制造电子节能灯的工艺研究

魏 彬

（佛山电器照明股份有限公司，广东 佛山 528000）

制造电子节能灯的工艺研究

魏 彬

（佛山电器照明股份有限公司，广东 佛山 528000）

文章分析了电子节能灯产品的节能特性，阐述了电子节能灯制造工艺中的主要工艺指标及其元器件的设计开发，着重强调了灯管、电子镇流器及其相互间的匹配性设计、元器件的选择和控制，以及电子节能灯的计算机辅助设计和在线仿真技术。

节能灯；制造；工艺

能源和环境作为人类生存的热点问题，已经得到当前全球的共同关注。随着社会的进步以及人们生活水平的不断提高，照明在能源消耗和环境污染方面的问题已得到普遍关注。电子节能灯就此登上了历史的舞台，并顺应环保节能的消费理念，成为大力提倡的功能灯。

电子节能灯又称为交流荧光灯。其节能的概念是相对于白炽灯而言的。电子节能灯的原料为稀土三基色荧光粉，由电子镇流器驱动，给灯管灯丝加热，大约在887 ℃温度时，带有电子粉的灯丝开始发射电子，其碰撞到氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得能量又撞击汞原子，汞原子吸收能量后跃迁能量级生成电离，发出253.7 nm的紫外线再激发荧光粉发光，从而很大程度的提高了光效。［1］电子节能灯的特点有：光效高、寿命长；启动性能好、工作范围宽；色表及显色性好；无频闪、无噪声；省电、节能。电子节能灯的主要性能指标有额定功率、额定电压工作范围、额定寿命、最低寿命、工作频率、光通量、光通量维持率、功率因数、延迟时间、高次谐波抑制等。

1 电子节能灯的主要制造工艺

1.1 电子镇流器及匹配技术的工艺指标

电子镇流器作为电子节能灯的核心部件，其与传统的电磁式镇流器相比具有的优点为节电，启动快、无须等待，本身重量轻、不用启辉器，功率因数高，适应环境温度宽，无频闪、无噪音，能延长灯管寿命。开关器件，它是电子镇流器的核心部件。以原单极型结构为基础增加辅设双极结构，具有频率特性好、导通电阻低、不存在二次击穿等优点，是比较理想的开关器件。这类器件目前以IGBT和BSJT为代表，但由于这类器件制作工艺相对复杂，价格较昂贵，还没完全普及。但是，随着亚微米工艺的深入发展，大硅片生产和半导体工艺不断完善，这类器件已步入工业化发展初级阶段，呈现出一片极为诱人的发展前景。电路整体结构设计，包括整流、滤波、触发、逆变、故障诊断与保护、高次谐波抑制等功能。电路制作技术正在向立体布线、混合集成方向发展，触发电路开始集成化，出现了专用IC，使电路体积大大减小，结构更加合理。其他配套元器件的性能，比如正向热敏电阻（PTC）、高性能磁性材料、快速二极管、高赋能值电容器的逐步工业化，为提高电子镇流器整体质量水平提供了很好的发展条件。［2］

1.2 元器件的工艺要求

随着科技的进步，电子节能灯向着“大功率”和“小体积”的方向发展，功率密度的提高，对元器件及元器件间的匹配都提出了更高的要求。从利益方面来讲，产品各个方面的成本都在提高，最好的办法就是以“工艺为突破口”，用提高产品的质量和合格率的办法来降低生产成本和售后服务费用，更好地参与节能灯市场的竞争。一个优化合理的电子电路必须具备合理的选材，选材时不仅要熟悉电路的工作原理，知道各元器件在电路中所起的作用及相关的电压、电流和阻抗，还要熟悉元器件的工作特性及测量识别方法。

毛管作为电子节能灯的重要部件之一，其主要技术指标是光电参数、外形尺寸、机械强度、低温启动性能及热态参数稳定特性等。直接关系到节能灯能效等级的是光通量能否达到标准要求。节能灯点至有效寿命40%时，光通量维持率能够大于或等于额定值的80%，是产品申请“能源之星”认证时必须要考核的指标。另外关于相关色温、色坐标和色容差等指标也十分重要，特别要注意的是色容差，往往色容差超标了就会被判定不合格。

