直流无频闪荧光灯的研究Word文档格式.doc
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1、灯管的负阻性引起直流电子镇流器功耗太大的问题和是否做到无频闪；
2、荧光灯管正极暗区和正极早期发黑。
有人用大功率电阻与荧光灯管串联来稳定灯管电流，但电阻热量太大，散热成问题，浪费电能太多。
为了解决大功率电阻的散热问题，有人用2米长的电阻丝，外面套上塑料管，代替大功率电阻解决散热问题；
也有人用白炽灯泡来代替大功率电阻，可以把大功率电阻消耗的电能用白炽灯泡发光。
但都不能解决节能问题和做到无频闪，原因是无论用大功率电阻、电阻丝或白炽灯泡来稳定灯管电流，其系统光效低，而且稳定电流的效果差。
交流荧光灯管通直流电几十分钟到十几小时后会出现正极暗区，需采用“使直流荧光照明系统灯管的极性周期改变的装置”（deviceforperiodicallyalternatingbulbpolaritiesofaDCfluorescentlightingsystem）[1]。
这样成本高，改变灯管极性时会产生闪烁，周期性改变灯管极性就会产生频闪，对人的视力是不利的，虽在美国申请专利，但未见有产品在市场销售。
什么叫无频闪？
原来在世界上是没有标准的，我们首先提出了无频闪的标准：
光源闪烁的波动深度≤5%[2]
Φm—Φn
计算公式：
H=*100%
（1）
Φm
H为波动深度，Φm为闪烁波峰值，Φn为闪烁波谷值。
有些测试仪器生产厂家所用的电光源要求很高，向我们提出了光源闪烁波动深度≤0.2%的要求，我们正在努力研究。
2、研究内容
无频闪直流荧光灯通过灯管的电流由原来的交流电转变为电流平稳的直流电，从而提供一种既能降低镇流器功耗，提高荧光灯管发光效率，又能保持无频闪和低电压启辉的无频闪直流荧光灯。
这种荧光灯由直流荧光灯管、直流电子镇流器和灯具三个部分组成。
直流电子镇流器包括降压电路、桥式整流滤波电路、晶体管稳流电路和灯丝预热高压启辉电路（见图1），实现对灯管电极的高压启辉和将交流电向平稳的直流电的转换，使加到灯管的工作电流是平稳的直流电流。
采用晶体管稳流比用电阻稳流效率高，而且做到无频闪。
研制了直流荧光灯管，通过直流电子镇流器与直流荧光灯管、灯具的匹配，解决了直流荧光灯管通直流电后出现的正极暗区和正极端发黑的问题。
灯丝预热
高压启辉电路
降压电路
直流
荧光灯管
晶体管
稳流电路
桥式整流
滤波电路
220V
交流电
图1.直流荧光灯工作原理图
我们设计了一端是正极，另一端是负极的直流灯管，正极用性能极其稳定的材料，所以正极端不会发黑。
同时灯管内的气体成分和配比合理设定，使得汞蒸汽扩散和电泳达到动态平衡而不出现正极暗区，因而无需极性开关改变灯管的极性，是名符其实的直流灯管。
直流无频闪荧光灯于1988年申请实用新型专利，1989年授予专利权，专利号：
88217533.5；
经改进后，于1993年申请发明专利，1996年被授予专利权，专利号：
ZL93112478.6[3]。
进一步改进后，向世界知识产权组织国际局提出了“无频闪直流荧光灯”的国际申请，国际公布号：
WO01/27522A1，2001年4月，通过PCT审查后，又通过国家知识产权局的审查[4]，2003年2月12日被授予发明专利权，专利号：
ZL99808297.X。
图2.频闪测试接线图
UBB=9VRL=1MΩ光敏二极管型号：
2CU2A
3、结果
3.1频闪
用光敏二极管接示波器对4种灯频闪的频率和波动深度进行测试，结果如表1、
表1.频闪的频率和波动深度
序号
名称
频率（HZ）
波动深度（%）
1
电感镇流器荧光灯
100
85
2
高频电子镇流器荧光灯
（进口）
60
32K
11
3
白炽灯
25
4
无频闪直流荧光灯
用光敏二极管接数字示波器对几种灯频闪的波动深度进行测试，结果如表2：
表2.几种不同荧光灯频闪波动深度比较表
图3.几种不同光源下光敏二极管接示波器波形对比图（频闪）：
最大值
（mV）
最小值
去除环境因素
环境（暗室）
15.1895
-10.8485
787.400
97.2035
772.2105
108.052
86.01
5885.44
4630.54
5870.2505
4641.3885
20.93
高频电子镇流器荧光灯（进口）
2340.34
740.341
2325.1505
751.1895
67.69
高频电子镇流器荧光台灯（进口）
251.510
168.680
236.3205
179.5285
24.03
5
1600.00
1458.82
1584.8105
1469.6685
7.27
6
直流荧光台灯
345.047
307.400
329.8575
318.2485
3.52
ABCDE
A:
自然光B:
电感镇流器荧光灯C:
白炽灯D:
高频电子镇流器荧光灯E:
直流荧光灯
图3几种不同光源下光敏二极管接示波器频闪波形对比图，该图为计算机打印的数码照片，从图3中和表1、表2可以看出，不同的灯闪烁波动深度不同，电感镇流器荧光灯频闪波动深度最大，达85%—86.01%，高频电子镇流器荧光灯其次，60%—67.69%，通常人们认为无频闪的白炽灯波动深度较小，但同样远远超过无频闪指标5%，达20.93%—25%，高频电子镇流器台灯较好，在7.27%—24.03%之间也未达到无频闪的指标。
