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4、直管熒光燈鎮流器

直管熒光燈鎮流器對實施“照明功率密度（LPD）”限值的影響

GB50034-2004第6章規定了“照明功率密度（LPD）”限值指標，并作為強制性條文發布。這項規定對于實施我國節能方針無疑是十分積極而有效的。

要實施這項指標，必須全面地采取各項措施，包括合理確定照度水平，開展科學的照明工程設計等，但合理選用照明器材，包括光源、燈具及鎮流器，是十分重要的因素。其中，光源是*要素。以應用較廣泛的直管熒光燈為例。如果選用高效的T8三基色熒光燈（36W）和T8鹵粉熒光燈相比，同為冷色溫時，前者可提高光效30%；相同照度時，前者的安裝功率降低23%（當然，如果T8三基色熒光燈管和過去的T12鹵粉燈管相比，可降低約32%）。

那么，鎮流器對LPD值有多大影響呢？還以T8熒光燈（36W）為例。如果使用能效的高品質、低損耗電子鎮流器（相當歐標的A2級），和普通的電感鎮流器（相當于歐標的C級）相比，系統輸入功率降低20%，即照明安裝功率可降低20%，實際LPD值可下降20%。使用超低損耗電感鎮流器（相當歐標B1級），和使用普通電感鎮流器相比，照明安裝功率可降低8.9%，即實際LPD值可下降8.9%。

合理選擇鎮流器

鎮流器是氣體放電燈不可少的附件，但自身功耗比較大，降低了照明系統能效。鎮流器之優劣對照明質量和照明能效都有很大影響。其選擇要求敘述如下。

數字鎮流器驅動頻率曲線

(1) 鎮流器選型

按《建筑照明設計標準》規定，直管熒光燈應配用電子鎮流器或節能型電感鎮流器；高壓鈉燈、金鹵燈應配節能型電感鎮流器。總之，不能再采用傳統的功耗大的普通電感鎮流器。

(2) 鎮流器的能效因數（BEF）

BEF值是衡量其能效優劣的參數，但是BEF值很不直觀，要經過換算，才能看出其能效之高低。BEF值表達見式（2）：

（2）

式中：μ—— 鎮流器的流明系數；

Ρ—— 線路輸入功率，等于光源額定功率和鎮流器功耗之和，W。

我國制訂了3種氣體放電燈的鎮流器的能效標準，是采用BEF值評價。

(3) 鎮流器能效比較

直管熒光燈電子鎮流器（以下簡稱EB）和節能型電感鎮流器（以下簡稱SLB）的能效比較：由于EB是用幾十千赫的高頻電流供給燈管，使燈管的光效比工頻時提高約10%，加之其自身功耗更小，所以配EB比SLB具有更高的系統能效。

等級劃分

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CELMA關于T8熒光燈鎮流器能效等級的劃分

表1為歐盟CELMA組織關于T8熒光燈鎮流器能效等級的劃分，這個規定很直觀，也比較科學，切合實際，而且和我國的GB50034-2004的規定很貼合。

表1 CELMA關于T8熒光燈鎮流器能效等級的劃分

熒光燈

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調光電子鎮流器

Dimmable electronic ballases for fluorescent lamps 。

熒光燈的調光控制方法是隨著電子鎮流器技術不斷創新發展而提高的。高頻電子型鎮流器的出現改變了鎮流器的技術性能，逐步推出效率高、性能好、調光范圍寬、智能化程度高的高頻可調光電子式熒光燈鎮流器，這種鎮流器作為熒光燈ECG（電子控制裝置）已成為當今熒光燈調光控制的主品。

調光電子鎮流器調光電子鎮流器控制線數可分為，“二線制”和“四線制”兩種。“四線制”調光電子鎮流器是現在得到較為廣泛應用的，其由調光控制器通過二條主電源線為鎮流器提供功率支持，二條低電壓控制線與調光電子鎮流器調光控制接口配套使用實現開關、調光等各種功能性控制。 [2] 

EASEIC“四線制”調光電子鎮流器產品系列中，提供0/1-10V模擬量調光控制接口共有兩個系列產品，分別是：

熒光燈適用標準

熒光燈適用通用電壓型調光電子鎮流器

EASEIC在多年的努力下，在這一領域已處于*地位?，F已經向提供基于0/1-10V模擬量調光控制接口和DALI可尋址接口的數字式調光電子鎮流器產品近百種規格，在會議室、展覽館、演播室、影劇院及室外夜景照明等多種重要場合大規模的應用。

