【文章內(nèi)容簡介】 ，白熾燈泡將要壽終正寢了！ 鹵鎢燈（halogen lamp）是填充氣體內(nèi)含有部分鹵族元素或鹵化物的充氣白熾燈。在普通白熾燈中，燈絲的高溫造成鎢的蒸發(fā)，蒸發(fā)的鎢沉淀在玻殼上，產(chǎn)生燈泡玻殼發(fā)黑的現(xiàn)象。1959年時，發(fā)明了鹵鎢燈，利用鹵鎢循環(huán)的原理消除了這一發(fā)黑的現(xiàn)象。利用鹵素與鎢的化學作用，使從鎢絲蒸發(fā)出來并沉積在泡殼上的鎢原子重新返回燈絲，提高燈的光效。在高溫區(qū)，鎢原子與鹵素原子分解，在低溫區(qū)，鎢原子與鹵素原子結(jié)合。 即：（低溫區(qū)）WX = W + X (高溫區(qū)) 其中： W鎢 X鹵素原子。鹵鎢燈與白熾燈相比，具有體積小、功率集中、光通穩(wěn)定、光色好、光效高（約21 lm/W）和壽命長等特點，其顯色性好，色溫特別適用于電視轉(zhuǎn)播照明。缺點就是對電壓波動比較敏感，耐震性較差。 熒光燈熒光燈（fluorescent lamp）利用低壓汞蒸氣放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂在燈管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光的電光源。熒光粉吸收紫外線的輻射能后發(fā)出可見光。熒光粉不同，發(fā)出的光線也不同，這就是熒光燈可做成白色和各種彩色的緣由。由于熒光燈所消耗的電能大部分用于產(chǎn)生紫外線，因此，熒光燈的發(fā)光效率遠比白熾燈和鹵鎢燈高，是目前節(jié)能的電光源。從熒光燈的發(fā)光機制可見，熒光粉對熒光燈的質(zhì)量起關(guān)鍵作用。20世紀50年代以后的熒光燈大都采用鹵磷酸鈣，俗稱鹵粉。鹵粉價格便宜，但發(fā)光效率不夠高，熱穩(wěn)定性差，光衰較大，光通維持率低，因此，它不適用于細管徑緊湊型熒光燈中。1974年，荷蘭飛利蒲首先研制成功了將能夠發(fā)出人眼敏感的紅、綠、藍三色光的熒光粉氧化釔（發(fā)紅光，峰值波長為611nm）、多鋁酸鎂（發(fā)綠光，峰值波長為541nm）和多鋁酸鎂鋇（發(fā)藍光，峰值波長為450nm）按一定比例混合成三基色熒光粉（完整名稱是稀土元素三基色熒光粉），它的發(fā)光效率高（平均光效在80lm/W以上，約為白熾燈的5倍），色溫為2500K6500K，顯色指數(shù)在85左右，用它作熒光燈的原料可大大節(jié)省能源，這就是高效節(jié)能熒光燈的來由?？梢哉f，稀土元素三基色熒光粉的開發(fā)與應(yīng)用是熒光燈發(fā)展史上的一個重要里程碑。沒有三基色熒光粉，就不可能有新一代細管徑緊湊型高效節(jié)能熒光燈的今天。但稀土元素三基色熒光粉也有其缺點，其最大缺點就是價格昂貴。根據(jù)燈管的外形，熒光燈課分為直管形、環(huán)形和緊湊型三種。直管形熒光燈是預(yù)熱陰極低氣壓汞熒光燈，具有光效高、光色好、壽命長等優(yōu)點。廣泛用于家庭、學校辦公室醫(yī)院等照明。環(huán)形熒光燈有光源集中、照度均勻及造型美觀等優(yōu)點，可用于民用建筑、機車車廂及家庭居室照明。緊湊型熒光燈是20世紀80年代起國際上流行的最新節(jié)能產(chǎn)品，該燈采用三基色熒光粉，集白熾燈和熒光燈的優(yōu)點，具有光效高、耗能低、壽命長、顯色性好、使用方便等特點，他與各種類型的燈具配套，可制成造型新穎別致的臺燈、壁燈、吊燈和裝飾燈，適用于家庭、賓館、辦公室等照明。 HID(高壓氣體放電燈)由于管壁溫度而建立發(fā)放電弧，其發(fā)光燈管便面負載超過3W/cm2的放電燈稱為高強度氣體放電燈，英文縮寫HID（High intensity Discharge）。如高壓汞燈、高壓鈉燈、氙氣燈和金屬鹵化物燈等。其特點有：①輻射光譜具有可選擇性。通過選擇適當?shù)陌l(fā)光物質(zhì)，可使輻射光譜集中于所要求的波長上，也可同時使用幾種發(fā)光物質(zhì)，以求獲得最佳的組合光譜。②具有高效率，它們可以把25～30%的輸入電能轉(zhuǎn)換為光輸出。③壽命長。使用壽命長達1萬小時或2萬小時以上。 　?、芄廨敵鼍S持特性好，在壽命終止時仍能提供60～80%的初始光輸出。3 HID燈的結(jié)構(gòu)及工作特性 HID燈的結(jié)構(gòu)HID等的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，他們都有放電管、外泡殼和電極。高壓汞燈采用耐高溫、高壓的透明石英玻璃做放電管，管內(nèi)充汞、。