HID電子鎮流器

本文介紹綠色照明新產品--電子鎮流器的工作原理和他的優良特性，並通過對公司電子鎮流器產品的介紹，指出了設計過程中重點應注意的事項以及在實際應用中尚待進一步予以解決的問題。

HID燈是國際上廣泛使用的新一代高效光源，2011年我國生產的金屬鹵化物燈泡、高壓鈉燈多達1480萬隻，而且隨著基礎建設不斷加大，HID燈的用量每年都會有較大的增長，因此合理設計配套HID燈用的電器附件是非常重要的，而使用電子鎮流器可以取得很好的性能價格比，以下本文就主要的幾個方面介紹電子鎮流器的性能特點與應用，並對如何進一步推廣使用HID燈電子鎮流器提出探討意見。

在同等條件下，要得到相同的照度，相對於傳統電感式鎮流器，使用HID燈用電子鎮流器，其輸入功率普遍可減少10%以上，因為燈泡採用高頻或低頻方波電流點燈工作時，其系統發光效率得到提高。

電子鎮流器自身的損耗小，一般產品效率可達93%以上。

功率因數高，可達0.99，降低輸電線路損耗。

由於電子鎮流器具有穩定的燈輸出功率（該公司生產的電子鎮流器，電源電壓變化±15%時，燈輸出功率變動小於3%）,而使用電抗式鎮流器的燈輸出功率會隨電源波動超過10%以上，因此，在設計時，為保證在電源電壓波動範圍內滿足設計照度，均按電壓波動的下限（-10%）設計，這樣在正常電壓使用時，燈從電源取得的輸入功率將超過正常功率約10%，既造成燈泡過載，縮短燈壽命，也造成不必要的浪費。但是，如果使用電子鎮流器，由於電子鎮流器有穩定輸出功率的特性，不存在此類問題，達到同樣的設計效果時，其從電源輸入的功率可以降低10%以上。

眾所周知，傳統的電磁式鎮流器需要消耗大量的矽鋼片和漆包線，這將消耗大量存量有限的地球資源，如採用電子鎮流器就可以大大降低資源損耗，以400W金屬燈（CWA鎮流器）為例，需要銅2.0公斤，矽鋼片4.0公斤，而使用電子鎮流器，只需要銅約0.4公斤，不需要矽鋼片。

輸出燈功率恆定，電路設計可以做到輸入電源電壓在120--265V的寬範圍中變化，其輸出的燈功率變化<3%，對於電源電壓波動大的場合，電子鎮流器更顯示其優越性。

使用電子鎮流器時燈功率隨燈泡管壓變化曲線（參見下圖）。

從圖中可以看到，當燈啟動時，燈電壓逐漸上升，燈電流逐漸減小，其燈功率隨燈電壓增加而增大，當燈功率達到額定功率值時，其燈功率基本不再受燈電壓變化的影響，即燈功率保持不變，由於燈輸出功率恆定，可以得到兩個很好的效果：

① 點燈功率恆定，使得燈泡顏色較為一致。

② 根據HID燈工作特性，HID燈壽命後期，燈泡管壓會逐步升高，這時在傳統電磁式鎮流器電路中，電磁式鎮流器的輸出特性基本上為恆流輸出，燈電流變化很少，使燈功率提高，這會加速燈的老化，進而又使燈管電壓提高，如此下去，使燈泡快速壽終。而在使用電子鎮流器電路時，從圖中的曲線中可以看出，當燈電壓提高時，燈電流隨之下降，燈功率保持不變，使HID燈泡能獲得更長的壽命。

※ 功率因數>0.99，降低諧波電網污染，降低總輸電線路設計安裝成本。

※ 電流總諧波THD≤10%，相對於傳統電磁式鎮流器THD≥15%能減少對電源的污染。

※ 由於電子鎮流器採用高頻或低頻方波電流點燈，燈瞬時輸出功率恆定因此，其光輸出無頻閃，改善照明效果。

※ HID燈的點燈電路一般採用高壓啟動，一些燈泡啟動特性差，或是燈泡點過一段時間后啟動困難，特別是在熱啟動時，傳統的點燈電路就極易產生輝光拉弧放電，長時間無法進入弧光放電過程的現象，這會損傷燈泡電極，降低燈泡壽命。該公司設計生產的電子鎮流器可以有效地克服這一缺點，採用間隔脈衝觸發，因而可以克服因啟動困難而降低燈泡壽命，同時還有良好的保護功能，當出現燈輸出短路，燈輸出開路，過熱等異常情況時，具有自動保護功能，提高了電子鎮流器工作的可靠性。

