淺談節能燈的材料選用和設計關鍵

摘要：目良好的發光效率和節能特性。節能燈已逐漸在家庭和工業照明中開始普及。奉文將探討如何在保證照明質量的前提下，通過合適的材料選取和電路設計，使制遣出來的節能燈具工作更高效、節能，環保。

關鍵詞：節能燈 材料設計 電子鎮流器

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)02(b)-0022-02

引言

隨著科技的快速進步和社會的不斷發展，節能降耗逐漸成為各行各業關注的熱點問題，在照明行業也是如此。目前，一只7W的三基色節能燈亮度相當于一只45W的白熾燈，而壽命是普通白熾燈泡的8倍。因此，世界上許多國家已經相繼出臺政策，擬在未來十年內逐步使用緊湊型熒光燈(簡稱節能燈)代替白熾燈。性能優良的節能燈已然成為“綠色照明”的主力軍，也將成為照明行業今后長期的發展目標和方向。

合理選取元器件，科學設計電路，提高節能燈的可靠性和質量，是制造商推廣節能燈的關鍵。下面討論制造質優環保的節能燈需注意的幾個方面。

1關鍵器件的選用

1.1毛管玻璃的選用

首先，要選用光通維持率高的毛管玻璃。光通維持率是毛管的重要技術指標，是燈在壽命期間內一特定時間的光通量與該燈的初始光通量之比，在很大程度上決定了節能燈的效能和壽命長短。根據美國“能源之星”的標準，要求節能燈燃點至有效壽命40％時，其光通量不得小于額定值的80％。從用材上來看，好的毛管采用的是低鈉無鉛玻璃，比常用的含鉛玻璃更環保，光通維持率高。也應考慮燈管的耐寒耐熱的性能，防止出現低溫時啟動困難，高溫時發熱燒壞電子鎮流器的現象。

其次，在選取熒光粉時，應選擇稀土三基色熒光粉(即俗稱的三基色粉)，避免選擇鹵磷酸鈣熒光粉(即俗稱的鹵粉)。因為鹵粉的熱穩定性差，光效低，光衰大，實際上根本達不到“節能”的效果；三基色粉則具有抗紫外線老化、高光效、高顯色性等優點。關于三基色粉的品質分選，則可以通過選取驗鈔照射下發光度強的品種實現。

第三，積極開發無汞毛管。目前我國大部分節能燈屬于低壓汞蒸汽放電燈，燈內含有氣態汞，一旦發生泄漏，可能會污染環境，危害人體。因此，在大力提倡回收廢棄燈具的同時，也應積極發展無汞燈具，從源頭保證綠色無害。

1.2電子鎮流器主要材料的選用

電子鎮流器是將工頻交流電變換為較高頻率的交流電，并能使燈具正常啟動和穩定工作的變換器。

1.2.1功率晶體管

功率晶體管一般用作高頻開關，選用功率晶體管時要考慮其功率損耗、電流增益her、飽和壓降、開關速度等。三極管存儲時間TS越小，工作頻率就越高，功率損耗就越小，但因注意上下兩根管TS的差值不宜太大，否則容易造成管子過熱。

電流增益her應盡可能大，以期用最少的基極電流得到最大的工作電流。

選擇較低的飽和壓降，可以使電流放大線性好，開關速度快。

1.2.2電容器

電容器在節能燈中是易損耗器件，大部分電容損壞的原因是高頻損耗過度造成發熱而導致擊穿。因此，應選擇高頻損耗小，內部升溫小，高溫性能好，耐壓性強的電容。對啟動電容器來說，推薦選擇具有優良高頻絕緣性能的CBB型金屬化聚丙烯電容器或磁介電容器；對EMI濾波電容器來說，宜使用CL型耐壓、溫度特性好的金屬化聚脂膜電容器。

