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(zhǎng)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?fù)涞倪x擇和陰極預(yù)熱方式的選擇等。以期電子器件與對(duì)應(yīng)的熒光燈管相匹配，達(dá)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(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)GB標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于陰極預(yù)熱起動(dòng)的要求，對(duì)常見(jiàn)的陰極預(yù)熱方式進(jìn)行了分析，認(rèn)為采用智能熱敏電阻是熒光燈陰極預(yù)熱啟動(dòng)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(gè)極為重要的零件。熒光燈使用時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于電極的壽命。對(duì)交流電源來(lái)說(shuō)，該電極既是陰極又是陽(yáng)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(shí)才能充分發(fā)射電子。另一方面，陰極通過(guò)預(yù)熱放出大量電子，使燈的啟動(dòng)電壓降低，通常降低到陰極未預(yù)熱啟動(dòng)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(zhǎng)了使用壽命。為此，陰極預(yù)熱納入了IEC和我國(guó)GB標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定此類(lèi)熒光燈在點(diǎn)亮前必須經(jīng)過(guò)陰極預(yù)熱，并對(duì)各種型號(hào)規(guī)格熒光燈的預(yù)熱時(shí)間和預(yù)熱電流參數(shù)提出了要求。

圖1電子鎮(zhèn)流器簡(jiǎn)化電路圖

3.陰極預(yù)熱啟動(dòng)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(wú)頻閃、無(wú)噪音、光效高等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代電感式鎮(zhèn)流器已成為必然趨勢(shì)。在電子鎮(zhèn)流器發(fā)展過(guò)程中，陰極預(yù)熱問(wèn)題一直是電子鎮(zhèn)流器技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。

　　電子鎮(zhèn)流器的啟動(dòng)電壓是由限流電感L和啟動(dòng)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(jiǎn)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(zhǎng)－C1回路的損耗電阻，ω為L(zhǎng)－C1回路的工作角頻率。在L－C1回路對(duì)高頻振蕩電路的輸出電壓V1諧振時(shí)，限流電感L或C1上的電壓VR=QV1。合理設(shè)計(jì)限流電感L和電容C1的參數(shù)，可使C1上的諧振電壓VR達(dá)到使燈管點(diǎn)亮的值。陰極不進(jìn)行預(yù)熱的電路，電源一接通燈即點(diǎn)亮，這對(duì)陰極損傷很厲害，會(huì)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(wèn)題，人們利用了正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PTCR）。其溫阻特性曲線如圖2所示。曲線中的TB點(diǎn)是PTCR的開(kāi)關(guān)溫度（阻值增大到最小值兩倍時(shí)的溫度）。PTCR的體溫高于TB點(diǎn)后，隨著溫度的升高，PTCR的電阻就會(huì)驟變到很高的值，利用PTCR的這一特性設(shè)計(jì)的預(yù)熱啟動(dòng)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(jiàn)圖4，此時(shí)，由于熱敏電阻PTCR對(duì)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(diǎn)亮燈管。同時(shí)，高頻電流通過(guò)電感L燈絲Rf和熱敏電阻PTCR，對(duì)陰極進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)過(guò)t1（GB規(guī)定大于0.4秒）的時(shí)間后，PTCR因通過(guò)電流，體溫升高，電阻值迅速增大，減弱了對(duì)諧振回路的分流。當(dāng)阻值增大到一定值時(shí)，諧振回路起振，諧振電壓幅值V2增大到把燈管點(diǎn)亮。燈管點(diǎn)亮?xí)r（t2），燈管呈現(xiàn)負(fù)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(dòng)過(guò)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(dòng)電路

圖4PTCR預(yù)熱啟動(dòng)過(guò)程圖

圖5PTCR的電壓效應(yīng)

　　問(wèn)題在于燈管正常工作后，熱敏電阻PTCR始終處于熱動(dòng)平衡狀態(tài)，這是因?yàn)闊崦綦娮璨荒芡耆钄鄬?duì)燈陰極的分流，熱敏電阻體溫的高低影響著通過(guò)電流的大小。通過(guò)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(shí)，電流減小，PTCR體溫隨之降低，阻值便減小，又導(dǎo)致流過(guò)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(dòng)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(cè)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(jì)，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(huì)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(diǎn)亮后，燈絲回路因PTCR的存在，始終有電流通過(guò)燈絲，由此而形成發(fā)射電流，縮短了陰極的使用壽命。

　　⑷預(yù)熱電路中的PTCR在燈管點(diǎn)亮后，仍處于80℃以上的高溫環(huán)境下，易造成PTCR晶界電阻性能的蛻化，使溫阻系數(shù)改變，預(yù)熱時(shí)間變長(zhǎng)。蛻化嚴(yán)重時(shí)啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)燒壞功率管。如果陰極長(zhǎng)時(shí)間處在預(yù)熱啟動(dòng)狀態(tài)，最終將會(huì)損壞燈管和電子鎮(zhèn)流器。 　　

