绿色照明控制技术综述
2009-05-06 14:16:00
来源：《国际电子变压器》2009年5月刊
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1 引言
人口、节能和环境保护是当今世界普遍关注的三大社会问题，直接影响到人类社会的可持续发展。1992年联合国在巴西里约热内卢召开了环境与发展大会，环境保护问题更为引人注目。从20世纪70年代出现世界性能源危机后，照明节能已引起人们的广泛重视，并逐渐上升到保护资源和环境的高度。提高照明的质量和水平，作为人类社会现代化程度的重要标志之一，已成为人类社会可持续发展的一项重要的措施。所谓“绿色照明”是对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法，其内涵是选用光效高的优质节能的照明产品，再通过先进的绿色照明控制方法对照明系统进行控制，从而创造出一个功能合理、经济适用、节约能源的照明环境。1991年美国首次提出并开始实施绿色照明计划，之后，英国、法国、德国、俄罗斯、日本、荷兰、瑞典等发达国家，以及许多发展中国家先后制订了实施绿色照明工程的计划，并收到了显著的技术、经济和社会效益，引起各国政府及联合国环保署等国际组织的高度重视。
中国作为世界上人口最多的国家，电力能源相对贫乏，随着经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，照明用电在电力消费中占的比例逐年提高。进入20世纪90年代以来，我国照明用电的年增长率都保持在15％以上，但是我国照明用电的结构中普通白炽灯仍占有极大的比例。而且由于人口众多，我国人均拥有光源的数量相对较低。与日本相比，虽然我国灯的数量是日本的4.7倍，但消耗的电力却是日本的5.9倍，而灯的平均光效率则只有日本的1/3。因此，推广“绿色照明”工程在我国是非常必要的。
自1993年开始，我国从能源、环境与经济协调发展的战略高度，把照明节电摆在了资源节约工作的优先位置。1994年我国开始组织制订“绿色照明工程”计划，并在上海、广东、北京等地区试点实施。1995年中国科协组织中国照明学会、中国电工学会和中国建筑学会的数十位专家就北京四通松下电工有限公司提出的“中国推进绿色照明工程之提案”进行了论证。1996年国家经贸委在北京举办了“96中国绿色照明国际研讨会”，并于同年建立了中国绿色照明工程项目办公室，筹建了“中国绿色照明工程北京展示中心”。接着又颁发了“关于印发《“中国绿色照明工程”实施方案》的通知”，要求各省、自治区、直辖市及计划单列市经贸委、国务院有关部门参照执行，标志着“绿色照明工程”在中国逐步开始实施。实施中国绿色照明工程的宗旨是在我国发展和推广高效照明器具，逐步替代传统的低效照明电光源，节约照明用电，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境，并能改善人们生活质量、提高工作效率、保护人民身心健康的照明环境，以满足国民经济各部门和人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要。
绿色照明工程的范畴，包括使用高效节能电光源和高性能电子镇流器。大力推广紧凑型荧光灯和节能灯等低压气体放电灯、高压钠灯和金属卤化物灯等高强度气体放电灯以及高效照明灯具和电器附件、调光控制设备等。同时，还要大力发展绿色照明控制技术，用高功率因数电子镇流器取代传统的电感式镇流器，改善照明控制方式，提高照明利用系数，最大限度的节约照明用电。
2 绿色照明控制技术
绿色照明控制是实施绿色照明工程的关键环节。绿色照明控制需要依靠电子镇流器来实现，而电子镇流器控制器作为电子镇流器的核心，其性能直接影响绿色照明控制质量的高低。进而影响绿色照明的节能效果。
绿色照明控制的核心是电子镇流器。电子镇流器是安装在电网与气体放电灯之间的一种电力电子装置，其功能主要是利用高频开关变换技术，将气体放电灯的电流限制在需要的值。电子镇流器主要包括荧光灯电子镇流器和高强度气体放电灯电子镇流器。下面分别介绍一下这两种电子镇流器的技术发展过程。
2.1 气体放电灯及其电子镇流器的发展
(1)荧光灯及其电子镇流器
荧光灯又称为日光灯，是目前应用最为广泛的照明灯具。荧光灯是一种低压气体放电灯，发光效率和寿命约为白炽灯的两倍。荧光灯是通过引燃灯管内的稀薄汞蒸气进行弧光放电的，汞离子受激产生紫外线，激发灯管内壁上的荧光粉涂层发出可见光。电光源是电光转换器件，在转换过程中，只有一小部分电能变为可见光，大部分电能变为看不见的红外线和热能。白炽灯发光效率仅有11％，红外、热能消耗分别占69％和20％；荧光灯发光效率约23％，红外、热能分别占总耗能的36％和41％。荧光灯灯管发光均匀、亮度适中、光色柔和，是理想的室内照明灯。但荧光灯有负阻性质，必须和具有限流作用的镇流器串联使用，以防止因工作电流过高而损坏灯管。荧光灯汞蒸气压力较低，工作温度不高，气压变化不大，启动和工作时灯管阻抗变化较小，因此镇流器比较简单。
世界上第一只荧光灯问世于1939年，当时荧光灯的玻璃管外径为38mm(T12)，光效约60lm/W，显色指数为70Ra。随着对荧光灯研究的深入，人们发现在管径为26mm的荧光灯中使用承受强紫外线辐照能力强的优质卤磷酸钙荧光粉或三基色荧光粉，同时采用工作频率在40kHz~60kHz的荧光灯电子镇流器进行控制，其光效可以提高近20％，这就是现在常用的改进型T8荧光灯。近年来，管径更细的T5和T3节能细管径荧光灯也开始广泛使用，这两种节能荧光灯的最佳管壁温度更高，发光效率可达到104lm/W，但必须配备高质量的电子镇流器才能正常工作。
为了便于装饰和美化，通过接桥和弯管等工艺，高光效紧凑型荧光灯应运而生。尤其是配有电子镇流器的一体化紧凑型荧光灯，由于采用白炽灯灯头，已在许多领域取代了白炽灯。早年紧凑型荧光灯为H形、U形和Ⅱ形，后来逐步发展为双H形，双U形和双Ⅱ形。现在，又开发出3U形、3Ⅱ形、4U形、4Ⅱ形和螺旋型紧凑型荧光灯，功率超过18W以上，可以替代100W以上的白炽灯。目前，全球每年紧凑型荧光灯的总产量已超过10亿支，其中80％产于我国。
背光照明在笔记本电脑、等离子体显示器和家用电器中的应用与日俱增，高亮度的冷阴极超细管径荧光灯随之应运而生。这类荧光灯的管径范围在1.8mm~3.0mm之间，采用三基色荧光粉，其冷阴极通常采用Ni、Ta、Zr等金属。
荧光灯诞生之后，一直使用传统的电感式镇流器及起辉器作为稳流和触发附件。电感式镇流器虽然具有可靠性高、寿命长等优点，但是这种镇流器比较笨重，功耗大，有噪声，而且会使荧光灯产生频闪。于是人们开始对电感式镇流器进行改进，并开始了电子镇流器的开发和研制。由于半导体技术发展的制约，早期电子镇流器的开发工作并没有取得显著的进展。到了20世纪70年代，全球能源危机的出现，促进了新型节能型电光源和新型电子镇流器的发展。同时，随着半导体技术的高速发展，各种高压半导体功率器件推向市场，为电子镇流器的发展提供了前提条件。20世纪70年代末，荷兰皇家飞利浦电子公司开发出世界上第一只荧光灯交流电子镇流器，这是世界照明发展史上的一项重大创新，从此揭开了荧光灯电子镇流器步入照明市场的序幕。
