[浅谈荧光灯热阴极长寿命灯丝设计] 热阴极荧光灯

　　摘 要:本文从灯丝角度分析了灯失效的原因,详细介绍了长寿命灯丝的经验设计方法,供大家参考。　　关键词:灯丝 设计 长寿命　　中图分类号:TM55 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0102-01荧光灯是目前室内照明中应用最广泛的光源。与第一代电光源白炽灯比较,荧光灯具有高光效、长寿命、显色性较好的特点;与第三代电光源LED比较,荧光灯具有价格便宜、长寿命、配套电源简单、技术成熟的优势。影响荧光灯寿命的因素主要有:(1)荧光粉,主要影响光通量的维持率;(2)汞不足或者耗竭,导致灯无法正常发光;(3)电极失效(电子粉耗竭或者断灯丝),导致灯点不亮。本文主要从灯丝设计方面探讨如何延长灯的寿命。
　　1 灯丝介绍
　　1.1?存储电子粉
　　现有的荧光灯灯丝结构主要是三螺旋架构,按钨丝数目可分为单丝和双丝。螺旋参数有螺距系数Ks=s/d和芯丝系数Kc=dc/d(s为螺距,d为钨丝直径,dc为螺旋内径)。Ks太小时,圈与圈间容易短路,不易储存电子粉;太大时,电子粉容易散落,不耐电子轰击,钨丝蒸发速度快,散热快。Kc太小时,电子粉储存空间小,绕丝生产效率低,容易断丝;太大时,电子粉容易散落,螺旋体容易下垂,灯丝电阻离散性大,电子粉分解不完全。
　　1.2?提供电子粉工作所需的热量
　　根据焦耳定律Q=I^2Rt,电流、通电时间和电阻是决定热量大小的参数。(1)启动瞬间,灯丝提供合适的热量给电子粉。防止预热不足造成电子粉溅射或过热造成灯头发黑。(2)点灯过程,提供合适的热量给电子粉,维持稳定的灯电流。防止预热不足或过热造成电子粉消耗过快。当灯工作时,电子粉的消耗主要是6BaO+W→Ba3WO6+3Ba,该反应条件是1000K左右。由于灯丝的温度不能直接测量,只能从灯丝的冷热阻比推断,灯丝热阻比r与温度的关系如下。
　　r=4.00T≈920K热电子发射的最低灯丝温度;r=4.75T≈1000K灯管性能最佳时的设计;r=5.50T≈1200K黑头情况轻微,最大灯丝温度。
　　综上所述,灯丝设计长寿命的核心是,有储存足量电子粉的空间,有合适的电阻来保证最佳工作温度。
　　2 灯丝经验设计
　　现介绍本人在工作中应用的经验推算法:(1)由电流确定钨丝直径、长度及灯丝电阻;(2)螺旋的设计;(3)确认预热能量与替代电阻值。例:T5 28W、IEC中各项参数为:灯丝热阻Rh=40Ω±10Ω(测试电流0.16A)。
　　2.1?由电流确定钨丝直径、长度及灯丝电阻
　　灯丝冷阻Rc=Rh/r=40/4.75=8.42Ω(±2.11Ω)。
　　根据能量平衡：Pl(输入功率)=Pr(辐射功率)+Pg(气体传导)+Pc(支架传导)
　　推导出d=K1*I2/3、l=K2*d1/2,经验常数K1=100、常数K2=750
　　d=K1*I2/3=100*{(0.16)2/3}/1000≈0.03mm
　　按直径分为3段,计算对应的l和Rc值(如表1)。
　　*Rc=ρl/s(钨25℃时的电阻率0.06Ω·m)
　　2.2?螺旋的设计
　　增加储存电子粉的空间有2种方法:(1)增加三绕螺旋数(受灯管空间制约);(2)增加一绕内径(影响电子粉能否分解均匀)(如表2)。
　　灯丝螺旋长度计算(如表3)。
　　按上述计算出来的规格先小批量试做一些灯丝样品,测试灯丝热阻,得出一系列的热阻曲线。由于不同的管径、充气比例、充气压力等因素会影响灯丝的热阻比和电子粉消耗速度,所以小批量试做后,按实际需求选取合适的参数,并进行调整。
　　2.3?确认预热能量与替代电阻值
　　IEC中有预热能量与替代电阻值的要求,设计好的灯丝必须确认,保证灯丝与镇流器的匹配(如表4)。
　　3 结语
　　本文归纳的只是点滴所见,仅供参考。由于荧光灯工艺及工作环境的复杂性,及镇流器的匹配等因素,会直接影响到灯丝的寿命,在实践中应按实际情况进行调整,相信只有不断的提高荧光灯的质量和寿命,同时进一步降低生产成本和损耗,物美价廉的荧光灯才能更好的在市场中发挥更大的作用。
　　参考文献
　　[1] 周太明,周详,蔡伟新.光源原理与设计(第2版),上海复旦大学出版社,2006,8.
　　[2] 吴曾谟.紧凑型节能灯灯丝电流与灯管寿命的关系[J].中国照明电器.1999(1).
　　[3] Double-capped fluorescent lamp-Performance specifications IEC60081 2005.
　　[4] GB/T 10682-2010.双端荧光灯性能要求[S].