電子鎮(zhèn)流器用PTC熱敏電阻選用指南
節(jié)能燈用智能型PTC熱敏電阻
1.前言
目前的熒光燈絕大多數(shù)為陰極預(yù)熱式產(chǎn)品。人們?yōu)榱颂岣邿晒鉄艄艿墓庑Р⒀娱L其使用壽命，在配套電器方面作了大量深入的研究工作，包括鎮(zhèn)流器線路拓撲的選擇和陰極預(yù)熱方式的選擇等。以期電子器件與對應(yīng)的熒光燈管相匹配，達到充分發(fā)揮熒光燈管的光效和使照明環(huán)境更舒適更節(jié)能的效果。本文參照熒光燈IEC標準和我國GB標準中關(guān)于陰極預(yù)熱起動的要求，對常見的陰極預(yù)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(yù)熱啟動的最佳方案。
2.陰極預(yù)熱的目的
陰極預(yù)熱式熒光燈的電極是一個極為重要的零件。熒光燈使用時間的長短主要取決于電極的壽命。對交流電源來說，該電極既是陰極又是陽極。電極上涂有碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣為主的電子發(fā)射材料。這些材料只有當(dāng)陰極的工作溫度在900℃～1000℃時才能充分發(fā)射電子。另一方面，陰極通過預(yù)熱放出大量電子，使燈的啟動電壓降低，通常降低到陰極未預(yù)熱啟動電壓的二分之一到三分之一。電壓的降低減少了相關(guān)電子元器件所承受的電應(yīng)力，從而降低了整燈的故障率，延長了使用壽命。為此，陰極預(yù)熱納入了IEC和我國GB標準，明確規(guī)定此類熒光燈在點亮前必須經(jīng)過陰極預(yù)熱，并對各種型號規(guī)格熒光燈的預(yù)熱時間和預(yù)熱電流參數(shù)提出了要求。
圖1電子鎮(zhèn)流器簡化電路圖
3.陰極預(yù)熱啟動技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
以往，熒光燈多采用電感式工頻鎮(zhèn)流器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子鎮(zhèn)流器以其體積小、重量輕、功耗少、無頻閃、無噪音、光效高等優(yōu)點，逐步取代電感式鎮(zhèn)流器已成為必然趨勢。在電子鎮(zhèn)流器發(fā)展過程中，陰極預(yù)熱問題一直是電子鎮(zhèn)流器技術(shù)研究的重點之一。
電子鎮(zhèn)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(lián)諧振電路在C1兩端產(chǎn)生的諧振電壓。簡化電路如圖1所示。L－C1的品質(zhì)因數(shù)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(shè)計限流電感L和電容C1的參數(shù)，可使C1上的諧振電壓VR達到使燈管點亮的值。陰極不進行預(yù)熱的電路，電源一接通燈即點亮，這對陰極損傷很厲害，會使燈管根部很快變黑，使燈管壽命變短。
為解決熒光燈陰極預(yù)熱問題，人們利用了正溫度系數(shù)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(guān)溫度（阻值增大到最小值兩倍時的溫度）。PTCR的體溫高于TB點后，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(shè)計的預(yù)熱啟動電路如圖3所示。當(dāng)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，由于熱敏電阻PTCR對諧振回路構(gòu)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(yù)熱，經(jīng)過t1（GB規(guī)定大于0.4秒）的時間后，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(dāng)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?xí)r（t2），燈管呈現(xiàn)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(yù)熱啟動過程結(jié)束，燈管轉(zhuǎn)入正常工作。
圖2PTCR溫阻曲線圖
圖3PTCR預(yù)熱啟動電路
圖4PTCR預(yù)熱啟動過程圖
圖5PTCR的電壓效應(yīng)
問題在于燈管正常工作后，熱敏電阻PTCR始終處于熱動平衡狀態(tài)，這是因為熱敏電阻不能完全阻斷對燈陰極的分流，熱敏電阻體溫的高低影響著通過電流的大小。通過電流的大小又影響到熱敏電阻體溫的變化。具體地講，當(dāng)PTCR呈現(xiàn)高阻狀態(tài)時，電流減小，PTCR體溫隨之降低，阻值便減小，又導(dǎo)致流過PTCR的電流增大，如此循環(huán)使熱敏電阻始終處于變化狀態(tài)之中。這種狀態(tài)有如下危害：
�、臥TCR在預(yù)熱啟動電路中始終有功耗，一般為總功率的4％。使電子鎮(zhèn)流器或電子節(jié)能燈的流明系數(shù)降低。經(jīng)測試，40W熒光燈電子鎮(zhèn)流器PTCR的功耗大于1.6W，18W電子節(jié)能燈PTCR的功耗在0.8W左右。按每瓦功率發(fā)出光通量50流明計，40W和18W的電子鎮(zhèn)流器因此而分別損失70和40流明。
�、芇TCR的功耗產(chǎn)生的熱量使緊湊型熒光燈和電子鎮(zhèn)流器殼內(nèi)的溫度升高，會造成其它電子元件特別是晶體管和電解電容器損壞，使故障率上升。
⑶熒光燈點亮后，燈絲回路因PTCR的存在，始終有電流通過燈絲，由此而形成發(fā)射電流，縮短了陰極的使用壽命。
