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1、摘 要能源、环保是当今世界关注的焦点，节能成为解决问题的重要一环。绿色照明包含高效节能、环保、安全、舒适等4项指标。其中，高效节能意味着以消耗较少的电能获得足够的照明，从而明显减少电厂大气污染物的排放，达到环保的目的。高压钠灯（HPSL）是高气压放电（HID）灯的代表性产品，光效高、耗电少、使用寿命长，应用广泛。本文对HPSL电子镇流器的实现进行了研究和分析，提出了实现电路，该电路实现简单，结构紧凑，便于元器件参数的选配及工艺调试。关键词 绿色照明 高气压放电（HID）灯 高压钠灯（HPSL） 电子镇流器 目 录第1章 绪 论11.1 “绿色照明”的提出及其含义11.2 中国的“绿色照明”工程
2、1第2章 高气压放电（HID）灯电子镇流器32.1 HID灯对电子镇流器的特殊要求32.2 HID灯电子镇流器的基本电路4第3章 高压钠灯电子镇流器73.1 高压钠灯与电子镇流器73.2 高压钠灯对电子镇流器的要求83.3 250W高压钠灯电子镇流器设计方案8第4章 高压钠灯电子镇流器设计实现104.1 原理框图104.2 实现电路104.3 高压钠灯电子镇流器主要性能指标17第5章 结 论18参考文献19附 录 电子镇流器专业术语20第1章 绪 论1.1 “绿色照明”的提出及其含义“绿色照明”是20世纪90年代初出现的新概念，是对采用节约能源和保护环境的照明器具的形象性说法。1991年，美国
3、环保局（EPA）提出了一项提高照明用电效率、节约电力、减少环境污染的行动计划，被命名为“绿色照明”计划。其主要做法是以政府与私营企业签订自愿协议的方式，在所有有成本效益的地方采用高效节能照明器具替代传统的低效能照明器具，并采用科学的照明设计和控制方法，提高照明用电效率和照明质量。作为一项独具特色的节能行动计划，“绿色照明”在美国取得了前所未有的成功，并很快得到了国际社会的广泛认可和积极响应。“绿色照明”不仅仅是照明节电的代名词，其内涵还包括环保和健康。大力发展和推广高效节能照明器具，节约照明用电，可以减少发电产生的SO2、CO2、NO2等废气、尘埃及废渣，有利于建立优质高效、经济舒适、环境可靠
4、、有益环境和改善人们的生活质量、提高工作效率、保护人民身心健康的照明环境，以满足经济各部门和人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少污染的需要。“绿色照明”旨在获得一个良好的照明质量和照明环境，创造一个因地制宜并与周围景物、自然环境和谐协调的光照条件，让人们能在舒适的光照和良好的环境下学习、工作和生活。照明是一门科学，同时又是一种文化和艺术/照明质量和水平，已发展成为社会现代化建设和人类文明进步程度的一个标志。随着“绿色照明”的蓬勃发展，产生了发展照明的新理念、新概念和新模式。引发了照明领域的一场新的革命，并在全球范围内产生了巨大的经济效益和社会效益。2005年5月，中国国际绿色照明暨欧洲
5、效能第六届大会在中国召开。来自30多个国家和地区的专家、学者共同关注全球绿色照明问题。从此次会议可以看到，绿色照明已成为世界各国政府和人们的自觉行动，成为全球影响面最大的一项节能行动计划。1.2 中国的“绿色照明”工程我国于1995年制定了节约能源法，于1996年正式启动中国绿色照明工程。19962000年和20012005年分别为中国绿色照明工程的第一期工程和第二期工程。中国绿色照明工程的内容之一是大力推广应用CFL和T8、T12细管径直管荧光灯和电子镇流器。第一期工程（即“九五”期间）的预期目标是：在节电方面，推广CFL和细管径直管荧光灯3亿只（支）及其他高效照明器具，形成终端节电220亿