荧光灯电子镇流器的发展经历了几个主要阶段。20世纪80年代中期到20世纪90年代中期，电能变换技术由低频向高频发展，出现了有源功率因数校正技术，谐波抑制技术也开始起步。早期电子镇流器的不足逐渐显现出来。早期电子镇流器在其输入端采用不可控整流和大电容滤波，造成输入电流严重畸变，谐波严重失真，中线电流增加，对电网造成了很大的污染。而且，早期电子镇流器仍然没有解决好频闪问题，缩短了荧光灯的使用寿命。为了解决对电网的污染问题，在电子镇流器中开始采用无源逐流技术进行功率因数校正和谐波抑制，使电子镇流器的功率因数(PF， Power Factor)超过0.9，总谐波失真度(THD)低于30％。但是，由于九次谐波超标，加上直流母线上100Hz交流成分的影响，改进后的电子镇流器的波峰因子CF≈2，依然达不到相关标准。20世纪90年代中期以后，随着有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，APFC)技术的日益成熟，电子镇流器开始采用专用集成控制器，其典型电路大多采用两级功率变换电路，即输入级采用升压型PFC电路和D类功率逆变电路。由于采用了有源功率因数校正电路，新型荧光灯电子镇流器的功率因数可以达到0.99，总谐波失真度和各次谐波均能满足标准要求。但是，这种电子镇流器的效率仍然比较低，只有80％~90％，而且由于采用了有源功率因数校正技术，增加了电路的复杂程度，同时电子镇流器的成本也大幅度提高，只适用于中高档产品，这就阻碍了新型电子镇流器的市场化步伐。
(2)高强度气体放电灯及其电子镇流器
高强度气体放电灯(HID，High Intensity Discharge)通常指汞灯(mercury vapor)、高压钠灯(high pressure sodium)和金属卤化物灯(metal halide)等。汞灯由于其光色中蓝光较重，已逐渐被光色质量好、发光效率更高的高压钠灯和金属卤化物灯取代，因此HID灯就成为高压钠灯和金属卤化物灯的泛称。
高压钠灯的工作介质是金属钠蒸气，灯管内充以惰性气体氙，灯管内部压力为0.14~0.28kg/cm3，比标准大气压低，工作时发出单色黄光。一般讲，灯管内介质的压力越大，发光强度越高。但所谓高压是相对荧光灯而言的，荧光灯属于低压气体放电灯，其灯管大，内部气压低。而高强度气体放电灯的灯管极小，内部气压和发光强度都非常高。
金属卤化物灯是由汞灯演变而来的，灯管内加入卤化物(铟、铊、钪、碘化钠等)，使汞蒸气浓缩，发光效率较汞灯大为提高，同时增加了红光和黄光成分，使光色接近白炽灯，常用于室内照明和影视照明。
高强度气体放电灯具有光通量高、光效高、寿命长和发光体小等优点，其发光效率远远高于白炽灯。按光电转换率上限排序，白炽灯、汞灯、金属卤化物灯和高压钠灯的光电转换效率分别为：25lm/W、60lm/W、120lm/W和140lm/W。因此，高强度气体放电灯是广场、道路、机场、码头等大面积照明应用的理想选择。其中高压钠灯以其特高光效和透雾性强而广泛应用于道路、港口以及机场照明，而金属卤化物灯则以其高光效和高显色性而成为体育场馆、展厅、商场、广场、影视及要求高显色性的工厂、车间泛光照明的主要光源。
HID灯电子镇流器是高强度气体放电灯必不可少的配件，以新型的HID灯电子镇流器取代传统的电感式镇流器是实现高强度气体放电灯绿色化的重要途径。传统的电感式镇流器不仅体积大、笨重、耗费贵重金属材料、效率低，而且功率因数很低，只有0.3~0.4，另外还存在严重的频闪现象。与传统的电感式镇流器相比，新型电子镇流器效率高、体积小、重量轻，其体积和重量仅为传统电感式镇流器的1/6。由于HID电子镇流器采用有源功率因数校正技术，其功率因数可以达到0.99，甚至更高，不仅可以节约电能，而且可以净化电网、提高电网利用率、保障安全供电。而且，HID电子镇流器主要采用恒功率控制，很好地解决了频闪问题，可使灯泡寿命延长两倍以上。另外，HID电子镇流器还具有自动调光、过电流保护、过电压保护、短路保护、开路保护、过热保护以及自动控制外部接口等功能。因此以HID电子镇流器取代传统的电感式镇流器，普及推广高强度气体放电灯电子镇流器的使用势在必行。
2.2 气体放电灯电子镇流器控制技术
(1)荧光灯电子镇流器控制技术
荧光灯作为一种低压气体放电灯，具有负阻效应，其电压-电流(V-I)特性曲线如图1所示。图中Vstrike是触发启动电压，Uon是荧光灯的导通电压。从图中可以看出，当施加在荧光灯两端的电压低于荧光灯的触发启动电压Vstriek时，荧光灯呈高阻态，灯中没有电流流过。当荧光灯两端的电压达到灯的启动电压时，荧光灯导通，其两端电压下降，而灯电流则上升，呈负阻特性。在外接镇流器的作用下，荧光灯的电流稳定在额定值，同时荧光灯两端的导通电压也基本保持恒定。
荧光灯的触发启动电压和正常工作时灯两端的电压由荧光灯的类型决定。通常，荧光灯的触发启动电压的范围在500V~1200V之间，而正常工作电压的范围则在40V~100V之间。荧光灯在启动期间和启动之后进入稳态工作时的电压(或阻抗)曲线如图2所示。从图中可以清楚地看出，荧光灯在启动时的电压非常高，启动之后，荧光灯两端的电压急剧下降，降至谷底后又有所回升，最终进入稳定工作状态，荧光灯两端的电压保持相对恒定。在上述过程中，荧光灯的阻抗曲线与电压曲线是一致的。
电子镇流器必须与所配接的荧光灯参数相匹配，以满足荧光灯启动和正常工作的要求。首先，电子镇流器需要向荧光灯提供一个启动高压，以保证荧光灯可靠触发。通常，触发电压都是由电子镇流器中的LC串联电路提供的。LC串联谐振电路谐振产生的高压脉冲施加在荧光灯两端将荧光灯点亮。如果是阴极预热式荧光灯，在荧光灯触发之前，还需要对阴极进行预热。荧光灯正常启动后，电子镇流器需要向荧光灯提供稳定的工作电流。该电流的大小必须与荧光灯的规格参数相匹配。工作电流过小，会影响灯的光效；反之如果工作电流过高，超过了荧光灯的额定工作电流，荧光灯的寿命将会缩短。此外。为了防止荧光灯对电网造成污染，电子镇流器必须增加功率因数校正和谐波抑制电路。电子镇流器的安全性和可靠性同样不容忽略。为了提高电子镇流器的安全性和可靠性，还需要在电子镇流器中增加相应的保护措施，如灯开路保护或短路保护电路、过电压保护和过电流保护电路等。荧光灯电子镇流器的典型结构示意图如图3所示。
功率因数校正和谐波抑制是电子镇流器中必不可少的关键环节。如果电子镇流器不采取这两种措施，而仅仅利用全桥整流和大电容滤波电路将工频市电转换为直流电，必然会导致输入端电流的波形发生畸变。导致输入电流波形畸变的原因是整流二极管导通角过小，而造成整流二极管导通角过小的直接原因是大容量滤波电容直接并接到桥式整流电路输出端所致。此时，输入电流将不再是正弦波，而是幅度很高的非连续的尖峰脉冲，因此其基波成分很小，而高次谐波非常丰富。如果以基波为100％，三次谐波则高达70％，五次谐波高达50％，七次谐波达40％，因此总谐波失真度(THD)将超过基波值，通常会达到120％。