1.2.3磁性元件

磁性元件在節能燈的應用主要有EMI濾波電感器、脈沖變壓器等。為了減少磁性元件磁芯的損耗，選用的磁性材料的電阻率應較大，可以降低磁性工作時的損耗，居里溫度應該較高，可以防止工作時出現磁飽和和過熱現象。錳鋅鐵氧體的電阻率為10～108Ω·cm，超過普通鐵磁材料107～1014倍，初始磁導率從為2500-15000，居里溫度在110-230之間，工作頻率最高可以達到1MHz。因此錳鋅鐵氧體材料適合作磁芯。

對EMI濾波電感器和脈沖變壓器來說，要求其磁導率或線圈電感量隨溫度升高而下降，與晶體管的正溫度系數相抵消后，可以保證電子鎮流器穩定工作。因此選用負溫度功率損耗的磁性材料較好；而正溫度損耗的材料，如TP類材料適合用于扼流圈，因為扼流圈的電感隨著溫度升高而增加，從而使節能燈的功率隨溫度升高而減小。

1.3安全性能材料的選用

合理選擇溫度保險絲、塑料外殼、燈頭等，以保證節能燈的安全性。

1.3.1溫度保險絲

在電路電流過大、短路等情況下，溫度保險絲可以迅速將電路和電源斷開，防止元件過熱造成燃燒。在首次使用節能燈時，電源對電容的充電電流相當大，因此，一般要選用慢斷型保險絲。

1.3.2塑料外殼

一般情況下，應保證外殼的良好散熱性，可以通過在塑殼上加工部分細縫來實現。另外，外殼應采用具有阻燃性能，耐熱溫度達120C以上的塑件、電感骨架等，杜絕意外事故的發生。

塑料外殼在長時間的工作后會產生發黃的現象，其最主要的原因是由于紫外線的影響。因為在燈具點燃的過程中，燈管內會產生部分紫外線，塑料部分在紫外線的輻射影響下會產生色變(發黃)。雖然目前很難徹底杜絕這種現象，但可以通過在塑料中加入抗紫外線的材質形成改性塑料，如PBT型，能一定程度上緩解其發黃的現象。

1.3.3燈頭部分

普通廉價的節能燈一般采用鐵鍍鎳或鋁鍍鎳燈頭，但其硬度和抗腐蝕能力不如銅鍍鎳材料的燈頭。銅鍍鎳的燈頭硬度高。不易生銹，使用壽命長，即使在潮濕的地區長期使用也不容易導致漏電事故?，F在也逐漸趨向使用帶瓷帽的環保型銅鍍鎳燈頭。

2電子鎮流器的設計

電子鎮流器是節能燈的核心部分，為了保證節能燈的可靠性，必須慎重對其進行設計。

2.1提高線路功率因數

較低的線路功率因素會有以下不良影響：

(1)增加線路上的電壓損失，降低了電壓質量；

(2)降低發、供電設備的有效利用率；

(3)增加電路的投資費用和電能的損耗。

解決辦法：采用PFC電路，如ST-6560、IR-2157電路等，形成功率因數補償電路，增大整流二極管的導通角，抑制電源電流的波形畸變，來提高線路功率因數。

2.2降低諧波危害

諧波電流對公用電網是一種污染，它會使用電設備所處的環境惡化：

(1)使電網元件產生附加的諧波損耗，降低了發、供電設備的效率；

(2)啟動時容易使浪涌電流增大，導致電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短；

(3)大量諧波流過時會導致線路過熱，甚至引發安全事故。

解決辦法：安裝EMI濾波器，保證EMI濾波器的諧振頻率低于電子鎮流器的工作頻率，防止磁飽和，在此前提下，可以有效抑制干擾信號；安裝APFC濾波器，它能從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該電流同大小反方向的電流，從而降低諧波分量。

2.3做好電子鎮流器與燈管的匹配

電子鎮流器是燈管的啟動限流裝置，必須做好鎮流器與燈管二者的匹配，才能保證節能燈能長期穩定地工作在最佳狀態。

(1)功率要匹配。所使用的燈管的瓦數不應超過電子鎮流器的標簽上的功率范圍，以提供大小合適且穩定的工作電流。否則容易使流過電燈的電流過大降低燈管壽命，或電流太小影響光照效果；