6、千瓦时的能力，削减电网峰荷720万千瓦，相当于少建一个978亿千瓦装机容量的电站，节约电力建设资金490630亿元；在减少污染方面，以电站节电268亿千瓦时及，减少SO2排放20万吨，减少CO2排放740万吨。第一期工程为能力建设和起步阶段。通过第一期工程的实施，基本达到了预期的目标，促进了我国照明电器行业的技术进步，加速了照明电器产品结构的优化，建立健全了高效电光源产品的安全与性能标准。通过对重点企业的技术改造，提高了绿色照明产品的生产能力。中国“绿色照明”的第二期工程为规模实施阶段。2001年，原国家经贸委与UNDP/GEF的“中国绿色照明促进项目”的启动，标志着中国绿色照明工程第二期项目
7、的启动。第二期工程更加注重促进照明产业的技术进步和产品质量的提高，加强了市场的规范，实施名牌战略，积极开展国际交流与合作。早在2001年，国产CFL的产量就达7.5亿只，T8型荧光灯达2.1亿只。目前全球80%以上的CFL都由我国生产。我国计划在20012010年间实现累计照明节电1033亿千瓦时，实现照明节电10%，相当于减少1.4亿吨的CO2排放。通过实施中国绿色照明工程，强化了人们的节能和环保意识，并取得了显著的社会效益和保护效益。事实证明，发展“绿色照明”，是节能降耗和保护环境的一项重要举措，是促进人与自然和谐、建设节约型社会和落实科学发展观的战略性措施，是利在当代、造福于子孙的大事。
8、中国绿色照明工程已渗透到国民经济各个部门和各个行业，深入到各项活动之中。2008年北京奥运会的宗旨是“科技奥运、绿色奥运、环保奥运和人文奥运”，大力推行绿色照明，在新建体育馆照明设施和工厂、学校、商场、病馆、机关及公用照明设施中，积极采用高效照明系统，并且大力推进城市亮化和景观照明。城市照明体现了一个城市的形象，代表了一个城市的文化，反映了一个城市的科学管理，象征着一个城市的文明进步和现代化建设。城市照明的用电量是相当巨大的，随意更应当推行“绿色照明”。第2章 高气压放电（HID）灯电子镇流器高气压放电（High intensity Discharge，HID）灯又称高强度放电灯，通过气体电离
9、发光，亮度大约是钨丝灯3倍，并且能节约一半的电力。HID灯寿命长，有较高的安全性。由于当蓄电池供电出现问题时，它会延长几秒才熄灭，所以具有一定应急性。其代表性产品是高压钠灯（HPSL）和金卤灯。由于HID灯的特性与荧光灯比较有较大的差异， 所以荧光灯电子镇流器的设计方案并不适用于HID灯电子镇流器。2.1 HID灯对电子镇流器的特殊要求与荧光灯电子镇流器相比，HID灯对其电子镇流器主要有以下两个方面的特殊要求：1.为避免发生“声共振”，HID灯电子镇流器适宜在低频下工作荧光灯电子镇流器在40kHz左右的高频下工作， 而HID灯电子镇流器的工作频率超过10kHz（有的HID灯超过1kHz）时，
10、高强度气体放电就会变得不稳定，这种不稳定现象被称为“声共振”。一旦HID灯发生“声共振”，灯功率的瞬时变化会导致等离子体温度波动。由于气体温度与压强的直接关系，温度的波动会引起压强变化，结果压力发生波动，使电弧变形。 由于电弧放电是被束缚在两电极之间的， 因此能够产生驻波（与风琴管类似）。“声共振”的影响是非常强烈且是不可预测的。在一定的频率上，一个或两个周期足以使电弧熄灭。另外，电弧形状的变化会改变放电的化学平衡，可以引起灯光色、光强和电气性能的变化。灯弧光抖动和熄弧，会对灯造成损害。大多数HID灯在50Hz10kHz的频率下工作时， 可以避免发生“声共振”。在HID灯 电子镇流器设计中，大
11、多将其输出频率设置在100400Hz的范围内。若频率低于100Hz，有时易引起灯闪烁。因此，HID灯电子镇流器通常并不是一种高频电子镇流器，而是一种低频电子镇流器。2.HID灯电子镇流应提供35kV 的灯触发电压HID灯的触发电压一般为35kV。HID 灯从触发（点火）到正常工作往往需要经过接续阶段和电压爬高阶段。在接续阶段，灯电压仅约为其正常工作电压的25%（通常约20V），持续时间约为1ms。 持续电流取决于灯电阻。如果电流太小或灯电压过低， 灯会熄灭， 需要重新触发。在电压爬高阶段，灯电压逐渐升至其额定值（如85V）， 持续时间约为2min。为了防止灯熄灭， 需要一个相对大一点儿的爬高电
