新型螺旋三基色电子节能灯特性及原理分析

人类的照明经历了最原始的油灯烛灯、近代煤油金属灯具、早期电光源照明、现代照明灯具这四个阶段。其中电光源照明经历了白炽灯、气体放电灯、LED灯这三个跨越式发展阶段。下面就其中应用最广的气体放电灯中的荧光灯（日光灯），及其派生出来的新型螺旋三基色电子节能灯做一些介绍和分析。

一、我国照明行业的发展概况

我国的照明电器工业起步于20世纪中期。新中国成立后，照明工业同其它工业一样，也发生了翻天覆地的变化。改革开放以后，我国的照明工业又取得了飞跃的发展，主要表现为：

1.电光源产品产量快速增加。近10年来，我国的电光源产品一直保持高速稳定的增长速度，其中T8管型荧光灯和紧凑型荧光灯发展最快，这主要是实施绿色照明工程和节能政策的结果。

2.工艺技术和生产设备水平明显提高。近年来通过技术改造，我国部分照明企业已逐步向机械化、自动化的方向发展，越来越多的企业通过了ISO9000系列认证，产品已经逐步进入规范化的生产轨道。

3.照明产品生产的标准体系进一步健全和完善。目前涉及照明产品的国家标准有八十多项，其中高效节能产品有十多项，产品的标准分为性能要求（推荐性）和安全要求（强制性），标准的制定分别采用或参照了国际上IEC（国际电工委员会）、ANSI（美国国家标准协会）的标准。

4.照明器具出口势头强劲。我国的照明产品在国际市场上具有明显的优势，产品质优价廉，并取得了出口国外所必须的国际安全认证和EMC认证。

二、气体放电灯及电子镇流器

气体放电灯包括荧光灯（日光灯）、高压钠灯、高压汞灯、霓虹灯等。在我们生活当中用得最多的气体放电光源就是荧光灯。

图1 120V电源电压电子节能灯电路原理图

自1938年荧光灯问世以来，人们一直使用电感镇流器与启辉器来使荧光灯工作。这种电感镇流器存在许多缺点：重量重、体积大、自身功率消耗大、有明显的噪音、工频闪烁。为改变这种状况，在20世纪50年代至60年代，国外的一些科学工作者就对此进行了研究，并提出了采用电子镇流器的设想。我国对高频电子镇流器的研究起步较晚，至于有这类产品问世，已经是20世纪80年代后期的事情了。但是，电子镇流器作为一种节能高效照明产品，在我国的发展速度是很快的，其优点主要有：

1.能耗低、效率高。例如一支40W的荧光灯，如果用电感镇流器来驱动，则电感镇流器自身要消耗约8W的功率，而用电子镇流器只要消耗4W的功率，如果用一只电子镇流器驱动2或3支灯管，它所增加的功耗并不多，此时电子镇流器的效率会更加明显。

2.发光效率高、光色柔和。荧光灯的发光效率（即光效）是供电的频率有关的，即随着工作频率的增加而增加，而电子镇流器的工作频率一般在20KHz以上，所以光效提高是很明显的。一支10W的电子节能灯，理论上相当于60W的白炽灯光效。再加上现在的三基色荧光粉合理配比，在高光效的基础上，还能得到不同色温的灯光，如暖色（2700K）或冷色（6500K），可满足不同场合的需要。

3.重量轻、无闪烁及无噪声。由于电子镇流器一般工作在20KHz以上的频率，所以它没有铁心电感所特有的令人十分心烦的嗡嗡噪声，由于工作频率高，只须用体积小、重量很轻的铁氧体磁心做成电感部件，因此整个电子线路占用空间很小，很容易实现荧光灯和电子镇流器的一体化，即所谓紧凑型荧光灯。这种荧光灯能直接代替白炽灯，安装与更换十分方便，而且它的发光效率很高、省电、发热轻、美观，是家庭装修的一种理想光源。这也是我接下来要从原理层面介绍的一款成熟畅销产品：螺旋三基色电子节能灯。它是我们校企合作对象扬州强凌有限公司的一款主打产品。

4.有异常状态保护功能。在灯出现异常状态如灯丝断、灯不启动、灯管脱落等现象时，电子镇流器都会得到保护而不致损坏，延长了镇流器的寿命。

5.有预热启动功能。电子镇流器都设计有预热灯丝功能，不会出现电子镇流器荧光灯那样的闪烁、多次反复启辉现象，尤其在低电压或电压波动范围较大的地区，也能很容易将灯管启动点亮，对于偏远的乡村地区，这一点是很重要的。

6.可实现调光和智能控制。电子镇流器在采用调频、脉宽调制及光控技术的前提下，容易实现可调光的和智能化的照明系统。

7.具有高功率因数。电感镇流器荧光灯的功率因数一般只有0.6—0.8，而在电子镇流器中，只要采用功率因数校正电路或专用的集成电路，很容易将功率因数提高到0.95以上。

因为电子镇流器具有以上诸多优点，所以现在绝大多数荧光灯均采用电子镇流器与之配套使用，另外将电子镇流器、荧光灯管、灯头整合成一体的自镇流荧光，也称电子节能灯，现在更是因其方便、节能、高效得到了很大程度的推广。