电子镇流器输入端电流谐波含量过高，大量使用时，会对电网造成严重污染，并导致三相四线制供电系统的中线电流急剧增加，除了可能造成电子镇流器的大量损坏外，还可能引发火灾，造成重大经济损失。因此，必须采取有效措施对谐波进行抑制。荧光灯电子镇流器主要是通过功率因数校正电路实现对谐波的抑制。
早期的功率因数校正技术采用的是无源功率因数校正(Passive Power Factor Correction，PPFC)技术。最简单的无源功率因数校正电路是在整流桥前面加一个滤波电感，增加整流二极管的导通时间，降低输入电流的幅值，实现功率因数校正。还有一种方法是在交流侧接入一个谐波滤波器，主要滤除三次谐波。
此外，在电子镇流器中还经常采用一种利用电容和二极管网络组成的“部分滤波器”，以“填谷”(valley fill)方式实现功率因数校正。其基本思想是采用两个串联电容作为滤波电容，适当的配合几只二极管，使其电容串联充电，并联放电，以增大整流二极管的导通角，改善输入侧的功率因数。这种方法的代价是直流母线电压在输入电压最大值和最大值的一半之间脉动。如果配合适当的高频反馈，功率因数可以大于0.98。
无源功率因数校正电路中所需的滤波电容和滤波电感的取值都比较大，而采用“填谷”方式虽然省去了滤波电感，但对输入电流波形中谐波电流的抑制效果不是很好。
有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，APFC)技术是在整流器和滤波电容之间增加一个DC-DC变换器实现的。其主要思路是将输入电压作为参考信号，强迫输入电流跟随输入电压变化，使输入电流与输入电压成为近似的同频同相的波形，实现高功率因数，抑制谐波。同时采用电压反馈，使输出电压为近似平滑的直流输出电压。有源功率因数校正电路具有功率因数接近于1、THD低、输入电压范围宽、体积小、重量轻、输出电压稳定等特点。
与有源功率因数校正电路相比，无源功率因数校正电路具有电路结构简单，在电路板上只占用较小的面积和空间的优势，比较适合我国目前消费水平不高的基本国情，因此在实际当中仍被大量采用。面对以功率因数校正控制器为核心的有源功率因数校正技术的飞速发展，各种高性能的改进型无源谐波滤波电路不断涌现，典型的电路包括：感性负载电流谐波抑制电路、双向自供辅助电源式PPFC电路以及高频泵式PPFC电路等。由于无源功率因数校正技术的独特优势，随着科学技术的发展，以及新元器件的出现和应用，一定会出现更多高性能、高可靠性和低成本的无源滤波电路。
有源功率因数校正电路的控制方式较多。从工作频率上分，可以分为固定频率控制和可变频率控制两种方式；从电流控制方法上分，可以分为峰值电流控制和平均电流控制两种方式；从电感电流控制方式上分，可以分为连续导通模式和断续导通模式两种，其中连续导通模式适用于输出功率较大的场合，而断续导通模式则适用于300W以下的中小功率电子镇流器；从开关控制模式上分，还可以分为ZCS和ZVS两种类型。
目前，在电子镇流器中使用最为广泛的是升压型APFC预调节器。在40W~300W的荧光灯电子镇流器中，通常采用电感电流断续导通模式和峰值电流控制方法。
随着半导体技术的飞速发展，APFC集成控制器开始出现。目前，APFC集成控制器种类繁多，而且已由单一的功率因数校正功能发展到集PFC电路与镇流器驱动、控制、预热启动以及各种保护功能于一体，从而使电子镇流器的电路结构大为简化，而且价格也在逐步降低。APFC技术在40W以上荧光灯以及高压钠灯、金属卤化物灯以及其他高强度气体放电灯电子镇流器上的应用，具有PPFC技术所不能取代的优势。现在，APFC预调节器的输出功率已经达到几个千瓦。这是采用PPFC技术的电子镇流器无法实现的。在国内，由于受到市场承受能力的影响，真正使用APFC技术的荧光灯电子镇流器并不多见，更多的还是使用PPFC技术。
逆变电路是荧光灯电子镇流器中的另一个重要组成部分。电子镇流器逆变电路是一个DC-AC变换器，其作用是生成适用于荧光灯正常工作的20kHz以上的高频电压和电流。电子镇流器逆变电路的基本形式包括：反激式逆变电路、推挽式逆变电路、半桥式逆变电路和全桥式逆变电路，其中半桥式逆变电路的应用最为广泛。目前，使用较多的是高压高速自振荡MOS栅极半桥驱动IC。
荧光灯启动方式主要分为两种：一种是预热启动，即荧光灯需要等到电极加热到电子发射温度后才能触发启动；另一种是非预热启动，即荧光灯的电极无需加热，仅依靠瞬时开路高压引起电极场发射即可使荧光灯触发启动。目前，广泛使用的直管形荧光灯和稀土节能灯都属于阴极预热启动型电光源。而非预热启动属于硬启动，启动速度快，一般只适用于冷阴极辉光放电灯。
预热启动型荧光灯电子镇流器通常采取控制阴极电流进行预热或控制阴极电压进行预热两种形式实现荧光灯的启动。但是无论采用何种阴极预热形式，都必须满足：
(1)在阴极达到发射水平之前，荧光灯两端的开路电压应保持在低于导致阴极受损害的灯辉光电流水平；
(2)在阴极达到发射水平之后，荧光灯两端的开路电压应足够高，以保证荧光灯瞬时成功启动；
(3)在阴极已达到发射状态时，如果荧光灯两端的开路电压需要升高后才能使荧光灯启动，则开路电压由低到高的转变过程，必须在阴极仍处于发射温度期间完成；
(4)在阴极预热阶段，预热电流或预热电压应保持在适当的水平，避免阴极发射物质因过热而受到损害，而且阴极预热时间不小于0.4秒。
由此可见，荧光灯阴极预热启动必须同时满足开路电压、预热电流和预热时间三方面的技术要求。
目前，常用的预热启动方法主要包括：PTC热敏电阻元件预热、热继电器预热以及电子电路预热等。其中PTC热敏电阻预热方法具有体积小、成本低和电路简单的优点，使用最为普遍。PTC热敏电阻具有正温度系数，荧光灯阴极预热用PTC热敏电阻的居里点一般为60℃~120℃。当温度低于居里点时，PTC热敏电阻呈低阻导通状态；当温度达到居里点后，PTC热敏电阻呈高阻阻断状态。但是，PTC热敏电阻只适用于40W以下的荧光灯，而且其特性参数必须与电子镇流器配套荧光灯相匹配，否则将达不到荧光灯的预热启动要求。
对于串联谐振式荧光灯电子镇流器，输出端灯电路中与灯管串联的扼流圈阻抗是频率的函数。荧光灯启动期间，输出频率不同，扼流圈阻抗也不同，荧光灯启动和启动之后的波形也不会一样，可以利用频率调制(FM)技术实现预热启动。对频率和波形的调整，可以通过电子镇流器控制器实现。
荧光灯电子镇流器在使用过程中，肯定会遇到各种异常状态。荧光灯的异常状态主要包括：①灯开路；②灯因阴极损坏而无法启动；③灯的阴极完好，但触发启动失败；④灯可工作，但阴极去激活或出现整流效应；⑤灯短路。显然，所谓的异常状态实际上是电子镇流器遇到的非正常工作条件。当荧光灯出现异常工作状态时，电子镇流器必须采取相应的保护措施。目前，在大多数电子镇流器中采用的都是停振保护方式，即控制器对逆变电路输出回路中的异常信号进行检测，一旦有异常情况发生，控制电路立即使振荡器停振。常用的异常状态保护电路主要有峰值检测保护电路和幅值一相位检测保护电路，其中，后者可以覆盖异常状态的各种情况，可靠性更高。在电子镇流器控制器中一般都包含异常状态保护电路，使用起来更加方便。
