宽频镇流器拔高功率因数.docVIP

1 莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂 宽频镇流器拔高功率因数宽频镇流器拔高功率因数 访白银市特种材料研究所肖铮先生访白银市特种材料研究所肖铮先生 姜然姜然 巴邢定律为百年来气体放电光源的设计提供了主要的参考工具，尤其是在低气压放电灯的 领域，准确率高，非常有价值。纳米陶瓷电极材料在一定区域内吸附电子，成为稳定负离子的 特性使巴邢定律失去了准确率。 一、一、气体放电灯点燃启动气体放电灯点燃启动 气体放电灯点燃启动，一直是影响灯寿命的关键因素。早在 1889 年，巴邢就已经发现了 非常有实用价值的巴邢定律：气体放电灯在其他条件不变的情况下，着火电压 Vs 主要受气压 P 和极间距离 L 的影响，即 Vs 是 PL 的函数。巴邢定律用数学表达式为： Vs=C2(PL)/A+(PL) 式中 A=C1/ (1+1/r) ，C1 、C2 是实验确定的常数。 巴邢定律为百年来气体放电光源的设计提供了主要的参考工具。在荧光灯领域，一直是准 确率高、非常有价值。但是，对纳米陶瓷电极荧光灯的领域就不是那么理想了。这是因为纳米 陶瓷电极结构特殊，其荧光灯的点燃启动条件与其它荧光灯不同，影响着火电压的因素较多， 在这诸多的因素中 PL 的影响相对来说变为次要因素，其它条件则成为主要因素，这样巴邢定 律就失去了准确率。比如在一定区域内纳米陶瓷电极材料会吸附电子成为稳定负离子特性，巴 邢定律就无法确定其对着火电压的影响值。因此，按巴邢定律设计的镇流器，无法让纳米陶瓷 电极荧光灯工作在最佳状态，也就是说其设计变量相对不足。 荧光灯点燃启动的瞬间是电极由辉光放电至弧光放电的转化过程；是灯管内电极由冷态放 电至热态放电的转化过程。纳米陶瓷电极荧光灯的电极材料属非金属材质，启动初期无法借外 力预热电极，电极不可能在瞬间有热电子发射。 纳米陶瓷电极中元素复杂，其荧光灯管充气压力低，第一能量激发不易。因此，按传统制 造工艺生产的电子镇流器或电感镇流器，不能充分启动纳米陶瓷电极荧光灯管。为了让纳米陶 瓷电极荧光灯特点得到充分的展现，经反复实验，发现用电子宽频镇流器可有效地启动纳米陶 瓷电极荧光灯，同时还发现如用电子宽频镇流器启动其他荧光灯，效果更好。 二、宽频镇流器设计理念二、宽频镇流器设计理念 气体放电光源中观测到的所有物理现象，如气体的热导率、辐射、热损失等，是在放电时 间内，气体体积中和有限的气体表面上，发生在管壁和电极上的各种基本过程总和的具体体现。 这些过程表现为电子碰撞。原子外层电子吸收能量，由原来的基态能级跃迁到较高能，当电子 从较高能级回到原能级时，多余的能量变为电磁波辐射能的形式放出，激发出光子。在气体放 电光源器件中，电子碰撞、辐射及其相互作用的过程是气体放电的电导辐射的主要形式。宽频 镇流器设计的基本理念就是要充分提供、补充启动过程中所需的能量，使各种碰撞过程顺利进 行，且状态最佳。要做到这些，试想设计的镇流器可做到以下两点： 1.1. 提供高次数和宽幅的电流脉冲提供高次数和宽幅的电流脉冲 我们知道，目前荧光灯有两种启动工作方式：一种是电子镇流器产生高频窄幅辐射电流 脉冲启动方式；另一种为电感镇流器产生低频宽幅辐射电流脉冲启动方式。电子镇流器得到脉 冲次数，就损失了脉冲宽度；而电感镇流器得到脉冲宽度，就损失了脉冲次数。这两种镇流器 都无法同时满足脉冲次数和宽度的启动工作要求。灯管启动导通以后，镇流器处于低电平电位， 不能为灯管提供任何余量补偿。应用时必需与特定灯管相匹配，才能确保荧光灯顺利启动点亮。 实际应用中，因误用不匹配镇流器，使灯管两端烧黑，镇流器烧毁的事，时有所闻。 宽频镇流器可以解决这一技术难题，其高频脉冲能有效地提高电子激发速度，增加亚稳态 原子的数量，中频脉冲能有效地扩大电子激发宽度，增加亚稳态原子产生的概率。高频、中频 2 脉冲共生，产生增益效果；提高激发、电离能力，加大逐级激发、电离机率，创造优越的启动 空间和条件，克服了其他电子镇流器和电感镇流器的缺点，使荧光灯启动变得轻松、容易。 