照明环境舒适的节能型日光灯用电子镇流器
2006-10-09 10:42:59
来源：《国际电子变压器》2006年10月刊
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1前言
自1978年东芝公司率先在世界上将直管式40W日光灯用电子镇流器实用化以来，经历了将近1/3个世纪。与原来笨重的铁磁式镇流器比较，电子镇流器具有小型轻量、节电、灯管端部无闪烁等优点而得到广泛普及，现已基本取代了过去的铁磁式镇流器。
据初步统计，城市中办公大楼用电消耗于照明的能量，约占总电能的30%，故推动实施照明的节电是一项符合国策的能源管理工程，节能在照明应用中意义重大。
1990年以后，防止地球暖化及环境保护作为社会的研究课题而引人注目，相应于照明节能化的要求进一步提高。在此背景下，电子镇流器将成为促进照明节能化中不可或缺的关键性部件。本文对作为一般照明普及推广的日光灯用电子镇流器及其最新技术，予以论述。
2日光灯用电子镇流器概要介绍
上世纪40年代后半期，由Campbell的研究得知，日光灯在高频率下点亮灯管，可提高发光效率。如用10kHz以上的高频点灯，对比由工业频率（50Hz或60Hz）点灯时，可提高发光效率约8%~16%。但在当时，组成高频逆变器电路的半导体，尚未达到实用化程度。直至1970年以后，电视机向晶体管发展，由于水平偏置电路用耐高压晶体管的出现，才开辟了照明用逆变器实用化的途径。1978年东芝公司首次在世界上将电子镇流器应用于直管式40W的日光灯上，开始将其装在照明灯具内配套销售。
日光灯用电子镇流器的一般结构如图1所示。平波整流电路（AC/DC变换）中，将工频交流电压变换成直流电压以后，在逆变器电路（DC/AC变换）中，则将直流电压变换成40kHz以上的高频电压而点亮日光灯。逆变器电路的输出段，通常与和日光灯串联的电感（L）、并联的电容（C）连接，构成LC谐振电路。
电子镇流器不仅能稳定的点亮日光灯，还具有起动前预热电极以及正确控制起动电压的功能。而且还应有对灯使用寿命末期的保护功能。为实现这些功能，应通过逆变器开关频率及接通时间的改变等，对功率进行控制。
电子镇流器与以前的老式镇流器比较，具有以下优点：
(1)由于在高频下点亮日光灯，能提高发光效率，能制配成高效率的照明灯具；(2)镇流器可实现小型、轻量化；(3)因高频率下点灯，灯管的端部无闪烁现象，(4)电源的频率50Hz、60Hz可共用；(5)起动时间短的瞬时点亮；(6)能较容易地调光。
由于上述特点，装有电子镇流器的照明灯具已普及应用。无论是办公室等场合使用的照明装置，或家用照明灯具，配置本电子镇流器的高效率日光灯形成主流，几乎大部分取代白织灯泡。最近，能将电子镇流器装于灯泡内部的灯泡形日光灯正急速普及，体积尺寸近似普通白织灯泡，且与原来白织灯装置可互换，这种灯泡形日光灯已逐渐投放市场。对比原来60W的白织灯，相同亮度下耗电仅为白织灯的1/4，寿命延长6倍，节能效果和降低运行成本的效果十分明显。适合各种用途的同类型灯泡式日光灯，有茄子形的或球形的，均已商品化。
3新型电子镇流器的电路结构
3.1基本电路结构
这次开发的照明设备用电子镇流器其基本电路如图2所示。电子镇流器的电源电压范围为100V~242V。整流平波电路采用升压的斩波器电路；高频逆变器电路则采用半桥电路。升压斩波电路是将工频交流电压（100V~242V）变换成直流电压。力求直流电压稳定的同时，使输入电流的波形尽量接近正弦波。因而要抑制高次谐波的产生。输入电流后，高次谐波的含有率应符合工业标准JIS61000-3-2的C级。接于后段的逆变电路由半桥电路组成，将直流电压变换为高频电压并进行功率的控制，确保日光灯起动前电极的预热以及起动电压的产生。
新型电子镇流器由升压斩波电路与半桥逆变电路构成。借专用集成电路控制逆变器而具备所需的功能。在基本电路（非调光型）的平台上，通过附加必要的电路，还可实现后面所述的调光及初期照度校正等功能。
3.2专用控制集成电路（IC）
关于逆变器控制电路，考虑要减少元件的数目，低成本化以及品种的易于扩展，开发了专用的控制IC。图3所示为对逆变器进行控制的专用控制IC的方框图。这次开发的专用控制IC各电路的主要功能如下：
(1)起动电路：电源投入时供给IC的控制电源；
(2)振荡控制电路：由高频振荡电路给出驱动逆变器的信号；
(3)高侧、低侧MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)驱动电路：将从振荡控制电路得到的信号输入半桥逆变器的MOSFET；
(4)定时电路：日光灯起动前的预热，起动电压等各种操作时间的设定；
