏。要求使用在1—2分钟后才能再启动的条件下。
[5],启动期间累积的辉光放电时间较长,达100---200毫秒,不能很好的减轻黑头问题,开关次数难达到大于3万次标准。
[6],普通PTC电阻开关有0.6---1瓦的发热功耗,易使其周围元件损坏,电路效率平均降低了15%以上。
四,电子开关预热启动技术
可以代替PTC电阻开关的是电子开关,也叫电子启动器,由电子元件构成,是两个引线的集成电路结构,直插安装。可以克服PTC电阻开关的缺点,无功耗,预热时间准确,可以按照要求确定预热时间,不受温度影响,完全满足开关次数大于3万次标准,特别适应在T4T5T8等支架安装的镇流器中使用,吸顶灯镇流器中使用,体积较大一些的一体化荧光灯中使用, 目前有体积:17.5*10*5mm,是具有2只引脚的单列直插结构,样品及使用方法,可以与电源网northzz联系,电话13688943677,样品是收费的。
五, 集成电路变频预热
1, 集成电路变频预热又叫芯片预热,两个功率开关管也可以在芯片内部,优点是电路体积较小,效率高,预热时间和预热电流可以内部固定,也可以外部调整。目前,可靠性低成本高,随着芯片成本降低,可靠性提高,是将来一个发展方向,例如,恩智浦新推出的UBA2211,预热效果很好。这方面的研究正在加紧进行,将来必有重大突破,因为,芯片容易实现智能控制,在超高频,多功能,超功率启动,超温度保护方面,芯片方案有本质优势,不久可以推出这种国产芯片。
六,继电器开关预热
继电器开关预热采用的电路驱动模块,及使用方法,可以与电源网northzz联系,电话13688943677,样品是收费的。
传统跳泡直接用在电子镇流器上,实践证明不行,因为,双金属片开始是开路的,由开路到闭合的过程,动作速度依靠温度的上升速度,没有闭合灯已经点亮了。
实践上证明,继电器开关预热是好方法,因为,继电器的常闭点,开始是短路的,可以定时开路,符合预热要求。十几年的研究开发过程,人们已经克服了继电器触电寿命问题,和驱动问题,专用驱动电路已经生产,投入使用。目前,继电器开关预热,适合优质高档大功率镇流器采用,例如,T4T5T8支架灯镇流器,可以驱动多触点继电器,实现双灯管或多灯管同步预热启动,还适合光控,声控,遥控,人体感应控制的镇流器,一体化荧光灯。特点如下
1, 理想开关的实现。
由于继电器触点是理想开关,特别适合荧光灯预热。断开时间小到10毫秒,荧光灯辉光放电时间短,预热特性曲线转折点接近90度,达到理想。其他预热方法都达不到,基本消除了启动造成的黑头,实验结果证明,达到万次以上不黑头。
2, 继电器触点耐压高。
能耐受1000伏以上高频电压,不损坏。
3, 继电器触点耐过流能力强。
触点只是预热期间有电流,断开后无电流,是间断降额应用的。实际使用中,观察不到触点会产生火花。其机械寿命一千万次,触点寿命达到百万次。
4, 集成电路驱动模块。
提供继电器吸合工作电压和保持工作电压, 提供标准预热时间。
七,各种预热启动方法对比
方法对比 |
开关次数 |
功耗W |
体积 |
成本 |
适用的对象 |
安全性 |
PTC |
小于3万次 |
0.3---1.0 |
小 |
低 |
小功率一体化 |
不安全 |
电子开关 |
大于5万次 |
无 |
较小 |
较高 |
T4T5T8支架,吸顶灯,一体化荧光灯 |
安全 |
芯片 |
大于5万次 |
无 |
较小 |
较高 |
一体化荧光灯 |
安全 |
继电器 |
大于20万次 |
0.15 |
较大 |
较高 |
T4T5T8支架,吸顶灯,较大功率一体化荧光灯,多灯管同步预热 |
安全 |
八,预热启动调试要点,
预热效果好坏,除了与预热方案有关外,还与电子镇流器自身有关,还与荧光灯管有关,一个较理想的预热效果,得来不易,下面是调试要点,拿继电器开关预热方案为例子,几乎适合上述所有方案。
第一步,调电子镇流器Q值。
这一步,将电子镇流器调整到符合预热要求
预热开关可以是继电器长闭触点,或者电子开关,或者PTC电阻开关。预热电容CY是灯丝电容3倍左右,一般选择CL21和CL11型, 耐压400伏够了, 其值选择小些,可以调节预热电流变大,当预热电流足够大时,CY可以不用。
调整电子镇流器冷启动特性,【调整Q值不高不低】满足预热要求。验证方法是,先不接预热电路,对于220-230伏供电的电子镇流器, 从0伏开始,升高电源电压,一般启振电压在40—80伏,【有功率显示时的电源电压】。
然后继续升高电源电压,观察灯丝亮,整灯不亮,使亮灯电压【点火电压】在90--110伏左右,整灯才亮, 此时Q值高低适合预热要求.