对于大功率荧光灯电子镇流器，还需要增加过电流保护、过电压保护以及过热保护措施。目前通用的过电流保护措施就是在输入端串接一只熔丝或保险电阻。此外，还需要增加过电流保护电路。通常，电子镇流器控制器都具有过电流保护功能。过电压保护最简单的方法是在输入电路中并接一只压敏电阻。当输入端电压出现瞬时尖峰时，压敏电阻可将其削波箝位。当过电压严重时，压敏电阻将击穿导通。当输入电压低于压敏电阻的压敏电压值时，压敏电阻呈高阻阻断状态。因此，压敏电阻的压敏电压值必须高于最高输入交流电压的峰值。对于220V交流输入，通常选择380V~470V的压敏电压值。对浪涌电压的吸收还可以选用瞬态抑制二极管(TVS)。此外，在电子镇流器控制器中一般都包含过电压保护电路。过热保护电路通常都是利用热敏电阻作为温度传感器，在结构上与荧光灯异常状态保护电路大同小异。一般，在电子镇流器控制器中都包含过热保护电路。
(2)HID灯电子镇流器控制技术
HID灯属于高压气体放电灯，有其固有的光电转换特性，其电压-电流(V-I)特性曲线如图4所示，只有符合上述伏-安特性才能使HID灯正常工作。
HID灯的工作过程主要分为以下阶段：
(1)点火阶段。在点火阶段，HID灯灯管内的惰性气体(氩、氙等)由非导电状态激发成导电状态。这是一个强电场下的电离过程，通常需在灯管的两个电极之间加以较高的电压来实现点火。点火是HID灯实现弧光放电的关键阶段。
(2)繁流阶段。当电极间的电压继续增加时，离子在电场加速下使更多的气体原子电离，离子雪崩式的繁殖，导致辉光和间断弧光。此时极间电压略有增加就会导致电流迅速增长。
(3)弧光放电阶段。电压进一步升高将发生电流击穿，在该状态下灯管呈极低阻抗，放电电流可能激增几个数量级，此时灯的两端电压相对稳定，放电电流为连续电流，弧光能够完全自持，这是由辉光放电演变为弧光放电的明显特征。
(4)负阻效应阶段。当电压升到峰点时，灯管将进入具有负阻特征的亚辉光放电区，灯管两端电压随电流的继续增长而迅速跌落。此时灯管处于恒功率状态。
(5)异常辉光放电阶段。当电流一直增长下去，灯电压将跨过谷点随电流的增长而同步上升，此时灯管功耗将会显著增长，灯管过热而寿命大大缩短。
(6)热点火阶段。工作中的高强度气体放电灯熄灭后随即再点燃是个必须考虑的特殊问题，在热状态下HID灯的启动电压较冷态高，重新点火需要更高的电压。
综上所述，点火、繁流、弧光放电等三个阶段是引燃灯管的启动过程；负阻亚辉光放电是灯管的正常工作区；正阻异常辉光放电应当避免出现。气体放电灯的点火电路，包括HID灯电子镇流器，必须满足以上几个基本要求。另外，实际当中，HID灯电子镇流器还需要具有热灯启动功能，否则只能等到灯管冷却之后才能再次启动。
由于HID灯的结构和工作原理与荧光灯有所不同，因此HID灯电子镇流器有其特殊要求，具体包括：
(1)HID灯起辉电压很高，HID灯电子镇流器必须能够提供3kV~4kV的触发启动电压；
(2)HID灯的功率较高，HID灯电子镇流器必须能够提供足够高的功率；
(3)由于HID灯在高频工作状态下会出现音频共振现象，即“声谐振”，轻则造成灯光抖动，重则烧毁灯管，因此HID灯电子镇流器应具有“声谐振”抑制功能；
(4)由于HID灯的工作环境和工作条件比较恶劣，HID灯电子镇流器必须具有极高的可靠性和承受严酷工作条件的能力；
(5)在更换灯管、维护灯具时，为保证操作人员的人身安全，HID灯电子镇流器必须具有完善的保护功能；
(6)HID灯必须具有较高的输入电流谐波、射频干扰和电磁辐射抑制能力。
70W以下的HID灯电子镇流器，在电路结构上与普通荧光灯电子镇流器基本相同，仅仅是在启动电路上有所不同。70W以上的HID灯电子镇流器，不再沿用自激式振荡电路，而是采用他激式高频变换电路，由PWM控制器进行控制。HID灯电子镇流器结构示意图如图5所示。
荧光灯电子镇流器的各种保护电路和保护措施大多适用于HID灯电子镇流器，此处不再赘述。
由于HID灯电子镇流器普遍采用APFC预调节器，灯电流波峰比可以低于1.5，灯电压和灯电流的稳定性大大提高，能够有效抑制灯的飘弧现象。关于声谐振的抑制问题，已经提出不少解决方案，但是由于其中不少方法过于复杂，因此难以推广应用。
HID灯电子镇流器的开发难度要远远高于荧光灯电子镇流器。目前，与荧光灯电子镇流器相比，虽然HID灯电子镇流器的参数性能已达到了荧光灯电子镇流器的同等水平，但是由于HID灯自身特殊的工作特性以及严酷的工作环境和工作条件，HID灯电子镇流器的可靠性和使用寿命与荧光灯电子镇流器还存在一定的差距。如何进一步完善HID灯电子镇流器的性能，提高可靠性，延长其工作寿命，是摆在科研人员面前的难题。
目前，国内有一些公司和科研院所开始致力于开发HID灯电子镇流器，但真正能够进入实用阶段的很少。这其中的原因是多方面的，但最主要的还是技术成熟度、可靠性和成本控制等方面的问题。北京富来电能设备公司多年来一直从事HID灯电子镇流器的开发和研制工作，该公司开发的高压钠灯和金属卤化物灯系列电子镇流器自推出以来已被国内多家单位选用，产品性能稳定、可靠性高，功率因数达到0.99，抗电磁干扰能力强，用户反应良好。可以说，北京富来电能设备公司在HID灯电子镇流器的市场推广方面是比较成功的。北京富来电能设备公司开发的高压钠灯和金属卤化物灯电子镇流器系列产品如图6所示。
HID灯电子镇流器属于高科技产品，从目前来看，如何让这项技术从实验室走向市场并不是一件简单的事情，还有一段很长的路要走。一方面需要政府加大扶持力度，为HID灯电子镇流器的推广和普及创造良好的外部环境；另一方面，还需要从事HID灯电子镇流器开发工作的科研人员刻苦攻关，提高HID灯电子镇流器的技术成熟度和可靠性，降低成本，为HID灯电子镇流器真正走向市场创造完善的内部条件。随着国家“绿色照明工程”的进一步深入和电能变换技术的进一步提高，加上人们环保意识的进一步增强，HID灯电子镇流器一定能够发挥其应有的作用。
2.3 绿色照明控制技术的发展趋势
绿色照明工程实施成效的高低，在很大程度上取决于绿色照明控制技术的发展。电子镇流器综合了最先进的绿色照明控制技术，而电子镇流器控制器作为电子镇流器的核心，在绿色照明工程中起着非常重要的作用。未来电子镇流器控制器应当向智能化、数字化、多功能化方向发展，同时引入软开关技术等功率变换技术。随着半导体技术和电光源技术的发展，采用新型电子镇流器控制器控制的新一代智能型电子镇流器一定能够成为市场的主流。
虽然绿色照明工程在我国实施已经有十几年了，但是绿色照明电光源及其配件的普及程度依然不高。这里既有我国目前消费水平比较低的客观原因，也有对绿色照明工程的实际意义缺乏认识的主观原因。而且绿色照明电光源及其配件的成本问题依然是阻碍其全面走向市场的主要障碍。以电子镇流器产品为例，目前充斥市场的仍然是节能、环保效果差的低端产品，中高端产品，虽然采用了目前最先进的技术，然而由于价格上没有优势，因此难以成为市场的主流，处于十分尴尬的境地。因此在这方面，需要做的工作还比较多。一方面，应当加强绿色照明工程的宣传力度，让绿色照明理念深入人心。另一方面，要积极开发新的绿色照明控制技术，把控制水平提上去，而成本要能够降下来，使绿色照明真正落到实处，从而创造出一个功能合理、经济适用、节约能源的照明环境。
