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文檔簡介

1、CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇前 言前 言自人類文明誕生以來,截止目前只有一件事情是全球所有各國合辦的這就是節(jié)能減排,為減少等溫室氣體排放,應(yīng)對全球氣候變暖問題,各國都在積極推廣節(jié)能新技術(shù),以期降低能源消耗減少的排放。提起能源消耗,很多人可能認(rèn)為我們?nèi)找嬖龆嗟碾娮酉牧撕芏嗄茉矗鋵嵲谌蚰茉聪慕Y(jié)構(gòu)比例中,消費電子所占的比例僅為 0.6% !真正消耗能源的三個大戶是冷卻、企業(yè)設(shè)備能源需要和照明,其中照明消耗了全球 22% 的能源!消費性電子再怎么節(jié)省能源,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及照明所需的能源使用量。所以如何在照明應(yīng)用中節(jié)省的能源,也成為近年來各照明相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廠商

2、和各國努力的方向。在我們目前的照明中,白熾燈還占有相當(dāng)大的比例,這個發(fā)明于 130 年前的效率很低,相當(dāng)比例能源被轉(zhuǎn)換成了熱能。2006 年下半年, 國際能源署的一份關(guān)于全球照明用能情況的,引起廣泛關(guān)注。報告指出,目前世界各國使用低效照明光源和器具的情況還相當(dāng)普遍,照明節(jié)電潛力巨大;照明光源中發(fā)光效率最低的白熾燈用量最大,但提供的照明服務(wù)量最少;2005年,白熾燈共消耗終端電力 9700 億度,占全球終端電力消費的 7%,照明用電的 37%,折合二氧化碳排放約 5.6 億噸;若不采取淘汰措施,到 2030 年,全球照明用能的需求可望在 2005 年的基礎(chǔ)上增長 60%,如果從 2008 年開始

3、,在世界范圍內(nèi)逐步淘汰低效白熾燈和低效照明器具,到 2030 年全球可節(jié)約 38% 的照明用電,累計減少 166 億噸的排放。該報告發(fā)布后,立即引起了許多對照明節(jié)電的,尤其是那些要履行議定書減排承諾的發(fā)達(dá),正迫于尋找成本有效、技術(shù)可行、易于接受的減排措施,更是給予高度重視。自 2007 年初開始,一些陸續(xù)宣布將在本國實施逐步淘汰低效白熾燈計劃的消息。澳大利亞是世界上第一個計劃全面使用傳統(tǒng)白熾燈的,它計劃 2009 年停止生白熾燈產(chǎn),最晚在 2010 年逐步使用傳統(tǒng)的白熾燈。是繼澳洲后第二個宣布將禁用白熾燈的,加拿大自然部部長加里 . 倫恩 2007 年 4 月 25 日宣布2012 年前禁用白

4、熾燈,并定于 2012年開始銷售白熾燈。美國則宣布大多數(shù)白熾燈泡將于 2014 年在美國市場上銷售。美國能源和安全法案規(guī)定:從 2012 年 1 月到 2014 年 1 月間,美國要逐步淘汰 40W、60W、75W 及 100W白熾燈泡,以節(jié)能燈泡取代替換。中國發(fā)改委預(yù)計 10 年內(nèi)禁用(禁售)白熾燈,2010 年 7 月 24 日,全球環(huán)境基金(GEF)贈款支持的“中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈項目”簽字儀式在北京舉行,標(biāo)志著該項目正式生效啟動。作為全球燈具的重要制造基地,中國的這個項目對全球節(jié)能有深遠(yuǎn)的影響。CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇前 言

5、其他和地區(qū)如、古巴、歐盟等國也宣布了淘汰白熾燈的時間表,白熾燈可能最快 5 年內(nèi)就要淡出歷史舞臺。不過,隨著白熾燈的淡出,另一個問題產(chǎn)生了誰能取代白熾燈的照明地位?很多人認(rèn)為是 LED 照明,不過由于成本、使用等,LED 照明其實短時間內(nèi)還難以普及,這給終端用戶造成了困惑,所以,在歐洲,出現(xiàn)了搶購白熾燈的現(xiàn)象,這個是用戶不清楚未來哪個技術(shù)可以真正替代白熾燈,業(yè)內(nèi)認(rèn)為取代白熾燈的可能先是節(jié)能燈,然后才是 LED 燈具。所以各國在推出淘汰白熾燈時間表后,都明確了推廣節(jié)能燈的計劃,有的還進(jìn)行了大范圍的補貼。例如,為克服節(jié)能燈推廣的市場,中國出臺了通過財政補貼方式推廣節(jié)能燈的辦法,對居民用戶、大宗用戶

