2008年11月11日 星期二

日光燈管老化與故障

日光燈的壽命受到燈絲品質和安定器的影響很大,這邊有篇不錯的碩士論文,研究了各種日光燈的故障狀況,有助於電子安定器的設計者去設計或保護線路,也便於我們從燈管現象,了解故障的狀況,或是安定器或燈管的品質。非常值得一讀,全篇中文。

高頻電子安定器驅動螢光燈之故障現象探討及保護電路設計--國立中山大學電機工程學系研究所 李正中

下面摘要部分:

先來了解日光燈管在電路上的等效電路模型,和點燈的過程,日光燈基本點燈的過程分為三個階段;1. 預熱 2. 點燈 3. 點燈後穩態。燠熱的時候藉由燈絲電流加熱燈管,使得液態汞或固態汞開始蒸發,抵達能夠導通的能量障壁;接著一個較高的電壓在燈管內產生電弧點燈,這時燈絲上會有熾熱電流;直到燈管電流穩定之後形成穩態。

註:熾熱電流是日光燈產生穩定弧光電流前的暫態現象,為燈絲電子濺射產生的不規則電流,從數個毫安到數十毫安不等,因為很小不容易偵測,但為害甚大,是日光燈黑頭的主要原因,也是影響燈管壽命的重大因素。

construction2
[上圖可視為一個日光燈管的電路等效模型,日光燈在高頻電流通過下,可視為一個穩定的阻抗,通過Rf的電流為燈絲電流,通過Rarc的燈管電流。]


燈絲電流
[實驗加上1A燈絲電流,模擬燈絲電流過大]

點燈預熱時,燈絲電流過大,或點燈後仍保留於燈絲上,長時間使得燈絲過熱,產生蒸發現象,造成燈管黑化,應該也會導致光衰以及耗損燈絲。

點滅測試
[實驗以點滅測試,模擬燈管長期開關,過高的點燈電壓產生熾熱電流,造成燈絲濺射噴出]

從這可知,好的安定器需要將燈絲加熱到適當溫度,以降低點燈的電壓,比減少燈絲濺射的狀況,才能提高燈管壽命。瞬時點燈式安定器因無預熱電流,點燈電壓需高至1200Vac,也是造成燈管短命的一大原因(壽命約3000次點燈)。

燈絲發紅
[燈管一邊發紅並不停閃爍亦是常見的燈管故障現象]

文中說明了燈管兩端燈絲老化不一致時造成阻抗不同,形成交流電通過燈管時,正半周與負半周,電壓電流不對稱等情況。好的安定器設計,應適時截斷保護,使得燈管不再消耗電力。

波形不對稱
[電壓電流不對稱時波形]


另外這邊有篇博士論文非常專業
程序設定快速啟動之螢光燈電子安定器--國立中山大學電機工程學系研究所陳威銘
本文針對採用半橋串聯共振式換流器為主要電路架構之電子安定器提出三種程序設定快速啟動控制方式,分別為:(1)交流開關短路法、(2)具感應耦合式燈絲加熱電路之程序設定控制法、(3)串聯共振儲能槽諧振法,以改善快速啟動型螢光燈的啟動暫態特性

還有這篇
具電感電壓相位迴授之鎖相迴路控制電子式安定器--國立成功大學電機工程學系碩博士班葉明杰
本碩論提出一新型諧振電感電壓相位迴授之鎖相迴路控制電子式安定器,利用所提出的鎖相控制技術,使電子安定器操作頻率能夠自動追蹤諧振槽之諧振頻率,俾在不同的負載情況下,都能夠獲致固定的燈管電流,以提高對穩態燈管阻抗變化之容忍度

有興趣多看看論文長知識。

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