????⑸PTCR最難滿(mǎn)足耐高壓這一指標(biāo)。當(dāng)PTCR并聯(lián)于燈管兩端時(shí)，要承受較大的開(kāi)路電壓（一般為1000V左右），這時(shí)PTCR的溫阻曲線在高于開(kāi)關(guān)溫度以后，上升遲緩，如圖5所示。另外，當(dāng)高頻電流經(jīng)過(guò)PTCR時(shí)，也會(huì)使其溫阻特性曲線在高于開(kāi)關(guān)溫度TB后上升遲緩，如圖6所示。這些都會(huì)使PTCR對(duì)燈絲的預(yù)熱性能變差。

　　另外，我們測(cè)試證明PTCR呈現(xiàn)有相當(dāng)?shù)碾娙萘?。在頻率較高的線路中，使用PTCR與啟動(dòng)電容C1并聯(lián)，會(huì)直接破壞鎮(zhèn)流器的輸出特性。特別是T5型熒光燈，一般要求電子鎮(zhèn)流器的工作頻率在50kHz以上，對(duì)其輸出特性影響更嚴(yán)重。

圖6PTCR的頻率效應(yīng)

圖7氧化鋅壓敏電阻伏安特性

　　盡管采用PTCR對(duì)陰極進(jìn)行預(yù)熱的方式存在著上述缺點(diǎn)，但目前照明行業(yè)生產(chǎn)的電子鎮(zhèn)流器，凡具備預(yù)熱功能的，絕大多數(shù)仍著采用PTCR預(yù)熱方式，在緊湊型電子節(jié)能燈中，幾乎全部采用PTCR作為預(yù)熱啟動(dòng)元件。雖然在陰極預(yù)熱方式上存在許多其它的預(yù)熱電路和器件，并有不少專(zhuān)利，但或者因其電路復(fù)雜、成本高，或者因其有機(jī)械觸點(diǎn)可靠性差、壽命難以保證等原因，而未能推廣采用。因此在PTCR預(yù)熱啟動(dòng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)預(yù)熱元件的性能，使其既能實(shí)現(xiàn)預(yù)熱啟動(dòng)的要求，又能在燈管點(diǎn)亮后，自動(dòng)關(guān)斷預(yù)熱電路，就成為眾多照明器件廠家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的目標(biāo)。

使用指南
1、線路參數(shù)不同，使用環(huán)境溫度不同，延時(shí)時(shí)間也不同。在特殊環(huán)境使用的燈具，如用作冰柜照明等由于環(huán)境溫度較低建議作環(huán)境模擬試驗(yàn)。出口不同地區(qū)的燈具，要考慮該地區(qū)冬天時(shí)的環(huán)境溫度，如出口到北歐地區(qū)的燈具，選用PTCR時(shí)延遲時(shí)間不可太長(zhǎng)。
2、電阻值范圍的選擇以需要的延遲時(shí)間確定，為確保延遲時(shí)間一致性，一般為±25％左右為宜。
3、若需延長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間，建議對(duì)PTCR:(1)選阻值小一些；（2）選體積大一些；（3）選Tc高一些。反之亦然。
4、大功率燈具沖擊電流較大不宜選用小體積PTCR。
5、啟動(dòng)線路為單電容啟動(dòng)的燈具，PTCR耐壓要求較高，最好選800VAC以上。
6、推薦選用PTCR規(guī)格（下表為我公司長(zhǎng)期試驗(yàn)的結(jié)果，用于一般燈具線路，由于各廠家線路有異，選用PTCR時(shí)以延時(shí)1秒左右為佳）：
節(jié)能燈、鎮(zhèn)流器
功率（W）?? 選用PTC規(guī)格型號(hào)??? 外形尺寸（mm）?? 居里溫度???? 常溫阻值（Ω）

3－－5????????? S系列???????????? Φ3×3?????????? 50???????? 2K-3K;3K-5K
5――7????????? L系列???????????? Φ4×3?????????? 50???????? 500-1K;1-2K
7――11???????? L系列???????????? Φ4×3?????????? 75???????? 800-1200;1200-2000
9――13???????? L系列???????????? Φ4×3?????????? 75???????? 300-500;500-800
11――15??????? A系列???????????? Φ5×3?????????? 75???????? 800-1200;1.2-2K
15――20??????? A系列???????????? Φ5×3?????????? 75???????? 100-300;300-500;500-800
20――30??????? HV系列??????????? Φ6×3?????????? 75???????? 100-300;300-500;500-800
25――35??????? HV系列??????????? Φ6×5?????????? 75???????? 100-200;200-300;300-500
30――40??????? B系列???????????? Φ8×3?????????? 75???????? 100-300;300-500;500-800
40――65??????? BHV系列?????????? Φ8×5?????????? 75???????? 100-200;200-300;300-