12、流，但该电流不应过大， 以防止灯电极熔化。进入稳态工作后， 为避免HID灯两个电极的温度不同， 要求用交流电流来驱动。HID灯在“冷态”（环境温度）下的触发电压一般达35kV。 当HID灯在“热态”（即灯在运行中熄灭，灯的温度尚未降低或降低不多的情况）下重新启动时，所需电压幅度往往达25kV甚至30kV。在这样的电压下，灯在I0ns之内将会击穿。HID灯电子镇流器需设计专门的触发器电路，为灯启动提供足够高的触发电压。此外，由于HID灯的应用环境条件比较恶劣（如HPS灯用于道路、机场和码头等户外照明和金卤灯用作汽车前灯等）， 故要求HID灯电子镇流器应具有非常高的可靠性， 能耐高/低温、抗震动，
13、并要求防雨淋和防风沙。2.2 HID灯电子镇流器的基本电路目前HID灯的驱动电路大多采用全桥（亦称H桥）拓扑结构。图 2-1所示为基于ASIC（如 UBA2030）的HID灯全桥变换器电路。当ASIC驱动VT1和VT4导通时，VT3和VT2截止， 此时流过HID灯的电流方向为从左到右； 当ASIC驱动VT3和VT2导通，VT1和VT4截止，此时通过HID灯的电流方向为从右到左。如此周而复始，在HID灯中通过交变电流。图2-1 基于ASIC的HID灯全桥变换器电路全桥变换器的换向频率可由UBA2030的外部电阻Rosc和电容Cosc来编程。适当选择Rosc和Cosc值， 可将频率设置在10040
14、0Hz的范围之内。HID灯的启动需要借助于专门设计的触发器电路。这种触发器电路在结构上与采用电|感镇流器的HID灯电子触发器相类似，其核心部分是升压变压器（或升压线圈）和具有负阻|特性的半导体双向开关或晶间管。触发器电路是HID灯电子镇流器的核心技术之一， 大多受专利保护。图2-2所示为HPS灯启动电路。其中，硅双向开关（SIDAC）具有双向对称的V-I特性， 图2-2 HPS灯启动电路及硅双向开关的V-I特性如图2-3所示。在SIDAC击穿导通时，导通态电流IT约为1A， 导通电压降VTM不大于1.5V。 在系统工作后， 当电容C2被充电到SIDAC的击穿电压值（约135V）时，SIDAC导
15、通，C2通过L1的NP绕组放电。电流通过NP绕组使L1感生一个34kV的高压脉冲（宽度仅需几毫秒）将HPS灯启动。一旦HPS灯启动成功，由于HPS灯的工作电压低于SIDAC的击穿点呀，SIDAC被关断，不会进一步乘胜高压触发脉冲。L1采用飞利浦EC-35-3C81磁芯和三槽骨架绕制，NP=2砸，NS=63砸，导线分别为#22AWG和#20AWG（相应的线径分别为0.7mm和0.88mm）。SIDAC选用MK1KV35。图2-3 HPS灯启动电路及硅双向开关的V-I特性第3章 高压钠灯电子镇流器3.1 高压钠灯与电子镇流器钠灯是一种发光效率很高的新型电光源，其效率可高达100lm/w，钠灯分有高
16、压和低压钠灯两种。在玻璃外壳内有一个特种玻璃制成的放电管，其管内充有适量的钠，汞滴和惰性气体，放电管和玻璃壳之间抽成真空，以减少环境温度对灯的影响。高压钠灯（High Pressure SodiumLamp，HPSL）的基本结构，主要由灯丝，双金属片热继电器，放电管，玻璃外壳，等组成，放电器由半透明的多晶氧化铝陶瓷制成，充有汞和汞钠剂，能产生很高压力的汞蒸气，灯丝 由钨丝制成螺旋形或编织成能储存一定数量的碱土金属氧化物的形状，当灯丝发热时，碱土金属氧化物发射电子。双金属的作用是：当灯接入电源后，电流经过镇流器，热电阻，双金属片而形成通路，热电阻发热后，双金属片断开，由镇流器产生的瞬间自感电动势
17、使管内的惰性气体电离击穿放电，温度升高后，汞也随着气化放电，使钠成为气态放电而产生强光。电子镇流器（Electrical ballast），是镇流器的一种，是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器（或镇流器）。现代日光灯越来越多的使用电子镇流器，轻便小巧，甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起，同时，电子镇流器通常可以兼具起辉器功能，故此又可省去单独的起辉器。电子镇流器还可以具有更多功能，比如可以通过提高电流频率或者电流波形（如变成方波）改善或消除日光灯的闪烁现象；也可通过电源逆变过程使得日光灯可以使用直流电源。电子镇流器是使用半导体电子元件，将直流或低
