制造電子節能燈的工藝研究

魏 彬

（佛山電器照明股份有限公司，廣東 佛山 528000）

制造電子節能燈的工藝研究

魏 彬

（佛山電器照明股份有限公司，廣東 佛山 528000）

文章分析了電子節能燈產品的節能特性，闡述了電子節能燈制造工藝中的主要工藝指標及其元器件的設計開發，著重強調了燈管、電子鎮流器及其相互間的匹配性設計、元器件的選擇和控制，以及電子節能燈的計算機輔助設計和在線仿真技術。

節能燈；制造；工藝

能源和環境作為人類生存的熱點問題，已經得到當前全球的共同關注。隨著社會的進步以及人們生活水平的不斷提高，照明在能源消耗和環境污染方面的問題已得到普遍關注。電子節能燈就此登上了歷史的舞臺，并順應環保節能的消費理念，成為大力提倡的功能燈。

電子節能燈又稱為交流熒光燈。其節能的概念是相對于白熾燈而言的。電子節能燈的原料為稀土三基色熒光粉，由電子鎮流器驅動，給燈管燈絲加熱，大約在887 ℃溫度時，帶有電子粉的燈絲開始發射電子，其碰撞到氬原子產生非彈性碰撞，氬原子碰撞后獲得能量又撞擊汞原子，汞原子吸收能量后躍遷能量級生成電離，發出253.7 nm的紫外線再激發熒光粉發光，從而很大程度的提高了光效。［1］電子節能燈的特點有：光效高、壽命長；啟動性能好、工作范圍寬；色表及顯色性好；無頻閃、無噪聲；省電、節能。電子節能燈的主要性能指標有額定功率、額定電壓工作范圍、額定壽命、最低壽命、工作頻率、光通量、光通量維持率、功率因數、延遲時間、高次諧波抑制等。

1 電子節能燈的主要制造工藝

1.1 電子鎮流器及匹配技術的工藝指標

電子鎮流器作為電子節能燈的核心部件，其與傳統的電磁式鎮流器相比具有的優點為節電，啟動快、無須等待，本身重量輕、不用啟輝器，功率因數高，適應環境溫度寬，無頻閃、無噪音，能延長燈管壽命。開關器件，它是電子鎮流器的核心部件。以原單極型結構為基礎增加輔設雙極結構，具有頻率特性好、導通電阻低、不存在二次擊穿等優點，是比較理想的開關器件。這類器件目前以IGBT和BSJT為代表，但由于這類器件制作工藝相對復雜，價格較昂貴，還沒完全普及。但是，隨著亞微米工藝的深入發展，大硅片生產和半導體工藝不斷完善，這類器件已步入工業化發展初級階段，呈現出一片極為誘人的發展前景。電路整體結構設計，包括整流、濾波、觸發、逆變、故障診斷與保護、高次諧波抑制等功能。電路制作技術正在向立體布線、混合集成方向發展，觸發電路開始集成化，出現了專用IC，使電路體積大大減小，結構更加合理。其他配套元器件的性能，比如正向熱敏電阻（PTC）、高性能磁性材料、快速二極管、高賦能值電容器的逐步工業化，為提高電子鎮流器整體質量水平提供了很好的發展條件。［2］

1.2 元器件的工藝要求

隨著科技的進步，電子節能燈向著“大功率”和“小體積”的方向發展，功率密度的提高，對元器件及元器件間的匹配都提出了更高的要求。從利益方面來講，產品各個方面的成本都在提高，最好的辦法就是以“工藝為突破口”，用提高產品的質量和合格率的辦法來降低生產成本和售后服務費用，更好地參與節能燈市場的競爭。一個優化合理的電子電路必須具備合理的選材，選材時不僅要熟悉電路的工作原理，知道各元器件在電路中所起的作用及相關的電壓、電流和阻抗，還要熟悉元器件的工作特性及測量識別方法。

毛管作為電子節能燈的重要部件之一，其主要技術指標是光電參數、外形尺寸、機械強度、低溫啟動性能及熱態參數穩定特性等。直接關系到節能燈能效等級的是光通量能否達到標準要求。節能燈點至有效壽命40%時，光通量維持率能夠大于或等于額定值的80%，是產品申請“能源之星”認證時必須要考核的指標。另外關于相關色溫、色坐標和色容差等指標也十分重要，特別要注意的是色容差，往往色容差超標了就會被判定不合格。

整流二極管，其在選擇時也要注意以下參數：①最大正向整流電流。二極管選擇其額定電流至少應該是交流母線峰值電流的3倍。對大功率燈而言，二極管的熱電阻有差異，會使可靠性降低，故不得直接并聯；②峰值反向截止電壓。因工作溫度高，一般要選用1 200 V的產品；③濾波電解電容器。選擇性價比高的電解電容器非常重要；④電容量及容差、額定電壓、耐紋波電流、串聯等效電阻、允許溫度等都是重要的技術指標，其直接影響到使用壽命。電解電容的耐紋波電流值越大越好，如果其值達不到線路要求，則會嚴重影響使用壽命。電容量的選擇與輸入電流中的諧波含量，以及燈電流的波峰因數有關。電解電容的標記溫度，必須高出實際工作溫度一定的數值。［3］

