如何实现紧凑型电子节能灯的高光效与高可靠性.doc

如何实现紧凑型电子节能灯的高光效与高可靠上海榕麒光电研究所一、 引言节能、环保是全球共同关注并研究的一个系统工程，近年来人们已将节约能源与提高照明质量进一步深入研究，紧凑型电子节能灯问世至今已有近三十年历史，是目前全世界广泛应用的一种高效节能光源，我国的年产量已占世界总产量的80%，产品质量逐年有所提高，由于市场上整灯价格的因素，产品性能指标与可靠性仍存在不少问题。例如：灯管大部份均采用混合粉，加上生产工艺控制不严，导致节能灯的光效偏低，显色指数、色容差及灯管寿命都难于达标，再则是：与灯管相匹配的镇流器用电子元器件在选择与调配上还不太合理，故其产品的可靠性难于保证，依据新增标准条款要求，应对灯的综合质量进行全面评价，并对市场加以规范，使我们的紧凑型电子节能灯真正做到高效、节能、且高可靠，只有这样才能不断树立民族品牌，让我们的光源产业从一个制造大国成为一个真正的技术强国。二、 市场、价格、性能三者的关系 紧凑型电子节能灯作为电力电子一种高新技术产品进入市场，在世界各国都广泛受到政府的重视，为了更好的推广应用高效节能电力电子产品，美国、欧盟、日本等发达国家政府先后制订了相关的质量标准、节能政策和奖罚措施，我国政府启动了采取财政补贴的方式逐步淘汰高耗能的白炽灯，大力推广使用节能灯这标志着中国绿色照明工程进入了一个新阶段，使我们照明产业迎来了又一个春天。大力推广优质高性能产品，淘汰劣质产品，这是广大使用者的共同愿望。根据世界各地电网的供电情况和适应程度，我们认为：市场需要高可靠、技术性能指标适中“高、中、低”三者并存的产品，“其比例为：2：5：3” 要求一种产品性能要好、价格要低，使其具有较高的性能价格比，这是市场的需要人类价值观的体现，可是有些紧凑型电子节能灯制造厂商，为了抢占市场一味追求低价格，只要当时能把灯点亮，不管标准中对灯质量的要求，其结果是产品过早损坏，给用户增添了不必要的麻烦，这样既败坏了紧凑型电子节能灯的声誉又将市场价格箝得极低妨碍了高可靠、高性能电子节能灯在合理价格中的推广应用。 我们认为：要使企业的产品在市场上，具有较高的竞争力的唯一途径是走技术创新的道路，采用新的设计思路来优化线路结构，合理的选择电子元器件，扩大生产规模，采用先进的工艺。不断改良设备，控制产品质量，提高产品合格率，在确保产品可靠性的前提下，使性能指标满足或接近标准要求，努力降低管理成本，千万不能用降低灯功率，牺牲光效减少必要元器件数量，等手法来降低成本，这种做法其产品终究会被市场淘汰。三、 紧凑型电子节能灯在推广应用中的质量信息反馈1） 光效问题市场上销售的节能灯，制造商只考虑成本，做到灯在短期内不损坏，错误的认为灯只要点亮就行，例如：一只标称功率为20W的节能灯，其实际输入功率仅为5060%，再加上灯管本身的光通量与标准就有差距，可见光效又怎么能高。2） 可靠性问题灯功率是由灯管的有效发光面积和灯丝的阻抗等因数决定的，在制作过程中没考虑到电子镇流器的线性内特性与灯管的非线性负阻特性相结合的工作点是否合理，因而影响了紧凑型电子节能灯的可靠性。3） 产品设计中存在的问题 灯管由高频电子镇流器驱动，工作时由于瞬态过电流和瞬态过电压，引起瞬时的功耗集中，电压过冲或电流过冲，一旦超出器件的安全工作区，尤其在高温下，容易造成器件损坏，如何降低电力电子装置中的电子元器件的损耗，尤其是频率升高时电子镇流器的开关损耗以及电流谐波在线路和元件中带来的附加损耗是提高紧凑型电子节能灯工作可靠性的重要措施。4） 合理选择使用问题紧凑型电子节能灯被誉为是节约能源造福人类的“绿色照明”产品，如何进一步拓展市场，其决定因素是产品自身的可靠性，除此之外根据不同地域、不同场合合理选择使用也是一个不可忽略的问题。