人口、节能和环境保护是当今世界普遍关注的三大社会问题，直接影响到人类社会的可持续发展。1992年联合国在巴西里约热内卢召开了环境与发展大会，环境保护问题更为引人注目。从20世纪70年代出现世界性能源危机后，照明节能已引起人们的广泛重视，并逐渐上升到保护资源和环境的高度。提高照明的质量和水平，作为人类社会现代化程度的重要标志之一，已成为人类社会可持续发展的一项重要的措施。所谓“绿色照明”是对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法，其内涵是选用光效高的优质节能的照明产品，再通过先进的绿色照明控制方法对照明系统进行控制，从而创造出一个功能合理、经济适用、节约能源的照明环境。1991年美国首次提出并开始实施绿色照明计划，之后，英国、法国、德国、俄罗斯、日本、荷兰、瑞典等发达国家，以及许多发展中国家先后制订了实施绿色照明工程的计划，并收到了显著的技术、经济和社会效益，引起各国政府及联合国环保署等国际组织的高度重视。
中国作为世界上人口最多的国家，电力能源相对贫乏，随着经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，照明用电在电力消费中占的比例逐年提高。进入20世纪90年代以来，我国照明用电的年增长率都保持在15％以上，但是我国照明用电的结构中普通白炽灯仍占有极大的比例。而且由于人口众多，我国人均拥有光源的数量相对较低。与日本相比，虽然我国灯的数量是日本的4.7倍，但消耗的电力却是日本的5.9倍，而灯的平均光效率则只有日本的1/3。因此，推广“绿色照明”工程在我国是非常必要的。
自1993年开始，我国从能源、环境与经济协调发展的战略高度，把照明节电摆在了资源节约工作的优先位置。1994年我国开始组织制订“绿色照明工程”计划，并在上海、广东、北京等地区试点实施。1995年中国科协组织中国照明学会、中国电工学会和中国建筑学会的数十位专家就北京四通松下电工有限公司提出的“中国推进绿色照明工程之提案”进行了论证。1996年国家经贸委在北京举办了“96中国绿色照明国际研讨会”，并于同年建立了中国绿色照明工程项目办公室，筹建了“中国绿色照明工程北京展示中心”。接着又颁发了“关于印发《“中国绿色照明工程”实施方案》的通知”，要求各省、自治区、直辖市及计划单列市经贸委、国务院有关部门参照执行，标志着“绿色照明工程”在中国逐步开始实施。实施中国绿色照明工程的宗旨是在我国发展和推广高效照明器具，逐步替代传统的低效照明电光源，节约照明用电，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境，并能改善人们生活质量、提高工作效率、保护人民身心健康的照明环境，以满足国民经济各部门和人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要。
绿色照明工程的范畴，包括使用高效节能电光源和高性能电子镇流器。大力推广紧凑型荧光灯和节能灯等低压气体放电灯、高压钠灯和金属卤化物灯等高强度气体放电灯以及高效照明灯具和电器附件、调光控制设备等。同时，还要大力发展绿色照明控制技术，用高功率因数电子镇流器取代传统的电感式镇流器，改善照明控制方式，提高照明利用系数，最大限度的节约照明用电。
2 绿色照明控制技术
绿色照明控制是实施绿色照明工程的关键环节。绿色照明控制需要依靠电子镇流器来实现，而电子镇流器控制器作为电子镇流器的核心，其性能直接影响绿色照明控制质量的高低。进而影响绿色照明的节能效果。
绿色照明控制的核心是电子镇流器。电子镇流器是安装在电网与气体放电灯之间的一种电力电子装置，其功能主要是利用高频开关变换技术，将气体放电灯的电流限制在需要的值。电子镇流器主要包括荧光灯电子镇流器和高强度气体放电灯电子镇流器。下面分别介绍一下这两种电子镇流器的技术发展过程。
2.1 气体放电灯及其电子镇流器的发展
(1)荧光灯及其电子镇流器
荧光灯又称为日光灯，是目前应用最为广泛的照明灯具。荧光灯是一种低压气体放电灯，发光效率和寿命约为白炽灯的两倍。荧光灯是通过引燃灯管内的稀薄汞蒸气进行弧光放电的，汞离子受激产生紫外线，激发灯管内壁上的荧光粉涂层发出可见光。电光源是电光转换器件，在转换过程中，只有一小部分电能变为可见光，大部分电能变为看不见的红外线和热能。白炽灯发光效率仅有11％，红外、热能消耗分别占69％和20％；荧光灯发光效率约23％，红外、热能分别占总耗能的36％和41％。荧光灯灯管发光均匀、亮度适中、光色柔和，是理想的室内照明灯。但荧光灯有负阻性质，必须和具有限流作用的镇流器串联使用，以防止因工作电流过高而损坏灯管。荧光灯汞蒸气压力较低，工作温度不高，气压变化不大，启动和工作时灯管阻抗变化较小，因此镇流器比较简单。
世界上第一只荧光灯问世于1939年，当时荧光灯的玻璃管外径为38mm(T12)，光效约60lm/W，显色指数为70Ra。随着对荧光灯研究的深入，人们发现在管径为26mm的荧光灯中使用承受强紫外线辐照能力强的优质卤磷酸钙荧光粉或三基色荧光粉，同时采用工作频率在40kHz~60kHz的荧光灯电子镇流器进行控制，其光效可以提高近20％，这就是现在常用的改进型T8荧光灯。近年来，管径更细的T5和T3节能细管径荧光灯也开始广泛使用，这两种节能荧光灯的最佳管壁温度更高，发光效率可达到104lm/W，但必须配备高质量的电子镇流器才能正常工作。
为了便于装饰和美化，通过接桥和弯管等工艺，高光效紧凑型荧光灯应运而生。尤其是配有电子镇流器的一体化紧凑型荧光灯，由于采用白炽灯灯头，已在许多领域取代了白炽灯。早年紧凑型荧光灯为H形、U形和Ⅱ形，后来逐步发展为双H形，双U形和双Ⅱ形。现在，又开发出3U形、3Ⅱ形、4U形、4Ⅱ形和螺旋型紧凑型荧光灯，功率超过18W以上，可以替代100W以上的白炽灯。目前，全球每年紧凑型荧光灯的总产量已超过10亿支，其中80％产于我国。
背光照明在笔记本电脑、等离子体显示器和家用电器中的应用与日俱增，高亮度的冷阴极超细管径荧光灯随之应运而生。这类荧光灯的管径范围在1.8mm~3.0mm之间，采用三基色荧光粉，其冷阴极通常采用Ni、Ta、Zr等金属。
荧光灯诞生之后，一直使用传统的电感式镇流器及起辉器作为稳流和触发附件。电感式镇流器虽然具有可靠性高、寿命长等优点，但是这种镇流器比较笨重，功耗大，有噪声，而且会使荧光灯产生频闪。于是人们开始对电感式镇流器进行改进，并开始了电子镇流器的开发和研制。由于半导体技术发展的制约，早期电子镇流器的开发工作并没有取得显著的进展。到了20世纪70年代，全球能源危机的出现，促进了新型节能型电光源和新型电子镇流器的发展。同时，随着半导体技术的高速发展，各种高压半导体功率器件推向市场，为电子镇流器的发展提供了前提条件。20世纪70年代末，荷兰皇家飞利浦电子公司开发出世界上第一只荧光灯交流电子镇流器，这是世界照明发展史上的一项重大创新，从此揭开了荧光灯电子镇流器步入照明市场的序幕。