(5)灯装置的检测电路：检测日光灯是否安装好，确保灯的正常工作。
(6)灯寿命末期检测电路：检测灯的寿命末期，停止逆变器的振荡。
由于采用了控制电子镇流器的IC，能使基本电路平台化。以便适应于不同要求与不同功能的日光灯，并能在短时间内按照高功能化要求扩展品种。
4向高功能化电子镇流器扩展
4.1调光用电子镇流器
将外部的调光信号[脉宽调制（PWM）信号]通过接口进行调光的电路，附加于基本电路上。由此，可对100%到25%的光输出实现连续的调光。调光用电子镇流器是与调光控制器件SELEⅡTM等组合而成的，因而可实现多种节电控制。
图4为照明控制系统的一例。配置了100%~25%连续调光镇流器的照明灯具与光传感器组成，由此，基本从光传感器获得的信息，对所需照度的各列照明灯进行控制。
图5为合适照度控制的概念，对有昼光穿过窗口的照明进行调光。离窗口远的地方应提高光输出。按照周围的照度以控制室内照明的光输出，由此保持一定的合适照度。
图6为通过人体的感应进行控制的方法，借与红外线传感器组合检测有人在或无人在的场合实现照明的节能控制，如图所示，人不在室内时调光至下限；人在室内时调至全光。由此可降低无用的电力消耗，还能进行适当的照度控制。
4.2内部设有初期照度校正功能的电子镇流器
对于办公楼等照明的设计，因预先考虑到照明灯具的污蚀及日光灯本身光线的下降，故设计时要求初期照度比正常照度更高些，因此，如在初期阶段输出设计要求的亮度，势必导致无用的耗电，故应对此进行校正，以保持正常照度，达到节电目的。
初期照度校正的概念如图7所示，由于电子镇流器内部设置有初期照度校正功能，故镇流器也是执行这一控制的重要器件。其内部配置了可累计点灯时间的微机，在初期阶段，设定电子镇流器，将光输出定在70%，随着点灯时间的增加，控制光输出的增加，达到一定的正常照度。因电子镇流器本身具有初期照度校正功能，故勿需原来那样控制设备，也勿需麻烦的信号线施工作业，操作简单，能实现大幅度节电。
5结束语
本文介绍了高频点亮日光灯的电子镇流器概况及其最新技术。
对照明节能化的要求与期待与日俱增。作为照明系统节能的关键部件——电子镇流器也愈益引人注目，取得节能效果的同时，还应力图提高照明环境的舒适性。预计今后，与传感技术和网络技术等相结合的照明灯具将不断普及推广。积极开发满足上述要求的多功能高效率电子镇流器，为照明工程的发展更上一层楼。
参考文献(略)
自1978年东芝公司率先在世界上将直管式40W日光灯用电子镇流器实用化以来，经历了将近1/3个世纪。与原来笨重的铁磁式镇流器比较，电子镇流器具有小型轻量、节电、灯管端部无闪烁等优点而得到广泛普及，现已基本取代了过去的铁磁式镇流器。
据初步统计，城市中办公大楼用电消耗于照明的能量，约占总电能的30%，故推动实施照明的节电是一项符合国策的能源管理工程，节能在照明应用中意义重大。
1990年以后，防止地球暖化及环境保护作为社会的研究课题而引人注目，相应于照明节能化的要求进一步提高。在此背景下，电子镇流器将成为促进照明节能化中不可或缺的关键性部件。本文对作为一般照明普及推广的日光灯用电子镇流器及其最新技术，予以论述。
2日光灯用电子镇流器概要介绍
上世纪40年代后半期，由Campbell的研究得知，日光灯在高频率下点亮灯管，可提高发光效率。如用10kHz以上的高频点灯，对比由工业频率（50Hz或60Hz）点灯时，可提高发光效率约8%~16%。但在当时，组成高频逆变器电路的半导体，尚未达到实用化程度。直至1970年以后，电视机向晶体管发展，由于水平偏置电路用耐高压晶体管的出现，才开辟了照明用逆变器实用化的途径。1978年东芝公司首次在世界上将电子镇流器应用于直管式40W的日光灯上，开始将其装在照明灯具内配套销售。
日光灯用电子镇流器的一般结构如图1所示。平波整流电路（AC/DC变换）中，将工频交流电压变换成直流电压以后，在逆变器电路（DC/AC变换）中，则将直流电压变换成40kHz以上的高频电压而点亮日光灯。逆变器电路的输出段，通常与和日光灯串联的电感（L）、并联的电容（C）连接，构成LC谐振电路。
电子镇流器不仅能稳定的点亮日光灯，还具有起动前预热电极以及正确控制起动电压的功能。而且还应有对灯使用寿命末期的保护功能。为实现这些功能，应通过逆变器开关频率及接通时间的改变等，对功率进行控制。
电子镇流器与以前的老式镇流器比较，具有以下优点：
(1)由于在高频下点亮日光灯，能提高发光效率，能制配成高效率的照明灯具；(2)镇流器可实现小型、轻量化；(3)因高频率下点灯，灯管的端部无闪烁现象，(4)电源的频率50Hz、60Hz可共用；(5)起动时间短的瞬时点亮；(6)能较容易地调光。