選擇

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HID燈對鎮流器的要求及工作電路的選擇

HID燈是一種高氣壓放電燈，其放電的“伏一安”性能呈負阻特性，因此在燈的工作電路中需連接限流器件，即通常稱為鎮流器。HID燈多數工作在交流狀態下，采用電抗器件作為鎮流器。HID燈有不同的種類，根據燈的類型及其應用的需求，可配置不同形式的鎮流器電路，以求得鎮流器電路和燈的匹配。作為一般照明用的常用HID燈有高壓汞燈、高壓鈉燈和金鹵燈。高壓汞燈是HID燈中發展早的光源，產品性能穩定，配套的鎮流器電路較成熟。高壓鈉燈和金鹵燈是近代發展的高效節能新光源，要求鎮流器能和燈有很好的匹配，以取得更好的綜合效果。

高壓鈉燈和鎮流器

高壓鈉燈和高壓汞燈在性能上有所不同，高壓鈉燈內不僅有汞，還充有鈉，在燈工作期間，鈉和汞以液鈉汞氣的形式貯藏在放電管的冷端部分。高壓鈉燈在壽命期間，燈功率隨著燈電壓的變化而發生變化。這和高壓汞燈的情況有所不同，高壓汞燈在功率發生變化時燈電壓相對地保持穩定，因為高壓汞燈工作時燈內的汞蒸氣壓處于飽和狀態下。高壓鈉燈的燈電壓和燈功率的關系是基于在放電管內包含著過量的鈉汞氣而造成的。在燈工作期間，只有部分的汞和鈉形成蒸氣壓，蒸氣壓的高低也即反映在燈電壓上，它取決于放電管“冷端”處的溫度。冷端溫度的變化造成蒸氣壓的變化，產生燈電壓的變化，從而發生燈功率的變化。在一定的功率范圍內燈電壓和燈功率的關系近似于線性關系。

1．1高壓鈉燈的特性曲線

高壓鈉燈的燈功率和燈電壓的線性關系曲線稱為燈的特性曲線，對于一個特定的燈的特性曲線，可通過在一定范圍內改變電源電壓或鎮流器的阻抗，從而改變燈的電壓和功率得到，如圖1所示。當燈電壓等于設計電壓時，燈功率將達到設計目標功率。對相同型號，相同功率的燈有近似平行的特性曲線，如圖2所示。對于那些有較高燈電壓的燈，其特性曲線斜率的陡度會減小。

1．2高壓鈉燈鎮流器的特性曲線

當高壓鈉燈在恒定的輸入電壓下連續工作時，燈電壓和燈功率的變化會遵循著鎮流器的特性曲線。如圖3為兩種典型鎮流器的特性曲線。該曲線可通過測量一批帶有不同特性曲線燈的燈電壓和燈功率得到，或對同一個燈通過外部方法，使放電管的冷端溫度升高來變化燈電壓和燈功率得到。當電源電壓變化時可得到一組鎮流器特性曲線。如圖4為在額定電源電壓升高或降低時對鎮流器特性曲線的影響。

1．3高壓鈉燈鎮流器的四邊形圖

在高壓鈉燈的使用系統中存在著各種因素的變化，如：電源電壓的變化、燈性能隨時間的變化、燈具內反射器效率的變化、使用環境的變化等等，如何使鎮流器的特性曲線適應這些動態的變化?高壓鈉燈的標準中以邊界圖的形式，要求鎮流器能確保燈在壽命期間及任何動態變化的狀況下，其電氣性能參數變化限制在一定的范圍內。如圖5所示，高壓鈉燈為鎮流器特性曲線規定了一個四邊形圖。

四邊形圖的上部代表著高壓鈉燈大功率的極限。大功率的極限取決于放電管大可允許的工作溫度。大功率線通常設置在超過燈泡標稱功率的20—30%左右。

四邊形圖的下部代表著高壓鈉燈小功率的極限。設置小功率線以確保能滿足燈泡的升溫特性、燈泡工作的穩定性、可接受的光的輸出效率，以及光色性能等。小功率線通常設置在低于燈標稱功率的20—30%附近。

四邊形圖左邊的小燈電壓線為燈可接受的小燈電壓的燈特性曲線。對于每種規格的高壓鈉燈所認同的小燈電壓都已規定在燈的性能參數表中。

四邊形圖右邊的大燈電壓線表示為燈可允許的燈電壓時的燈特性曲線，該曲線考慮了燈中可能出現的大燈電壓、燈壽命期間燈電壓的上升、密封式燈具內燈電壓的上升，以及其他變化因素。如果燈電壓超出大燈電壓曲線之外，這時鎮流器將不能確保燈能穩定地或持續地工作。