6、分別給予 50% 和 30% 的補貼。去年,在范圍內(nèi)推廣節(jié)能燈6200 萬只,今年的推廣任務(wù)是 1.2 億只,目前這項工作正在各地組織實施。而美國宣布的減少能源消耗十大舉措第一條便是使用緊湊型熒光燈(CFL),據(jù)測算緊湊型熒光燈通??梢怨?jié)省 75% 的照明費用,而且比普通白熾燈泡的使用至少長 7 倍。很多緊湊型熒光燈甚至可以發(fā)出柔和的白光,達(dá)到與白熾燈相似的照明效果。很多電力公司向用戶提供電費折扣,從而將可以產(chǎn)生 100W 白熾燈照度的 24W 緊湊型熒光燈的使用成本降到每只 1或 2。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署(簡稱“環(huán)保署”)的統(tǒng)計數(shù)字,如果每個美庭用一支緊湊型熒光燈換掉一只普通白熾燈,全美國的消

7、費者一年可節(jié)省 6000 萬電費。這樣節(jié)省下來的能源,足以照亮 700 萬個家庭;減少的電廠溫室氣體排放,相當(dāng)于路面上減少了 100 萬輛行駛的汽車。在節(jié)能燈推廣 3 到 5 年后,隨著 LED 照明能效的提升和成本的下降,未來 LED 照明很自然地走入我們的生活中。目前,中國很多照明燈具企業(yè)已經(jīng)開始響應(yīng)這個節(jié)能主張,例如,國內(nèi)最大節(jié)能照明制造商雷士照明近日在行業(yè)內(nèi)率先宣布淘汰白熾燈,倡導(dǎo)使用節(jié)能照明,自 2010 年 7 月 5 日起不再接受白熾燈的訂單。有關(guān)業(yè)內(nèi)認(rèn)為,雷士此舉將起到作用,將會有的照明企業(yè)停止白熾燈的生產(chǎn)和銷售。傳統(tǒng)照明企業(yè)在轉(zhuǎn)向節(jié)能燈或者 LED 燈具生產(chǎn)后會一個嚴(yán)峻的:就

8、是從原來的強電領(lǐng)域轉(zhuǎn)到弱電領(lǐng)域,要應(yīng)對微電子電路設(shè)計上的難題了,這對照明企業(yè)工程師來說是個新興領(lǐng)域,因為以前的電源設(shè)計考慮那么多的電路變換、能效和可靠性問題,例如在 LED 電路中僅僅是一個小小的變壓器的設(shè)計,初級次級要繞多少圈都需要仔細(xì)考量,否則會嚴(yán)重影響 LED 燈具的使用。為幫助本土工程師解決在 CFL 燈具和 LED 照明上的設(shè)計難題,我們推出了CFL/LED 照明驅(qū)動IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略,這個和我們之前推出的FPGA 開發(fā)全攻略以及32 位 MCU開發(fā)全攻略內(nèi)容結(jié)構(gòu)類似,都是從最簡單的概念和原理入手結(jié)合設(shè)計實例,幫助工程師解決 CFL/LED 照明設(shè)計上的難題,我們的目標(biāo)是讓燈具工程

9、師比照此書就可以設(shè)計出客戶所需的燈具來。本書分為上篇和下篇兩部分,上篇介紹 CFL 照明設(shè)計中基本概念和電路設(shè)計技巧,下篇介紹CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇前 言LED 照明中的基本概念和電路設(shè)計技巧,我們工程師朋友和各個此書并進(jìn)行推廣,但是不得以本書進(jìn)行商業(yè)活動。在本書的開發(fā)過程中,恩智浦半導(dǎo)體相關(guān)對本書的內(nèi)容編寫給予了大力支持,南京理工大學(xué)自動化學(xué)院電氣工程系李強教授參與編寫了部分章節(jié),并翻譯了大量應(yīng)用實例,在此表示衷心地感謝!科技在不斷進(jìn)步,工程師對知識的渴求是無止境的,而我們電子創(chuàng)新網(wǎng)也將工程師的需求不斷推出精品,本對 CFL/LED 照明驅(qū)動

