中心議題:

• 熒光燈陰極預熱方式討論
• 智能PTC熱敏電阻與PTCR的比較

解決方案:

• 采用智能型PTC熱敏電阻

1.前言

目mu前qian的de熒ying光guang燈deng絕jue大da多duo數shu為wei陰yin極ji預yu熱re式shi產chan品pin。人ren們men為wei了le提ti高gao熒ying光guang燈deng管guan的de光guang效xiao並bing延yan長chang其qi使shi用yong壽shou命ming，在zai配pei套tao電dian器qi方fang麵mian作zuo了le大da量liang深shen入ru的de研yan究jiu工gong作zuo，包bao括kuo鎮zhen流liu器qi線xian路lu拓tuo撲pu的de選xuan擇ze和he陰yin極ji預yu熱re方fang式shi的de選xuan擇ze等deng。以yi期qi電dian子zi器qi件jian與yu對dui應ying的de熒ying光guang燈deng管guan相xiang匹pi配pei，達da到dao充chong分fen發fa揮hui熒ying光guang燈deng管guan的de光guang效xiao和he使shi照zhao明ming環huan境jing更geng舒shu適shi更geng節jie能neng的de效xiao果guo。本ben文wen參can照zhao熒ying光guang燈dengIEC標準和我國GB標準中關於陰極預熱起動的要求

，對常見的陰極預熱方式進行了分析
，認為采用智能熱敏電阻是熒光燈陰極預熱啟動的最佳方案。

2.陰極預熱的目的

陰yin極ji預yu熱re式shi熒ying光guang燈deng的de電dian極ji是shi一yi個ge極ji為wei重zhong要yao的de零ling件jian。熒ying光guang燈deng使shi用yong時shi間jian的de長chang短duan主zhu要yao取qu決jue於yu電dian極ji的de壽shou命ming。對dui交jiao流liu電dian源yuan來lai說shuo，該gai電dian極ji既ji是shi陰yin極ji又you是shi陽yang極ji。電dian極ji上shang塗tu有you碳tan酸suan鋇bei、碳酸鍶和碳酸鈣為主的電子發射材料。這些材料隻有當陰極的工作溫度在900℃～1000℃時(shi)才(cai)能(neng)充(chong)分(fen)發(fa)射(she)電(dian)子(zi)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，陰(yin)極(ji)通(tong)過(guo)預(yu)熱(re)放(fang)出(chu)大(da)量(liang)電(dian)子(zi)
，使(shi)燈(deng)的(de)啟(qi)動(dong)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)

，通(tong)常(chang)降(jiang)低(di)到(dao)陰(yin)極(ji)未(wei)預(yu)熱(re)啟(qi)動(dong)電(dian)壓(ya)的(de)二(er)分(fen)之(zhi)一(yi)到(dao)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)。電(dian)壓(ya)的(de)降(jiang)低(di)減(jian)少(shao)了(le)相(xiang)關(guan)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)所(suo)承(cheng)受(shou)的(de)電(dian)應(ying)力(li)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)整(zheng)燈(deng)的(de)故(gu)障(zhang)率(lv)，延(yan)長(chang)了(le)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。為(wei)此(ci)，陰(yin)極(ji)預(yu)熱(re)納(na)入(ru)了(le)IEC和我國GB標準，明確規定此類熒光燈在點亮前必須經過陰極預熱，並對各種型號規格熒光燈的預熱時間和預熱電流參數提出了要求。

3.陰極預熱啟動技術的發展狀況

以往，熒光燈多采用電感式工頻鎮流器。隨著電子技術的發展
，電子鎮流器以其體積小、重量輕
、功耗少、無頻閃
、無噪音、光(guang)效(xiao)高(gao)等(deng)優(you)點(dian)，逐(zhu)步(bu)取(qu)代(dai)電(dian)感(gan)式(shi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)已(yi)成(cheng)為(wei)必(bi)然(ran)趨(qu)勢(shi)。在(zai)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，陰(yin)極(ji)預(yu)熱(re)問(wen)題(ti)一(yi)直(zhi)是(shi)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)的(de)重(zhong)點(dian)之(zhi)一(yi)。