荧光灯电子镇流器的发展经历了几个主要阶段。20世纪80年代中期到20世纪90年代中期，电能变换技术由低频向高频发展，出现了有源功率因数校正技术，谐波抑制技术也开始起步。早期电子镇流器的不足逐渐显现出来。早期电子镇流器在其输入端采用不可控整流和大电容滤波，造成输入电流严重畸变，谐波严重失真，中线电流增加，对电网造成了很大的污染。而且，早期电子镇流器仍然没有解决好频闪问题，缩短了荧光灯的使用寿命。为了解决对电网的污染问题，在电子镇流器中开始采用无源逐流技术进行功率因数校正和谐波抑制，使电子镇流器的功率因数(PF， Power Factor)超过0.9，总谐波失真度(THD)低于30％。但是，由于九次谐波超标，加上直流母线上100Hz交流成分的影响，改进后的电子镇流器的波峰因子CF≈2，依然达不到相关标准。20世纪90年代中期以后，随着有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，APFC)技术的日益成熟，电子镇流器开始采用专用集成控制器，其典型电路大多采用两级功率变换电路，即输入级采用升压型PFC电路和D类功率逆变电路。由于采用了有源功率因数校正电路，新型荧光灯电子镇流器的功率因数可以达到0.99，总谐波失真度和各次谐波均能满足标准要求。但是，这种电子镇流器的效率仍然比较低，只有80％~90％，而且由于采用了有源功率因数校正技术，增加了电路的复杂程度，同时电子镇流器的成本也大幅度提高，只适用于中高档产品，这就阻碍了新型电子镇流器的市场化步伐。
(2)高强度气体放电灯及其电子镇流器
高强度气体放电灯(HID，High Intensity Discharge)通常指汞灯(mercury vapor)、高压钠灯(high pressure sodium)和金属卤化物灯(metal halide)等。汞灯由于其光色中蓝光较重，已逐渐被光色质量好、发光效率更高的高压钠灯和金属卤化物灯取代，因此HID灯就成为高压钠灯和金属卤化物灯的泛称。
高压钠灯的工作介质是金属钠蒸气，灯管内充以惰性气体氙，灯管内部压力为0.14~0.28kg/cm3，比标准大气压低，工作时发出单色黄光。一般讲，灯管内介质的压力越大，发光强度越高。但所谓高压是相对荧光灯而言的，荧光灯属于低压气体放电灯，其灯管大，内部气压低。而高强度气体放电灯的灯管极小，内部气压和发光强度都非常高。
金属卤化物灯是由汞灯演变而来的，灯管内加入卤化物(铟、铊、钪、碘化钠等)，使汞蒸气浓缩，发光效率较汞灯大为提高，同时增加了红光和黄光成分，使光色接近白炽灯，常用于室内照明和影视照明。
高强度气体放电灯具有光通量高、光效高、寿命长和发光体小等优点，其发光效率远远高于白炽灯。按光电转换率上限排序，白炽灯、汞灯、金属卤化物灯和高压钠灯的光电转换效率分别为：25lm/W、60lm/W、120lm/W和140lm/W。因此，高强度气体放电灯是广场、道路、机场、码头等大面积照明应用的理想选择。其中高压钠灯以其特高光效和透雾性强而广泛应用于道路、港口以及机场照明，而金属卤化物灯则以其高光效和高显色性而成为体育场馆、展厅、商场、广场、影视及要求高显色性的工厂、车间泛光照明的主要光源。
HID灯电子镇流器是高强度气体放电灯必不可少的配件，以新型的HID灯电子镇流器取代传统的电感式镇流器是实现高强度气体放电灯绿色化的重要途径。传统的电感式镇流器不仅体积大、笨重、耗费贵重金属材料、效率低，而且功率因数很低，只有0.3~0.4，另外还存在严重的频闪现象。与传统的电感式镇流器相比，新型电子镇流器效率高、体积小、重量轻，其体积和重量仅为传统电感式镇流器的1/6。由于HID电子镇流器采用有源功率因数校正技术，其功率因数可以达到0.99，甚至更高，不仅可以节约电能，而且可以净化电网、提高电网利用率、保障安全供电。而且，HID电子镇流器主要采用恒功率控制，很好地解决了频闪问题，可使灯泡寿命延长两倍以上。另外，HID电子镇流器还具有自动调光、过电流保护、过电压保护、短路保护、开路保护、过热保护以及自动控制外部接口等功能。因此以HID电子镇流器取代传统的电感式镇流器，普及推广高强度气体放电灯电子镇流器的使用势在必行。
2.2 气体放电灯电子镇流器控制技术
(1)荧光灯电子镇流器控制技术
荧光灯作为一种低压气体放电灯，具有负阻效应，其电压-电流(V-I)特性曲线如图1所示。图中Vstrike是触发启动电压，Uon是荧光灯的导通电压。从图中可以看出，当施加在荧光灯两端的电压低于荧光灯的触发启动电压Vstriek时，荧光灯呈高阻态，灯中没有电流流过。当荧光灯两端的电压达到灯的启动电压时，荧光灯导通，其两端电压下降，而灯电流则上升，呈负阻特性。在外接镇流器的作用下，荧光灯的电流稳定在额定值，同时荧光灯两端的导通电压也基本保持恒定。
荧光灯的触发启动电压和正常工作时灯两端的电压由荧光灯的类型决定。通常，荧光灯的触发启动电压的范围在500V~1200V之间，而正常工作电压的范围则在40V~100V之间。荧光灯在启动期间和启动之后进入稳态工作时的电压(或阻抗)曲线如图2所示。从图中可以清楚地看出，荧光灯在启动时的电压非常高，启动之后，荧光灯两端的电压急剧下降，降至谷底后又有所回升，最终进入稳定工作状态，荧光灯两端的电压保持相对恒定。在上述过程中，荧光灯的阻抗曲线与电压曲线是一致的。
电子镇流器必须与所配接的荧光灯参数相匹配，以满足荧光灯启动和正常工作的要求。首先，电子镇流器需要向荧光灯提供一个启动高压，以保证荧光灯可靠触发。通常，触发电压都是由电子镇流器中的LC串联电路提供的。LC串联谐振电路谐振产生的高压脉冲施加在荧光灯两端将荧光灯点亮。如果是阴极预热式荧光灯，在荧光灯触发之前，还需要对阴极进行预热。荧光灯正常启动后，电子镇流器需要向荧光灯提供稳定的工作电流。该电流的大小必须与荧光灯的规格参数相匹配。工作电流过小，会影响灯的光效；反之如果工作电流过高，超过了荧光灯的额定工作电流，荧光灯的寿命将会缩短。此外。为了防止荧光灯对电网造成污染，电子镇流器必须增加功率因数校正和谐波抑制电路。电子镇流器的安全性和可靠性同样不容忽略。为了提高电子镇流器的安全性和可靠性，还需要在电子镇流器中增加相应的保护措施，如灯开路保护或短路保护电路、过电压保护和过电流保护电路等。荧光灯电子镇流器的典型结构示意图如图3所示。
功率因数校正和谐波抑制是电子镇流器中必不可少的关键环节。如果电子镇流器不采取这两种措施，而仅仅利用全桥整流和大电容滤波电路将工频市电转换为直流电，必然会导致输入端电流的波形发生畸变。导致输入电流波形畸变的原因是整流二极管导通角过小，而造成整流二极管导通角过小的直接原因是大容量滤波电容直接并接到桥式整流电路输出端所致。此时，输入电流将不再是正弦波，而是幅度很高的非连续的尖峰脉冲，因此其基波成分很小，而高次谐波非常丰富。如果以基波为100％，三次谐波则高达70％，五次谐波高达50％，七次谐波达40％，因此总谐波失真度(THD)将超过基波值，通常会达到120％。
电子镇流器输入端电流谐波含量过高，大量使用时，会对电网造成严重污染，并导致三相四线制供电系统的中线电流急剧增加，除了可能造成电子镇流器的大量损坏外，还可能引发火灾，造成重大经济损失。因此，必须采取有效措施对谐波进行抑制。荧光灯电子镇流器主要是通过功率因数校正电路实现对谐波的抑制。