振蕩變壓器，相當于一個電流互感器，由環形鐵氧體磁芯上繞線制成。對磁環的要求：首先磁導率應有負溫度特性；其次磁滯回線要成矩形；再次磁導率參數的離散性要小。另外，訂貨時，應與供應商預約電感系數，對其進行分檔包裝，否則，成燈功率的偏差不易把握。

1.3 電子節能燈的計算機輔助設計與在線仿真

隨著計算機形勢的蓬勃發展，電子節能燈、鎮流器的整體設計開始逐步采用計算機輔助設計。根據有限元與最優化的原則，計算機輔助設計通過對電路結構進行反復拓撲，使網絡整體結構最為合理，各元器件達到最優組合，達到低成本、高質量的最佳效果。另外，與計算機輔助設計聯系緊密，隨之發展的是仿真技術，它包括仿真測試和仿真設計。根據在不同的使用環境下，與不同的數學模型進行模擬，通過利用計算機進行分析比較，很大程度上簡化設計過程，減少設計時間，降低設計費用，提高設計質量。同時還可以對產品實現在線測試，對生產過程實施最佳動態質量監控，進一步提高優等品率和勞動生產率。然而這一技術在電子節能燈的設計和制造中的應用，其關鍵在于軟件的開發和利用。目前有關專家正在對有關軟件作進一步改進，使之規范化，從而真正適應工業化生產的要求。計算機輔助設計與仿真技術在電子節能燈制造工藝中的應用，標志著電子節能燈整體制造技術邁上了一個新的臺階。

圖1 計算機軟件程序與在線檢測

為了提高節能燈的整體節能效果，必須將鎮流器與節能燈管進行最佳的匹配，最大限度地發揮節能燈管和電子鎮流器的工作效率，從而達到雙節能的目的。

電子節能燈的可靠性、早期失效率和仿真老煉：電子節能燈的可靠性、失效率與無故障時間眾所周知，單個電子元器件的可靠度γ符合指數下降規律：式中，λ：元器件的失效率；

T：在可靠度為γ時元器件的壽命。在構成電子節能燈產品的各個元器件中，只要有一個發生故障，該產品就失效或降額（性能下降），所以產品的可靠性R為：

式中，γi：各個元器件的可靠度，例如γ1，γ2，γ3，γ4，γ5……；γm分別代表二極管、晶體管、電阻、電容、電感和其它元器件的可靠度等。產品總的失效率λT＝λ1η1＋λ2η2＋

式中，λi：i元器件的失效率；

ηi：i種元器件的數量。

由于元器件的可靠度與電應力、環境和人為條件等的影響有關，產品的實際失效率λβ應在λT基礎上加以修正，所以修正后的產品的總失效率λβ為：

式中，λT：產品總的失效率，一般在10－5/h～10－7/h之間；

K1：降額因子，一般在0.1～0.3之間；

K2：篩選老煉因子，一般在0.5～1.0之間；

K3：環境因子，在普通室內一般為1.0～10之間；K4：結構因子，一般在1.5～2.5之間；

K5：制造工藝因子，一般在1.5～3.5之間。

對于我們現在生產的 YZgE－H－2U型高性能電子節能燈來說，其電子鎮流器共有30個元器件，其元器件的組成與失效率λi列表1如下：

表1 元器件的組成與失效率

2 結束語

電子節能燈技術實際上綜合了許多的高新技術，具有一定的工藝難度。所以，也有專家說，電子節能燈的整體技術，相比于彩電技術也毫不遜色。我們有理由相信，隨著科學技術逐步提高，電子節能燈的技術制造工藝一定會更加趨于成熟，擁有更廣闊的發展前景。

1 陳傳虞.節能燈生產中的問題與解決方法探討［J］.中國照明電器，2010（2）：21～24

2 王興超、高思思.采用可控硅調光器的節能燈電子鎮流器［J］.光源與照明，2010（6）：21～25

3 鄭軍超.電子節能燈制造關鍵技術研究［J］.企業導報，2010（3）：288

Research on Manufacturing Techniques of Electronic Energy－saving Lam p

Wei Bin

This paper analyzes the energy－saving features of electronic energy products, describes the main process indicators and their components’ design and development in the manufacturing process of the electronic energy－saving lamps, emphases on the lamp, electronic ballast and the matching design of each other, component selection and control, computer－aided design and online simulation technology of electronic energy－saving lamps.

energy－saving lamps; manufacturing; techniques

TM 923.3

A

1000－8136（2010）36－0009－02