点火电压越低,低温低压启动特性越好,光效越高,但是,预热效果变差。可以通过升高电路Q值达到,方法与提高点火电压相反。通过加强激励,提高输入功率,减小灯丝冷阻和灯丝电容等达到。
点火电压越高,预热效果越好,但是过高,损耗大,光效越低,低温低压启动特性不好。提高点火电压,可以通过降低电路Q值达到,具体是,减小输入功率,增加灯管灯丝冷阻,灯丝电容,发射极电阻值,减少磁环副圈匝数等。
第二步,预热效果观察
将灯丝电容短路,例如,用短路线。通电观察灯丝预热温度,在黑暗处,如果通电1秒内,看见灯丝红色,表示已经达到预热温度, 看见灯丝红黄色,表示已经达到预热温度上限,也是可以的。
如果,看不见灯丝红色,需要采用2个方法,一是继续调高镇流器Q值,二是串加预热电容CY。重复第二步直到看见灯丝红色。
第三步,预热效果验证
将灯丝电容短路线去掉,接好预热电路,重复第二步看见灯丝红色。
如果配合仪器,电源输入的预热功率约在3—7瓦间,灯功率大,预热功率也取大.对应灯丝预热电流约为灯管电流的1.5倍左右.
如果观察灯丝黄色和白色, 预热功率远大于3—7瓦,甚至灯完全亮了,表示灯丝预热温度太高.需加大CY值,或者去掉CY不用,如果,开始就不需要CY, 要求镇流器Q值高才行。如果看不见灯丝红色, 需要减小CY值.
灯丝预热温度较大时,预热效果好,辉光放电时间小,开关次数上升,但是,电路功耗加大,所以,要适当调整预热效果与功耗矛盾。
第三步,预热时间与预热电流协调
最佳预热时间确定,如果达到欧盟EUP5标准的极限标准,以及声控和人体感应控制,0.8秒才行,由于时间短,取得好预热效果,要下功夫。还可以把预热时间定在1.2秒,1.5秒上,对于普通荧光灯使用是可以的,调试容易,可以采用较小的预热电流,预热效果更好,更安全。
预热时间与预热电流是要协调的,预热电流大,预热时间就短,预热电流小,预热时间就长,例如PTC电阻开关,明显有这个关系,另外几个方案也如此。所以,生产厂家确定的预热时间,是个变化值,例如,电子开关预热方案,厂家说1.2秒,是对应一个确定的预热电流的,例如是0.3安时。如果预热电流0.35安,预热时间自动减小到1秒。电子镇流器工程师使用电子开关预热方案时,首先确定预热时间,然后,依照第二步,预热效果观察,确定预热电流大小,把这2个参数提供给生产厂家,生产厂家根据这2个参数,提供样品,样品应该同时标明这2个参数值。
观察辉光放电时间,要求灯点亮的瞬间,要快,不闪,可以形容为灯亮在弹指一挥间,或者说,启动弹性好。国家标准要求辉光放电时间小于0.1秒。否则,灯点亮的太慢,甚至闪动几次才亮,会黑头,开关次数下降。继电器开关预热,辉光放电时间能小于20毫秒,开关次数百万次。
灯丝温度不足,是辉光放电时间太长原因,PTC电阻开关预热尤其如此。
继电器开关预热调整方法。继电器型号4100,线圈24伏,触点串联1瓦5.6欧姆线绕电阻。调整扼流圈次级匝数,使灯亮稳定后,继电器线圈电压为21伏左右。
不错,顶了。
讲得比较细仔,特别判断预热效果和调试方向,很好的经验指导。