電子鎮流器可以很簡單地實現各種自動控制，實現對燈光的智能化控制，根據燈泡的特性，鈉燈泡可調範圍為40--100%，而金鹵燈泡也可達50--100%，這對於許多場合是需要的，可以滿足照明的可控制要求，同時可以節約大量的電力。

實現HID燈光控制的方法有多種

① 採用紅外感測器，通過檢測人體信號進行控制。如在超市、倉庫、加油站、寄車場等。

② 應用光敏元件，根據自然光或其他光源信號，自動調節燈功率，實現自動調光，可應用於辦公室、工礦照明、農業照明等多種場合。

③ 時鐘控制，典型應用於路燈照明，設定不同程序，使路燈在每天24小時不同時段內，有不同的光照度輸出。道路、街道、隧道等採用這種控制可以大量地節能。

④ 手動調光，高壓鈉燈、金鹵燈都可以在寬範圍內通過調節輸入到燈泡的功率大小來實現連續無抖動的調節。

體積小、重量輕、安裝方便。

隨著電子技術的飛速發展，電子元器件質量不斷提高，使電子鎮流器可靠性有了基本保證，因此，當前日光燈、節能燈的點燈電路已經大量的為電子鎮流器所取代。對於將電子鎮流器大量應用在HID燈上，必須解決HID燈用電子鎮流器的可靠性問題和其性能價格比。

HID燈較日光燈、節能燈等有更為複雜的物理過程，必須深刻地了解HID燈的特性，才能有效地設計出可靠的電路。如HID燈的“聲共振”是點燈過程中放電極不穩定的一種現象，嚴重時造成燈熄滅，無法正常工作，在設計上，我們做了如下考慮：

① 保持燈瞬時輸出功率為恆定，如採用方波電流驅動就可得到燈瞬時輸出功率恆定的輸出特性，進而保證不發生HID燈的“聲共振”現象。

② 電子鎮流器異常狀態下的自身保護。當出現燈輸出短路，燈輸出開路，燈失效，安裝環境過熱等異常情況時，具有自動保護功能。

③ 燈輸出功率恆定，包含二個方面，一是電源電壓波動，燈輸出功率不變，二是隨著HID燈（尤其是高壓鈉燈）在整個燈泡壽命期內，燈電壓大幅變化，燈輸出功率保持不變。只有保證了這二個方面，才是真正意義上的恆功率輸出電子鎮流器。

④ 對整個電子鎮流器所使用的功率器件，採用ZVS（零電壓開關），ZCS（零電壓開關）大大降低了功率器件的電壓電流應力。

⑤ 使產品溫升控制在規定值內。對整個電子鎮流器內部結構進行熱設計，選擇理想的散熱材料，保證電子鎮流器有效地散熱。

我們只有全面地了解HID燈電子鎮流器的應用價值、其綜合的經濟指標與不斷提高的可靠性，才能促使它在實際中的應用成為現實，以250W鈉燈為例，與電感式鎮流器的比較如下：

1．自身功耗。

250W電感鎮流器功耗約為30W，且隨輸出功率的增加而增加。250W電子鎮流器功耗約為12W，且基本為恆定值。電子鎮流器自身功耗低，溫升低，系統效率高。

2．與基準燈配合的光效。

電感鎮流器與基準燈配合，其光效約為基準鎮流器與基準燈配合光效的95-98%。電子鎮流器因為用高頻電流點燈，其光電轉換率要比電感鎮流器略高。另外電子鎮流器自身功耗小，使它與基準燈配套后的光效約為基準鎮流器與基準燈配合光效的110%。

3．燈管壽命。

電感鎮流器很難做到啟動特性與燈管啟動要求完全一致。當輸入電源電壓變化和燈老化時，燈管功率波動範圍大，大大縮短燈管壽命，增加日常維護費用。電子鎮流器可以直接控制燈電流，在較小的啟動電流下，縮短燈的啟動時間。在電源電壓大範圍變化和燈老化時，保持燈功率恆定，減小燈的光衰，從而大大延長燈的使用壽命，降低日常維護費用。

4．輸入電網電壓範圍。

對電感鎮流器，燈管功率隨輸入電源電壓波動而變化。當電源電壓較高時，燈管嚴重超功率（當輸入電壓達到250V時，有些電感鎮流器的輸出功率高達380W左右），鎮流器和燈發熱嚴重，大大縮短燈管和燈具的壽命。而電子鎮流器具有恆功率輸出功能。在電源電壓大範圍變化時，能夠保持燈功率恆定，減小燈的光衰，從而大大延長燈管和燈具的使用壽命。

