CFL燈具的“綠色”設(shè)計策略

隨著越來越多的地區(qū)啟動淘汰傳統(tǒng)白熾燈的行動，我們的注意力也轉(zhuǎn)向不斷變化的照明領(lǐng)域。該領(lǐng)域最新的照明替代產(chǎn)品據(jù)稱可以提供更低的能耗、更好的耐用性和更長的使用壽命，能為新世紀帶來更佳的照明方案;同時，能耗的降低還能節(jié)省消費者的支出，這一點很有吸引力。

目前已經(jīng)開始獲得大眾市場青睞的兩種產(chǎn)品是緊湊型熒光燈(CFL)和LED燈。這兩者都能提供上述優(yōu)點，但本文將重點討論CFL技術(shù)，我們要分析的是中國制造商白獅(Baishi)生產(chǎn)的一款非調(diào)光式CFL燈具。

螺旋管CFL最早是由公認為現(xiàn)代熒光燈技術(shù)之父的Edward E. Hammer于1976年推出的。雖然這種設(shè)計與白熾燈相比有了大改進，但在當時，通用電氣公司的老板并沒有采納。帶電子鎮(zhèn)流器的CFL是歐司朗(Osram)公司于1985年推出的，但直到1995年CFL燈才開始商用化生產(chǎn)。

要想知道為何20W的CFL能夠產(chǎn)生與75W白熾燈一樣的亮度，這需要了解CFL燈的每個組成元件。與其它熒光燈具一樣，這種CFL使用U形玻璃管，管的內(nèi)壁涂有磷，當遇到管內(nèi)的電離氣體產(chǎn)生的紫外線輻射時就會發(fā)出可見光。

為了做到適合家用市場的尺寸，CFL設(shè)計一般使用較小的玻璃管直徑，并采用直通折疊或螺旋彎曲結(jié)構(gòu)。用于點亮燈管的電子鎮(zhèn)流器在設(shè)計時充分考慮了標準螺口插座燈的空間約束。為了實現(xiàn)這種設(shè)計，需要使用尺寸縮小了的電源來創(chuàng)建面積相對較小的合適的燈具驅(qū)動器。

覆有磷涂層的U型玻璃管在制造方面擁有自己的發(fā)展史，但化學工程愛好者可能對這段歷史更感興趣。從消費者的角度看，燈管內(nèi)側(cè)的磷涂層的損耗是主要問題。盡管如此，高質(zhì)量CFL燈的壽命仍可以長達數(shù)月甚至幾年。

在觀察這種特殊CFL燈具時，另一個值得注意的地方是在燈座外殼上有一個通孔。這個通孔暗示，與散熱有關(guān)的鎮(zhèn)流器電子元件的損耗也是一個影響燈壽命的因素。

典型的電子鎮(zhèn)流器包含有一塊小電路板，正是這塊板允許消費者方便地用CFL燈取代白熾燈。電子鎮(zhèn)流器提供開啟CFL燈的初始能量提升，然后將電流限制在所用燈管的額定工作值。

鎮(zhèn)流器設(shè)計中使用了晶體管、二極管和許多電容、電感，這些器件先是整流交流電源，然后創(chuàng)建一個跟隨型諧振逆變器電路，由這個電路產(chǎn)生高頻高壓電源用于點亮CFL燈。在這個電子鎮(zhèn)流器中，最重要的元件之一是恩智浦半導體的半橋結(jié)構(gòu)CFL驅(qū)動芯片UBA2211。

UBA2211可以從110VAC或220VAC輸入電壓驅(qū)動最高25W的CFL燈，這種功能在現(xiàn)代CFL中使用的任何電子鎮(zhèn)流器中都是必要的。不過，UBA2211的主要優(yōu)勢之一是其電路中包含過溫保護(OTP)和容性模式保護(CMP)功能。OTP和CMP能夠監(jiān)視電壓、電流和功耗，并在非正常條件下確保正確關(guān)閉系統(tǒng)，在壽命終了時燃燒部分得到安全處理。在CFL啟動時的最初電源“提升”階段，UBA2211還提供飽和電流保護(SCP)功能，以便CFL能夠工作在飽和電流極限值，不會破壞電子鎮(zhèn)流器中的功率晶體管。

我們在拆解CFL時注意到其復雜的電源電路，也弄明白了為何CFL能夠在市場中占有一席之地，與(相對)短壽命的白熾燈的價格相比，現(xiàn)在給普通消費者提供的CFL燈具和電子驅(qū)動電路組合的價格已經(jīng)開始具有競爭力。

不過，價格差距仍然存在--典型的白熾燈成本只有0.25美元，而CFL燈的價格仍然徘徊在1~2美元之間;但CFL真正的優(yōu)勢來自潛在的能源節(jié)省。雖然白熾燈成本只有25美分，但在其平均壽命內(nèi)的使用成本高達7美元;而CFL燈在整個壽命內(nèi)的使用成本只有1.5美元。從這個意義上講，CFL燈不僅從節(jié)能角度看是一種“綠色”解決方案，而且從節(jié)省消費者費用的角度看也是一個“綠色”解決方案。

圖1：為了做到適合家用市場的尺寸，CFL設(shè)計一般使用較小的玻璃管直徑，并采用直通折疊或螺旋彎曲結(jié)構(gòu)。

圖2：鎮(zhèn)流器設(shè)計使用了晶體管、二極管和許多電容、電感器件。在這個電子鎮(zhèn)流器中，最重要的元件之一是恩智浦的CFL驅(qū)動芯片UBA2211。