10、 IC 應(yīng)用設(shè)計進(jìn)行了粗淺地探討,難免存在疏漏之處,我們愿意收集來自工程師朋友的改進(jìn)建議以便提供更好的內(nèi)容,任何有關(guān)該書的建議意見請發(fā)信到 richard,大家的支持!CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略主編張國斌電子創(chuàng)新網(wǎng) CEO2010 年 8 月CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇目 錄目錄上篇前 言 2第 1 章CFL 照明市場概述 7第 2 章CFL 照明基礎(chǔ)知識 92.1氣體放電光源 92.2熒光燈 10第 3 章電子鎮(zhèn)流器與 CFL 工作電路 173.1電子鎮(zhèn)流器 173.2CFL驅(qū)動介紹 203.3電子節(jié)能燈和電子鎮(zhèn)流器電磁兼容問題

11、 213.4電子節(jié)能燈的UL 安全認(rèn)證 25第 4 章CFL 照明驅(qū)動電路設(shè)計 304.14.24.34.44.54.6熒光燈的結(jié)構(gòu)及其工作原理 30氣體放電原理 30 CFL 驅(qū)動電路種類與優(yōu)缺點 32 CFL 驅(qū)動IC 設(shè)計技巧 36 電子鎮(zhèn)流器的常用調(diào)光方法及其原理 45CFL 調(diào)光電路設(shè)計案例 49第 5 章CFL 照明應(yīng)用設(shè)計實例 595.1UBA2028 18W 230V 市電可調(diào)光 CFL 參考板用戶手冊 595.2 UBA2028120V 可調(diào)光充電泵演示模板使用手冊 655.3UBA2024P 用于驅(qū)動 CFL 的集成半橋功率IC 應(yīng)用手冊 70第 6 章 CFL 應(yīng)用設(shè)計

12、50 問 84下篇LED 市場概述 94第 7 章LED 基礎(chǔ)知識 965第 8 章CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇目 錄8.18.28.38.4LED 的發(fā)展歷程 96 LED 光源 97 LED 背景知識:光與色 101LED 發(fā)光原理 108第 9 章LED 照明電路設(shè)計基本原理 1149.19.29.39.4LED 的驅(qū)動種類與優(yōu)缺點 114 LED 恒流驅(qū)動的設(shè)計技巧 120 LED 燈具的低電壓大電流驅(qū)動設(shè)計技巧 121LED 調(diào)光設(shè)計、溫度保護(hù)設(shè)計 1239.5 智能系統(tǒng)在 LED 中的應(yīng)用 133第 10 章LED 照明設(shè)計實例 1361

13、0.110.2SSL2102 19/22 W 電源調(diào)光LED 驅(qū)動用戶手冊136SSL2101 可調(diào)光電源 LED 驅(qū)動器應(yīng)用手冊 150第 11 章LED 照明設(shè)計 50 問 179第 12 章CFL/LED 照明設(shè)計開發(fā)大全 190第 13 章編委信息與后記 191第 14 章 192附錄一LED 重要照明術(shù)語釋義 193附錄二半導(dǎo)體照明術(shù)語縮略語 198參考文獻(xiàn) 1996擺脫目前分離器方案,轉(zhuǎn)向成恩智浦集成解決方案,來創(chuàng)造高品質(zhì)、可調(diào)光、超節(jié)能的緊湊型熒光燈(CFL)。我們的解決方案,不僅可以顯著縮短燈泡啟動時間,支持高效能深度調(diào)光,而且還可以延長燈泡使用。隨著白熾燈逐漸淡出歷史舞臺,恩

14、智浦以完整、成熟、可靠的照明解決方案(CFL、LED、HID、TL),助您牢牢把握這次照明而得益。立即行動,來了解成智浦照明驅(qū)動和的機遇,從的全部優(yōu)點,請體驗高性能模擬件CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明市場概述上篇第 1 章 CFL 照明市場概述從愛迪生發(fā)明第一只白熾燈到現(xiàn)在的 130 多年中,白熾燈對于人類文明進(jìn)步所起的作用不可忽視,我相信有許許多多的靈感都是在白熾燈下迸發(fā)的,有許許多多影響人類的也是在白熾燈下完成的。然而,由于白熾燈在使用時僅有 5% 的電能用于照明,其余 95% 全部由熱量消耗,使用白熾燈已被認(rèn)為不環(huán)保,尤其是在全球變暖