三、新型螺旋三基色电子节能灯特性介绍

电子节能灯（自镇流荧光灯）自从问世以来，由于安装方便，与白炽灯的灯具通用，因而迅速取代白炽灯，成为家庭和办公场所的常见照明光源，尤其是近几年出现的新型螺旋三基色电子节能灯更是以其空间节省、高光效、显色性能突出受到了很多用户的欢迎。

1.螺旋式结构的由来。与之前的直管型电子节能灯相比，螺旋式的造型更节约空间，因为灯管的长度直接和灯的电功率成正比，如何在提高功率与空间节约方面找到平衡，螺旋式结构很好地解决了这个问题，所以现在大多数厂家都转而生产这种螺旋式节能灯，但这种螺旋式结构会提高灯管生产成本。

2.三基色荧光粉的特点。荧光粉应满足很多要求：如对253.7nm紫外线有强的吸收和弱的反射、有效将紫外辐射转换成可见光、发光应在可视光的范围、易于制造和无毒性及价格便宜。早年荧光灯用的荧光粉，多属于以含氧酸盐为主的化合物。如钨酸钙、硅酸锌、钨酸镁等，1949年开发了较复杂的复合化合物----卤磷酸钙，通常称为卤粉，它基本上能满足以上要求。但卤粉的发光效率不够高、热稳定性也不好、光衰较大、光通维持率低，因此它不适宜用于细管径紧凑型荧光灯中。

20世纪70年代初，荷兰科学家在理论上确认，只要荧光粉发出的可见辐射光位于几个特殊的窄发射带上，通过适当选择发射带的波长和这些发射带强度之间的比例，再适当地选取荧光粉，就可以获得既有高的发光效率又有非常好的显色性能的荧光粉。1974年荷兰飞利浦公司首先研制成功稀土元素三基色荧光粉，该荧光粉具有发光效率高、稳定性高、高温特性好等优点，但也有价格昂贵、光色变化、显色指数随着使用会逐步下降的不足之处。总体而言三基色荧光粉的优点是很明显的。

四、自镇流荧光灯电路原理分析

以某公司的出口北美的畅销产品--14W固定不调光电子节灯电路为例加以介绍。

电路原理图如图1所示，整个电路分成：电源变换部分；充放电触发部分；高频振荡部分；负载谐振部分。如图2中各个标注所示。

下面对整个电路原理作一分析。

1.电源变换部分

120V/60Hz外部电源经保险电阻R1输入，再经C1和L1组成的L型滤波电路滤波后，到达D1—D4组成的桥式整流电路。桥式整流电路将120V的正弦交流电源波形整流变换成108V的单向脉动直流波形，经C5电容滤波后，电压抬升至130V左右，给后级电路供电。C1和L1构成的滤波电路，既将外部电源的相关干扰加以滤除，也能有效滤除电路板产生的谐波，以降低对电网的干扰。

2.充放电触发电路

C5两端的直流电压经R3对C6充电，充电电压到达D7（触发管二极管）的转折电压（约30V）时，D7触发管雪崩击穿，C6经D7放电，在D7内流过从左向右的Q2基极输入电流Ib2，从而使得Q2开始呈现导通状态。

3.高频振荡电路

由于Q2开始导通，从Q2的集电极到发射极有自上而下的集电极电流Ic2=βIb2流通。由于该电流是从无到有，从小变大，所以在TL1绕组内会产生感应电势。由于TL1、TL2、TL3是绕在同一磁芯上的三个绕组，这样在TL2和TL3内会感应产生相同方向的感应电势，该电势使得Q1处于截止状态；Q2很快进入饱和导通状态。Q2达到饱和状态后，随着灯管充电回路电容的充电结束，T1各绕组TL1、TL2、TL3中的感应电势变为零，与此同时，C5的电荷也释放完毕，Q2开始呈现从饱和退出的趋势，为了阻碍这种情况，TL1中的感应电势方向发生改变，TL2和TL3中的感应电势方向也随之发生改变，前者的感应电势使得Q1慢慢从截止向导通转变；后者的感应电势使得Q2慢慢从饱和状态向导通、截止状态转变，TL2和TL3中的感应电势也变得很大。TL3中的感应电势使得Q2迅速由饱和状态退出，跃变到截止状态。TL2的感应电势使得Q1开始导通，从而使得C4、C7中的充电电荷通过Q1放电。

4.负载谐振电路

上述的充电和放电交替快速进行，形成高频振荡，在振荡初期，高频振荡电流起到加热灯丝的作用，使其挥发出大量自由电子，弥漫在灯丝周围，由于没有高压电场的驱动，此时电子不能在灯管内高速运动击穿灯管，灯管呈现高阻状态。

在高频振荡形成后，C4、C7、L3组成的串联电路，在高频电压和电流的驱动下，产生串联谐振，C7两端的谐振高压用于点亮灯管。由于灯管击穿后呈现负阻特性，所以串联电路失谐，C7两端高压消失，整个灯处于一个稳定工作的状态。在稳定发光工作状态，灯丝和C7仍然流过高频振荡电流，以保证灯丝有足够的电子激发用于维持灯管电离发光。

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