18、频交流电压转换成高频交流电压，驱动低压气体放电灯（杀菌灯）、卤钨灯等光源工作的电子控制装置。应用最广的是荧光灯电子镇流器。在高压钠灯的工作电路中，与灯泡配套使用的镇流器有电感式镇流器和电子式镇流器两种。 电感式镇流器由电感线圈和矽钢片回路制成非封闭状，而专门留有很小间隙，使磁场处于非饱和状态， 从而起到稳定电流的作用。电子式镇流器顾名思义它是有电子元件组成的阴流器件，也是近年来实施照明节电的产品，它具有功耗低、体积小、重量轻、功率因数高，灯泡瞬时启动等特点。新型高压钠灯电子镇流器具有自身功耗低、光照度强、恒功率输出、功率自动调节、功率因数高等功能特性，在实际应用中要比传统的电感整流器要节约30
19、的电能。由于电子镇流器具有变频自动调功率功能，可避免电网波动对灯管造成的冲击，从而延长灯管的使用寿命，可以减少电子镇流器和灯具的更换次数。电子镇流器启动电流也小，一般在1.2安培左右，相对于电感镇流器少了许多，供电线路的变压器可以小了许多，因此可以大大节省了基础建设的投资成本和后期维护费用。新型高压钠灯电子镇流器自身损耗低，无频闪，恒功率输出，无电网污染，可持续提供优异的道路照明，可减少交通事故的发生率。属于是“绿色环保”型高新技术产品，具有很好的推广应用价值。3.2 高压钠灯对电子镇流器的要求HPSL电子镇流器因使用场所和其本身的特性，要求较为严格。它的基本要求是：1.较高的功率因数（0.9
20、9）；2适应温度范围2050，且防雨雪；3输出到灯的功率必须恒定；4为防电极极化，灯的电流必须是交流，而且须防声共振；5必须有2.54kV的点灯触发电压，灯点亮后高压须消除，不影响灯的正常工作；6较高的功率（一般人行道为75W，道路为250W，广场为400W，最高达1000W）；7对各种故障（灯短路、灯开路或无灯、弧光不正常、灯过压、灯过流以及电路本身的故障）的识别及保护功能完善。3.3 250W高压钠灯电子镇流器设计方案HPSL普遍应用于车站、广场、码头、公路等场合的照明，由于环境因素的影响，对与其配套使用的电子镇流器提出了可靠性及稳定性的要求，同时由于线路设计直接制约着制造成本，因此主要考
21、虑了以下几个点：1.220VP50Hz 市电进入电路后，首先经过过流、过压保护电路，再进入EMI滤波电路，EMI 滤波电路可以抵抗射频及电磁干扰，将供电网与电子镇流器互相隔离，消除相互之间的干扰。2.采用桥式整流电路及有源功率因数校正电路获得稳定的高线路功率因数（高品质电子镇流器必须达到的） 。3.采用一对MOSFET功率管组成半桥式逆变电路。这种电路驱动功耗小，电路简单、可靠。4.采用专用的点燃HPSL 必需的启动及闭锁保护电路。5.逆变电路中的功率管工作于高压、大电流及高频工作状态，据统计它们的故障率较高。本文采用N 沟道增强型MOSFET功率管，它是依靠多数载流子工作的单极型器件，不存在
22、双极型晶体管固有的二次击穿和少数载流子存储时间问题，因而具有较大的安全工作区域、良好的热稳定性和高的开关速度，驱动功率小，电路简单。6.采用电压反馈自激式半桥逆变电路。第4章 高压钠灯电子镇流器设计实现4.1 原理框图高压钠灯（HPSL）电子镇流器电路方框图如图4-1所示。图4-1 HPSL镇流器电路方框图4.2 实现电路根据图4-1，我们得到高压钠灯（HPSL）电子镇流器具体实现电路如图4-2所示。图4-2 HPSL电子镇流器电路图下面对图4-2的各部分电路进行详细说明。4.2.1 市电输入保护电路市电输入保护电路如图4-3所示。图4-3 市电输入保护电路图中，FU为保险丝，在短路过流时起保
