电子镇流器的启动条件测试浅谈
2007-02-08
作者：admin
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摘要： 文章介绍了荧光灯电子镇流器的启动电气特性；影响荧光灯启动机理的物理因素；启动的主要方式和预热条件；荧光灯的高频参数；ＩＥＣ６０９２９：２００２标准中对启动特性条款的理解和测试以及对测试仪器的要求。
关键词：启动电气特性；启动方式；预热和非预热启动；启动能量；启动测试；
随着市场经济的不断发展及消费者对产品的要求不断提高，越来越多的采购商不仅仅局限于供应商所提供产品的安全认证，而且要求供应商所提供产品在满足安全标准的同时，能满足产品性能标准；也就是产品的合格评定。为了满足客户的这种需求，国际上许多著名的认证检验公司在原有安全认证的基础上纷纷增加了产品性能标准测试的工作。适应这种需要，国家灯具质量监督检验中心在安全和性能两个领域内都能及时满足客户的要求，下文就ＩＥＣ６０９２９：２００２《管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求》中启动条件的测试逐一介绍。
在ＩＥＣ ６０９２９：２００２《管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求》中第７条“启动条件”的测试在整个标准中一直是最为复杂、最难以正确测量的一个内容。之所以复杂的最主要原因是由负载荧光灯光源的非线性所造成的。所以首先对负载也就是荧光灯的电气特性和高频特性参数要有所了解，其次才有可能理解标准条款的测量要求和方法，在上述的基础上选择适当的测量仪器就能正确地测量电子镇流器启动条件。
１、灯的启动电气特性
钨丝灯泡可以与电源直接连接工作，但荧光灯的启动和稳定工作需要有适当的电路和镇流器（或其他类似的装置），所以它的电气特性和工作情况都是比较复杂的。
１．１ 灯的启动
通常启动电压需要有高于灯的工作电压才能使灯启动，如果电源电压不足以使灯启动，那么可以通过变压器、启动器件、脉冲发生器件或谐振电路来产生附加的启动电压。
对非预热直接启动的荧光灯管，启动电路必须提供足够的能量以使灯能迅速地从辉光放电转变为弧光放电。
１．２ 影响灯启动的因素
影响荧光灯启动机理的物理因素主要有五类：
（１）阴极的加热：用于预热的能量和施加该能量的时间；
（２）开路电压：预热期间灯被启动时，灯两端或启动辅助件上的电压；
（３）环境条件：环境温度、相对湿度；
（４）灯的物理条件：填充气体的类型、压力，灯的尺寸，包括内部导电涂层；
（５）电源和灯具条件：工作频率、启动辅助件的尺寸及间距。
（２）开路电压：预热期间灯被启动时，灯两端或启动辅助件上的电压；
（３）环境条件：环境温度、相对湿度；
（４）灯的物理条件：填充气体的类型、压力，灯的尺寸，包括内部导电涂层；
（５）电源和灯具条件：工作频率、启动辅助件的尺寸及间距。
以上这些因素都以复杂的形式相互作用，如果某一选定的启动方式不能使这些因素正确组合，就会使灯的性能降低。例如，灯寿命的降低、灯两端过早或过度发黑。
１．３、启动的主要方式
５０Ｈｚ或６０Ｈｚ的电感镇流器传统上主要有两种使荧光灯启动的方法：预热启动和非预热启动。这两种方法都能被电子镇流器代替，虽然电子镇流器比传统电感镇流器可采用更复杂的方法来产生灯的启动条件，但是为了满足负载的要求，使灯工作性能良好的原理是相同的。
２、电子镇流器的启动方式和预热
根据灯的等效阻抗近似为一个非线性电阻和一个电感的串联，且内阻较大这样一个事实，电子镇流器启动特性的设计应能满足荧光灯的启动电气特性，应能使灯启动，且不对灯造成损害。
电子镇流器的启动方式有预热启动和非预热启动两大类。
２．１、预热启动
通常可采用不同的预热启动方式，但是，所有这些方式概括为一点，就是必须为阴极提供足够的能量，具体的方法可采用稳定的电流或电压来控制预热。
无论采用哪种方式启动，都应满足下列要求：
（１）在阴极达到电子发射状态之前，灯两端之间或灯与启动辅助装置之间的开路电压应保持在低于能引起灯辉光电流损坏阴极的电压水平；
（２）在阴极已达到电子发射状态之后，开路电压应足以使灯快速启动，而不致使灯重复启动；
