直流無頻閃熒光燈的研究

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1、直流無頻閃熒光燈的研究陸鎮(zhèn)平（復(fù)旦大學(xué)電子工程系）摘要：本文比較全面的闡述了有關(guān)直流無頻閃熒光燈的研究成果。通過使用直流熒光燈管和直流電子鎮(zhèn)流器，徹底消除了困繞直流熒光燈研究多年的難題。相對(duì)于普通的交流熒光燈，直流熒光燈具有無頻閃，無電磁輻射，壽命長(zhǎng)，發(fā)光效率高的特點(diǎn)，是二十一世紀(jì)的綠色光源。關(guān)鍵詞：直流熒光燈，頻閃效應(yīng)，電磁輻射，正極暗區(qū)，直流熒光燈管，直流電子鎮(zhèn)流器。1、前言1.1熒光燈現(xiàn)狀電感鎮(zhèn)流器熒光燈是交流電通過燈管，電壓和電流都有周期性的變化，所以，發(fā)光亮度不斷地變化，使用50赫交流電其光強(qiáng)在1秒內(nèi)變化100

2、次。這對(duì)視力影響很大，會(huì)使高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體誤看成慢轉(zhuǎn)甚至反轉(zhuǎn)，球場(chǎng)上飛行的球誤看成是斷續(xù)的等。特別是對(duì)眼睛容易造成疲勞，在這種燈光下看書，是青少年近視率直線上升的重要因素之一。白熾燈也有頻閃，因它靠電流通過鎢絲發(fā)熱而發(fā)光的，在百分之一秒內(nèi)，鎢絲熱量改變不是很大，所以它的頻閃程度輕一些。荷蘭飛利浦公司于八十年代初，首先研制了一種能在高頻狀態(tài)（30~60千赫）下工作的電子鎮(zhèn)流器，由于它發(fā)光效率高，能在低電壓下啟輝，因此它一出現(xiàn)便立即受到人們的重視，希望用它代替原有的電感鎮(zhèn)流器。但它并沒有消除頻閃，由于它的高頻振蕩，會(huì)產(chǎn)生電磁輻

3、射和電磁干擾。1.2燈光頻閃對(duì)人眼的影響首先，在光強(qiáng)不斷變化的有頻閃的光源下工作，視覺系統(tǒng)需要不斷地調(diào)節(jié)眼球瞳孔的大小來保證視網(wǎng)膜光照度的穩(wěn)定性和成像的清晰度，這樣，長(zhǎng)時(shí)間在這9種環(huán)境下工作，必將使瞳孔括約肌因過度使用而疲勞，從而對(duì)眼球的光學(xué)系統(tǒng)部分造成損傷。其次，因瞳孔括約肌的調(diào)節(jié)頻率跟不上光強(qiáng)閃爍的速度，因而到達(dá)視網(wǎng)膜的光強(qiáng)必然有一定的波動(dòng)。在這種視覺環(huán)境下，視網(wǎng)膜為了適應(yīng)這種變化的光強(qiáng)，需要不斷地調(diào)節(jié)其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)在空間和時(shí)間上的動(dòng)態(tài)分布，使得視網(wǎng)膜保持在不同的適應(yīng)狀態(tài)下以適應(yīng)不同的光強(qiáng)。因而在光強(qiáng)閃爍的光源下工作

4、，必然使得視網(wǎng)膜神經(jīng)元因活動(dòng)頻繁而產(chǎn)生不良后果，如視網(wǎng)膜酸堿度變化，神經(jīng)元代謝物有害物質(zhì)的積累等，從而對(duì)視網(wǎng)膜造成損傷。另外，光強(qiáng)閃爍還干擾視覺中樞對(duì)圖象的處理和綜合分析，從而形成眩目和視覺錯(cuò)覺等現(xiàn)象?？傊谟蓄l閃光源下工作，輕者產(chǎn)生眼疲勞，酸痛，重則造成視覺系統(tǒng)的損傷。1.3無頻閃概念要保護(hù)視力，預(yù)防近視，提高工作效率，必須解決電光源的頻閃問題，熒光燈是應(yīng)用非常廣泛的電光源，比白熾燈省電，所以必須先解決熒光燈的頻閃問題，提出了無頻閃節(jié)能熒光燈的研究問題。要使熒光燈無頻閃，通過燈管的電流必須是平穩(wěn)的直流電，得到直流電是很