节能灯用电子镇流器由二极管和电解电容构成整流滤波电路，当电子节能灯开启时，瞬时产生很大的冲击电流，通常是正常工作电流的几倍至几十倍，电流总谐波THD超过100%，高达140%，因而引起电压畸变，25W以下的节能灯，大部份功率因数仅为0.5左右，由高次谐波引起的电路中谐波电流的相互干扰，增大了电路内部损耗和温升，因而降低了元器件的可靠性，若在同一支线上批量装上该种低功率因数的节能灯，由于总功率的增加这时谐波功率也相应增加，电网的电压波形将出现严重畸变，使线路的功率因数进一步下降，电流畸变再次加大形成谐波干扰，这样一来就进一步增加电子元器件的损耗和温升，使电路的可靠性下降，造成了电子节能灯批量损坏。总而言之低功率因数的电子节能灯不宜在同一支线上大批量应用。四、 提高产品质量的途径1） 优化电路设计节能灯配套用电子镇流器的最大难点是：适应各种同规格、同功率不同厂家生产的灯管匹配问题，所以整灯厂要广泛与各灯管生产企业协作，设法找到不同厂家同类型灯管光电参数的共同点，开发一种适用性较强，技术性能指标适中的低价位电子镇流器电路是我们面对市场的发展方向。为此我们在确保可靠性的前提下，根据各个地域电网的实际情况，用户的使用环境来优化电路设计，尽可能减少器件。降低生产成本，对于那些采用劣质器件、卤粉灯管、降低功率、不考虑光效的低成本做法，是不可取的。2） 元器件的合理选配电子镇流器的可靠性取决于电路的效率，若电子镇流器与灯管相匹配的合理，电子元器件选材的当，不仅产品的可靠性能提高，这时镇流器的自身功耗最小，整灯的光效平均每瓦还可以提高23Lm、（流明）使节能灯真正实现高效节能。（1） 提高灯管发光效率延长灯管使用寿命光源行业应加强协作，玻壳管、芯柱、灯丝、荧光粉等相关企业要加强信息交流，群策群力共同研发出高光效、长寿命的灯管，满足整灯标准要求这是目的，众所周知影响灯管质量的因素很多，灯管的几何尺寸、杜美丝、电子粉、汞、高纯氩等材料的品质好坏影响灯的发光效率和灯管的寿命及性能指标。产品的一致性取决于灯管的制作工艺和设备，以及生产管理、生产环境，每道工序若不注意则很难保证产品质量，要使现有灯管的光、电参数都上一个新台阶，行业内要相互协作，共同提高，促使紧凑型各类灯管都能满足整灯标准要求。（2） 紧凑型节能灯用电子镇流器元器件可靠性研究 紧凑型节能灯的可靠性其核心是电子镇流器，随着电子技术的飞速发展，灯用电子元器件质量的不断提高，使电子镇流器的可靠性有所保证，但是我们不能忽视紧凑型电子节能灯的电子镇流器是装在密封的塑料件中的，工作条件十分恶劣，还要承受下端灯管工作产生的高温烘烤，再加上镇流器工作所产生的热损耗，使得由若干个电子元器件构成的镇流器长时间工作在近80度高温的塑腔内（视灯功率和灯的工作环境温度还要高）尤其是较大功率的节能灯塑腔温度都高于100度，这就对元器件耐温特性提出了更高要求，再加上有的地区电网质量较差，电源电压波动较大（从170260V）器件要能承受较大过电流冲击，在产品设计时，用材或调配不当将促使个别器件过早失效，造成整灯损坏，为确保产品的可靠性，我们经过试验-研究-反复试验认为，紧凑型电子节能灯用电子元器件的性能要求和温度特性要远高于独立式电子镇流器对电子元器件的要求。（3） 关键元器件在选用时应注意的问题 紧凑型电子节能灯由于受塑件内腔空间和温度的影响，整流器采用无源功率因数校正电路，由诺干个独立元器件构成，这种方案既经济又可靠，只要了解器件的材质，电性能参数与温度的关系就能选配得当。（a） 脉冲变压器（磁环）由于铁氧体磁芯是一种非线性元件，在不同的温度和频率下工作，具有截然不同的磁特性，磁环通常在强磁场条件下起传输功率的作用，采用双极性功率管作高频振荡电路开关器件，磁环的振幅磁导率决定开关管基极电流Ib的大小与磁环的感量L关系不大，所以在选择磁环时要在高温下做高频电流迭加试验。理想的磁环工作特性见图：（b） 电解电容根据整灯功率、线路功率因数，计祘出电解电容所需容量范围，设定电路工作频率、工作温度用电流迭加法确定电解的品质。（c） 功率管（开关三极管）功率开关晶体管的损坏大多数都出现在灯启辉和浪涌电压波动的瞬间，因此开关晶体管的转换速率非常重要，线路的形式决定了浪涌电压和峰值电流的大小应以考虑。（d） 电容器对薄膜电容器材质的物理性能在高温和低温下工作时特性参数的变化规律必须清楚，采用常规的测试方法来判断电容的可用性并不科学，若选用不合理有可能造成其它器件过载而提前失效，使整灯寿终。五、 结论