（３）如果为了使灯达到启动而必须升高开路电压，那么，应使阴极在已达到电子发射状态下由低向高提升开路电压时，仍处于发射时的温度；
（４）在阴极预热阶段，预热电流或电压不得过大或过高，以避免阴极上的发射物质因过热而受损坏。
（２）在阴极已达到电子发射状态之后，开路电压应足以使灯快速启动，而不致使灯重复启动；
（３）如果为了使灯达到启动而必须升高开路电压，那么，应使阴极在已达到电子发射状态下由低向高提升开路电压时，仍处于发射时的温度；
（４）在阴极预热阶段，预热电流或电压不得过大或过高，以避免阴极上的发射物质因过热而受损坏。
２．２、非预热启动
非预热启动是利用向灯两端施加瞬时高开路电压时，灯未被加热的阴极上产生引起电极场发射效应来使灯启动。
开路电压的范围以及镇流器的源阻抗决定了灯从辉光放电达到弧光放电所需要的时间。
灯的两端过度发黑及灯过早损坏的主要原因之一，就是在启动过程中辉光放电电流过大或持续时间太长。为了将辉光放电电流的危害性降低到最小程度，必须确保提供开路电压为最小值，而且镇流器应能使灯迅速通过此阶段，同时，不会使灯在１００ｍｓ以上的时间重复启动。
３、灯的高频参数
电子镇流器从本质上来说是电源转换电路，这是指电子镇流器将输入的电源进行频率波形、电压等方面的改变，以提供给灯符合要求的能量。而电子镇流器的输出频率一般为２０～３５ｋＨｚ，目前频率还有上升的趋势。所以ＩＥＣ６００８１双端荧光灯和ＩＥＣ６０９０１单端荧光灯性能标准制定了为一般普通荧光灯管所使用电子镇流器设计的高频参数，以及特别为电子镇流器所使用的高频灯管的高频参数。
ＩＥＣ ６０９２９：２００２《管形荧光灯用交流电子镇流器 性能要求》中启动条件测试的数据均应满足各种荧光灯管的高频参数要求。但目前高频参数还没有覆盖全部的荧光灯管，而且有些数据尚待研究调整。对预热型，电流数据较为齐全；对非预热型，只有个别光源有。在测试时，可查阅ＩＥＣ６００８１和ＩＥＣ６０９０１标准以作出正确结论。
４、标准条款的理解和测量
经过上述的分析后，对理解标准条款的内容和要求是很有帮助的。下面我们将按照顺序来分析标准条款的内容和要求。
４．１ 预热型镇流器的启动条件
（１）第７．１条对预热启动的镇流器实际上提出了在用符合规定的替代电阻Ｒｓｕｂ时，测试替代电阻Ｒｓｕｂ上所消耗的能量是否符合灯的参数表。测试时有三种情况：①提供的能量未超过极限值，则合格；②提供的能量低于最小能量，则不合格；③提供的能量大于最大能量，则必须用第二个替代电阻Ｒｓｕｂ来测试，如镇流器提供的能量仍大于最大能量，则不合格。第二个替代电阻的值尚在研究之中，初始值可由制造商提供。
（２）第７．１．１条对预热能量测试的说明（如图１所示）。
①镇流器在ｔ１时应能提供符合最小的总加热能量Ｅｍｉｎ；②ｔ１和ｔ２间隔之内的总加热能量应在最大的总加热能量Ｅｍａｘ和最小的总加热能量Ｅｍｉｎ之间；③在ｔ２之前的任一时间，最大加热能量不得超过所规定的极限值，如ｔ１和ｔ２间隔＜０．１ｓ，则不采用此要求；④最小预热时间应为０．４ｓ，另有规定的除外；⑤在预热能量小于Ｅｍｉｎ时，替代电阻上的电压应＜１０Ｖｒｍｓ。
如果灯的参数表未给出任何关于预热能量的参数，则采用阴极电流要求并进行下述试验：在用符合规定的无感电阻替代每个灯阴极的情况下测试，镇流器应能提供符合相应参数表所规定的时间／电流极限要求的最小和最大总加热电流。最小预热电流ｉｋ被定义为：
ｉｋ＝ ａ和ｉｍ由灯的参数表给出。
①确定预热时间ｔｅ；②测量在ｔ≤０．４ｓ、０．４ｓ＜ｔ＜２ｓ、ｔ≥２ｓ三个阶段的预热电流；③最小预热时间应为０．４ｓ。
试验线路见图２
（３）第７．１．２条对开路电压作出了规定：①预热期间，任何一对替代电阻之间的开路电压不得超过所规定的最大值；②预热结束后，此开路电压不小于所规定的触发电压；③开路电压的有效值和峰值，波峰系数不得超过１．８。
多灯的情况下，要依次进行测试。不作测试的位置，应装上基准灯；测试的位置应安装一对开路试验用的替代电阻。
４．２ 非预热型镇流器的启动条件