5．燈光的頻閃問題。

由於受交流50Hz（或60Hz）電網電壓過零點的影響，電感鎮流器使燈產生低頻頻閃，併產生明顯的交流噪音，容易引起人眼疲勞，也無法滿足運動物體的高質量照明和攝影的要求。而高頻電子鎮流器輸出採用高頻電流點燈，採用高功率因數升壓電路，中間採用大容量直流濾波環節，無低頻閃爍問題，也沒有低頻噪音。

6．外圍附件。

電感鎮流器需要啟動器和補償電容，不易安裝，降低整個系統的可靠性。而電子鎮流器不需要任何附件，安裝方便。

7．鎮流器與光源的安裝距離要求。

高壓鈉燈電感鎮流器一般採用外部脈衝觸發器，鎮流器和燈管之間的距離較短，無法滿足長線驅動要求。而高頻電子鎮流器採用滑頻點燈技術，電子鎮流器和燈管之間的距離可以延長到20米以上，方便鎮流器的安裝和日常維護。

8．諧波含量和功率因數。

電感鎮流器的電流滯後於電壓，輸入電流的諧波含量大，不加補償電容時的功率因數只有0.6左右。即使加上補償電容器，功率因數也很難做到0.95以上，諧波含量仍然較高。這就造成電感鎮流器對電網的污染嚴重，加大電網的負荷，增加初裝費用。而高頻電子鎮流器內部採用功率因數校正電路，使輸入電流的諧波含量小於10%，功率因數高於0.95，對電網的基本沒有污染，能減小電網的負荷，降低初裝費用，也可以對原來採用電感鎮流器的照明系統直接增容。

9．電磁兼容問題。

除輸入電流諧波含量低之外，電子鎮流器還能全面滿足EMI和EMS要求，從而提高整個照明系統的可靠性。

10．自身保護問題。

電感鎮流器不能實現自身保護，當燈管出現“整流效應”和接近壽命終結時，會出現燈頻繁亮、滅，造成鎮流器損耗加大、溫升加劇。電子鎮流器可以實現全面的保護功能，針對燈開路、燈端短路、熱燈、整流效應和燈壽命終結等現象，封鎖電子鎮流器的輸出。

11．體積和重量。

250W電感鎮流器的重量接近5公斤，比較笨重，消耗的原材料多，對燈具和安裝部件的強度要求高。250W電子鎮流器的重量只有1公斤左右，體積小，安裝方便。

電子鎮流器的性能明顯高於電感鎮流器，電子鎮流器能全面滿足“綠色照明”的要求，是環保、節能型產品。

制約HID燈大量應用的因素，主要有四個方面：一是可靠性，要完全地克服HID燈點燈過程中產生的“聲共振”現象，HID燈用電子鎮流器電路結構遠比日光燈電子鎮流器要複雜得多，選用的元器件數量數倍於日光燈電子，因此，元器件失效的機率也高。同時，我國HID燈泡生產廠家多，燈泡的標準不一，燈泡與電子鎮流器沒有很好匹配，也會降低其使用效果，電子鎮流器生產廠家必須嚴格篩選元器件，使產品可靠性提高。二是電子鎮流器對使用環境的要求，使得對燈具設計提出了新要求，對大量發展的一體化燈具，難以安裝使用，主要是電子鎮流器一般要求工作環境溫度應低於55℃，使電子鎮流器外殼溫度保持在75℃以下，來保證電子鎮流器的使用壽命，因此，設計美觀大方，有良好散熱效果的燈具，需要燈具同行的密切配合。三是大功率電子鎮流器的散熱問題，是影響電子鎮流器壽命的重要因素，因此，設計實用型的大功率電子鎮流器還有待於完善。四是價格，雖然其綜合經濟效益高，但是由於一次性投資高，還難以被客戶廣泛接受。而且要提高可靠性，價格必然會大幅增加。但隨著電子技術快速發展，以上問題都會不斷得到改善，HID燈電子鎮流器必將成為綠色照明電器而被廣泛的關注和應用。

HID 燈電子鎮流器具有良好的點燈參數，其綜合經濟效益高，並降低對電網污染，這對於我國實現綠色照明工程將會有極大的推動作用，是儘快達到節能10%目標行之有效的措施，因此，可以相信，如同節能燈、日光燈等電子鎮流器一樣，HID燈用電子鎮流器也將會迅速得到應用。通過對中電能公司電子鎮流器產品在國內外多條道路上的使用表明，該產品不但具有顯著的節能效果，而且可以明顯地延長燈泡的使用壽命，深受用戶歡迎。