宽频镇流器独特的设计使在灯管启动工作时含有 500HZ-30KHZ 的脉冲，具有宽频振荡， 宽频放大、宽频输出的功能。其高频脉冲电压有利于使荧光灯管内气体电离导通，降低点燃启 动电位。而中频脉冲电压由于频带较宽，具有更大的连续脉冲能量，促使荧光灯管能有效地从 辉光放电向弧光放电过渡。 2.2. 在交流电过零点时提供功率补偿在交流电过零点时提供功率补偿 我们知道电源电压源于低频交流市电（220V 或 110V、120V、130V 等） ，电流波峰周期性 变化，在一个周期内两次经过零点，电流经过零点时放电熄灭。虽然一般镇流器中设有电容器 作补偿，但难免整流滤波后的电流波峰出现低谷，串联于回路之后的开关放大电路也会受交流 电过零点因素影响，引起自激，造成瞬间停振等弊端。 镇流器最终提供给灯管工作的是脉冲电流。启动时，灯管电极的温升是灯管工作电流的 函数，它不可能按指数变化。纳米陶瓷电极荧光灯管由于参与发光的元素很多，虽然点燃启动 时电极也进行热电子发射，但由于电极中的元素在转态时，自热能量小，瞬间能量需求高，又 因电源电流过零点，电极功率为零时，消耗了一部分热能，热电子发射量相对不足，就有可能 使荧光灯极间的电流中断。 宽频镇流器利用电子元件的物理特性和楞次定律的反作用原理，在交流电压过零点时， 可为灯管电极提供功率补偿。这就使自持放电区延长，节省了非自持放电能量，给各种元素转 态提供足够的电流，明显缩短启动工作时间，减轻电极负担，使电极温升呈指数变化，热电子 发射旺盛，提早进入稳定发光，为纳米陶瓷电极荧光灯从点燃启动时的辉光放电到弧光放电过 渡提供足够的功率补偿。 三三、宽频镇流器应用特点宽频镇流器应用特点 1. .有机结合电致发射、场致发射和热致发射有机结合电致发射、场致发射和热致发射 宽频镇流器点燃启动纳米陶瓷电极荧光灯初期，利用电致发射、场致发射建立辉光放电； 而后由于电极不断受电子轰击，电极升温而发射热电子，建立弧光放电。 表 1 宽频镇流器启动 T5-28W 纳米陶瓷电极荧光灯工作状态测试表 测试项目 启动时间（S） 管压 (V) 管流 (mA) 电极温度 () 光效 （lm/W） 0.2162.571.5347.5 68 0.4105143670 106 本实验分析研究镇流器启动工作性能，故仅测量了荧光灯管电压、电流、光效、电极温度 变化数据。测试结果表明：宽频镇流器具有迅速使荧光灯管电压下降，电流提升，缩短启动时 间的特点，结合电致发射、场致发射和热致发射，降低能耗。 其他镇流器若在 0.4S 内不能完成启动工作,就会损坏或自动关闭，这就无法充分启动纳米 陶瓷电极荧光灯管并使其工作在最佳状态。 2. . 提高荧光灯的光效、寿命提高荧光灯的光效、寿命 荧光灯管的光谱辐射及显色性能，强烈地取决于内置气体与汞齐的比例，在其他条件不变 的情况下，汞齐多，荧光灯管的光谱辐射及显色性就好。汞齐储存在灯管的两端，在汞齐相同 的条件下，释放汞的多少取决于电极的温度，而电极温度直接受灯管电压和灯管电流的影响。 由于内置气体和汞齐都工作在饱和状态，汞的损失会导致汞摩尔百分比减少，因而影响灯 管工作特性。如果说电极是灯的心脏，那么汞齐就是灯的肝脏。宽频镇流器能充分挖掘纳米陶 瓷电极丰富电子发射的潜能，从而提高荧光灯的光效；电子发射数量大幅度的增加，对汞的需 求量相对减少，电极温度也可相对降低，这样就改善了电极的工作条件，使纳米陶瓷电极的使 用寿命无限长。电子发射的频带加宽使荧光灯的光谱展宽，显色性能改善。 3 宽频镇流器当交流电压过零点时提供灯管电极功率补偿，此补偿功率是可以计算控制的： PW=E( T2T / T1T ) 宽频镇流器使荧光灯得到了交流电过零点时的功率补偿，灯管电极及气体温度不会因交流 电过零点时而下降，从而无需要进一步加大电流提高电极的温度： 表 2 T5-28W 荧光灯管工作状态比较表 初始状态工作 2000 小时工作 5000 小时 镇流器荧光灯 电极温度光效 LM/W光效 LM/W光效 LM/W 钨丝电极 8506555.441 普通 陶瓷电极 7508282.478 钨丝电极 8206861.456 宽频 陶瓷电极 670100.4100.798 以上实验是宽频镇流器与一般普通镇流器稳态工作时，荧光灯光效的对比数据，从中可以 看出： 宽频镇流器点燃启动纳米陶瓷电极荧光灯管准确、完全；宽频镇流器能使电极发 射丰富的电子，因而灯管内释汞需求量减少； 宽频镇流器对荧光灯具有提高光效、延长寿 命的特性。 