23、护作用。RT为负温度系数热敏电阻元件，用于抑制电源接通瞬间的浪涌电流冲击。常温下RT呈高阻态，随着流过电流的增高，其温度也升高，而电阻值却下降，在负载电流达到稳定时，其阻值下降至最小，对电流产生的影响可忽略不计。RV为压敏电阻，其阻值随电压的增高而急剧减小，可吸收诸如雷电等原因引起的电网瞬时高电压冲击。因其耐受瞬时功率能力强，可长期工作。正常状态下，RV接近开路，故对电路的影响可忽略。本电路简单、低廉、有效。4.2.2 EMI滤波器电磁干扰包括射频干扰（RFI）和各式各样的电磁脉冲干扰，它们的危害正受到愈来愈多的重视。来自电网和电子镇流器逆变电路大功率高频振荡的射频传导干扰必须采用EMI滤波器
24、加以隔离，以消除两者之间的互相干扰。本电路采用双型EMI滤波器，如图4-4所示。其中，L1 = L2 ， C1 = C2 ， C3 = C4 。由于电感对射频干扰起阻流作用，而小容量电容则对射频干扰起近似短路作用，故EMI滤波器对射频传导干扰的抑制作用是明显的。图4-4 双型EMI滤波器电磁脉冲干扰在相线与中线间产生差模（对称模式）干扰，与地线无关， L1 、L2 对此干扰电流呈高阻抗；而在每条电源线与地线之间会产生共模（非对称模式）干扰， C3 、C4 对此干扰呈低阻抗，所以EMI滤波器对电磁干扰能有效抑制。如果EMI滤波器的阻抗设计与干扰源的阻抗不匹配，则EMI滤波器还能将干扰源的干扰沿其
25、进入的路径反射回去，这样EMI滤波器的滤波效果更佳。4.2.3 桥式整流器桥式整流、电容滤波电路如图4-5所示。图4-5 桥式整流电容滤波电路220VP50Hz 的市电经整流后变成100Hz 的正弦半波脉动直流电压，而50Hz 的交流输入电流则因输出端接有滤波电解电容而产生严重畸变，如图4-6 所示。 图4-6 输入及输出波形从波形图可见， IAC已畸变成尖脉冲电流，整流二极管的导通角很小，由波形分析可知，输入电流的高次谐波含量很高，线路功率因数跌至0150165 。为解决这个问题，采用了下述的APFC 电路。4.2.4 有源功率因数校正器（APFC）上述的低值功率因数，只有采取功率因数校正器
26、才能提高。本型镇流器采用了以MC34262P 集成电路为核心的固定开通时间零电源开关升压式APFC电路。APFC 电路如图4-7所示，IC 为MC34262P，其中：图4-7 APFC电路该集成电路内部含有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出以及过压、欠压和过流保护电路。B5 的N1 为APFC 的电感器； D3 为续流二极管； B5 的N2 为零电流检测绕组，同时经D1姜勇义：250W高压钠灯电子镇流器的研制3支路整流滤波电路为IC 提供直流电源； C8 为补偿电容，确保可靠起动； R5 、C9 为抗干扰电路，免除过流保护电路误动作； R6 为过流保护取样电阻； C20 、
27、C10 为滤波电容。当B5 的N1 中电流为零时， IC 中的零电流检测器动作，使脚输出宽度一定、幅度一定且周期可变的控制脉冲。在脉冲宽度持续期间将K1 开通， （ B5 ）N1 中的电流上升并储能，从控制脉冲下降边缘开始，K1 关断，电感器的自感电势通过续流二极管向滤波电容充电，从而在直流滤波电容上得到升压至400V的直流电压，波形如图4-8所示，从波形图可以看出，输入电流的包络线和输入电压波形近似，且同相，故APFC 电路使线路的功率因数接近于1。其中，Vw - 交流输入电压波IL - 电感电流的包络线；IR - 交流输入电流的平均电流波；VG - IC 的脚输出的控制脉冲。图4-8 K1
28、栅极驱动电压、电感电流本电路的零电压控制模式使K1 只在电感中电流为零时才开通，故大大减小了开关管的应力和损耗，同时对续流二极管的恢复时间也没有严格要求，因此采用普通快恢复二极管即可满足使用要求。本电路结构简单、外围电路元件少，大大缩小了电路的体积，降低了电路的成本并提高了可靠性。本电路B5 参数的设计、磁芯的选取以及制作质量均关系到输入交流电压的允许变化范围及电路的可靠性。4.2.5 逆变器电路电子镇流器是将220VP50Hz 市电转换成20kHz30kHz 的高频交流电，以供气体放电灯使用，而逆变器是将APFC 电路输出的直流电逆变成20kHz 30kHz 高频交流电的电路，可见逆变器处于