電子鎮流器的啟動電壓是由限流電感L和啟動電容C1組成的L-C1串聯諧振電路在C1兩端產生的諧振電壓。簡化電路如圖1所示。L-C1的品質因數Q=1/ωC1R=ωL/R
，式中R為L-C1回路的損耗電阻，ω為L-C1回路的工作角頻率。在L-C1回路對高頻振蕩電路的輸出電壓V1諧振時
，限流電感L或C1上的電壓VR=QV1。合理設計限流電感L和電容C1的參數，可使C1上的諧振電壓VR達(da)到(dao)使(shi)燈(deng)管(guan)點(dian)亮(liang)的(de)值(zhi)。陰(yin)極(ji)不(bu)進(jin)行(xing)預(yu)熱(re)的(de)電(dian)路(lu)，電(dian)源(yuan)一(yi)接(jie)通(tong)燈(deng)即(ji)點(dian)亮(liang)，這(zhe)對(dui)陰(yin)極(ji)損(sun)傷(shang)很(hen)厲(li)害(hai)
，會(hui)使(shi)燈(deng)管(guan)根(gen)部(bu)很(hen)快(kuai)變(bian)黑(hei)，使(shi)燈(deng)管(guan)壽(shou)命(ming)變(bian)短(duan)。
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為解決熒光燈陰極預熱問題，人們利用了正溫度係數熱敏電阻（以下簡稱PTCR）。其溫阻特性曲線如圖2所示。曲線中的TB點是PTCR的開關溫度（阻值增大到最小值兩倍時的溫度）。PTCR的體溫高於TB點後

，隨著溫度的升高
，PTCR的電阻就會驟變到很高的值
，利用PTCR的這一特性設計的預熱啟動電路如圖3所示。當電路接通的瞬間，高頻電源的輸出電壓V0加到燈管兩端，見圖4
，此時，由於熱敏電阻PTCR對諧振回路構成分流，使回路的Q值很低，燈管兩端不能形成高壓
，也就不能點亮燈管。同時，高頻電流通過電感L燈絲Rf和熱敏電阻PTCR，對陰極進行預熱，經過t1（GB規定大於0.4秒）的時間後，PTCR因通過電流，體溫升高，電阻值迅速增大，減弱了對諧振回路的分流。當阻值增大到一定值時，諧振回路起振

，諧振電壓幅值V2增大到把燈管點亮。燈管點亮時（t2）
，燈管呈現負阻特性
，即燈管電流增大，燈管兩端電壓V3降到額定的工作電壓值

，預熱啟動過程結束，燈管轉入正常工作。

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問題在於燈管正常工作後，熱敏電阻PTCR始shi終zhong處chu於yu熱re動dong平ping衡heng狀zhuang態tai，這zhe是shi因yin為wei熱re敏min電dian阻zu不bu能neng完wan全quan阻zu斷duan對dui燈deng陰yin極ji的de分fen流liu，熱re敏min電dian阻zu體ti溫wen的de高gao低di影ying響xiang著zhe通tong過guo電dian流liu的de大da小xiao。通tong過guo電dian流liu的de大da小xiao又you影ying響xiang到dao熱re敏min電dian阻zu體ti溫wen的de變bian化hua。具ju體ti地di講jiang，當dangPTCR呈現高阻狀態時，電流減小

，PTCR體溫隨之降低，阻值便減小
，又導致流過PTCR的電流增大，如此循環使熱敏電阻始終處於變化狀態之中。這種狀態有如下危害：

⑴ PTCR在預熱啟動電路中始終有功耗
，一般為總功率的4％。使電子鎮流器或電子節能燈的流明係數降低。經測試，40W熒光燈電子鎮流器PTCR的功耗大於1.6W
，18W電子節能燈PTCR的功耗在0.8W左右。按每瓦功率發出光通量50流明計
，40W和18W的電子鎮流器因此而分別損失70和40流明。

