納米陶瓷電極熒光巷道燈和隧道燈

　　1 概述

　　目前礦井巷道和高速公路隧道照明燈具普遍采用白熾燈和日光燈。眾所周知，白熾燈的發(fā)光效率只有15 Lm/w，使用壽命只有1 000小時，普通日光燈的發(fā)光效率約60 Lm/w，壽命只有2 000小時。高質(zhì)量日光燈的壽命也只有5 000小時，由于礦井巷道和高速公路隧道都是晝夜點亮，因此照明燈具需要經(jīng)常更換，由于隔爆巷道燈更換燈管很困難，因此維護(hù)工作量大，維護(hù)費(fèi)用高。同時，白熾和日光燈耗電量較大，加之每天點亮?xí)r間很長，因此每年所需電費(fèi)極高。

　　為了克服這些問題，近年來，許多研究單位開始采用半導(dǎo)體照明燈(LED)制作巷道燈和隧道燈。LED具有節(jié)電、長壽命、環(huán)保等優(yōu)點，目前已有部分采用白熾燈的巷道燈改用LED，取得較明顯的效果，但是原來采用日光燈的巷道燈，必需采用多只LED組成的燈管，因此光線分布很不均勻，而且還會產(chǎn)生重影。同時，LED日光燈管的價格很高。目前，大量推廣仍有困難。

　　納米陶瓷電極日光燈的電極采用永久性納米陶瓷材料制成。這種材料能夠?qū)щ?，并發(fā)射由電能轉(zhuǎn)變成的光電子能，使管壁上的熒光粉發(fā)光，這種熒光燈徹底克服了傳統(tǒng)鎢絲涂電子粉電極日光燈的致命缺點：光效低、耗能大、壽命短。目前納米陶瓷電極日光燈的發(fā)光效率可達(dá)110 Lm/w，在照度相同的條件下，比白熾燈節(jié)電90%，比傳統(tǒng)日光燈節(jié)電40%～60%。納米陶瓷電極日光燈可達(dá)30 000小時，比白熾燈長30倍，比傳統(tǒng)日光燈延長15倍以上，此外，納米陶瓷電極日光燈的成本略高于傳統(tǒng)日光燈，因此這種燈具目前是礦井巷道燈和高速公路隧道燈最理想的光源。

　　2 納米陶瓷電極熒光巷道燈的組成

　　該巷道燈主要由三部分組成：納米陶瓷電極日光燈管、電子鎮(zhèn)流器和隔爆罩。隔爆罩采用已通過安全認(rèn)證的巷道燈隔爆罩。這種隔爆罩結(jié)構(gòu)非常堅固，即使日光燈管和鎮(zhèn)流器產(chǎn)生爆炸。由于隔爆罩的屏蔽作用，不會對外產(chǎn)生任何影響，此外為了實現(xiàn)照明，隔爆罩還具有透光作用。

　　電子鎮(zhèn)流器的作用是控制電極和燈管的電流。當(dāng)外部電壓發(fā)生變化時，保證燈管和電極電流在很小范圍內(nèi)變化，避免損壞電極和燈管。該鎮(zhèn)流器還具有功率因數(shù)校正作用，整燈的功率因數(shù)可達(dá)到0.999。可有效消除對電網(wǎng)的污染。

　　采用納米陶瓷電極日光燈管后，原來巷道燈內(nèi)用的20 W日光燈管，只需選用14 W燈管。交流輸入電壓為127 V時，該燈管的工作電流只有0.085 A，該燈管還具有很高的過壓、過流承受能力。當(dāng)交流輸入電壓高達(dá)612 V時，電極才有可能燒斷，電極電流達(dá)到2.09 A時，電極才可能燒斷。該日光燈管的光通量可達(dá)到1 350 Lm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20 W普通日光燈管的光通量，因此照明效果優(yōu)于20 W普通日光燈管。而納米陶瓷電極日光燈管的平均壽命可達(dá)30 000 h，為普通日光燈管的10～15倍。在正常工作情況下，可以保證12年不更換燈管，大大節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

　　3 熒光巷道燈的電子鎮(zhèn)流器

　　為了節(jié)能，納米陶瓷熒光巷道燈采用電子鎮(zhèn)流器控制。該鎮(zhèn)流器主要由EMT濾波器、整流器、功率因數(shù)校正電路(PFC)、鎮(zhèn)流控制與保護(hù)電路等部分組成，各部分電路均由電子鎮(zhèn)流器專用集成電路IRS2168D控制，如圖1所示。

　　EMT濾波器由高頻濾波電感和電容組成，用于濾除高次諧波，減小對電網(wǎng)的污染。整流器由4個整流二極管組成，其作用是將交流輸入電壓變?yōu)橹绷鬏敵鲭妷海撴?zhèn)流器輸入交流電壓范圍為90 V～305 V，不僅適用于礦井下127 V供電電壓，也適用于世界各國的100 V和220 V供電電壓。交流輸入電壓過低時，集成電路輸出信號可關(guān)斷鎮(zhèn)流器輸出，實現(xiàn)欠壓封鎖功能。功率因數(shù)校正電路采用普通的升壓變換器，實現(xiàn)輸入電壓與輸入電流同相位，提高功率因數(shù)(達(dá)到0.99以上)，減小總諧波失真。鎮(zhèn)流控制與保護(hù)部分主要由半橋式電路和保護(hù)電路組成，其作用是控制日光燈預(yù)熱電流，起輝電流和工作電流。保護(hù)電路可防止日光燈因出現(xiàn)故障狀態(tài)而損壞。

　　控制一個日光燈管的電子鎮(zhèn)流器實際電路如圖2所示，輸入端的L1、C1等元件組成EMT濾波器，壓敏電阻RV1實現(xiàn)過壓保護(hù)，BR1為橋式整流器，功率因數(shù)校正電路由電感LPFC、二極管DPFC、功率MOS管MPFC、電容器CVBUS1和CVBUS2等元件組成，與功率MOS管串聯(lián)的電流采樣電阻的ROC的作用是：當(dāng)功率因數(shù)校正電感LPFC飽合時，可以防止因為電流過大而導(dǎo)致?lián)p壞功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)校正電路的工作由IRS2168D 7引腳(PFC)輸出信號控制，鎮(zhèn)流控制電路采用功率MOS管MHS和MLS、諧振電感LRES、諧振電容CRES等元件組成的半橋輸出電路功率MOS管由IRS2168的11引腳(LO)和16引腳(HO)輸出信號控制。IRS2168D的電流采樣引腳(CS)電壓決定于流過外接電流采樣電阻RCS的電流，通過該電阻可以調(diào)整最大峰值啟輝電流，因此可以調(diào)整日光燈啟輝電壓。電極驅(qū)動電路由諧振電感LRESB、LRESC和諧振電容CH1、CH2兩部分組成。

　　應(yīng)當(dāng)說明，該實用新型不僅適用于巷道燈和隧道燈，而且適用不同功率的日光燈管，也可用于室內(nèi)照明、道路照明等場合。為了提高照明效果，高速公路隧道燈經(jīng)常選用雙管日光燈。為了節(jié)省鎮(zhèn)流器的造價，可以采用一個鎮(zhèn)流器驅(qū)動兩只日光燈管，實際應(yīng)用電路，如圖3所示。