29、电子镇流器电路的核心。本型电子镇流器采用电压反馈自激半桥式逆变电路。其中所用的振荡管兼作功率开关管，选用N沟道增强型MOSFET管，使得电路结构简单且可靠性大大提高，具体电路如图4-9 所示。图4-9 电压反馈自激半桥逆变电路B2 的N1 绕组的电感L1 与C16 构成串联谐振回路；B2a 、B2b为一对反相电压反馈绕组； DW1 、DW2 和 DW3 、DW4 保护K2 、K3 的安全。APFC 电路输出的400V 直流电压作为逆变器的电源，其经R9 对C11 充电；经由R9 、R10 、D4 对C16 充电。当C11 的电压达到一定值时，触发二极管IA1 导通，使K3 开通， C16 通过
30、K3 放电，电压反馈使K3 关闭、K2 开通，如此轮流关闭、导通，使自激振荡进入稳态工作。自激振荡的频率F0 = 1P（2 LC） ，其中L 为串联谐振电感， C 为串联谐振电容。本振荡电路的频率主要由LN1和C16 决定。脉冲变压器B2 输出的高频交流电压，经过B3 、B4 各自的串接绕组N1 （升压、扼流） 以及C15送至HPSL。4.2.6 高压钠灯启动电路高压钠灯（HPSL）的启动（点亮）电压达34kV。本型镇流器采用专用的启动电路产生这一电压，保证HPSL 能可靠启动，同时又加上闭锁电路，即待HPSL 被点燃启动后再自动将启动电路闭锁，以保证HPSL 正常工作所需灯电压的供给（或者说
31、，闭锁电路保证启动电路不至误动作，使HPSL 始终处于正常工作状态）。具体电路如图4-10 所示。 图4-10 HPSL 闭锁电路+400V电压通过R20 、C18 、C14 组成的RCL 滤波器进一步滤波后作为启动电路的电源电压。B3 、B4在启动电路工作过程中作为升压变压器用， D5 、D6分别使用B3 与B4 的绕组N2 相隔离。DW5 、DW6 两个对接起来的稳压二极管用于保护K4 的G、S 极不被过电压击穿，它们把G、S 间的电压限定在单个稳压管的稳压值以内。当接通供电电源后， C16 充电，其电压上升，使触发二极管IA2 导通， K4 开通，在B3 、B4 各自的N2 绕组产生电压
32、，经升压后达到34kV ，使HPSL 启动；随即B4 的N3 耦合过来的反馈电压使K5 开启，致使IA2 关断，保证K4 在HPSL 转入正常工作时被闭锁住，使B2 、B3 各自的N1 绕组及C15 退出谐振状态而转入镇流状态，补偿HPSL 的负阻特性。因此K5 对K4 部分启动电路的闭锁确保了HPSL 处于稳定的工作状态。4.3 高压钠灯电子镇流器主要性能指标高压钠灯（HPSL）电子镇流器的样机经国家电光源质量监督检验中心（上海）的检验，其技术指标有明显的优势，如表4-1所示。通过1200小时恶劣高温环境下的试验考核及连续两年的实际使用显示，HPSL电子镇流器的性能稳定、可靠。表4-1 与国
33、内同类产品主要性能指标对比（ 以250W为例）第5章 结 论通过对高压钠灯电子镇流器多种电路的研究，电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工作原理是：工频电源经过射频干扰（RFI）滤波器，全波整流和无源（或有源）功率因数校正器（PPFC或APFC）后，变为直流电源。通过DC/AC变换器，输出20K-100KHZ的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，加在灯管两端，但使灯管放电变成导通状态，再进入发光状态，此时高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流，为了提高可靠性，常增设各种保护电路，如异常保护
