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4、直管荧光灯镇流器

直管荧光灯镇流器对实施“照明功率密度（LPD）”限值的影响

GB50034-2004第6章规定了“照明功率密度（LPD）”限值指标，并作为强制性条文发布。这项规定对于实施我国节能方针无疑是十分积极而有效的。

要实施这项指标，必须全面地采取各项措施，包括合理确定照度水平，开展科学的照明工程设计等，但合理选用照明器材，包括光源、灯具及镇流器，是十分重要的因素。其中，光源是*要素。以应用较广泛的直管荧光灯为例。如果选用高效的T8三基色荧光灯（36W）和T8卤粉荧光灯相比，同为冷色温时，前者可提高光效30%；相同照度时，前者的安装功率降低23%（当然，如果T8三基色荧光灯管和过去的T12卤粉灯管相比，可降低约32%）。

那么，镇流器对LPD值有多大影响呢？还以T8荧光灯（36W）为例。如果使用能效的高品质、低损耗电子镇流器（相当欧标的A2级），和普通的电感镇流器（相当于欧标的C级）相比，系统输入功率降低20%，即照明安装功率可降低20%，实际LPD值可下降20%。使用超低损耗电感镇流器（相当欧标B1级），和使用普通电感镇流器相比，照明安装功率可降低8.9%，即实际LPD值可下降8.9%。

合理选择镇流器

镇流器是气体放电灯不可少的附件，但自身功耗比较大，降低了照明系统能效。镇流器之优劣对照明质量和照明能效都有很大影响。其选择要求叙述如下。

数字镇流器驱动频率曲线

(1) 镇流器选型

按《建筑照明设计标准》规定，直管荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器；高压钠灯、金卤灯应配节能型电感镇流器。总之，不能再采用传统的功耗大的普通电感镇流器。

(2) 镇流器的能效因数（BEF）

BEF值是衡量其能效优劣的参数，但是BEF值很不直观，要经过换算，才能看出其能效之高低。BEF值表达见式（2）：

（2）

式中：μ—— 镇流器的流明系数；

Ρ—— 线路输入功率，等于光源额定功率和镇流器功耗之和，W。

我国制订了3种气体放电灯的镇流器的能效标准，是采用BEF值评价。

(3) 镇流器能效比较

直管荧光灯电子镇流器（以下简称EB）和节能型电感镇流器（以下简称SLB）的能效比较：由于EB是用几十千赫的高频电流供给灯管，使灯管的光效比工频时提高约10%，加之其自身功耗更小，所以配EB比SLB具有更高的系统能效。

等级划分

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CELMA关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分

表1为欧盟CELMA组织关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分，这个规定很直观，也比较科学，切合实际，而且和我国的GB50034-2004的规定很贴合。

表1 CELMA关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分

荧光灯

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调光电子镇流器

Dimmable electronic ballases for fluorescent lamps 。

荧光灯的调光控制方法是随着电子镇流器技术不断创新发展而提高的。高频电子型镇流器的出现改变了镇流器的技术性能，逐步推出效率高、性能好、调光范围宽、智能化程度高的高频可调光电子式荧光灯镇流器，这种镇流器作为荧光灯ECG（电子控制装置）已成为当今荧光灯调光控制的主品。

调光电子镇流器调光电子镇流器控制线数可分为，“二线制”和“四线制”两种。“四线制”调光电子镇流器是现在得到较为广泛应用的，其由调光控制器通过二条主电源线为镇流器提供功率支持，二条低电压控制线与调光电子镇流器调光控制接口配套使用实现开关、调光等各种功能性控制。 [2] 

EASEIC“四线制”调光电子镇流器产品系列中，提供0/1-10V模拟量调光控制接口共有两个系列产品，分别是：

荧光灯适用标准

荧光灯适用通用电压型调光电子镇流器

EASEIC在多年的努力下，在这一领域已处于*地位。现已经向提供基于0/1-10V模拟量调光控制接口和DALI可寻址接口的数字式调光电子镇流器产品近百种规格，在会议室、展览馆、演播室、影剧院及室外夜景照明等多种重要场合大规模的应用。