15、的今天。在前言中,我們已經(jīng)了解到各國都已經(jīng)擬定了淘汰白熾燈的時間表,淘汰白熾燈后,很多將首先大力推廣緊湊型節(jié)能燈(CFL),因此,CFL 市場有望迅速成長。CFL 作為目前推廣的主要綠色照明光源,其發(fā)展過程將為未來 LED 照明應(yīng)用推廣提供非常有用的借鑒,為未來過渡到 LED 照明提供應(yīng)用基礎(chǔ)。緊湊型熒光燈(簡稱 CFL 是 Compact Fluorescent Lamp 的縮寫),它是 1980 年左右由飛利浦照明發(fā)明的(SL 和 PL),由此我們也進(jìn)入了節(jié)能照明的,CFL 具有光效高(是普通燈泡的 5 倍),節(jié)能效果明顯,長(是普通燈泡的 8 倍),體積小,使用方便等優(yōu)點,受到各國和的重

16、視和歡迎,中國于 1982 年首先在復(fù)旦大學(xué)電光源研制 SL 型緊湊型熒光燈,二十年來,產(chǎn)量迅速增長,質(zhì)量穩(wěn)步提高,目前中國已經(jīng)把它作為級重點發(fā)展的節(jié)能(綠色照明)推廣和使用。圖 1-1 各類緊湊型節(jié)能燈中國還推出對優(yōu)質(zhì)的緊湊型熒光燈銷售給予補貼的政策。9W-15W 的節(jié)能燈已完全可適宜家庭照明所用,18W 以上緊湊型熒光燈可以直接取代 100W 以上的白熾燈,現(xiàn)還有 85W 和 150W 大功率緊湊型熒光燈的出現(xiàn),可部分取代 HID 光源的使用。這類燈所配用電子鎮(zhèn)流器已從分離元件,發(fā)展到使用貼片,甚至集成電路,功率因素達(dá)到 0.98,總諧波失真含量 (THD) 小于 10%,燈的提高到 10

17、000小時,也有可調(diào)光型。8CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明市場概述表 1-1 典型緊湊型熒光燈主要技術(shù)參數(shù)據(jù)統(tǒng)計,全世界 2008 年緊湊型熒光燈的總產(chǎn)量已超過 40 億支,其中 85% 產(chǎn)于中國。目前,中國還是全球最大的白熾燈生產(chǎn)國,全球 1/3 的白熾燈在中國制造,總量為 34 億只,隨著白熾燈被淘汰很多白熾燈產(chǎn)能會轉(zhuǎn)移到節(jié)能燈上來,可能將節(jié)能燈市場的規(guī)模進(jìn)一步推大,所以節(jié)能未來市場前景非常光明!根據(jù)研究機構(gòu)估算,每只 CFL 約可替代 5 只白熾燈,在這樣的替代趨勢下,白熾燈在照明市場的使用數(shù)量將逐年銳減,估計到了 2015 年,照明

18、市場將減少約 10 億顆白熾燈的使用量,在 LED 燈真正大量普及之前,節(jié)能的需求也將提供 CFL 更大的活躍空間。不過,CFL 也并非十全十美,例如 CFL 啟動需要預(yù)熱時間才能達(dá)到最高亮度,還有就是 CFL 的實際并沒有宣傳中的那么長,節(jié)能燈的照明范圍也沒有白熾燈大,此外就是成本因素,一只節(jié)能燈要比一只白熾燈貴好幾倍等等,但是這些缺點會逐漸克服,可以預(yù)期的是隨著節(jié)能燈逐漸成為替代白熾燈的主力燈具,半導(dǎo)體廠商會加強技術(shù)研發(fā)解決彌補上述節(jié)能燈的不足。恩智浦大中華區(qū)照明市場經(jīng)理陳嶸就表示消費者反應(yīng)最節(jié)能燈問題主要是由于很多節(jié)能燈驅(qū)動電路采用分立電路,廠商選取的器件良莠不齊,導(dǎo)致 CFL 節(jié)能燈的