对第７．２条非预热启动：对非预热型启动的镇流器，启动电路必须提供足够的能量向灯两端施加瞬时高开路电压引起电极场发射效应，使灯能迅速地启动。所以镇流器开路电压的水平及源阻抗，决定灯从辉光放电转变为弧光放电的时间。造成灯端部分发黑而过早损坏的原因之一是在启动中产生过长过大的持续性辉光放电电流，为了尽量减少辉光放电电流的破坏性，标准中规定必须确保辉光放电转变为弧光放电的时间不得超过１００ｍｓ，在灯电流达到额定值８０％时，则辉光放电时间结束。所以非预热型镇流器必须要满足下述开路电压、镇流器阻抗、阴极电流试验条件。
（１）第７．２．１条开路电压测试：如图３所示，灯的阴极用替代电阻代替，所测开路电压应符合参数表规定的值。多灯的情况下，要依次进行测试，不作测试的位置，应装上基准灯；测试的位置应安装一对开路试验用的替代电阻。
（２）第７．２．２条镇流器阻抗试验：如图４所示，灯的阴极用替代电阻ＲＣ替代，灯管用灯用等效电阻ＲＬ替代，测试镇流器提供的电流不得小于所规定的值。因为电子镇流器内阻是一个变量，所以只能通过测试流过镇流器灯管等效电阻电流的方法来间接测试镇流器的阻抗。灯在启辉时，其内阻有一个从高向低的转换过程，当灯产生辉光放电并要向弧光放电过渡时，灯内阻急剧减少而引起镇流器输出电压下降，此时镇流器内阻变大，输出电压下降越大，流过灯管的电流越小，所以其流过灯管等效电阻的电流大小就表征了镇流器阻抗的好坏。
（３）第７．２．３条阴极电流测试：如图５所示，灯的阴极用电阻Ｒｉ来替代，Ｒｉ的计算公式如下：Ｒｉ＝１１／２．１·Ｉｒ（式中Ｉｒ是灯的额定工作电流）。
（４）非预热电子镇流器在启动过程中也可提供阴极部分预热电流，提供这一预热电流的目的主要是使灯的起辉电压降低。对非预热电子镇流器而言，ＩＥＣ６００８１和ＩＥＣ６０９０１提供的设计数据所涉及的光源非常有限，给判断带来一定的难度。
（５）第７．３条启动辅助件及间隔：凡是与符合ＩＥＣ６０９２９－２００２标准的电子镇流器，均可使用ＩＥＣ６００８１和ＩＥＣ６０９０１所规定的启动辅助件。在预热和启动期间，开路电压和启动辅助件上的电压不得超过相应灯的参数表中镇流器设计参数表所规定的极限值。
５ 测试仪器
测试启动性能的试验设备，标准中提出需用装有电压和电流探头的示波器及相应的替代无感电阻，根据电子镇流器的技术特性对示波器提出下列要求：
（１）要有一定的带宽，能覆盖所测镇流器的全部工作频率范围；
（２）要有足够的采样率，以能够显示复杂波形中的微细差别以及出现频繁程度；
（３）要有足够的存储深度，以免丢失瞬间即逝的信号；
（４）要有能量测试功能，以满足标准的要求；
（５）最好有两个以上的输入通道和记忆功能，以便于对预热能量、预热电流、启动开路电压及阴极电流等同时测试，以及更好的判别启动过程；
（６）最好有积分和Δｔ时间间隔内测试的功能，便于预热电流的正确处理；
（７）测试灯电流最好配有穿心高频电流互感器，这样能正确测试预热电流和灯电流。
（２）要有足够的采样率，以能够显示复杂波形中的微细差别以及出现频繁程度；
（３）要有足够的存储深度，以免丢失瞬间即逝的信号；
（４）要有能量测试功能，以满足标准的要求；
（５）最好有两个以上的输入通道和记忆功能，以便于对预热能量、预热电流、启动开路电压及阴极电流等同时测试，以及更好的判别启动过程；
（６）最好有积分和Δｔ时间间隔内测试的功能，便于预热电流的正确处理；
（７）测试灯电流最好配有穿心高频电流互感器，这样能正确测试预热电流和灯电流。
６、结束语
电子镇流器启动特性测试是一个相当复杂的过程，测试数据是否可靠和正确，依赖于检验工程师对各类相关标准的正确理解、示波器对波形正确无误的捕捉、检验工程师对波形正确分析及经验的积累。
参考文献
ＩＥＣ６０９２９：２００２《Ａ．Ｃ．ｓｕｐｐｌｉｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂａｌｌａｓｔｓ ｆｏｒ ｔｕｂｕｌａｒ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｌａｍｐｓ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ》
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