四、高压钠灯电子镇流器四、高压钠灯电子镇流器 高压钠灯电子镇流器相比于电感式镇流器具有许多优势，但众多的设计方法难以达到实用。 介绍了采用美国 UNITRODE 公司的专用芯片 UCC2305 设计的高压钠灯电子镇流器，并描述了其 原理和方法。 高压钠灯（HPSL）是高强度放电灯（HIDLHighIntensityDischargeLamp）中的一种， 因其具有极好的光效（80140lm/W）和合适的光波长，而被广泛用于户外照明：如广场、道 路、码头等。但是，传统的电感式的镇流器存在功率因数低和自身损耗大的缺点。大量低功率 因数电器的使用，对电网造成谐波污染，不但增加了供发电设备的负荷，使供发电设施得不到 充分利用，而且严重影响其他用电设备的正常运行。 绿色照明事业在世界范围的蓬勃发展，推进了电子镇流器的广泛使用。电子镇流器不但可 以做到很高的功率因数（接近 1），而具有显著的节能效果，而且还能在很宽的电压范围内点 灯工作，很好地解决了电感式镇流器的缺点。因为，HPSL 的功率相对于荧光灯大得多，用量也 极大，所以，HPSL 电子镇流器的开发应用，具有更加深远的意义。 脚 VOUTSENSE 的电压比例于灯的电压，UCC2305 检测脚 VOUTSENSE 的电压，将它与内部 83mV 的低门槛电压和 2V 的高门槛电压进行比较，如果电压不在这个范围，说明灯还未点燃或 者开路或者短路，IC 将用接近 250nA 的电流拉升接在脚 FLTC 和地之间的电容 C19 的电压。如 果故障的时间足够长，使 C19 的电压超过 5V，表明有灾害性故障，并关断 IC，直至从脚 BOOST 撤除供电。如果故障在 C19 达到 5V 之前查明，电容即被放电直至 0V，进入正常工作状态。放 电电流 50nA，放电时间比充电时间长 5 倍。正常工作的灯电压在 60110V 之间，短路时在 10V，启动时最高限制在 600V。 普通荧光灯电子镇流器的 LC 谐振电路虽然也能使 HIDL 启动，但并不满足 HIDL 的需要。 HPSL 的启动需要 34kV 的触发电压，使电弧管击穿，并提供足够的能量，使辉光放电尽快转 化为弧光放电。对于 HPSL 启动器，有很多电路都有专利保护，虽然电路不算复杂，但在电路 设计和元器件的选取上，都有一些技巧。 通过对高压钠灯电子镇流器多种电路的研究，发现使用 UCC2305 作为 HIDL 控制器具有电 路可靠、结构简单、性价比较好等优点。UCC2305 控制器不但能完成从触发点灯到灯稳定的电 流模式恒功率调节，还具有完善的短路、开路、弧光失常、灯点不亮等全部保护功能，还能对 灯温进行预测和补偿、输出功率可调、可以直接驱动 MOSFET 功率管，并且能够工作在 40105宽温度范围，适合恶劣环境。采用 UCC2305 制作的高压钠灯电子镇流器，具有真 4 正进入实际应用的价值。用电子镇流器替代传统电感式镇流器，不但可以节省大量的电能，还 能实现高功率因数，减少电网污染，实现绿色照明。 艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇虿衿肅莂薄袈膇膅蒀羇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿蚁羅芄膂薇羄羃蒇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薄肁羀蒄蒀蚇肂芆莆蚆膅蒂螄蚅羄芅蚀蚅肇薀薆蚄腿莃蒂蚃芁膆螁蚂羁莁蚇螁肃膄薃螀膆莀葿蝿袅膂莅蝿肇蒈螃螈膀芁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇袄膆芇蚆袃袆蒃薂袃羈芆薈袂膁薁蒄袁芃莄螃袀羃膇