19、品質(zhì)不統(tǒng)一。對此,恩智浦推出了超級節(jié)能燈的概念,就是用集成了與驅(qū)動電路的 IC 取代傳統(tǒng)的分立電路。他指出這樣做的好處是可以顯著縮短燈具的啟動時間、支持高能效深度調(diào)光延長燈具并提高的性價比。目前一個 5W LED 燈泡的售價是大約 RMB400 元左右,在不到兩年的時間要將其價格降低到和目前節(jié)能燈相當(dāng)?shù)氖畮自y度還是比較大,所以,在這個期間,超級節(jié)能燈還是有生存空間的。在本篇中,我們會對緊湊型節(jié)能燈的原理、電路設(shè)計進(jìn)行探討,并詳細(xì)的設(shè)計案例,幫助工程師解決設(shè)計上的難題。9功率 (W)電源電壓 (V)光通量 (lm)顯色指數(shù) (Ra)平均(h)色溫 (K)5110 / 2203508080002

20、700 640011110 / 2207508080002700 640023110 / 22015608080002700 64003622024508080002700 64006522045008080002700 64008522065008080002700 640010022070008080002700 640012522080008080002700 6400CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明基礎(chǔ)知識第 2 章 CFL 照明基礎(chǔ)知識電子節(jié)能燈,又稱為省電燈泡、電子燈泡、緊湊型熒光燈及一體式熒光燈,是指將熒光燈與鎮(zhèn)流器(安定器)組

21、一個整體的照明設(shè)備。節(jié)能燈的與白熾燈相近,與燈座的接口也和白熾燈相同,所以可以直接替換白熾燈。節(jié)能燈的正式名稱是稀土三基色緊湊型熒光燈,20 世紀(jì) 70 年代誕生于荷蘭的飛利浦公司。這種光源在達(dá)到同樣光能輸出的前提下,只需耗費普通白熾燈用電量的 1/5 至 1/4,從而可以節(jié)約大量的照明電能和費用,因此被稱為節(jié)能燈。節(jié)能燈是利用氣體放電的原理,它的術(shù)名叫自鎮(zhèn)流熒光燈,除了白色 ( 冷光 ) 的外,現(xiàn)在還有黃色(暖光)的?,F(xiàn)如今我們所講的節(jié)能主要都是白熾燈來講,普通的白熾燈光效大約在每瓦10 流明左右,大約在 1000 小時左右,在同一瓦數(shù)之下,一盞節(jié)能燈比白熾燈節(jié)能 80%,平均延長 8 倍,

22、熱輻射僅 20%。非嚴(yán)格的情況下,一盞 5 瓦的節(jié)能燈光照可視為等于 25 瓦的白熾燈,7 瓦的節(jié)能燈光照約等于 40 瓦的,9 瓦的約等于 60 瓦的。節(jié)能燈的工作原理主要是通過鎮(zhèn)流器給燈管燈絲加熱,大約在1160K 溫度時,燈絲就開始發(fā)射電子(因為在燈絲上涂了一些電子粉),電子碰撞氬原子產(chǎn)生非彈性碰撞,氬原子碰撞后獲得了能量又撞擊原子,原子在吸收能量后躍遷產(chǎn)生電離,發(fā)出 253.7nm 的紫外線,紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光,由于熒光燈工作時燈絲的溫度在 1160K 左右,比白熾燈工作的溫度 2200K-2700K 低很多,所以它的也大提高,達(dá)到5000 小時以上,由于它不存在白熾燈那樣的電流熱效

23、應(yīng),熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率也很高,達(dá)到每瓦 50 流明以上。2.1 氣體放電光源電光源按發(fā)光原理分為熱幅射光源、氣體放電光源和電致發(fā)光光源三大類。熱幅射光源是利用物體加熱時輻射發(fā)光的原理所作成的光源,如白炙燈,鹵鎢燈等。電致發(fā)光光源是在電場作用下使固體物質(zhì)發(fā)光的光源。它將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?,包括場致發(fā)光光源和發(fā)光二極管兩種。氣體放電光源是利用氣體放電的原理所作成的的光源,如熒光燈,高壓 燈,高壓鈉燈,金屬鹵化物燈等。因節(jié)能燈是熒光燈的一種,屬于氣體放電光源,以下部分介紹氣體放電光源的基礎(chǔ)知識。氣體放電光源的工作原理是氣體放電輻射,如激發(fā)態(tài)原子發(fā)出的線輻射,激發(fā)態(tài)帶輻射,或高強度放電燈 (HID)