早期的功率因数校正技术采用的是无源功率因数校正(Passive Power Factor Correction，PPFC)技术。最简单的无源功率因数校正电路是在整流桥前面加一个滤波电感，增加整流二极管的导通时间，降低输入电流的幅值，实现功率因数校正。还有一种方法是在交流侧接入一个谐波滤波器，主要滤除三次谐波。
此外，在电子镇流器中还经常采用一种利用电容和二极管网络组成的“部分滤波器”，以“填谷”(valley fill)方式实现功率因数校正。其基本思想是采用两个串联电容作为滤波电容，适当的配合几只二极管，使其电容串联充电，并联放电，以增大整流二极管的导通角，改善输入侧的功率因数。这种方法的代价是直流母线电压在输入电压最大值和最大值的一半之间脉动。如果配合适当的高频反馈，功率因数可以大于0.98。
无源功率因数校正电路中所需的滤波电容和滤波电感的取值都比较大，而采用“填谷”方式虽然省去了滤波电感，但对输入电流波形中谐波电流的抑制效果不是很好。
有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，APFC)技术是在整流器和滤波电容之间增加一个DC-DC变换器实现的。其主要思路是将输入电压作为参考信号，强迫输入电流跟随输入电压变化，使输入电流与输入电压成为近似的同频同相的波形，实现高功率因数，抑制谐波。同时采用电压反馈，使输出电压为近似平滑的直流输出电压。有源功率因数校正电路具有功率因数接近于1、THD低、输入电压范围宽、体积小、重量轻、输出电压稳定等特点。
与有源功率因数校正电路相比，无源功率因数校正电路具有电路结构简单，在电路板上只占用较小的面积和空间的优势，比较适合我国目前消费水平不高的基本国情，因此在实际当中仍被大量采用。面对以功率因数校正控制器为核心的有源功率因数校正技术的飞速发展，各种高性能的改进型无源谐波滤波电路不断涌现，典型的电路包括：感性负载电流谐波抑制电路、双向自供辅助电源式PPFC电路以及高频泵式PPFC电路等。由于无源功率因数校正技术的独特优势，随着科学技术的发展，以及新元器件的出现和应用，一定会出现更多高性能、高可靠性和低成本的无源滤波电路。
有源功率因数校正电路的控制方式较多。从工作频率上分，可以分为固定频率控制和可变频率控制两种方式；从电流控制方法上分，可以分为峰值电流控制和平均电流控制两种方式；从电感电流控制方式上分，可以分为连续导通模式和断续导通模式两种，其中连续导通模式适用于输出功率较大的场合，而断续导通模式则适用于300W以下的中小功率电子镇流器；从开关控制模式上分，还可以分为ZCS和ZVS两种类型。
目前，在电子镇流器中使用最为广泛的是升压型APFC预调节器。在40W~300W的荧光灯电子镇流器中，通常采用电感电流断续导通模式和峰值电流控制方法。
随着半导体技术的飞速发展，APFC集成控制器开始出现。目前，APFC集成控制器种类繁多，而且已由单一的功率因数校正功能发展到集PFC电路与镇流器驱动、控制、预热启动以及各种保护功能于一体，从而使电子镇流器的电路结构大为简化，而且价格也在逐步降低。APFC技术在40W以上荧光灯以及高压钠灯、金属卤化物灯以及其他高强度气体放电灯电子镇流器上的应用，具有PPFC技术所不能取代的优势。现在，APFC预调节器的输出功率已经达到几个千瓦。这是采用PPFC技术的电子镇流器无法实现的。在国内，由于受到市场承受能力的影响，真正使用APFC技术的荧光灯电子镇流器并不多见，更多的还是使用PPFC技术。
逆变电路是荧光灯电子镇流器中的另一个重要组成部分。电子镇流器逆变电路是一个DC-AC变换器，其作用是生成适用于荧光灯正常工作的20kHz以上的高频电压和电流。电子镇流器逆变电路的基本形式包括：反激式逆变电路、推挽式逆变电路、半桥式逆变电路和全桥式逆变电路，其中半桥式逆变电路的应用最为广泛。目前，使用较多的是高压高速自振荡MOS栅极半桥驱动IC。
荧光灯启动方式主要分为两种：一种是预热启动，即荧光灯需要等到电极加热到电子发射温度后才能触发启动；另一种是非预热启动，即荧光灯的电极无需加热，仅依靠瞬时开路高压引起电极场发射即可使荧光灯触发启动。目前，广泛使用的直管形荧光灯和稀土节能灯都属于阴极预热启动型电光源。而非预热启动属于硬启动，启动速度快，一般只适用于冷阴极辉光放电灯。
预热启动型荧光灯电子镇流器通常采取控制阴极电流进行预热或控制阴极电压进行预热两种形式实现荧光灯的启动。但是无论采用何种阴极预热形式，都必须满足：
(1)在阴极达到发射水平之前，荧光灯两端的开路电压应保持在低于导致阴极受损害的灯辉光电流水平；
(2)在阴极达到发射水平之后，荧光灯两端的开路电压应足够高，以保证荧光灯瞬时成功启动；
(3)在阴极已达到发射状态时，如果荧光灯两端的开路电压需要升高后才能使荧光灯启动，则开路电压由低到高的转变过程，必须在阴极仍处于发射温度期间完成；
(4)在阴极预热阶段，预热电流或预热电压应保持在适当的水平，避免阴极发射物质因过热而受到损害，而且阴极预热时间不小于0.4秒。
由此可见，荧光灯阴极预热启动必须同时满足开路电压、预热电流和预热时间三方面的技术要求。
目前，常用的预热启动方法主要包括：PTC热敏电阻元件预热、热继电器预热以及电子电路预热等。其中PTC热敏电阻预热方法具有体积小、成本低和电路简单的优点，使用最为普遍。PTC热敏电阻具有正温度系数，荧光灯阴极预热用PTC热敏电阻的居里点一般为60℃~120℃。当温度低于居里点时，PTC热敏电阻呈低阻导通状态；当温度达到居里点后，PTC热敏电阻呈高阻阻断状态。但是，PTC热敏电阻只适用于40W以下的荧光灯，而且其特性参数必须与电子镇流器配套荧光灯相匹配，否则将达不到荧光灯的预热启动要求。
对于串联谐振式荧光灯电子镇流器，输出端灯电路中与灯管串联的扼流圈阻抗是频率的函数。荧光灯启动期间，输出频率不同，扼流圈阻抗也不同，荧光灯启动和启动之后的波形也不会一样，可以利用频率调制(FM)技术实现预热启动。对频率和波形的调整，可以通过电子镇流器控制器实现。
荧光灯电子镇流器在使用过程中，肯定会遇到各种异常状态。荧光灯的异常状态主要包括：①灯开路；②灯因阴极损坏而无法启动；③灯的阴极完好，但触发启动失败；④灯可工作，但阴极去激活或出现整流效应；⑤灯短路。显然，所谓的异常状态实际上是电子镇流器遇到的非正常工作条件。当荧光灯出现异常工作状态时，电子镇流器必须采取相应的保护措施。目前，在大多数电子镇流器中采用的都是停振保护方式，即控制器对逆变电路输出回路中的异常信号进行检测，一旦有异常情况发生，控制电路立即使振荡器停振。常用的异常状态保护电路主要有峰值检测保护电路和幅值一相位检测保护电路，其中，后者可以覆盖异常状态的各种情况，可靠性更高。在电子镇流器控制器中一般都包含异常状态保护电路，使用起来更加方便。