选择

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HID灯对镇流器的要求及工作电路的选择

HID灯是一种高气压放电灯，其放电的“伏一安”性能呈负阻特性，因此在灯的工作电路中需连接限流器件，即通常称为镇流器。HID灯多数工作在交流状态下，采用电抗器件作为镇流器。HID灯有不同的种类，根据灯的类型及其应用的需求，可配置不同形式的镇流器电路，以求得镇流器电路和灯的匹配。作为一般照明用的常用HID灯有高压汞灯、高压钠灯和金卤灯。高压汞灯是HID灯中发展早的光源，产品性能稳定，配套的镇流器电路较成熟。高压钠灯和金卤灯是近代发展的高效节能新光源，要求镇流器能和灯有很好的匹配，以取得更好的综合效果。

高压钠灯和镇流器

高压钠灯和高压汞灯在性能上有所不同，高压钠灯内不仅有汞，还充有钠，在灯工作期间，钠和汞以液钠汞气的形式贮藏在放电管的冷端部分。高压钠灯在寿命期间，灯功率随着灯电压的变化而发生变化。这和高压汞灯的情况有所不同，高压汞灯在功率发生变化时灯电压相对地保持稳定，因为高压汞灯工作时灯内的汞蒸气压处于饱和状态下。高压钠灯的灯电压和灯功率的关系是基于在放电管内包含着过量的钠汞气而造成的。在灯工作期间，只有部分的汞和钠形成蒸气压，蒸气压的高低也即反映在灯电压上，它取决于放电管“冷端”处的温度。冷端温度的变化造成蒸气压的变化，产生灯电压的变化，从而发生灯功率的变化。在一定的功率范围内灯电压和灯功率的关系近似于线性关系。

1．1高压钠灯的特性曲线

高压钠灯的灯功率和灯电压的线性关系曲线称为灯的特性曲线，对于一个特定的灯的特性曲线，可通过在一定范围内改变电源电压或镇流器的阻抗，从而改变灯的电压和功率得到，如图1所示。当灯电压等于设计电压时，灯功率将达到设计目标功率。对相同型号，相同功率的灯有近似平行的特性曲线，如图2所示。对于那些有较高灯电压的灯，其特性曲线斜率的陡度会减小。

1．2高压钠灯镇流器的特性曲线

当高压钠灯在恒定的输入电压下连续工作时，灯电压和灯功率的变化会遵循着镇流器的特性曲线。如图3为两种典型镇流器的特性曲线。该曲线可通过测量一批带有不同特性曲线灯的灯电压和灯功率得到，或对同一个灯通过外部方法，使放电管的冷端温度升高来变化灯电压和灯功率得到。当电源电压变化时可得到一组镇流器特性曲线。如图4为在额定电源电压升高或降低时对镇流器特性曲线的影响。

1．3高压钠灯镇流器的四边形图

在高压钠灯的使用系统中存在着各种因素的变化，如：电源电压的变化、灯性能随时间的变化、灯具内反射器效率的变化、使用环境的变化等等，如何使镇流器的特性曲线适应这些动态的变化?高压钠灯的标准中以边界图的形式，要求镇流器能确保灯在寿命期间及任何动态变化的状况下，其电气性能参数变化限制在一定的范围内。如图5所示，高压钠灯为镇流器特性曲线规定了一个四边形图。

四边形图的上部代表着高压钠灯大功率的极限。大功率的极限取决于放电管大可允许的工作温度。大功率线通常设置在超过灯泡标称功率的20—30%左右。

四边形图的下部代表着高压钠灯小功率的极限。设置小功率线以确保能满足灯泡的升温特性、灯泡工作的稳定性、可接受的光的输出效率，以及光色性能等。小功率线通常设置在低于灯标称功率的20—30%附近。

四边形图左边的小灯电压线为灯可接受的小灯电压的灯特性曲线。对于每种规格的高压钠灯所认同的小灯电压都已规定在灯的性能参数表中。

四边形图右边的大灯电压线表示为灯可允许的灯电压时的灯特性曲线，该曲线考虑了灯中可能出现的大灯电压、灯寿命期间灯电压的上升、密封式灯具内灯电压的上升，以及其他变化因素。如果灯电压超出大灯电压曲线之外，这时镇流器将不能确保灯能稳定地或持续地工作。