所测试的几种荧光灯，唯有直流荧光台灯达到无频闪的标准，波动深度仅0%—3.52%。
3.2能耗
几种不同功率的直流荧光灯与电感镇流器荧光灯能耗测试如表3：
表3. 直流荧光灯与电感镇流器荧光灯、白炽灯性能比较
测试结果
系统功率（W）
总光通量（lm）
系统光效（lm/W）
节电（%）
基准36W
43.60
2408
55.23
直流36W
42.60
2570
60.33
8.45
基准13W
18.44
879
47.67
直流13W
13.96
777
55.66
14.36
基准11W
14.80
761
51.42
直流11W
13.60
790
58.09
11.48
电感8W
11.40
331
29.04
直流8W
9.20
350
38.04
23.66
60.0
627
10.45
82.01
附注：
1、交流供电控制电压为220V。
2、基准为电感基准镇流器，直流为无频闪直流电子镇流器
从表3中可以看出，直流荧光灯和电感镇流器荧光灯（节能灯）相比节电8.45%—23.66%，和白炽灯相比节电82.01%。
3.3电磁辐射
直流荧光灯无高频振荡，因而无电磁辐射。
3.4、灯管寿命
40W直流荧光灯与40W普通荧光灯光衰的比较分析，用6支40W灯管，序号1、3、5配直流电子镇流器，序号2、4、6配普通镇流器，灯具相同，燃点100小时作为0小时，然后用时间断路器开2小时45分钟后关15分钟，再开2小时45分钟，如此反复开关，再把各个2小时45分钟加起来，满200小时测一次，到1000小时为止。
测试的交流供电控制电压为220V，测试结果见表4、5及图4。
表4.直流和电感荧光灯性能比较（燃点时间1000小时）
系统功率
（W）
总光通量
（lm）
系统光效
（lm/W）
光效衰减
（%）
备注
42.40
1951
46.01
10.00
直流镇流器
47.00
2063
43.01
14.16
普通镇流器
43.40
2038
43.89
10.14
46.60.
2137
45.86
11.24
43.20
2097
48.54
8.59
48.00
2098
43.71
13.99
表5.两种荧光灯系统光效平均值比较（%）
系统光效的平均值（%）
0小时
200小时
400小时
600小时
800小时
1000小时
97.75
95.02
93.21
91.82
90.42
96.13
92.07
89.14
88.47
86.87
取平均值经计算可得表5，根据表5画出系统光效衰减曲线。
从表5和图4系统光效衰减曲线可看出，用直流电子镇流器系统光效平均值的衰减速度比用普通镇流器慢，燃点1000小时的衰减量介于普通镇流器400小时与600小时之间，与燃点500小时的衰减量相接近。
图4.直流荧光灯与电感荧光灯系统光效衰减比较曲线
直流荧光灯的线路、印刷线路板和灯具都应用计算机辅助设计，通过互联网传送至加工工厂，数控机床工作，灯管加工也由计算机控制。
4、讨论
4.1直流无频闪荧光灯的两个最显著的优点
4.1.1具有明显的减轻眼疲劳的功效
经南京医科大学公共卫生学院、上海医科大学教育处、同济大学建筑技术视觉实验室[5]、海军医学研究所航空医学研究室[6]、杭州市卫生防疫站[7]等五家单位联合进行系统研究，用直流无频闪荧光台灯阅读与使用市场常见的普通用交流荧光灯和交流白炽灯阅读相比：
眼睛疲劳、疲倦感觉轻；
脑力工作能力指数较大、精细作业的准确率较高；
常规视力、双变量对比视力、空间频率在高频段的对比敏感度影响较小；
明视持久度变化小，视觉运动反应时延长时间短。
表明直流无频闪荧光台灯对保护人眼视力明显有效。
北京协和医院眼科采用双盲法临床试验，中华医学会眼科分会于2003年6月21日组织眼科专家进行鉴定，一致认为：
阅读的舒适度较普通灯有明显改善，受试者的对比敏感度优于普通交流灯，有助于减轻视疲劳。
4.1.2无高频振荡
无高频振荡，所以不会产生电磁辐射和污染,避免了电磁辐射对人脑的影响。
目前市场上的高频荧光灯的频率在30~60kHz之间，这种电磁辐射对人脑神经系统的影响虽无相关实验论证，但因台灯功率大（超过手机功率的数十倍至上百倍），在近距离（20厘米）灯光下工作学习时间常在数小时之上，如此大功率长时间的辐射对人体的影响必须作深入的研究。
4.2还需要深入研究的问题是进一步提高功率因素和减小三次谐波。
本人的网址：
电子信箱：
luxh2001@
参考文献
[1]UnitedStatesPaten.PatentNumber:
5,072,160DateofpatentDec.10,1991
[2]B3122（2000）2187上海市企业标准Q/TCGK1-20002000-07-01颁布
[3]陆镇平无频闪节能荧光灯装置《发明专利公报》1996年5月22日
[4]陆镇平无频闪直流荧光灯《发明专利公报》2001年12月26日
[5]顾益敏、周健、俞丽华荧光灯闪烁和视疲劳关系的实验研究，《照明工程学报》
2000年Vol.11，No.1
[6]时粉周王珏包德海照明光源的频闪对视功能的影响《中华航海医学与高气压
医学杂志》2001年6月Vol.8，No.2
[7]施文英陈新潮姚胜才黄可人孙达直流无频闪荧光台灯与学生注意力的相关性
调查《中国学校卫生》2000年12月Vol.21，No.6
9
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