由于上述特点，装有电子镇流器的照明灯具已普及应用。无论是办公室等场合使用的照明装置，或家用照明灯具，配置本电子镇流器的高效率日光灯形成主流，几乎大部分取代白织灯泡。最近，能将电子镇流器装于灯泡内部的灯泡形日光灯正急速普及，体积尺寸近似普通白织灯泡，且与原来白织灯装置可互换，这种灯泡形日光灯已逐渐投放市场。对比原来60W的白织灯，相同亮度下耗电仅为白织灯的1/4，寿命延长6倍，节能效果和降低运行成本的效果十分明显。适合各种用途的同类型灯泡式日光灯，有茄子形的或球形的，均已商品化。
3新型电子镇流器的电路结构
3.1基本电路结构
这次开发的照明设备用电子镇流器其基本电路如图2所示。电子镇流器的电源电压范围为100V~242V。整流平波电路采用升压的斩波器电路；高频逆变器电路则采用半桥电路。升压斩波电路是将工频交流电压（100V~242V）变换成直流电压。力求直流电压稳定的同时，使输入电流的波形尽量接近正弦波。因而要抑制高次谐波的产生。输入电流后，高次谐波的含有率应符合工业标准JIS61000-3-2的C级。接于后段的逆变电路由半桥电路组成，将直流电压变换为高频电压并进行功率的控制，确保日光灯起动前电极的预热以及起动电压的产生。
新型电子镇流器由升压斩波电路与半桥逆变电路构成。借专用集成电路控制逆变器而具备所需的功能。在基本电路（非调光型）的平台上，通过附加必要的电路，还可实现后面所述的调光及初期照度校正等功能。
3.2专用控制集成电路（IC）
关于逆变器控制电路，考虑要减少元件的数目，低成本化以及品种的易于扩展，开发了专用的控制IC。图3所示为对逆变器进行控制的专用控制IC的方框图。这次开发的专用控制IC各电路的主要功能如下：
(1)起动电路：电源投入时供给IC的控制电源；
(2)振荡控制电路：由高频振荡电路给出驱动逆变器的信号；
(3)高侧、低侧MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)驱动电路：将从振荡控制电路得到的信号输入半桥逆变器的MOSFET；
(4)定时电路：日光灯起动前的预热，起动电压等各种操作时间的设定；
(5)灯装置的检测电路：检测日光灯是否安装好，确保灯的正常工作。
(6)灯寿命末期检测电路：检测灯的寿命末期，停止逆变器的振荡。
由于采用了控制电子镇流器的IC，能使基本电路平台化。以便适应于不同要求与不同功能的日光灯，并能在短时间内按照高功能化要求扩展品种。
4向高功能化电子镇流器扩展
4.1调光用电子镇流器
将外部的调光信号[脉宽调制（PWM）信号]通过接口进行调光的电路，附加于基本电路上。由此，可对100%到25%的光输出实现连续的调光。调光用电子镇流器是与调光控制器件SELEⅡTM等组合而成的，因而可实现多种节电控制。
图4为照明控制系统的一例。配置了100%~25%连续调光镇流器的照明灯具与光传感器组成，由此，基本从光传感器获得的信息，对所需照度的各列照明灯进行控制。
图5为合适照度控制的概念，对有昼光穿过窗口的照明进行调光。离窗口远的地方应提高光输出。按照周围的照度以控制室内照明的光输出，由此保持一定的合适照度。
图6为通过人体的感应进行控制的方法，借与红外线传感器组合检测有人在或无人在的场合实现照明的节能控制，如图所示，人不在室内时调光至下限；人在室内时调至全光。由此可降低无用的电力消耗，还能进行适当的照度控制。
4.2内部设有初期照度校正功能的电子镇流器
对于办公楼等照明的设计，因预先考虑到照明灯具的污蚀及日光灯本身光线的下降，故设计时要求初期照度比正常照度更高些，因此，如在初期阶段输出设计要求的亮度，势必导致无用的耗电，故应对此进行校正，以保持正常照度，达到节电目的。
初期照度校正的概念如图7所示，由于电子镇流器内部设置有初期照度校正功能，故镇流器也是执行这一控制的重要器件。其内部配置了可累计点灯时间的微机，在初期阶段，设定电子镇流器，将光输出定在70%，随着点灯时间的增加，控制光输出的增加，达到一定的正常照度。因电子镇流器本身具有初期照度校正功能，故勿需原来那样控制设备，也勿需麻烦的信号线施工作业，操作简单，能实现大幅度节电。
5结束语
本文介绍了高频点亮日光灯的电子镇流器概况及其最新技术。
对照明节能化的要求与期待与日俱增。作为照明系统节能的关键部件——电子镇流器也愈益引人注目，取得节能效果的同时，还应力图提高照明环境的舒适性。预计今后，与传感技术和网络技术等相结合的照明灯具将不断普及推广。积极开发满足上述要求的多功能高效率电子镇流器，为照明工程的发展更上一层楼。
参考文献(略)
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