24、 中電子離子復(fù)合產(chǎn)生的連續(xù)輻射。照明氣體放電光源按工作氣壓可分為兩類:1. 低氣壓放電燈,工作氣壓為 0.1-3000Pa,如低氣壓燈(包括熒光燈和無極熒光燈)、低壓鈉燈、霓紅燈等;10CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明基礎(chǔ)知識2. 高強度放電燈,工作氣壓為 104-2×107Pa(即 0.1-200atm),包壓 燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、高壓氙燈、微波硫燈等。一般氣體放電燈都由泡殼、電極和放電氣體,基本結(jié)構(gòu)大同小異。泡殼與電極之間是真空氣密封接,泡殼內(nèi)充有放電氣體。氣體放電燈不能單獨接到電路中去,必須與觸發(fā)器、鎮(zhèn)流器等輔助電器一

25、起接入電路才能啟動和穩(wěn)定工作。放電燈的啟動通常要施加比電源電壓更高的電壓,有時高達(dá)幾千伏或幾萬伏以上。鎮(zhèn)流器可以是電阻、電感或電容。通常在直流電源時用電阻鎮(zhèn)流、低頻交流電源時用電感鎮(zhèn)流,高頻時用電容鎮(zhèn)流。氣體放電燈放電發(fā)光的基本過程分 3 個階段:1. 放電燈接入工作電路后產(chǎn)生穩(wěn)定的自持放電,由陰極發(fā)射的電子被外電場,電能轉(zhuǎn)化為自由電子的動能;2. 快速運動的電子與氣體原子碰撞 , 氣體原子被激發(fā) , 自由電子的動能又轉(zhuǎn)化為氣體原子的內(nèi)能;3. 受激氣體原子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài),將獲得的內(nèi)能以光輻射的形式出來。上述過程重復(fù)進(jìn)行,燈就持續(xù)發(fā)光。放電燈的光輻射與電流密度的大小、氣體的種類及氣壓的高低有

26、關(guān)。一定種類的氣體原子只能輻射某些特定波長的光譜線。低氣壓時,放電燈的輻射光譜主要就是該原子的特征譜線。氣壓升高時,放電燈的輻射光譜展寬,向長波方向發(fā)展。當(dāng)氣壓很高時,放電燈的輻射光譜中才有強的連續(xù)光譜成分。如果將燈如圖 2-1 所示接到電路和中去,燈就會放電發(fā)光。圖 2-1 氣體放電燈工作電路2.2 熒光燈自從 1937 年熒光燈發(fā)明以來,由于其光效高、長、顏色多樣等優(yōu)點,迅速在照明領(lǐng)域普及。熒光燈歷經(jīng)熒光粉和電子鎮(zhèn)流器的,目前已成為最重要的室內(nèi)照明光源。尤其是 20 世紀(jì) 70 年代末發(fā)明的緊湊型熒光燈,歷經(jīng) 30 多年的技術(shù)進(jìn)步,正在逐步替代白熾燈。2.2.1 熒光燈工作原理11圖 2-

27、1 氣體放電燈的結(jié)構(gòu)示意圖CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明基礎(chǔ)知識熒光燈的工作原理如圖 2-2 所示。熒光燈通常為長管狀,兩端各封有一個電極、燈內(nèi)包含有低氣壓的蒸氣和少量的稀有氣體,燈管的內(nèi)表面涂有熒光粉層。熒光燈內(nèi)裝有兩個燈絲,燈絲上涂有電子發(fā)射材料三元碳酸鹽(碳酸鋇、碳酸熒光燈鍶和碳酸鈣),俗稱電子粉。在交流電壓作用下,燈絲交替地作為陰極和陽極。燈管內(nèi)壁涂有熒光粉。管內(nèi)充有 400Pa-500Pa的氬氣和少量的 。通電后,液態(tài)蒸發(fā)成為 0.8Pa 的蒸氣。在電場作用下,原子不斷從原始狀態(tài)被激發(fā)成激發(fā)態(tài),繼而自發(fā)躍遷到基態(tài),并輻射出波長25

