荧光灯灯丝预热启动功能的实现

下面是 [荧光灯灯丝预热启动功能的实现]的电路图
  　　
  荧光灯灯丝预热后再启动是为了确保预热式荧光灯灯管的工作寿命要求。国家标准GB/T 15144-94和国际电工委员会标准IEC-929中对此均有明确规定，即热阴极类荧光灯在采用预热阴极启动方式时，其阴极预热时间不得小于0.4s，采用PTC元件后可以比较容易地达到以上要求。
启动电压是由镇流电感L和启动电容C4组成的串联谐振电路在启动电容C4两端产生谐振电压来得到的。串联谐振电路的品质因数41LQCRR，式中R为L、C4回路的串联等效损耗电阻，为谐振电路的谐振频率。合理选择镇流电感L和启动电容C4的参数，可以使启动电容C4上的谐振电压VC达到灯管的点火电压。对阴极不进行预热的电子镇流器电路，电源一接通荧光灯负载即被点亮。这属于冷阴极启动，对灯管的阴极损伤很厉害，会使灯管根部很快变黑，缩短灯管的工作寿命。
   
  图6 自激式串联谐振电路
  
  　　采用高频串联谐振电路可以使荧光灯一次启辉。即使在输入电压较低时，由于串联谐振电压可以高出电源电压数倍，也能满足荧光灯对启辉电压的要求，使灯管启辉。
  　　图7为采用PTC元件的荧光灯灯丝预热启动电路的连接图。如果按图7（a）、（b）所示方法在谐振电容上并联一只PTC热敏元件，就可以起到荧光灯灯丝预热和延时启动的作用。
   
  图7 采用PTC元件的荧光灯灯丝预热启动电路的连接图
  
  　　电路工作原理如下：在接通电源后电路刚进入谐振状态的瞬间，由于PTC元件的室温阻值很低（仅几百欧），串联谐振回路的负载很重，Q值很小，灯管两端达不到所需的启动电压，灯管不能点燃。此时，谐振电流将对荧光灯灯丝进行预热。谐振电流的一部分流经PTC元件，使得PTC元件自身发热，从而引起PTC元件的阻值变大。经过0.4～2s时间的预热，荧光灯灯丝达到良好的电子发射状态，灯管所需启动电压下降，同时PTC元件的阻值变大，引起该串联谐振回路的Q值增大，荧光灯灯管两端所得到的电压也随之升高。一旦高于荧光灯灯管所需的启动电压，灯管就被启动。由于此时PTC元件的阻值与初始状态相比已发生了急剧变化，近似开路，所以电子镇流器电路在正常工作时，PTC元件的损耗较小。在实际应用中，选择PTC元件时应注意以下问题：
  　　① 荧光灯所要求的预热时间和预热电流。
  　　② PTC元件本身的损耗和温度。
  　　为了使荧光灯灯管在经过充分预热后再启动，对每种灯管的灯丝预热电流和预热时间均有明确规定。而当PTC元件的阻值偏低时，在正常工作时所通过的电流太大，致使损耗增加。为了达到所需的预热时间，PTC元件的居里点温度又不能太低。但一旦PTC元件的居里点温度太高后，则在正常工作时PTC元件本身的温度也随之升高，极大地影响了PTC元件及周围元件的工作寿命。这在大功率电子镇流器（40W以上）中表现得尤为突出。因此在选用PTC元件时，为了达到所需的预热效果而损耗又不致太高，应尽量选用阻温特性曲线较陡的PTC元件，并且应对预热效果和损耗等问题进行综合分析和考虑。
  　　在荧光灯灯管的启动过程中，灯管参数（包括灯丝电阻、灯电流、灯电压等）会发生变化，电路参数（如振荡频率、Q值等）也会随之变化，所以在PTC元件的选用方面，难以进行定量分析和计算。
  　　荧光灯灯管正常工作后，PTC元件RT始终处于热动平衡状态。这是因为PTC元件RT不能完全阻断对荧光灯阴极电流的分流，PTC元件RT温度的高低会影响通过它的电流大小，通过电流的大小又会影响到PTC元件RT温度的变化。当PTC元件RT呈高阻状态时，通过它的电流减小，其温度随之降低。如此循环，PTC元件RT的阻值始终处于动态变化状态。PTC元件RT的这种工作状态有如下危害：
  　　① PTC元件RT在预热启动过程中始终有功耗，一般为总功率的4%左右，这使得电子镇流器或紧凑型荧光灯的流明系数降低。实验证明，40W荧光灯电子镇流器中PTC元件的功耗大于1.5W，18W紧凑型荧光灯电子镇流器中PTC元件的功耗在0.8W左右。按每瓦发出50lm光通量计算，40W和18W的电子镇流器分别损失75lm和40lm的光通量。
  　　② 由于PTC元件的功耗而产生的热量使紧凑型荧光灯电子镇流器的温度升高，造成其他电子元器件，特别是晶体管和电解电容器损坏，使电子镇流器的故障率上升。

  　　④ 预热电路中的PTC元件在灯管点亮后，始终处于80℃以上的高温环境中，易造成PTC元件性能的蜕化，使其温阻系数改变，预热时间变长。如果阴极长时间处于预热启动状态，最终将会损坏荧光灯灯管和电子镇流器。
  　　⑤ PTC元件有相当的电容值，在频率较高的线路中，PTC元件与启动电容C并联，会直接破坏镇流器的输出特性。特别是对T5荧光灯，一般要求电子镇流器的工作频率在50kHz以上，PTC元件的电容对电子镇流器输出特性的影响更严重。
  　　尽管采用PTC元件存在上述缺点，但目前凡是具备预热功能的电子镇流器绝大多数仍采用PTC元件预热方式，紧凑型荧光灯电子镇流器几乎全部采用PTC元件作为预热启动元件。在PTC元件预热启动的基础上改进预热元件的性能，使其既能实现预热启动的要求，又能在灯管点亮后自动关断预热电路，是一个努力的目标。
  　　在选择PTC元件时，也应注意PTC元件的居里点温度。实验证明，一般PTC元件的居里点温度在60～75℃之间比较合适。当灯管功率在40W以上时，PTC元件的阻值可在100～300Ω之间选取；当灯管功率为20～30W时，PTC元件的阻值可在250～600Ω之间选取；而当灯管功率小20W时，PTC元件的阻值可取500Ω以上。具体参数可按照所要求达到的预热效果、PTC元件的本身损耗、电子镇流器的温升和电路结构等各方面的要求，通过实验来选定。
  　　为了保证电子镇流器工作的安全性和可靠性，应尽量选用外形为壳装式的PTC元件。另外从图3中可以看出，当PTC元件两端所加电压相对较小时，其阻温特性较好，所以应尽量使PTC元件两端所加电压相对比较低。图7（b）中PTC元件两端的电压低于图7（a）中PTC元件两端的电压，所以应优先采用图7（b）所示的接法，其预热效果较好。
  　　根据上面的分析，当PTC元件应用于电子镇流器来实现荧光灯灯丝预热启动功能时，须注意以下几点：
  　　① 选用阻温特性较好的PTC元件。
  　　② 尽量采用壳装的PTC元件，以减小损耗和提高工作可靠性。
  　　③ 预热效果相同时，应尽量降低PTC元件两端的电压。(责任编辑：电路图)