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节能灯用智能型PTC热敏电阻 1.前言 　　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，认为采用智能热敏电阻是荧光灯阴极预热启动的最佳方案。 2.阴极预热的目的 　　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。 　 图1电子镇流器简化电路图 　 3.阴极预热启动技术的发展状况 　　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L－C1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。L－C1的品质因数Q=1/ωC1R=ωL/R，式中R为L－C1回路的损耗电阻，ω为L－C1回路的工作角频率。在L－C1回路对高频振荡电路的输出电压V1谐振时，限流电感L或C1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t1（GB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。 　 图2PTCR温阻曲线图 　 图3PTCR预热启动电路 　 图4PTCR预热启动过程图 图5PTCR的电压效应 　　问题在于灯管正常工作后，热敏电阻PTCR始终处于热动平衡状态，这是因为热敏电阻不能完全阻断对灯阴极的分流，热敏电阻体温的高低影响着通过电流的大小。通过电流的大小又影响到热敏电阻体温的变化。具体地讲，当PTCR呈现高阻状态时，电流减小，PTCR体温随之降低，阻值便减小，又导致流过PTCR的电流增大，如此循环使热敏电阻始终处于变化状态之中。这种状态有如下危害： 　　PTCR在预热启动电路中始终有功耗，一般为总功率的4％。使电子镇流器或电子节能灯的流明系数降低。经测试，40W荧光灯电子镇流器PTCR的功耗大于1.6W，18W电子节能灯PTCR的功耗在0.8W左右。按每瓦功率发出光通量50流明计，40W和18W的电子镇流器因此而分别损失70和40流明。 　　PTCR的功耗产生的热量使紧凑型荧光灯和电子镇流器壳内的温度升高，会造成其它电子元件特别是晶体管和电解电容器损坏，使故障率上升。 ????荧光灯点亮后，灯丝回路因PTCR的存在，始终有电流通过灯丝，由此而形成发射电流，缩短了阴极的使用寿命。 　　预热电路中的PTCR在灯管点亮后，仍处于80以上的高温环境下，易造成PTCR晶界电阻性能的蜕化，使温阻系数改变，预热时间变长。蜕化严重时启动瞬间产生的冲击电流会烧坏功率管。如果阴极长时间处在预热启动状态，最终将会损坏灯管和电子镇流器。 　　 ??