28、3.7nm 和 185nm 的紫外線 ( 主峰值波長是 253.7nm, 約占全部輻射能的 70-80%; 次峰值波長是185nm,約占全部輻射能的 10%),以多余的能量。熒光粉吸收紫外線的輻射能后發(fā)出可見光。熒光粉不同,發(fā)出的光線也不同,這就是熒光燈可做成白色和各種彩色的緣由。由于熒光燈所消耗的電能大部分用于產(chǎn)生紫外線,因此,熒光燈的發(fā)光效率遠(yuǎn)比白熾燈和鹵鎢燈高,是目前最節(jié)能的電光源。圖 2-2 熒光燈的工作原理2.2.2 熒光燈結(jié)構(gòu)管狀熒光燈的主要部件有泡殼、熒光粉涂層、電極、填充氣體和燈頭等。1. 泡殼普通熒光燈的泡殼由鈉鈣制成,燈管的直徑為 11-38mm,長為 150-2400mm

29、,相應(yīng)的燈功率為4-125W。最通用的標(biāo)準(zhǔn)化的燈管直徑 5/8in(T5、16mm)、1 in(T8、26mm) 和 1.5 in(T12、38mm)。最常見的燈管長度為 2ft(600mm)、4ft(1200mm) 和 5ft(1500mm)。常見的熒光燈是直管燈狀的,根據(jù)需要,燈管也可以彎成環(huán)形或其他形狀。2. 電極電極是氣體放電燈的心臟部件,它是決定燈的主要因素。熒光燈的電極通常由鎢絲繞成雙螺旋或三螺旋制成,在螺旋上涂以電子發(fā)射材料(一般為三元堿土氧化物)。熒光燈電極產(chǎn)生熱電子發(fā)射,用以維持放電,將外部的電能輸入到燈中。12CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶

30、典上 篇CFL 照明基礎(chǔ)知識大部分熒光燈在啟動之前電極都要經(jīng)過電流預(yù)熱。在開關(guān)啟動電路中,電極的預(yù)熱是由單獨的輝光啟動器或電子啟動器來完成的。也有些熒光燈電極是由外電路持續(xù)加熱的,快速啟動的熒光燈就是如此。還有熒光燈完全不預(yù)熱,它們是冷啟動或瞬時啟動熒光燈。在后兩種類型的熒光燈工作電路中沒有單獨的啟動器,但常常應(yīng)用輔助電極或?qū)щ妿韼椭鷨印?. 填充物質(zhì)熒光燈中充入 ,在燈正常工作時,燈內(nèi)既有 蒸氣,也有液態(tài) 。也就是說熒光燈工作在飽和蒸氣狀態(tài)。燈內(nèi) 氣壓由燈的冷端溫度決定。不同管徑的熒光燈的最佳 蒸氣壓不同,因而要求的最佳冷端溫度也不同。對于管徑為 38mm 的熒光燈,最佳冷端溫度為 40

31、0C。而對管徑為 26mm 和 16mm 的燈,這一溫度分別為 420C 和 450C。為了幫助燈啟動,維持燈正常工作,燈中還必須充入適量的稀有氣體。最常用的稀有氣體為氬和氪。稀有氣體的氣壓約為 2500Pa( 約 0.025atm),比 蒸氣的壓強 ( 給 0.8Pa) 要高得多。因此,稀有氣體還有調(diào)整熒光燈電參數(shù)的作用。4. 熒光粉涂層熒光粉對熒光燈的質(zhì)量起關(guān)鍵作用。20 世紀(jì) 50 年代以后的熒光燈大都采用鹵磷酸鈣,俗稱鹵粉。鹵粉價格便宜,但發(fā)光效率不夠高,熱穩(wěn)定性差,光衰較大,光通維持率低,因此,它不適用于細(xì)管徑緊湊型熒光燈中。1974 年,荷蘭飛利蒲首先研制了將能夠發(fā)出人眼敏感的紅、