因此，上述四边形图可作为高压钠灯工作系统的一个规范，它包含了灯和镇流器两者的要求，也考虑了其他因素的影响。四边形图概括性地规定了镇流器设计的条件，如：

a)镇流器的特性曲线应与两条灯电压线相交，并在灯的寿命期间保持在灯功率的极限线之间。

b)镇流器的设计应使灯不仅在额定电源电压下，而且在可允许的低或的电源电压下，总是工作在四边形图的区域内。

c)的镇流器特性曲线要能使灯在大电压线之前达到大功率，然后在该点外灯功率随着灯电压的增大而减小。对于一个靠近灯设计功率线的相对比较平坦的镇流器特性曲线比相对陡峭上升和下降的特性曲线更可取。

d)为避免缩短灯的寿命，或工作的不稳定性，镇流器应能使灯远离四边形图右边大灯电压特性外工作。

在高压钠灯的标准中，不同规格灯对镇流器规定了不同的四边形图的要求。如图6。

高压钠灯镇流器的制造并不复杂，但往往由于在设计、工艺及选用材料上的差异，同一规格不同厂家生产的镇流器配用高压钠灯时，呈现出不同形状的镇流器特性曲线，如图7所示。品质差的镇流器会造成灯泡使用期间超负载运行，或工作的不稳定性。

金卤灯和镇流器

金卤灯的放电管中因充人不同的金属卤化物而形成各种不同类型的金卤灯，这些不同类型的金卤灯不仅在灯的光电性能参数上有着明显的差别，而且在灯的运行和维护中对配套电器的要求也不尽相同。因此，选择合适的镇流器和相关的工作电路，以充分发挥金卤灯的性能优势是至关重要的。

2．1常用的金卤灯镇流器及工作电路

1)感抗型镇流器(Choke)

这是常用的普通型镇流器，其开路电压即为电源电压，需要借助于触发器来启动灯工作，工作电路的电压峰值因数和电流峰值因数较低，对保护放电管的电极有利，这种镇流器的成本较低，但在电源电压波动较大的情况下，控制灯功率的波动和稳定灯性能的能力较差。

2)高阻抗自耦升压式镇流器(HX Auto)

这种镇流器使用在低电源电压(如：100V/120V)的场合，或为取得高的开路电压而使灯能直接启动的场合。工作电路的峰值电压和电流峰值因数较高，控制灯陛能稳定性的能力也较差，通常这种镇流器较少采用。

3)恒功率自耦升压式镇流器(CWA)

这种镇流器由自耦漏磁升压变压器串联电容器组 成，称为恒功率镇流器，也称为超前式镇流器。该 镇流器可获得较高的开路电压，线路功率因数可达90%。在电源电压起伏较大情况下，对稳定灯的功率，维护好灯的性能起到较好的调节作用。甚至在电源电压跌落30-40%时还能使灯继续工作。但线路的电流峰值因数较高，镇流器的成本也相对较高。

4)恒功率升压式镇流器(CWl)

这种镇流器由漏磁升压变压器串联电容器组成，也是一种恒功率镇流器，它比上述CWA镇流器有更好的稳定灯功率及性能的调节作用。

5)调整式迟后型镇流器(Regulated Lag)

这种镇流器实际上是一个稳压式电器，确保金卤灯一直在稳定的电源电压下工作，可使灯获得长的寿命和的灯性能参数的维护。这种镇流器的成本较高，但对金卤灯照明的*运行成本来说却是低的。

图8是上述镇流器的工作电路图，表1为主要性能参数的比较。

2．2金卤灯对镇流器工作电路的选择

国内用于一般照明用的金卤灯主要有Na-T1-In型、Sc-Na型，及稀土金属(Dy，Ho，Tm．．．)型等不同类型，它们分别具有不同的性能特点，并要求配用合适的镇流器。