⑵ PTCR的(de)功(gong)耗(hao)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)使(shi)緊(jin)湊(cou)型(xing)熒(ying)光(guang)燈(deng)和(he)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)殼(ke)內(nei)的(de)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)，會(hui)造(zao)成(cheng)其(qi)它(ta)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)特(te)別(bie)是(shi)晶(jing)體(ti)管(guan)和(he)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)損(sun)壞(huai)
，使(shi)故(gu)障(zhang)率(lv)上(shang)升(sheng)。

⑶ 熒光燈點亮後，燈絲回路因PTCR的存在，始終有電流通過燈絲


，由此而形成發射電流
，縮短了陰極的使用壽命。

⑷ 預熱電路中的PTCR在燈管點亮後，仍處於80℃以上的高溫環境下，易造成PTCR晶(jing)界(jie)電(dian)阻(zu)性(xing)能(neng)的(de)蛻(tui)化(hua)
，使(shi)溫(wen)阻(zu)係(xi)數(shu)改(gai)變(bian)，預(yu)熱(re)時(shi)間(jian)變(bian)長(chang)。蛻(tui)化(hua)嚴(yan)重(zhong)時(shi)啟(qi)動(dong)瞬(shun)間(jian)產(chan)生(sheng)的(de)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)會(hui)燒(shao)壞(huai)功(gong)率(lv)管(guan)。如(ru)果(guo)陰(yin)極(ji)長(chang)時(shi)間(jian)處(chu)在(zai)預(yu)熱(re)啟(qi)動(dong)狀(zhuang)態(tai)，最(zui)終(zhong)將(jiang)會(hui)損(sun)壞(huai)燈(deng)管(guan)和(he)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)。

⑸ PTCR最難滿足耐高壓這一指標。當PTCR並聯於燈管兩端時
，要承受較大的開路電壓（一般為1000V左右），這時PTCR的溫阻曲線在高於開關溫度以後
，上升遲緩，如圖5所示。另外，當高頻電流經過PTCR時，也會使其溫阻特性曲線在高於開關溫度TB後上升遲緩
，如圖6所示。這些都會使PTCR對燈絲的預熱性能變差。

另外，我們測試證明PTCR呈現有相當的電容量。在頻率較高的線路中，使用PTCR與啟動電容C1並聯，會直接破壞鎮流器的輸出特性。特別是T5型熒光燈
，一般要求電子鎮流器的工作頻率在50kHz以上，對其輸出特性影響更嚴重。 盡管采用PTCR對陰極進行預熱的方式存在著上述缺點，但目前照明行業生產的電子鎮流器，凡具備預熱功能的，絕大多數仍著采用PTCR預熱方式，在緊湊型電子節能燈中，幾乎全部采用PTCR作為預熱啟動元件。雖然在陰極預熱方式上存在許多其它的預熱電路和器件，並有不少專利，但或者因其電路複雜、成本高，或者因其有機械觸點可靠性差
、壽命難以保證等原因，而未能推廣采用。因此在PTCR預(yu)熱(re)啟(qi)動(dong)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，改(gai)進(jin)預(yu)熱(re)元(yuan)件(jian)的(de)性(xing)能(neng)，使(shi)其(qi)既(ji)能(neng)實(shi)現(xian)預(yu)熱(re)啟(qi)動(dong)的(de)要(yao)求(qiu)
，又(you)能(neng)在(zai)燈(deng)管(guan)點(dian)亮(liang)後(hou)，自(zi)動(dong)關(guan)斷(duan)預(yu)熱(re)電(dian)路(lu)
，就(jiu)成(cheng)為(wei)眾(zhong)多(duo)照(zhao)明(ming)器(qi)件(jian)廠(chang)家(jia)進(jin)行(xing)技(ji)術(shu)攻(gong)關(guan)的(de)目(mu)標(biao)。
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4.新型熒光燈陰極預熱啟動元件——智能型PTC熱敏電阻