因此，上述四邊形圖可作為高壓鈉燈工作系統的一個規范，它包含了燈和鎮流器兩者的要求，也考慮了其他因素的影響。四邊形圖概括性地規定了鎮流器設計的條件，如：

a)鎮流器的特性曲線應與兩條燈電壓線相交，并在燈的壽命期間保持在燈功率的極限線之間。

b)鎮流器的設計應使燈不僅在額定電源電壓下，而且在可允許的低或的電源電壓下，總是工作在四邊形圖的區域內。

c)的鎮流器特性曲線要能使燈在大電壓線之前達到大功率，然后在該點外燈功率隨著燈電壓的增大而減小。對于一個靠近燈設計功率線的相對比較平坦的鎮流器特性曲線比相對陡峭上升和下降的特性曲線更可取。

d)為避免縮短燈的壽命，或工作的不穩定性，鎮流器應能使燈遠離四邊形圖右邊大燈電壓特性外工作。

在高壓鈉燈的標準中，不同規格燈對鎮流器規定了不同的四邊形圖的要求。如圖6。

高壓鈉燈鎮流器的制造并不復雜，但往往由于在設計、工藝及選用材料上的差異，同一規格不同廠家生產的鎮流器配用高壓鈉燈時，呈現出不同形狀的鎮流器特性曲線，如圖7所示。品質差的鎮流器會造成燈泡使用期間超負載運行，或工作的不穩定性。

金鹵燈和鎮流器

金鹵燈的放電管中因充人不同的金屬鹵化物而形成各種不同類型的金鹵燈，這些不同類型的金鹵燈不僅在燈的光電性能參數上有著明顯的差別，而且在燈的運行和維護中對配套電器的要求也不盡相同。因此，選擇合適的鎮流器和相關的工作電路，以充分發揮金鹵燈的性能優勢是至關重要的。

2．1常用的金鹵燈鎮流器及工作電路

1)感抗型鎮流器(Choke)

這是常用的普通型鎮流器，其開路電壓即為電源電壓，需要借助于觸發器來啟動燈工作，工作電路的電壓峰值因數和電流峰值因數較低，對保護放電管的電極有利，這種鎮流器的成本較低，但在電源電壓波動較大的情況下，控制燈功率的波動和穩定燈性能的能力較差。

2)高阻抗自耦升壓式鎮流器(HX Auto)

這種鎮流器使用在低電源電壓(如：100V/120V)的場合，或為取得高的開路電壓而使燈能直接啟動的場合。工作電路的峰值電壓和電流峰值因數較高，控制燈陛能穩定性的能力也較差，通常這種鎮流器較少采用。

3)恒功率自耦升壓式鎮流器(CWA)

這種鎮流器由自耦漏磁升壓變壓器串聯電容器組 成，稱為恒功率鎮流器，也稱為超前式鎮流器。該 鎮流器可獲得較高的開路電壓，線路功率因數可達90%。在電源電壓起伏較大情況下，對穩定燈的功率，維護好燈的性能起到較好的調節作用。甚至在電源電壓跌落30-40%時還能使燈繼續工作。但線路的電流峰值因數較高，鎮流器的成本也相對較高。

4)恒功率升壓式鎮流器(CWl)

這種鎮流器由漏磁升壓變壓器串聯電容器組成，也是一種恒功率鎮流器，它比上述CWA鎮流器有更好的穩定燈功率及性能的調節作用。

5)調整式遲后型鎮流器(Regulated Lag)

這種鎮流器實際上是一個穩壓式電器，確保金鹵燈一直在穩定的電源電壓下工作，可使燈獲得長的壽命和的燈性能參數的維護。這種鎮流器的成本較高，但對金鹵燈照明的*運行成本來說卻是低的。

圖8是上述鎮流器的工作電路圖，表1為主要性能參數的比較。

2．2金鹵燈對鎮流器工作電路的選擇

國內用于一般照明用的金鹵燈主要有Na-T1-In型、Sc-Na型，及稀土金屬(Dy，Ho，Tm．．．)型等不同類型，它們分別具有不同的性能特點，并要求配用合適的鎮流器。

