节能灯用智能型PTC压敏电阻原理及应用研究


    节能灯用智能型PTC压敏电阻原理及应用研究

    目前的荧光灯绝大多数为阴极预热式产品。人们为了提高荧光灯管的光效并延长其使用寿命,在配套电器方面作了大量深入的研究工作,包括镇流器线路拓扑的选择和阴极预热方式的选择等。以期电子器件与对应的荧光灯管相匹配,达到充分发挥荧光灯管的光效和使照明环境更舒适更节能的效果。本文参照荧光灯IEC标准和我国GB标准中关于阴极预热起动的要求,对常见的阴极预热方式进行了分析,认为采用智能压敏电阻是荧光灯阴极预热启动的最佳方案。

    阴极预热式荧光灯的电极是一个极为重要的零件。荧光灯使用时间的长短主要取决于电极的寿命。对交流电源来说,该电极既是阴极又是阳极。电极上涂有碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙为主的电子发射材料。这些材料只有当阴极的工作温度在900℃~1000℃时才能充分发射电子。另一方面,阴极通过预热放出大量电子,使灯的启动电压降低,通常降低到阴极未预热启动电压的二分之一到三分之一。电压的降低减少了相关电子元器件所承受的电应力,从而降低了整灯的故障率,延长了使用寿命。为此,阴极预热纳入了IEC和我国GB标准,明确规定此类荧光灯在点亮前必须经过阴极预热,并对各种型号规格荧光灯的预热时间和预热电流参数提出了要求。

    以往,荧光灯多采用电感式工频镇流器。随着电子技术的发展,电子镇流器以其体积小、重量轻、功耗少、无频闪、无噪音、光效高等优点,逐步取代电感式镇流器已成为必然趋势。在电子镇流器发展过程中,阴极预热问题一直是电子镇流器技术研究的重点之一。

   电子镇流器的启动电压是由限流电感L和启动电容C1组成的LC1串联谐振电路在C1两端产生的谐振电压。简化电路如图1所示。LC1的品质因数Q=1/ωC1R=ωL/R,式中RLC1回路的损耗电阻,ω为LC1回路的工作角频率。在LC1回路对高频振荡电路的输出电压V1谐振时,限流电感LC1上的电压VR=QV1。合理设计限流电感L和电容C1的参数,可使C1上的谐振电压VR达到使灯管点亮的值。阴极不进行预热的电路,电源一接通灯即点亮,这对阴极损伤很厉害,会使灯管根部很快变黑,使灯管寿命变短。

  为解决荧光灯阴极预热问题,人们利用了正温度系数热敏电阻(以下简称PTCR)。其温阻特性曲线如图2所示。曲线中的TB点是PTCR的开关温度(阻值增大到最小值两倍时的温度)。PTCR的体温高于TB点后,随着温度的升高,PTCR的电阻就会骤变到很高的值,利用PTCR的这一特性设计的预热启动电路如图3所示。当电路接通的瞬间,高频电源的输出电压V0加到灯管两端,见图4,此时,由于热敏电阻PTCR对谐振回路构成分流,使回路的Q值很低,灯管两端不能形成高压,也就不能点亮灯管。同时,高频电流通过电感L灯丝Rf和热敏电阻PTCR,对阴极进行预热,经过t1GB规定大于0.4秒)的时间后,PTCR因通过电流,体温升高,电阻值迅速增大,减弱了对谐振回路的分流。当阻值增大到一定值时,谐振回路起振,谐振电压幅值V2增大到把灯管点亮。灯管点亮时(t2),灯管呈现负阻特性,即灯管电流增大,灯管两端电压V3降到额定的工作电压值,预热启动过程结束,灯管转入正常工作。www.yamindianzu.com



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