在(zai)對(dui)熒(ying)光(guang)燈(deng)陰(yin)極(ji)預(yu)熱(re)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)了(le)充(chong)分(fen)研(yan)究(jiu)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)
，從(cong)理(li)論(lun)上(shang)突(tu)破(po)了(le)對(dui)敏(min)感(gan)材(cai)料(liao)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)的(de)傳(chuan)統(tong)認(ren)識(shi)，巧(qiao)妙(miao)地(di)利(li)用(yong)了(le)敏(min)感(gan)材(cai)料(liao)的(de)固(gu)有(you)特(te)性(xing)和(he)一(yi)般(ban)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)燈(deng)的(de)負(fu)阻(zu)特(te)性(xing)，我(wo)們(men)研(yan)製(zhi)成(cheng)功(gong)了(le)既(ji)能(neng)滿(man)足(zu)熒(ying)光(guang)燈(deng)燈(deng)絲(si)預(yu)熱(re)要(yao)求(qiu)，又(you)能(neng)自(zi)動(dong)關(guan)斷(duan)的(de)智(zhi)能(neng)元(yuan)件(jian)。

其實施方案是：把具有適當阻值及開關溫度TB的PTC延遲型熱敏電阻同具有適當的壓敏電壓U1mA（在此電壓下壓敏電阻Rz的通流為1mA）和通流量的壓敏電阻Rz進行串聯複合，使成為智能電阻Ri，用以取代電子鎮流器及電子節能燈中的普通熱敏電阻PTCR。PTCR的溫阻特性已示於圖2，氧化鋅壓敏電阻的伏安特性
，如圖7所示。從圖7可看出
，氧化鋅壓敏電阻是對電壓非常敏感的器件
，其通流值隨所施加的電壓值的增大而急劇增大，把PTCR和壓敏電阻Rz串聯複合成智能電阻Ri，接在電子鎮流器的燈絲預熱回路中（如圖3所示，去掉普通的PTCR，代之以Ri即可），其作用過程如下：當接通電源瞬間
，電子鎮流器的開路輸出電壓（一般為1000VP-P左右）
，使壓敏電阻Rz導通。適當選擇U1mA,使導通電流等於該燈管的燈絲預熱電流）燈絲電流經Ri流過。適當地選擇PTCR阻值
、體積及開關溫度TB
，使在0.4s(1s達到此開關溫度後
，Ri中的PTCR阻值驟增至高阻狀態。這樣，一方麵限製了壓敏電阻的通流量，一方麵使Ri=Rz＋PTCR支路近於開路，這時由L和C1構成的串聯諧振回路（見圖3）起振，諧振電壓U2（見圖4）zengdadaobadengguandianliang，dengdianlianghouchengfuzutexing
，dengguanliangduandianyaxiajiangdaodengguanzhengchanggongzuodianya，cidengguangongzuodianyayibanyuandiyusuoxuandingdeyamindianzudeyamindianyaU1mA，所以
，燈點亮後
，Rz自行關斷。Ri=Rz＋PTCR處於“休閑狀態”。

可見，該智能型PTC熱敏電阻是利用PTC熱敏電阻的延遲特性來完成燈絲預熱時間和PTC熱敏電阻的限流特性來保護壓敏電阻Rz不至於“過荷”而燒壞；又利用壓敏電阻Rz的壓敏電壓U1mA特性和熒光燈管的負阻特性滿足預熱電流並關斷預熱回路。這樣Rz與PTCR的串聯複合體－智能熱敏電阻Ri
，就能完成熒光燈燈絲預熱及"關斷”功能。使用智能熱敏電阻Ri，不需要改變原電子鎮流器的電路參數，隻需用相應規格的智能熱敏電阻Rpi替換PTCRjike。shiyongzhong，jietongdianyuan，zhinengremindianzujiutongguodianliuduidengsijinxingyure
，zaidengguandianlianghou，zhinengremindianzujinyukailuzhuangtai，guanduanleyurehuilu，zishengonghaojinyuling，xiangdangyuyigewuchudiandezidongkaiguan。