(2)適當選擇啟動電容。合適的啟動電容，能保證合適的啟動電壓。啟動電容太小，容易使燈絲預熱不足，會造成燈管的早期發黑，減少使用壽命；啟動電容太大，容易使電流分流過多，影響照明效果；

(3)電感元件的選取要合適。電感的品質因數也是影響電子鎮流器與燈管匹配的重要因素。品質因數過小，會影響電能的轉換效率；品質因數過大，容易造成回路工作不穩定。一般來說，電感的品質因數選取在8～10較為合適。

(4)工作頻率不宜過高。否則容易導致燈管過載，陰極過熱，光衰加快，同時也會使電子鎮流器的負載加重，溫度過高，降低工作效率；

(5)按燈管參數(燈電壓、燈電流、冷阻等)設計鎮流器。否則，如果鎮流器燈電壓、燈電流的選用限值過低，易被燈管工作時產生的瞬時過電流脈沖損壞。

2.4設計預熱啟動電路

若燈管啟動時沒有充分預熱，在輝光放電階段，會造成燈管陰極發射物質的大量濺射，在多次啟動后，燈管頂部會出現發黑現象，影響使用壽命，因此設計預熱啟動電路顯的很有必要?？梢酝ㄟ^在諧振電容上并接PTC熱敏電阻來實現，這是因為：常溫下，PTC阻值較小，通電后燈管兩端的電壓小于燈管的啟動電壓，燈不能點亮。在預熱過程中，LC諧振電路產生的諧振電流流經PTC熱敏電阻，使其阻值增大，近似開路狀態，完成了預熱過程，燈管的損耗也相當小。選取PTC熱敏電阻時，為使預熱時間和預熱電流達到需要的標準，應選用阻溫特性曲線較陡的電阻。

2.5設計異常狀態保護電路

異常狀態保護電路的控制原理是：當燈管出現異常時，快速、準確地關閉鎮流器振蕩電路或切斷主電路的電源，保證電路的安全性，防止燒壞元件。可以采用繼電器作為異常狀態保護電路的控制元件。當燈管異常時，電路中電容兩端電壓升高，使繼電器吸臺，常閉觸點斷開，切斷主電路的電源，起到異常保護作用。但應注意選用密封式繼電器，防止繼電器觸點動作時產生明火。

2.6降低產生的騷擾電壓

電子鎮流器中的晶體管逆變器的開關電流、電路中的邏輯信號工作產生的干擾，可以通過電源線進入電網，形成騷擾電壓。騷擾電壓超過規定值而且大量使用在一個地區，將影響周圍廣播電視接收和儀表儀器設備的正常工作，導致無法正常收聽收看和儀器設備控制失靈。如果在電源線和電子鎮流器之間加入EMI濾波器，可以將不需要的或者有害的能量通過阻斷或者對地旁路的方式濾除，使不需要的能量降低到標準范圍內，從而有效的抑制電源線上的騷擾電壓。

2.7降低產生的輻射騷擾

高頻工作時的節能燈電器元件會產生一定的輻射。一般來說，在燈一米范圍里。會產生少量的360nm的長紫外輻射，雖然輻射量不大，但如果長期近距離處在輻射范圍內，可能會對身體有不良影響。若要降低輻射強度，可以在制造PCB板時將元器件的管腳盡量縮短，同時輔以金屬外殼，能有效屏蔽輻射量，降低燈具的輻射強度。

3結束語

通過合理選材，精心布線等科學照明設計，制造性能優良的節能燈具，提高節能燈的照明質量，保護照明環境，達到節能降耗的目的，真正實現傳輸效率高，電能損耗小、性能安全可靠的“綠色照明”，對社會科學的發展具有重大積極的意義。

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