【目前就CFL技术而言集成电路变频预热是最好的方案!因他已把各种功能全包括在其中,成本已不是困绕我们的问题了,可靠性就更不用说了!】
如果上面的话是今天的事实,为什么在市场上几乎买不到一体化带芯片荧光灯呢,磁环驱动的荧光灯现在仍然是市场产品主流,今天的现实如此,你如果是荧光灯生产厂,胆敢马上全部采用芯片吗,量你不敢,,,,,
同意你的观点。但却是在国内市场,IC的成本比较高。驱动MOS的IC,MOSFET 的成本高于三极管,驱动三极管的IC要加磁环。技术和市场往往不是同步的。
在支架灯和镇流器中用IC还可以接受,节能灯竞争比较惨烈。杂牌,假冒,小厂,大厂等等,良莠不齐。在中国,唯有价格是硬道理。
出口就另当别论,欧美市场比较成熟。技术指标要求高,所以成本不是大问题。
T5,35W的镇流器,从各方面的指标上看,都很不错。唯一有缺点的是阴极电流的限制。
可以参照IEC的标准要求看一下。28W的如果按照OSRAM的标准,刚好通过。IEC的标准要宽泛一点。
感谢您的建议,我们会按标准来做的,做产品价格固然重要,但我们在保证质量的前提下是不会销售低价的产品的,客户是需要教育的,不是天生客户就爱用低质量的灯品,我们不管出口还是在国内销售都按欧盟标准生产!不能坑自己的手足同胞啊你说对不对!
百花齐放,百家争鸣,不要只说自己的好,用贬低别人来抬高自己。
我15年前就用IC做出过50万次的开关寿命,说IC仅能达到3~5万次那是IR的水平,对于照明工程是来说简直是小儿科。
我市第一个达到TB/T2219-91的,开关寿命不低于10万次,通的是TL494,据我的朋友说,很多人山寨这个电路,会原因是非常好用,就是不坏。3/5万次的开关寿命对他们来说小菜一碟。
如果有更好的方案把我拍在沙滩上我会很高兴的!
回归自然您好!在PHILIPS的网站看了下他用磁环与芯片做的EB说明书,现发一部份上来供您参考!这个磁环做的EB我打了下开关:只打了2175次就把灯丝打断了!还有他的能打6万次用UBA2013T芯片做的EB我也只打了5万次左右就黑头了!当然可能我设置的打开关时间与PHILIPS不一定一致,但还是说明了问题:那就是寿命及可靠性是完全不一样的!国产芯片不能说设计的不好,可在量产时因设备、工艺、材料等问题导致一致性较差这是大家都公认的问题!
灯实际的寿命与开关寿命是不成正比的的,开关次数高不一定代表产品长点时的寿命长。之前我们这试验过灯的开关寿命有10万次,但实际在长点时只有3000多小时。寿命与镇流器及灯管两个部分都有关。
电子开关严格说来并不是芯片,而是混合集成电路,它的功能仅仅是电子开关而已,并未集成其他所谓附加之功能,因此电路是简单而完美的。对于功能电路而言,一般来讲,简单往往意味着更高的可靠性。电子开关集成模块目前我们已经在国内成功推广应用,其一致性也得到了终端用户的认可与好评。
国产产品在质量、品质、研发上确实跟国外巨头还有较大差距,这个差距我们是应该有清醒的认识。但是,发展是变化着的,用动态的眼光看问题,国产产品应该要看到它的发展后劲与潜力,近10年、20年来,我们国产的产品从无到有,从小到大、从弱到强,一路走来,这个自信心我们绝不能失掉。