34、，浪涌电压和电流保护，温度保护等等。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。总体上说，电子镇流器的特点有：1. 节能：电子镇流器自身的功率损耗仅为电感镇流器的40%左右，而且荧光灯在30KHZ左右的高频下，光效将提高20%，工作电流仅为电感的40%左右，并且能够在低温、低压下启动和工作。2. 无频闪：灯管在30KHZ左右工作时，发光稳定，人眼感觉不出频闪有利于保护视力。3. 无噪声：有利于在安静的环境中工作和学习。4. 灯管寿命延长：无需启辉器，不被反复冲击，闪烁，不会使灯管过早发黑，一次启动，减少维修和更换启辉器和灯管的工作量
35、。5. 功率因数高，减少了无功损耗，提高了供电设备容量的有效利用率，减少线路的损耗。参考文献1 路秋生.常用电子镇流器电路及其应用.人民邮电出版社，2006 2 毛兴武，祝大卫. 电子照明用新型集成电路与元器件及其应用.机械工业出版社，20063 刘志强，毛兴武. 采用智能控制器的高性能高可靠电子镇流器.光源与照明， 20064 王建平，吴建春.高压钠灯电子镇流器研制.电源应用技术，20045 毛兴武，祝大卫. 新型电子镇流器电路原理与设计.人民邮电出版社，2007附 录 电子镇流器专业术语1镇流器损失值（Ballast Loss）这一数值代表电子镇流器（电子安定器）本身所消耗的能源转换成热能
36、而非光能，此数值可由总输出功率减去全部灯管所消耗的功率，一般而言，传统40W 双灯之镇流器约消耗22W，而电子镇流器约为7W。2光输出比值（Ballast Factor）这一数值可以看出使用电子镇流器光输出的相对效果，其值是由测得电子镇流器的光输出值，除以标准镇流器点灯下的光输出值，所求得百分比，一般而言，此一数值愈高，代表光输出效果愈佳，对电子镇流器而言，不得小于0.9，但也有为专门强调高输出值而设计的电子镇流器，其光输出比值可高达1.18至1.28 。3镇流器效率值（Ballast Efficacy Factor）这一数值可同光输出比值（Ballast Factor）除以镇流器输入功率值（
37、Input Power），在美国市场卖方通常以这一数值，来衡量比较各家电子镇流器效率的优劣，这一数值愈高，代表电子镇流器的效率愈佳。4波峰比（Crest Factor）也叫波高率，此一数值大小对灯管的寿命有直接并且攸关的冲击，绝大多数的灯管厂商建议此一数值最好小于1.7，过高的数值容易造成灯管黑化，降低灯管的使用寿命，而波峰比的定义是指使用电子镇流器对日光灯管点灯时，所产生的峰值电流除以平均电流而求得。5功率因素（Power Factor）这一数值可以表示电子镇流器将外界输入电压和电流转换成可供使用功率的效率值，功率因素值愈高，峄供应电力系统之公司（指电力公司）十分有利，国外的电力公司为鼓励消
38、费者使用高功率因素的电子镇流器，比采用补贴政策，但是一般消费者以为PF值愈高愈省电，这是一种错误的观念，其实省电的多少和PF值没有关联。6总谐波（Total Harmonic Distortion）一般三相式供电系统频率周期（50/60HZ）3的倍数（3、6、9、12）容易对交流电的正弦波造成扭曲，导致引起不当的大电流，对电器设备有所伤害。对电子镇流器而言，各国安规皆有明确规定总谐波（Total Harmonic Distortion，THD）值必须小于一特定值，欧洲IEC、美国ANSI、台湾CNS、日本JIS规定THD值必须小于33%，但是在美国市场上将电子镇流器分成二种等级，THD小于20
39、%一个等级，以及THD小于20%一个等级。一般而言，在大量使用电脑声所或者使用精密电子仪器或设备的场所，应该使用较严谨或较低的THD值。7噪音（Audible Noise）所有国家的电器安全规范皆有规定电子镇流器的噪音标准，一般而言电子镇流器所产生的噪音比传统镇流器低75%。CNS规定电子镇流器的噪音必须小于33db。8主动功因（有源修正）/被动功因（无源修正）（Active/Passive Power）电子镇流器设计于改善功率因素可采用主动功因（有源修正）回路或被动功因（无源修正）回路，两者之间的差异在于电压变动时，功率会不会受至变化影响，进而导致光输出发出变化造成闪烁现象，如果采用被动功因
