日光灯发光原理

日光灯管属于气体放电灯的一种,在灯管内部充有水银蒸汽以及少量的惰性气体-氩气。灯管通电后,内部的水印蒸汽电离产生紫外线,紫外线照射到灯管管壁的荧光粉后,激发产生可见光。常用的日光灯色温是接近日光色的,根据充入的气体以及管壁的荧光粉的不同,就会发出不同颜色的光线了。

日光灯内的气体在低通入低电压时,由于未被电离,其内阻是非常大的,所以家用220V的电压是无法直接点亮灯管的,在通电启动时,需要更高的电压电离内部气体,当气体被电离后,内阻会迅速下降,这时只需要低电压就可维持发光。所以日光灯的工作需要有一种元件,能够在通电启动的时候提供高启动电压,灯管正常启动后,需要给灯管限流,降低工作电压,这个元件就是镇流器。

电感式镇流器

电感式镇流器的结构比较简单,它是利用电感的自感现象生产高压,以及感抗实现限流的。电感式的镇流器是早期日光灯中使用比较多的。

日光灯工作原理及镇流器的分类

电感式镇流器是一个带有磁芯的电感线圈,为了防止工作时产生的震动发出噪音,通常采用密实结构并进行浸漆处理。电感产生自感电压,是利用电感的储能作用,通电时给电感储能,在断电的瞬间才能由电感产生自感电压。所以电感镇流器本身是无法产生自感的,还需要有其他元件的配合,实现断电控制,才可以产生高压,这个自动断电控制的元件就是启动器,也叫做启辉器。启辉器是一个内部充有惰性气体的灯泡,内部其中一个电极为U型金属结构,当启辉器通电时,内部气体会电离发光,发光的同时会发热使U型金属产生形变,两个电极就会接触,接触后产生短路,气体就会熄灭降温。启辉器就是利用了其他发光发热以及U型金属产生形变实现自动开关控制的。日光灯工作原理及镇流器的分类

上图是典型的电感镇流器日光灯的电路原理图,镇流器、灯管的灯丝以及启辉器三者直接呈串联结构。它的工作过程是:交流电源接入后,电流会经过镇流器、灯管中的灯丝到达启辉器两端,这时启辉器两端加有电压,由于内部惰性气体的启动电压较低,内部气体就会发光发热引起金属片变形。金属片变形短路后启辉器就会熄灭降温,在金属触点断开的一瞬间,就会在镇流器两端产生较高的自感电压,自感电压与输入的交流电压相叠加后加在灯管两端,内部气体电离完成启动工作。灯管内气体被电离后内阻会迅速减小,此时交流电压经过镇流器限流后维持灯管的正常发光。灯管正常工作时,灯管两端的电压一般在100V左右。由于启辉器与灯管并联,此时的电压无法达到启辉器内部气体灯的启动电压,触点就不会再次闭合了。并联在启辉器两端的电容的作用主要是保护触点,在启辉器触点断开时吸收电火花。日光灯工作原理及镇流器的分类

虽然电感镇流器电路结构简单,但是它是利用串联电阻的方式实现降压的。工作时镇流器会发热,并且会产生一定的噪声,在环境温度较低时,灯管也会产生启动困难的现象。所以电感镇流器慢慢被淘汰使用,取而代之的是电子式镇流器。

电子式镇流器

电子式镇流器与电感式镇流器日光灯的作用是相同的,也是完成通电瞬间产生高压启动灯管,正常启动后降压维持灯管的点亮。与电感镇流器有所区别的是,电子式镇流器是利用谐振原理产生自感电压,并且整体是将交流电压变为直流电压,通过开关管的控制变为高频电压驱动灯管的,所以电子式镇流器从结构原理上看,实际上是开关电源。

日光灯工作原理及镇流器的分类

上图是非常常见的电子式镇流器的内部电路原理图,它是一个双管自激的开关电源。其工作过程是:交流电压输入之后,经过保险FU,经过二极管VD1-VD4组成的全桥整流之后,经过电容C1的滤波,在电容两端产生大约310V左右的直流电压;直流电压首先会经过电阻R1给电容C2充电,随着C2两端的电压不断上升,当超过双向触发二极管VD3的触发电压之后,VD3导通;此时三极管V2的基极会变为高电平,V2导通;直流电压经过电容C4C5、灯管中的灯丝、电感L4L1接地构成回路组成串联谐振电路,L1-L3为绕制在同一个磁环上的三个绕组,在给电容C4充电的同时,会在L2L3两端产生感应电压,由于同名端的关系,会使V1的基极电压慢慢上升,而使V2的基极电压慢慢较小;此时V2截止V1导通; V1导通时,C4上存储的电压就会经过灯管、L4L1泄放,L2L3产生的感应电压又会使V1截止V导通,V1与V2的交替导通与截止形成振荡。电路通电瞬间的启动电压,就是由谐振电路中的C5与L4产生的,灯管启动之后,L4起到了镇流作用。

镇流器的常见故障及维修

对于老式电感镇流器来讲,镇流器本身出现故障的几率比较小,大部分的故障基本上都会出现在启辉器。启辉器内部气体也是有一定寿命的,长时间工作之后灯泡内部容易变黑失效,还有一个常见的故障就是内部触点的黏连以及电容的击穿,这种故障的现象就是通电后,灯管中的灯丝会发热但是无法正常启动发光。

电子式镇流器由于内部电路相对复杂,常见故障通常为保险损坏、开关管击穿等等,对于电子式镇流器的维修,需要有一定的电路基础及维修经验,因为电路板通电后会直接与交流电相连,容易造成触电危险。

图片中使用的是电感镇流器,但是看不到启辉器。这种台灯一般使用的是H型灯管,是灯管与启辉器集成在一起的,所以灯管的输出也是两根线,电源输入之后串联镇流器连接灯管。这种灯管的启辉器损坏之后可以拆开更换,但是灯管一般为卡扣设计不易拆开,并且启辉器损坏时,灯管也基本达到使用寿命,损坏时建议更换灯管。

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