整流二极管，其在选择时也要注意以下参数：①最大正向整流电流。二极管选择其额定电流至少应该是交流母线峰值电流的3倍。对大功率灯而言，二极管的热电阻有差异，会使可靠性降低，故不得直接并联；②峰值反向截止电压。因工作温度高，一般要选用1 200 V的产品；③滤波电解电容器。选择性价比高的电解电容器非常重要；④电容量及容差、额定电压、耐纹波电流、串联等效电阻、允许温度等都是重要的技术指标，其直接影响到使用寿命。电解电容的耐纹波电流值越大越好，如果其值达不到线路要求，则会严重影响使用寿命。电容量的选择与输入电流中的谐波含量，以及灯电流的波峰因数有关。电解电容的标记温度，必须高出实际工作温度一定的数值。［3］

振荡变压器，相当于一个电流互感器，由环形铁氧体磁芯上绕线制成。对磁环的要求：首先磁导率应有负温度特性；其次磁滞回线要成矩形；再次磁导率参数的离散性要小。另外，订货时，应与供应商预约电感系数，对其进行分档包装，否则，成灯功率的偏差不易把握。

1.3 电子节能灯的计算机辅助设计与在线仿真

随着计算机形势的蓬勃发展，电子节能灯、镇流器的整体设计开始逐步采用计算机辅助设计。根据有限元与最优化的原则，计算机辅助设计通过对电路结构进行反复拓扑，使网络整体结构最为合理，各元器件达到最优组合，达到低成本、高质量的最佳效果。另外，与计算机辅助设计联系紧密，随之发展的是仿真技术，它包括仿真测试和仿真设计。根据在不同的使用环境下，与不同的数学模型进行模拟，通过利用计算机进行分析比较，很大程度上简化设计过程，减少设计时间，降低设计费用，提高设计质量。同时还可以对产品实现在线测试，对生产过程实施最佳动态质量监控，进一步提高优等品率和劳动生产率。然而这一技术在电子节能灯的设计和制造中的应用，其关键在于软件的开发和利用。目前有关专家正在对有关软件作进一步改进，使之规范化，从而真正适应工业化生产的要求。计算机辅助设计与仿真技术在电子节能灯制造工艺中的应用，标志着电子节能灯整体制造技术迈上了一个新的台阶。

图1 计算机软件程序与在线检测

为了提高节能灯的整体节能效果，必须将镇流器与节能灯管进行最佳的匹配，最大限度地发挥节能灯管和电子镇流器的工作效率，从而达到双节能的目的。

电子节能灯的可靠性、早期失效率和仿真老炼：电子节能灯的可靠性、失效率与无故障时间众所周知，单个电子元器件的可靠度γ符合指数下降规律：式中，λ：元器件的失效率；

T：在可靠度为γ时元器件的寿命。在构成电子节能灯产品的各个元器件中，只要有一个发生故障，该产品就失效或降额（性能下降），所以产品的可靠性R为：

式中，γi：各个元器件的可靠度，例如γ1，γ2，γ3，γ4，γ5……；γm分别代表二极管、晶体管、电阻、电容、电感和其它元器件的可靠度等。产品总的失效率λT＝λ1η1＋λ2η2＋

式中，λi：i元器件的失效率；

ηi：i种元器件的数量。

由于元器件的可靠度与电应力、环境和人为条件等的影响有关，产品的实际失效率λβ应在λT基础上加以修正，所以修正后的产品的总失效率λβ为：

式中，λT：产品总的失效率，一般在10－5/h～10－7/h之间；

K1：降额因子，一般在0.1～0.3之间；

K2：筛选老炼因子，一般在0.5～1.0之间；

K3：环境因子，在普通室内一般为1.0～10之间；K4：结构因子，一般在1.5～2.5之间；

K5：制造工艺因子，一般在1.5～3.5之间。

对于我们现在生产的 YZgE－H－2U型高性能电子节能灯来说，其电子镇流器共有30个元器件，其元器件的组成与失效率λi列表1如下：

表1 元器件的组成与失效率

2 结束语

电子节能灯技术实际上综合了许多的高新技术，具有一定的工艺难度。所以，也有专家说，电子节能灯的整体技术，相比于彩电技术也毫不逊色。我们有理由相信，随着科学技术逐步提高，电子节能灯的技术制造工艺一定会更加趋于成熟，拥有更广阔的发展前景。

1 陈传虞.节能灯生产中的问题与解决方法探讨［J］.中国照明电器，2010（2）：21～24

2 王兴超、高思思.采用可控硅调光器的节能灯电子镇流器［J］.光源与照明，2010（6）：21～25

3 郑军超.电子节能灯制造关键技术研究［J］.企业导报，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