1)Na-TI-In型金卤灯及镇流器

Na-T1-In型金卤灯来自于欧洲的制造技术，其灯的启动性能优良，配用一般的感抗型镇流工作电路，只需要在电源电压下(220V)，加上较低峰值电压(≤750V)的触发器就能启动灯工作。灯的光电性能参数稳定，具有长寿命(平均寿命20000h)，高光通维持率的特点。经过性能改进的Na-Tl-In型金卤灯，可配用同一功率类型的高压汞灯镇流器或高压钠灯镇流器工作，而金卤灯的平均寿命仍可达到规定的20000h之内。这样，这种金卤灯在没有更换原有照明装置内电器的情况下可方便地替换原有的高压汞灯或高压钠灯，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显色性能。主要参数的变化参见表2。

2)Sc-Na型金卤灯及镇流器

Sc-Na型金卤灯来自于美国的制造技术，放电管的结构相似于高压汞灯，灯工作不采用触发器而借助于镇流器的高开路电压及灯的启动电极的作用，使灯启动工作。对于这类金卤灯(175-1500W)，美国标准和我国国家标准中都*采用CWA镇流器工作电路，这样可提高灯工作的稳定性，确保灯的长寿命及良好的光通维持率。如果Sc-Na型金卤灯采用上述Na-T1-h金卤灯的工作电路，不仅会使灯的早期失效增加(触发器易损坏灯的启动电极)，缩短灯的平均寿命，而且增加灯的光衰。如图9为采用“感抗镇流器+触发器”工作电路的不同金卤灯的光衰曲线。

在Sc-Na型金卤灯的CWA型工作电路中，自耦漏磁升压型镇流器的性能对灯工作性能的稳定性起着重要作用。要求在灯工作期间，镇流器提供给灯并维持灯能连续工作的低维持电压Vss能达到以下值：

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

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

Vss 镇流器对灯的低维持电压 (V)

OT 在灯电压为零时的断流时间 (ms)

di/dt 在灯电压为零时的电流变化率 (A/ms)

Cl，C2，C3为常数，取决于灯的规格，见表3。

低维持Vss也可在美标或国标的文件中查得。

3)脉冲启动-Pulse start型(Sc—Na)金卤灯及镇流器

对于传统的Sc-Na型金卤灯采用CWA电路时有600V峰值开路电压加到放电管的启动极上，并引起较高的峰值电流，这样会影响灯的性能。脉冲启动型金卤灯是从灯和镇流器两方面进行改进，使灯与镇流器工作电路达到的组合，以取得的综合效果。 [3] 

一方面改进放电管的结构，取消了启动电极，如图10b，并改进化学配方及制造工艺，改善灯的启动性能，从而全面地改进了灯的性能。另一方面改进镇流器的工作电路，采用触发器来启动灯工作，从而可降低镇流器的开路电压，也即降低了峰值电压及峰值电流。镇流器的工作温度也相应降低，增加了镇流器的寿命，减少维护成本。灯和镇流器工作电路改进的综合效果，使脉冲启动型金卤灯与启动极型金卤灯相比，灯的光输出提高25-50%光通维持率改善了15-25%，灯的平均寿命也提高50%以上。

表4为两种类型Sc-Na金卤灯及镇流器的主要性能参数的比较。

脉冲启动型金卤(Sc-Na)灯也可以采用性能更好的CWI和Regulated Lag的脉冲启动型工作电路，如图12。

4)小功率金卤灯及镇流器

小功率金卤灯中主要有Sc-Na型和稀土金属型(Dy，Ho，Tm．．．)两种类型，前者具有较高的光效和较长的寿命，后者有较好的显色性能，根据它们的特点，可选择使用在不同场合。这两种类型灯都采用简单的 “感抗镇流器+触发器”的工作电路， 电源输入端并接补偿电容器以改善系统的功率因数。

小功率金卤灯也可以配用电子镇流器，这些镇流器的工作频率多数为低频(<200Hz)，这样可防止放电管内产生声共振及光的闪耀。一般电子镇流器提供给灯的电流峰值因数<1．5，系统的功率因数>90%，总谐波分量（THD）<15%。小功率金卤灯配用电子镇流器后，能提高灯工作的稳定性，减少光衰，增加寿命。但这种低频的电子镇流器成本很高，因而还不能大量推广应用。