5、容易的，把交流電整流濾波就能得到。但熒光燈管是負(fù)阻性的，流過燈管的電流越大，燈管的電阻就會(huì)變得越小，要使熒光燈管的電流穩(wěn)定并不容易，要做到無頻閃就更難。半個(gè)世紀(jì)以來，各國(guó)專家和技術(shù)人員始終無法解決直流熒光燈的兩個(gè)難題：1、燈管的負(fù)阻性引起直流電子鎮(zhèn)流器功耗太大的問題和是否做到無頻閃；2、熒光燈管正極暗區(qū)和正極早期發(fā)黑。有人用大功率電阻與熒光燈管串聯(lián)來穩(wěn)定燈管電流，但電阻熱量太大，散熱成問題，浪費(fèi)電能太多。為了解決大功率電阻的散熱問題，有人用2米長(zhǎng)的電阻絲，外面套上塑料管，代替大功率電阻解決散熱問題；也有人用白熾燈泡來代替

6、大功率電阻，可以把大功率電阻消耗的電能用白熾燈泡發(fā)光。但都不能解決節(jié)能問題和做到無頻閃，原因是無論用大功率電阻、電阻絲或白熾燈泡來穩(wěn)定燈管電流，其系統(tǒng)光效低，而且穩(wěn)定電流的效果差。交流熒光燈管通直流電幾十分鐘到十幾小時(shí)后會(huì)出現(xiàn)正極暗區(qū)，需采用“使直流熒光照明系統(tǒng)燈管的極性周期改變的裝置”（deviceforperiodicallyalternatingbulbpolaritiesofaDCfluorescentlightingsystem）[1]9。這樣成本高，改變燈管極性時(shí)會(huì)產(chǎn)生閃爍，周期性改變燈管極性就會(huì)產(chǎn)生頻閃，對(duì)

7、人的視力是不利的，雖在美國(guó)申請(qǐng)專利，但未見有產(chǎn)品在市場(chǎng)銷售。什么叫無頻閃？原來在世界上是沒有標(biāo)準(zhǔn)的，我們首先提出了無頻閃的標(biāo)準(zhǔn)：光源閃爍的波動(dòng)深度≤5%[2]Φm—Φn計(jì)算公式：H=*100%（1）ΦmH為波動(dòng)深度，Φm為閃爍波峰值，Φn為閃爍波谷值。有些測(cè)試儀器生產(chǎn)廠家所用的電光源要求很高，向我們提出了光源閃爍波動(dòng)深度≤0.2%的要求，我們正在努力研究。2、研究?jī)?nèi)容無頻閃直流熒光燈通過燈管的電流由原來的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髌椒€(wěn)的直流電，從而提供一種既能降低鎮(zhèn)流器功耗，提高熒光燈管發(fā)光效率，又能保持無頻閃和低電壓?jiǎn)⑤x的無頻閃

8、直流熒光燈。這種熒光燈由直流熒光燈管、直流電子鎮(zhèn)流器和燈具三個(gè)部分組成。直流電子鎮(zhèn)流器包括降壓電路、橋式整流濾波電路、晶體管穩(wěn)流電路和燈絲預(yù)熱高壓?jiǎn)⑤x電路（見圖1），實(shí)現(xiàn)對(duì)燈管電極的高壓?jiǎn)⑤x和將交流電向平穩(wěn)的直流電的轉(zhuǎn)換，使加到燈管的工作電流是平穩(wěn)的直流電流。采用晶體管穩(wěn)流比用電阻穩(wěn)流效率高，而且做到無頻閃。研制了直