40、回路，功率因数无法提高至0.99以上，同时电压发生变动，功率也会随着改变，甚至有时候灯管会发生闪烁现象，如果设计上采用主动功因回路，则可以避免上述各项问题。换名话而言，电压不稳地区宜采用主动功因机种。9高输出（High Output）设计电子镇流器可以朝二个方向进行，一是走节约能源的路线，一是走提高光输出的路线，如果朝高输出方向设计电子镇流器，其配合的灯管必须要特别注意，不能选用一般传统灯管，必须选用专门开发给电子镇流器使用的灯管，方可以设计高输出型的电子镇流器，其特点系灯管本身的管压特别来得高，并且使用较粗的灯丝，例如，日本市场的HF高频灯管，欧美的T832W高频灯管均属于这一类灯管，打开其
41、灯丝结构，就可以发现高频灯管的灯丝采用较粗厚的线径（Stick Coil），可以承受较高的电流。10电磁干扰/电磁兼容（EMI/EMC/EMS）任何高频电子产品均会产生那杂讯（Noise），电子杂讯干扰可分为传导干扰和幅射干扰两方面来谈，一般而言，传导干扰会透过电源线去干扰影响其他电子或电器产品正常工作，而幅射干扰则是透过空间去干扰影响其他设备，对于电器用品的使用，一般国家的电气安规皆有制定防止电磁干扰的规范为，例如欧洲IEC（EN55015）、美国FCC PART 18、日本JIS等等皆有规定商业用及住家用防止电磁干扰的标准，其中以欧洲在这方面的规定最为严峻。一般而言，公司的电脑处理中心、使
42、用精密电子仪器或测试设备的场所、医院、以及播音室等等，深怕电磁干扰的场所，应特别要求使用符合EMI/EMC 规定的电子镇流器。11交直流两用（AC/DC Exchangeable）电子镇流器因为比较省电，十分适合应用在紧急照明领域，如果采用交直流共用设计的电子镇流器，可延长紧急照明的时间及光输出，提高公共安全的品质，降低人员伤方亡的机会。12闪烁（Flicker）一般传统镇流器点灯，其点灯频率和供电系统频率一样，每秒种50或60次周期（50/60Hz），在这种情况下点灯闪烁程度约为33%，而电子镇流器因为高频点灯，其频率高达20K至50K，其闪烁程度低于5%，如果使用主动功因，其闪烁程度可低于
43、2%，此一数值愈高，对眼睛而言是愈舒适，愈不会产生疲劳现象。13保护回路基本而言电子镇流器结构系属于相当的精密，一颗电子镇流器上多则上百只，少则60多只电子零件，其除了提供灯管稳定动作的电流之外，必须防止各种突发的现象来破坏电子镇流器，因此设计良好的电子镇流器，其保护回路设计必须相当的周到，含盖下列各种特殊状况，才能提供长期使用保证的品质。开路/短路保护回路（Open/Short Circuit Protection）雷击/突波保护（Inrush Current Protection）过高压保护（Over High Voltage Protection）过低压保护（Over Low Volta
44、ge Protection）灯管末期保护（End of Lamp Life Protection）灯管漏气保护（Lamp Leakage Protection）静电高压保护（Static Protection）自动恢复点灯（Auto Reset）14调光电子镇流器（Dimmable Electronic Ballast）电子镇流器如果具用可调光的功能，即称为调光电子镇流器，调光电子镇流器的技术在于调光的幅度，例如50%，20%，10%，甚至1%的调光程度。一般调光电子镇流器尚须结合下列功能，其节约能源可高达80%以上：日光侦测调光功能定时开关功能遥控开关功能物体侦测开关功能15温度适用范围通常温度的变化对电子零件的功能或寿命有相当大的影响，因此使用电子镇流器必须在其指定温度范围下使用，由于各地区域的气温有相当大的差距，例如寒带和热带地区国家对适用温度的范围的要求也不一样，以台湾地区而言，必须考虑适用温度高至60。22