5)金卤灯镇流器的近期进展

近来，国内外都在致力于率金卤灯电子镇流器的开发。国外已开发成功率高频金卤灯电子镇流器，其工作频率>100kHz，可防止产生放电管内的声共振。该镇流器还可以实现一定范围的调光。金卤灯使用这种电子镇流器后可增加灯的光输出，*地降低光衰，提高灯的寿命，并具有节能好的综合效果。

组合

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荧光调光镇流器调光器和光照（动静）传感器与调光镇流器配套使用，使小型会议室、教室、办公室等场合的光照补偿、动静探测与手动调光相结合在满足多元化的需要的同时更有效的节约了能源。

现在众多的舞台灯光控制系统和智能照明控制系统，如EIB,C-bus, A-bus, CAN-bus, DYnet 等均提供0/1-10V模拟量调光控制接口。此类控制系统可以让整幢大楼的照明集中控制，可以通过智能化完成定点回路的开关和调光控制，适用于需要大范围控制场合使用。

电子镇流器发展的三个步骤：模拟式——混合式——数字式

数字式电子镇流器是针对于模拟式的电子镇流器而言，镇流器在出现了电子镇流器后，是先从模拟式开始，初期的电路，一般而言，模拟式回路的电子镇流器，结构比较简单，功能比较单一，要实现标准的要求如3C的要求，则回路的构建比较复杂，且不易实现预热启动、Cut-off及其它的保护功能；如果能实现这些功能的模拟式电子，则在产品的*性、可靠性上则面临较大的难题，不易解决。但普通模拟式电子具有成本的优势，在电子镇流器替代电感镇流器的市场化进程中，起到十分重要的作用，至今仍是市场走量大的品种。

汽车hid镇流器系统框图

伴随市场的发展，用户的要求愈来愈高，普通模拟式电子镇流器镇流器也在逐步向数字式转变，于是混合有数字和模拟电路的电子镇流器出现在市场上，电路上前段模拟，后段数字，或者前段数字，后段模拟，这些混合型电路较大提升了普通模拟电路品质要求，可以简单的部分实现标准性能要求及可靠性要求，也是一种不错的过渡性选择，可以满足部分要求相对高一点市场需求，但成本高于模拟式电子。

真正可以满足安全要求、性能要求、EMI及EMC的要求，并同时实现产品高可靠性要求，则一定要走数字式电子镇流器的路。数字电路以特有的高稳定性、高可靠性、高逻辑性，可以方便实现标准所规定的各种要求，如：宽电压甚至全电压启动（120-277V）、程序式预热启动、异常状态诊断及保护等，数字式电子镇流器可以真正实现国家标准要求，方便的应用于各种场合。

就单个造价而言，数字式高于模拟式和混合式电子镇流器，但以TOC（客户总成本）的观点来看，即总成本=采购成本+使用成本+维护成本，数字式电子镇流器的采购成本是高的，但它的使用成本和维护成本却大大降低，终其总成本（TOC）还是远远低于模拟式电子及混合式电子镇流器；数字式电子镇流器有高达5年的品质保证（或大于20，000小时），同时*的发挥灯管的效能及使用寿命，是一款真正给客户创造价值、符合国家节能环保产业政策的产品。

当今数字化在国家生活中已成滚滚潮流，不可阻挡，没有人再持砖头一样的大哥大（模拟机）了，尽管当年它风头出尽；小巧的MP3、MP4也早以取代磁带机（模拟机）挂在腰间；曾经不可一世的柯达公司，也不得不推出数码相机，尽管它非常希望用户买它的胶卷（模拟式）。国内电子镇流器的数字化之路也是由市场和客观决定，它不会因我们简单的认同就全面到来，也不会因我们简单的拒绝就离开，但就欧、美、日等*国家节能环保的经验和照明产业来看，数字式电子镇流器早已如火如荼的展开，在世界一体、绿色产品当道的今天，相信国内电子镇流器的数字化之路也很快会到来。