1)Na-TI-In型金鹵燈及鎮流器

Na-T1-In型金鹵燈來自于歐洲的制造技術，其燈的啟動性能優良，配用一般的感抗型鎮流工作電路，只需要在電源電壓下(220V)，加上較低峰值電壓(≤750V)的觸發器就能啟動燈工作。燈的光電性能參數穩定，具有長壽命(平均壽命20000h)，高光通維持率的特點。經過性能改進的Na-Tl-In型金鹵燈，可配用同一功率類型的高壓汞燈鎮流器或高壓鈉燈鎮流器工作，而金鹵燈的平均壽命仍可達到規定的20000h之內。這樣，這種金鹵燈在沒有更換原有照明裝置內電器的情況下可方便地替換原有的高壓汞燈或高壓鈉燈，它比前者提高了光效并改善了光色，也比后者大大地改善了顯色性能。主要參數的變化參見表2。

2)Sc-Na型金鹵燈及鎮流器

Sc-Na型金鹵燈來自于美國的制造技術，放電管的結構相似于高壓汞燈，燈工作不采用觸發器而借助于鎮流器的高開路電壓及燈的啟動電極的作用，使燈啟動工作。對于這類金鹵燈(175-1500W)，美國標準和我國國家標準中都*采用CWA鎮流器工作電路，這樣可提高燈工作的穩定性，確保燈的長壽命及良好的光通維持率。如果Sc-Na型金鹵燈采用上述Na-T1-h金鹵燈的工作電路，不僅會使燈的早期失效增加(觸發器易損壞燈的啟動電極)，縮短燈的平均壽命，而且增加燈的光衰。如圖9為采用“感抗鎮流器+觸發器”工作電路的不同金鹵燈的光衰曲線。

在Sc-Na型金鹵燈的CWA型工作電路中，自耦漏磁升壓型鎮流器的性能對燈工作性能的穩定性起著重要作用。要求在燈工作期間，鎮流器提供給燈并維持燈能連續工作的低維持電壓Vss能達到以下值：

Vss=C1+C2(OT)-C3(di/dt) (175-1000W)

Vss=Cl+C2(OT)-C3[exp(-0.4di/dt)] (1500W)

Vss 鎮流器對燈的低維持電壓 (V)

OT 在燈電壓為零時的斷流時間 (ms)

di/dt 在燈電壓為零時的電流變化率 (A/ms)

Cl，C2，C3為常數，取決于燈的規格，見表3。

低維持Vss也可在美標或國標的文件中查得。

3)脈沖啟動-Pulse start型(Sc—Na)金鹵燈及鎮流器

對于傳統的Sc-Na型金鹵燈采用CWA電路時有600V峰值開路電壓加到放電管的啟動極上，并引起較高的峰值電流，這樣會影響燈的性能。脈沖啟動型金鹵燈是從燈和鎮流器兩方面進行改進，使燈與鎮流器工作電路達到的組合，以取得的綜合效果。 [3] 

一方面改進放電管的結構，取消了啟動電極，如圖10b，并改進化學配方及制造工藝，改善燈的啟動性能，從而全面地改進了燈的性能。另一方面改進鎮流器的工作電路，采用觸發器來啟動燈工作，從而可降低鎮流器的開路電壓，也即降低了峰值電壓及峰值電流。鎮流器的工作溫度也相應降低，增加了鎮流器的壽命，減少維護成本。燈和鎮流器工作電路改進的綜合效果，使脈沖啟動型金鹵燈與啟動極型金鹵燈相比，燈的光輸出提高25-50%光通維持率改善了15-25%，燈的平均壽命也提高50%以上。

表4為兩種類型Sc-Na金鹵燈及鎮流器的主要性能參數的比較。

脈沖啟動型金鹵(Sc-Na)燈也可以采用性能更好的CWI和Regulated Lag的脈沖啟動型工作電路，如圖12。

4)小功率金鹵燈及鎮流器

小功率金鹵燈中主要有Sc-Na型和稀土金屬型(Dy，Ho，Tm．．．)兩種類型，前者具有較高的光效和較長的壽命，后者有較好的顯色性能，根據它們的特點，可選擇使用在不同場合。這兩種類型燈都采用簡單的 “感抗鎮流器+觸發器”的工作電路， 電源輸入端并接補償電容器以改善系統的功率因數。