32、綠、藍(lán)三色光的熒光粉氧化釔(發(fā)紅光,峰值波長為 611nm)、多鋁酸鎂(發(fā)綠光,峰值波長為 541nm)和多鋁酸鎂鋇(發(fā)藍(lán)光,峰值波長為 450nm)按一定比例混三基色熒光粉(完整名稱是稀土元素三基色熒光粉),它的發(fā)光效率高(平均光效在 80lm/W 以上,約為白熾燈的 5 倍),色溫為 2500K-6500K,顯色指數(shù)在 85 左右,用它作熒光燈的原料可大大節(jié)省能源,這就是高效節(jié)能熒光燈的來由。可以說,稀土元素三基色熒光粉的開發(fā)與應(yīng)用是熒光燈發(fā)展史上的一個重要里程碑。5. 燈頭管狀熒光燈兩端各有一個燈頭。對燈絲需要加熱的熒光燈,每一端的燈頭都有兩個觸點。冷啟動的熒光燈采用單觸點的燈頭。而環(huán)形

33、熒光燈只有一個燈頭,燈頭上有 4 個觸點。熒光燈燈頭上的觸點多為針狀插角結(jié)構(gòu)。單端熒光燈常采用特別設(shè)計的燈頭。帶鎮(zhèn)流器的單端熒光燈用標(biāo)準(zhǔn)的E26 或E27 螺口式燈頭,或 B22 插口式燈頭,以便能直接替代普通照明用的白熾燈。2.2.3 熒光燈類型13CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明基礎(chǔ)知識1. 管型熒光燈直管型熒光燈按其啟動方式有預(yù)熱啟動式、快速啟動式和瞬時啟動式之分。至今為止,預(yù)熱啟動式熒光燈用量最大,這種燈需要采用電極預(yù)熱電路,電路中有一個輝光啟動器或電子啟動器。根據(jù)燈管的直徑,預(yù)熱式熒光燈有T12、T8 和 T5 等幾種,還有一些特殊

34、的熒光燈,如環(huán)形、U 型熒光燈和反射型熒光燈等??焖賳訜晒鉄粲迷跊]有單獨啟動器的電路中。為了保證能可靠啟動,采用硅外涂層或外部導(dǎo)電帶。導(dǎo)電帶通過 1M 的電阻連接到一個電極上,這樣可以防止觸電。瞬時啟動的熒光燈,電極設(shè)計得特別結(jié)實。這種燈常采用一些輔助的來幫助啟動,最常用的是輔助電極,由于幾乎是開關(guān)一合上就立即啟動,因此才賦予“瞬時啟動”的名字。2. 緊湊型熒光燈 (CFL)為了替代耗電嚴(yán)重的白熾燈,飛利浦公司開發(fā)出緊湊型熒光燈。緊湊型熒光燈不僅光色好、光效高、能耗低,而且長。普通照明白熾燈的只有 1000h,而緊湊型熒光燈的典型為 8000-10000h。飛利浦公司主要生產(chǎn)兩類緊湊型熒光燈

35、,即 SL 型和 PL 型。前者的放電管被彎曲兩次,然后裝在外泡殼中。外泡殼有圓柱形的,也有球形的。外泡殼可以是透明的,也可以是乳白的。燈采用 E26/E27 螺口式的或 B22 卡口式的燈頭。電感鎮(zhèn)流器和輝光啟動器或電子鎮(zhèn)流器裝在泡殼中,做成的緊湊型熒光燈。燈的功率為 9W、13W、18W 和 25W。后者最簡單的 PL 燈是由兩根平行的放電管在端部用橋連接而成的。在一般的 PL 燈中,沒有鎮(zhèn)流器,只有輝光啟動器裝在燈頭內(nèi)。但在由 4 根相互連接的平行管子的 PLC*E 中,電子鎮(zhèn)流器被裝在E27 或 E17 螺口式或 B22 卡口式燈頭內(nèi)。歐司朗、松下、通用電氣等公司及我國很多廠家也生產(chǎn)緊湊型熒光燈。各種緊湊型熒光燈形狀不盡相同,有 U 形、II 型、螺旋形等等,但其結(jié)構(gòu)原理和性能都大同小異。目前,緊湊形熒光燈的外型非常豐富,可以適合各類照明需求。14圖 2-3 各種類型的緊湊型熒光燈CFL/LED 照明驅(qū)動 IC 應(yīng)用設(shè)計全攻略 - 工程師創(chuàng)新寶典上 篇CFL 照明基礎(chǔ)知識2.2.4 熒光燈特性1. 能量平衡幾種有代表性的

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