在電子鎮流器或電子節能燈上使用智能熱敏電阻有如下特點和優越性

（1） 完全可以按各種規格的熒光燈預熱電流的要求，在0.4s～2s的時間裏，使燈絲達到預熱要求。如菲利浦照明電子（上海）公司對燈絲的預熱效果，是用燈絲的熱態與冷態電阻之比描述的。他們測試了智能熱敏電阻的預熱效果，熱態電阻與冷態電阻與之比在4～5之間

，完全符合其預熱要求。又如上海浦東某獨資照明公司在26W電子節能燈上使用智能熱敏電阻，各項參數均符合標準要求

（2） 智能熱敏電阻在熒光燈管點亮後
，功耗幾乎為零，與PTCR相比
，相應提高光通量(40～80)流明。同時可使電子鎮流器或電子節能燈殼體內溫度降低，在18W電子節能燈殼內溫度降低(3～5)℃，從而降低了晶體管及電解電容器的熱損壞率，提高了整燈的可靠性。

（3） 智(zhi)能(neng)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)在(zai)燈(deng)管(guan)點(dian)亮(liang)後(hou)，關(guan)斷(duan)了(le)預(yu)熱(re)回(hui)路(lu)的(de)電(dian)流(liu)，這(zhe)不(bu)僅(jin)防(fang)止(zhi)了(le)自(zi)身(shen)性(xing)能(neng)的(de)蛻(tui)化(hua)
，也(ye)減(jian)少(shao)了(le)燈(deng)絲(si)的(de)熱(re)發(fa)射(she)
，延(yan)長(chang)了(le)燈(deng)管(guan)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，如(ru)威(wei)海(hai)北(bei)洋(yang)集(ji)團(tuan)燈(deng)管(guan)廠(chang)在(zai)18W電子節能燈上使用智能熱敏電阻，通斷10萬次之後，解剖觀察陰極，大部分電子粉顏色為白色，陰極損耗正常，北洋照明電器公司進行實驗後認為：在相同條件下，智能熱敏電阻與PTCR相比

，燈管發黑的程度要輕得多
，隻有PTCR的一半左右，他們的結論是：采用智能熱敏電阻預熱啟動
，可延長燈管壽命。

（4） 智能熱敏電阻由於其結構上的原因，能充分適應電子鎮流器和電子節能燈產生的高頻高壓的作用條件。經過10000次的模擬開關試驗後
，智能熱敏電阻的預熱啟動特性基本不變。對於燈管老化
、燈陰極失去激活
、不易啟動的情況
，電子鎮流器輸出呈開路狀態
，其開路電壓一般在10000V(GB標準要求小於1500V），此時，智能熱敏電阻仍能承受5s（標準要求鎮流器元件能耐異常狀態的持續時間為5s）的高頻高壓
，經過200次的異常狀態試驗，預熱啟動特性變化不顯著。（一般電子鎮流器均有異常狀態保護電路
，當燈管老化、燈不易啟動、輸出端出現高壓
、大電流時，保護電路一般會在2s內動作，因此
，智能熱敏電阻所承受的高頻高壓時間一般隻有2s左右，不會到5s，其安全裕度是足夠充分的。

（5） 智能熱敏電阻自身呈現的電容值很小，對電子鎮流器的輸出特性沒有影響。

總結：
總之
，節能燈用智能型PTC熱敏電阻以其獨有的自動通斷性能，克服了PTC在熒光燈陰極預熱問題上存在的缺點，而且性能價格比也比較優越，使用安全可靠，是電子鎮流器和電子節能燈比較理想的預熱元件。