小功率金鹵燈也可以配用電子鎮流器，這些鎮流器的工作頻率多數為低頻(<200Hz)，這樣可防止放電管內產生聲共振及光的閃耀。一般電子鎮流器提供給燈的電流峰值因數<1．5，系統的功率因數>90%，總諧波分量（THD）<15%。小功率金鹵燈配用電子鎮流器后，能提高燈工作的穩定性，減少光衰，增加壽命。但這種低頻的電子鎮流器成本很高，因而還不能大量推廣應用。

5)金鹵燈鎮流器的近期進展

近來，國內外都在致力于率金鹵燈電子鎮流器的開發。國外已開發成功率高頻金鹵燈電子鎮流器，其工作頻率>100kHz，可防止產生放電管內的聲共振。該鎮流器還可以實現一定范圍的調光。金鹵燈使用這種電子鎮流器后可增加燈的光輸出，*地降低光衰，提高燈的壽命，并具有節能好的綜合效果。

組合

編輯

熒光調光鎮流器調光器和光照（動靜）傳感器與調光鎮流器配套使用，使小型會議室、教室、辦公室等場合的光照補償、動靜探測與手動調光相結合在滿足多元化的需要的同時更有效的節約了能源。

現在眾多的舞臺燈光控制系統和智能照明控制系統，如EIB,C-bus, A-bus, CAN-bus, DYnet 等均提供0/1-10V模擬量調光控制接口。此類控制系統可以讓整幢大樓的照明集中控制，可以通過智能化完成定點回路的開關和調光控制，適用于需要大范圍控制場合使用。

電子鎮流器發展的三個步驟：模擬式——混合式——數字式

數字式電子鎮流器是針對于模擬式的電子鎮流器而言，鎮流器在出現了電子鎮流器后，是先從模擬式開始，初期的電路，一般而言，模擬式回路的電子鎮流器，結構比較簡單，功能比較單一，要實現標準的要求如3C的要求，則回路的構建比較復雜，且不易實現預熱啟動、Cut-off及其它的保護功能；如果能實現這些功能的模擬式電子，則在產品的*性、可靠性上則面臨較大的難題，不易解決。但普通模擬式電子具有成本的優勢，在電子鎮流器替代電感鎮流器的市場化進程中，起到十分重要的作用，至今仍是市場走量大的品種。

汽車hid鎮流器系統框圖

伴隨市場的發展，用戶的要求愈來愈高，普通模擬式電子鎮流器鎮流器也在逐步向數字式轉變，于是混合有數字和模擬電路的電子鎮流器出現在市場上，電路上前段模擬，后段數字，或者前段數字，后段模擬，這些混合型電路較大提升了普通模擬電路品質要求，可以簡單的部分實現標準性能要求及可靠性要求，也是一種不錯的過渡性選擇，可以滿足部分要求相對高一點市場需求，但成本高于模擬式電子。

真正可以滿足安全要求、性能要求、EMI及EMC的要求，并同時實現產品高可靠性要求，則一定要走數字式電子鎮流器的路。數字電路以*的高穩定性、高可靠性、高邏輯性，可以方便實現標準所規定的各種要求，如：寬電壓甚至全電壓啟動（120-277V）、程序式預熱啟動、異常狀態診斷及保護等，數字式電子鎮流器可以真正實現國家標準要求，方便的應用于各種場合。

就單個造價而言，數字式高于模擬式和混合式電子鎮流器，但以TOC（客戶總成本）的觀點來看，即總成本=采購成本+使用成本+維護成本，數字式電子鎮流器的采購成本是高的，但它的使用成本和維護成本卻大大降低，終其總成本（TOC）還是遠遠低于模擬式電子及混合式電子鎮流器；數字式電子鎮流器有高達5年的*（或大于20，000小時），同時*的發揮燈管的效能及使用壽命，是一款真正給客戶創造價值、符合國家節能環保產業政策的產品。

當今數字化在國家生活中已成滾滾潮流，不可阻擋，沒有人再持磚頭一樣的大哥大（模擬機）了，盡管當年它風頭出盡；小巧的MP3、MP4也早以取代磁帶機（模擬機）掛在腰間；曾經不可一世的柯達公司，也不得不推出數碼相機，盡管它非常希望用戶買它的膠卷（模擬式）。國內電子鎮流器的數字化之路也是由市場和客觀決定，它不會因我們簡單的認同就全面到來，也不會因我們簡單的拒絕就離開，但就歐、美、日等*國家節能環保的經驗和照明產業來看，數字式電子鎮流器早已如火如荼的展開，在世界一體、綠色產品當道的今天，相信國內電子鎮流器的數字化之路也很快會到來。