对于大功率荧光灯电子镇流器，还需要增加过电流保护、过电压保护以及过热保护措施。目前通用的过电流保护措施就是在输入端串接一只熔丝或保险电阻。此外，还需要增加过电流保护电路。通常，电子镇流器控制器都具有过电流保护功能。过电压保护最简单的方法是在输入电路中并接一只压敏电阻。当输入端电压出现瞬时尖峰时，压敏电阻可将其削波箝位。当过电压严重时，压敏电阻将击穿导通。当输入电压低于压敏电阻的压敏电压值时，压敏电阻呈高阻阻断状态。因此，压敏电阻的压敏电压值必须高于最高输入交流电压的峰值。对于220V交流输入，通常选择380V~470V的压敏电压值。对浪涌电压的吸收还可以选用瞬态抑制二极管(TVS)。此外，在电子镇流器控制器中一般都包含过电压保护电路。过热保护电路通常都是利用热敏电阻作为温度传感器，在结构上与荧光灯异常状态保护电路大同小异。一般，在电子镇流器控制器中都包含过热保护电路。
(2)HID灯电子镇流器控制技术
HID灯属于高压气体放电灯，有其固有的光电转换特性，其电压-电流(V-I)特性曲线如图4所示，只有符合上述伏-安特性才能使HID灯正常工作。
HID灯的工作过程主要分为以下阶段：
(1)点火阶段。在点火阶段，HID灯灯管内的惰性气体(氩、氙等)由非导电状态激发成导电状态。这是一个强电场下的电离过程，通常需在灯管的两个电极之间加以较高的电压来实现点火。点火是HID灯实现弧光放电的关键阶段。
(2)繁流阶段。当电极间的电压继续增加时，离子在电场加速下使更多的气体原子电离，离子雪崩式的繁殖，导致辉光和间断弧光。此时极间电压略有增加就会导致电流迅速增长。
(3)弧光放电阶段。电压进一步升高将发生电流击穿，在该状态下灯管呈极低阻抗，放电电流可能激增几个数量级，此时灯的两端电压相对稳定，放电电流为连续电流，弧光能够完全自持，这是由辉光放电演变为弧光放电的明显特征。
(4)负阻效应阶段。当电压升到峰点时，灯管将进入具有负阻特征的亚辉光放电区，灯管两端电压随电流的继续增长而迅速跌落。此时灯管处于恒功率状态。
(5)异常辉光放电阶段。当电流一直增长下去，灯电压将跨过谷点随电流的增长而同步上升，此时灯管功耗将会显著增长，灯管过热而寿命大大缩短。
(6)热点火阶段。工作中的高强度气体放电灯熄灭后随即再点燃是个必须考虑的特殊问题，在热状态下HID灯的启动电压较冷态高，重新点火需要更高的电压。
综上所述，点火、繁流、弧光放电等三个阶段是引燃灯管的启动过程；负阻亚辉光放电是灯管的正常工作区；正阻异常辉光放电应当避免出现。气体放电灯的点火电路，包括HID灯电子镇流器，必须满足以上几个基本要求。另外，实际当中，HID灯电子镇流器还需要具有热灯启动功能，否则只能等到灯管冷却之后才能再次启动。
由于HID灯的结构和工作原理与荧光灯有所不同，因此HID灯电子镇流器有其特殊要求，具体包括：
(1)HID灯起辉电压很高，HID灯电子镇流器必须能够提供3kV~4kV的触发启动电压；
(2)HID灯的功率较高，HID灯电子镇流器必须能够提供足够高的功率；
(3)由于HID灯在高频工作状态下会出现音频共振现象，即“声谐振”，轻则造成灯光抖动，重则烧毁灯管，因此HID灯电子镇流器应具有“声谐振”抑制功能；
(4)由于HID灯的工作环境和工作条件比较恶劣，HID灯电子镇流器必须具有极高的可靠性和承受严酷工作条件的能力；
(5)在更换灯管、维护灯具时，为保证操作人员的人身安全，HID灯电子镇流器必须具有完善的保护功能；
(6)HID灯必须具有较高的输入电流谐波、射频干扰和电磁辐射抑制能力。
70W以下的HID灯电子镇流器，在电路结构上与普通荧光灯电子镇流器基本相同，仅仅是在启动电路上有所不同。70W以上的HID灯电子镇流器，不再沿用自激式振荡电路，而是采用他激式高频变换电路，由PWM控制器进行控制。HID灯电子镇流器结构示意图如图5所示。
荧光灯电子镇流器的各种保护电路和保护措施大多适用于HID灯电子镇流器，此处不再赘述。
由于HID灯电子镇流器普遍采用APFC预调节器，灯电流波峰比可以低于1.5，灯电压和灯电流的稳定性大大提高，能够有效抑制灯的飘弧现象。关于声谐振的抑制问题，已经提出不少解决方案，但是由于其中不少方法过于复杂，因此难以推广应用。
HID灯电子镇流器的开发难度要远远高于荧光灯电子镇流器。目前，与荧光灯电子镇流器相比，虽然HID灯电子镇流器的参数性能已达到了荧光灯电子镇流器的同等水平，但是由于HID灯自身特殊的工作特性以及严酷的工作环境和工作条件，HID灯电子镇流器的可靠性和使用寿命与荧光灯电子镇流器还存在一定的差距。如何进一步完善HID灯电子镇流器的性能，提高可靠性，延长其工作寿命，是摆在科研人员面前的难题。
目前，国内有一些公司和科研院所开始致力于开发HID灯电子镇流器，但真正能够进入实用阶段的很少。这其中的原因是多方面的，但最主要的还是技术成熟度、可靠性和成本控制等方面的问题。北京富来电能设备公司多年来一直从事HID灯电子镇流器的开发和研制工作，该公司开发的高压钠灯和金属卤化物灯系列电子镇流器自推出以来已被国内多家单位选用，产品性能稳定、可靠性高，功率因数达到0.99，抗电磁干扰能力强，用户反应良好。可以说，北京富来电能设备公司在HID灯电子镇流器的市场推广方面是比较成功的。北京富来电能设备公司开发的高压钠灯和金属卤化物灯电子镇流器系列产品如图6所示。
HID灯电子镇流器属于高科技产品，从目前来看，如何让这项技术从实验室走向市场并不是一件简单的事情，还有一段很长的路要走。一方面需要政府加大扶持力度，为HID灯电子镇流器的推广和普及创造良好的外部环境；另一方面，还需要从事HID灯电子镇流器开发工作的科研人员刻苦攻关，提高HID灯电子镇流器的技术成熟度和可靠性，降低成本，为HID灯电子镇流器真正走向市场创造完善的内部条件。随着国家“绿色照明工程”的进一步深入和电能变换技术的进一步提高，加上人们环保意识的进一步增强，HID灯电子镇流器一定能够发挥其应有的作用。
2.3 绿色照明控制技术的发展趋势
绿色照明工程实施成效的高低，在很大程度上取决于绿色照明控制技术的发展。电子镇流器综合了最先进的绿色照明控制技术，而电子镇流器控制器作为电子镇流器的核心，在绿色照明工程中起着非常重要的作用。未来电子镇流器控制器应当向智能化、数字化、多功能化方向发展，同时引入软开关技术等功率变换技术。随着半导体技术和电光源技术的发展，采用新型电子镇流器控制器控制的新一代智能型电子镇流器一定能够成为市场的主流。
虽然绿色照明工程在我国实施已经有十几年了，但是绿色照明电光源及其配件的普及程度依然不高。这里既有我国目前消费水平比较低的客观原因，也有对绿色照明工程的实际意义缺乏认识的主观原因。而且绿色照明电光源及其配件的成本问题依然是阻碍其全面走向市场的主要障碍。以电子镇流器产品为例，目前充斥市场的仍然是节能、环保效果差的低端产品，中高端产品，虽然采用了目前最先进的技术，然而由于价格上没有优势，因此难以成为市场的主流，处于十分尴尬的境地。因此在这方面，需要做的工作还比较多。一方面，应当加强绿色照明工程的宣传力度，让绿色照明理念深入人心。另一方面，要积极开发新的绿色照明控制技术，把控制水平提上去，而成本要能够降下来，使绿色照明真正落到实处，从而创造出一个功能合理、经济适用、节约能源的照明环境。
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