带罩紧凑型荧光灯最佳工作状态探讨.docVIP

带罩紧凑型荧光灯的最佳工作状态探讨 杜晓红 近年来，各种各样的带罩紧凑型荧光灯（简称CFL）越来越受到消费者的青睐。但是，由于CFL的管壁负载大，带罩散热差和镇流器的放热，使得灯的管壁温度已远远超过CFL所要求的最佳温度。由于灯罩的密闭，灯的环境温度很高（有些大功率灯甚至达100℃以上），此时，人为设置冷端已起不到理想的效果。所以温升光衰成为带罩CFL面临的难题。要使管内汞蒸气压保持在0.8Pa 左右，唯一的办法是采用汞齐代替液汞置于灯管的排气管内，这也是克服温升光衰的最佳途径。然而，在常温下由于汞齐灯管内的平衡饱和汞蒸气压很低，大约是液汞的1/20，所以，亮得慢又是带罩CFL面临的问题。如何克服温升光衰和提高光通量上升速度正是本文所要探讨的主题。 节能灯的发光原理 当灯管通电后，阴极发射出电子，电子在电场作用下加速，将与灯管内的汞（Hg）原子发生弹性或非弹性碰撞。非弹性碰撞将使Hg原子电离（产生Hg离子）或使Hg原子激发。当激发态Hg原子最外层的价电子从63P1回到基态时，辐射出253.7nm的紫外线，253.7nm的紫外线照射到荧光粉上，荧光粉发出可见光，这就是节能灯的发光原理。 CFL最佳汞蒸汽压的控制 CFL属于低压汞蒸汽放电灯。为了得到最高的光效，灯内的汞蒸汽压必须维持在最佳值（理想的饱和汞蒸汽压为0.8Pa）。当饱和PHg汞蒸汽压小于0.8Pa时，在一定温度下，PHg和汞原子浓度成正比。PHg升高时，汞原子数增加，253.7nm辐射效率提高。但当PHg高于0.8Pa时，ηUV会下降。这是由于汞原子吸收了253.7nm的辐射后跃迁至63P1态，从而产生共振吸收。由于CFL管径很细，带电粒子的自由程大大减小，原子和带电粒子之间频繁的 碰撞使得原子的能量因碰撞而损耗掉。PHg越高，253.7nm辐射的这个损耗越大，因而当PHg高于0.8Pa时，253.7nm的共振吸收大于共振辐射。低压汞蒸汽压放电的这一最佳汞蒸汽压相应于40℃时汞的饱和蒸汽压。因为饱和汞蒸汽压由灯管冷端温度所决定，所以为使灯的ηUV最高，灯的冷端温度应维持在40℃。这显然和灯的功率、外形结构、环境温度等相关。而对于CFL灯，由于其管径细，双极性扩散使得带电粒子在管壁复合而大量损失。为补偿这种损失，必须提高电子温度Te而由此会大大增加CFL的灯管表面负载，因而CFL的管壁温度也远远超过40℃。对于带罩CFL灯，由于带罩密封的散热性差以及受灯外形结构设计的限制，人为制造冷端也已无法使灯管的冷端温度降至40℃。因此有效控制灯内汞蒸汽压的唯一办法就是用汞齐代替液汞。 汞齐和辅汞齐的工作机理 汞齐CFL启跳瞬间，由于灯管内的平衡饱和汞蒸汽压很小，且放电长度较长，所以正柱区亮得慢，此时，辅汞齐通过灯丝的预热作用迅速释放汞，且汞原子很快向管内扩散直至汞气压达最佳值0.8 Pa（6x10-3τ），对应的灯光通量达最大值。当辅汞齐释汞所建立起的汞蒸汽压不足或超过0.8 Pa时，主汞齐开始工作，管内的汞蒸汽压平衡至最佳值（主汞齐的吸汞和释汞是可逆的）。主辅汞齐的这些工作特性使得CFL一般在3分钟之内即可达到稳定的光通输出。 材料的选择 带罩CFL灯的功率、灯罩种类以及灯的使用场所等的不同，相应的，密封在灯罩内的灯的环境温度也有很大差异。而各类汞齐都有一个相应的最佳工作温度范围。因而汞齐种类是材料选择的关键。一般主汞齐选用BiInHg和BiPbSnHg。在实际应用中，可通过测量组装灯具后的排气管温度来确定主汞齐的类型和设置点（主汞齐的位置可通过玻柱支撑或在排气管上烧个“内凹”等方法来固定）。辅汞齐是影响汞齐灯光通量上升速度至关重要的一个因素，对灯的启动特性起着催化剂的作用。辅汞齐上In涂量的多少直接影响其（释）吸汞能力。而辅汞齐的形状及热容量也是造成In在灯管制作过程中流失的一个因素。表1所示为采用不同的汞齐制作的灯的品质对比情况。表2为汞齐设置点不同对灯的品质的影响。表3为采用不同辅汞齐所制作的灯的品质对比情况。 表1 不同的汞齐对灯质量的影响 主汞齐 种类 功率 （W） 光通量（Lm） 100hrs上升时间（s） 1000hrs 光衰 电流 （mA） 色温 （K） Ra 主汞齐A 13.2 778 87 8.1% 216 2654 82 主汞齐B 12.77 738 107 9% 213 2580 82.5 主汞齐C 12.9 745 98 10.4% 214 2639 82.2 表2 汞齐位置对灯质量的影响 主汞齐 位置 功率 （W） 光通量（Lm） 100hrs上升时间（s） 1000hrs 光衰 电流 （mA） 色温 （K） Ra A 9.8 568 78 7.5% 148 2560 82.9 B 9.25 516 80 9.8% 145 257