放電管兩端采用鉬箔封接電極，用鎢做主電極，并在其中填充有堿土氧化物作為電子發(fā)射物質(zhì)。外泡殼有保持放電管工作溫度、防止金屬零部件氧化、切斷有害的紫外線等作用。外泡殼內(nèi)通常也充入數(shù)十千帕的氖氣或氖氬做絕熱用。其主要輻射來源于汞原子激發(fā)后產(chǎn)生的紫外線和可見光，熒光高壓汞燈是采用涂有熒光粉的外玻殼將紫外線裝化為可見光。高壓鈉燈放電管是采用半透明單晶或者多晶氧化陶瓷鋁陶瓷管，它們能耐高溫，對于高壓的鈉蒸汽具有穩(wěn)定的化學性能。放電管內(nèi)充入的鈉和汞是以鈉汞齊形式放入，并放入氙或氖氬混合氣體作為啟動氣體以改善氣動性能。其輻射來源是分子壓力為104帕的金屬鈉蒸汽的激發(fā)。氙氣燈由于小型石英燈泡、變壓器和電子控制器組成。接通電源后，通過變壓器，在幾微秒內(nèi)升到2萬伏以上的高壓脈沖電加在石英燈泡內(nèi)的金屬電極之間，激勵燈泡內(nèi)的物質(zhì)（氙氣、少量的水銀蒸氣及金屬鹵化物）在電弧中電離產(chǎn)生亮光。由于高溫導(dǎo)致碰撞激發(fā)，并隨壓力升高使線光譜變寬形成帶光譜。氙氣燈燈泡的玻璃是用堅硬的耐溫壓石英玻璃（二氧化硅）制成，燈內(nèi)充入高壓氙氣以縮短燈被點亮的時間，燈的發(fā)光顏色則由充入燈泡內(nèi)的氙氣、水銀蒸氣和少量金屬鹵化物所決定。電子控制系統(tǒng)由變壓器和電子控制器組成，具用產(chǎn)生點火電壓和工作電壓兩種功能。變壓器將低電壓變?yōu)楦唠妷狠敵?。電子控制器的主要功能是限制氙氣燈燈泡的工作電流，向燈泡提?萬伏以上的點火電壓和維持工作的低電壓（80V左右）。金屬鹵化物燈在放電管中除充汞和稀有氣體之外，還有金屬鹵化物作為發(fā)光物質(zhì)。金屬鹵化物的蒸汽壓比金屬單體高得多，可滿足使金屬發(fā)光所要求的壓力，同時可以抑制高溫下金屬單體與石英玻璃的反應(yīng)。為了不使電極材料與鹵素反應(yīng)，采用釷和稀有金屬氧化物作電極，但其逸出功比堿土金屬高，使得金屬鹵化物燈的啟動電壓升高。為改善的燈的啟動，放電管中充入較易電離的氖氬混合氣體。為了提高管壁溫度放電管設(shè)計成小型，同時為了控制最冷點溫度，在管段部分涂以保護膜。放電管內(nèi)設(shè)有輔助電極或外泡殼內(nèi)設(shè)雙金屬啟動片以幫助啟動。其主要輻射來源來自各種金屬（如銦、鏑、鉈、鈉等）的鹵化物在高溫下分解后產(chǎn)生的金屬蒸汽混合物的激發(fā)。 HID燈的工作特性1．燈的啟動與再啟動給燈施加電壓，立即在主電極和輔助電極間產(chǎn)生輝光發(fā)電，瞬間轉(zhuǎn)移到主電極間形成弧光發(fā)電。由于放電產(chǎn)生的熱量使管內(nèi)金屬或金屬鹵化物數(shù)分鐘后全部蒸發(fā)并達到穩(wěn)定狀態(tài)，稱達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間為啟動時間或穩(wěn)定時間。一般HID在熄滅之后，必須等到燈管冷卻，汞蒸氣氣壓下降后才能再點燈，這是由于燈熄滅后放電管內(nèi)離子迅速復(fù)合，但燈管溫度和蒸汽壓力仍很高，不能使原子電離，所以不能形成放電。從燈熄滅后再點燃所需的時間成為再啟動時間，一般需要5—10分鐘左右。2．電源電壓變化的影響燈在使用中電源電壓容許有一定的變化范圍，但電壓過低時燈可能熄滅或不能啟動，光色也有變化，電壓過高也會使燈因功率過高而熄滅。因此它對鎮(zhèn)流器有特殊的要求，才能保證HID的穩(wěn)定工作。3．壽命與光通維持HID燈的壽命是很長的，一般能達到上萬個小時。高壓汞燈的壽命取決于管壁黑化而引起的光通衰減和電子電極損耗而使啟動電壓升高，直至不能啟動，這與燈的點滅次數(shù)、發(fā)光管的設(shè)計、電流波形等因素有密切關(guān)系。金屬鹵化物燈的管壁溫度高于高壓汞燈，工作時放電管石英玻璃中含有的水分等不純氣體很容易釋放出來。同時金屬鹵化物分解出來的金屬和石英玻璃緩慢的化學反應(yīng)，游離的鹵素分子等都能使啟動電壓上升，所以對制造工藝要求較高。高壓鈉燈由于氧化鋁陶瓷管在燈的工作過程中具有很好的化學穩(wěn)定性，這使它壽命很長，國際上已做到20000h左右。高壓鈉燈壽命告終可能是由于放電管漏氣、電極上電子放射物質(zhì)耗竭和鈉耗竭。4．燈的點燃位置金屬鹵化物燈和高壓鈉燈、高壓汞燈不同，當燈的點燃位置變化時，燈的光電特性有很大變化。點燃位置的變化，使放電管最冷點的溫度跟著變化。與此對應(yīng)，金屬鹵化物的蒸氣壓相應(yīng)發(fā)生變化，這就引起了等電壓、光效和光色也跟著變化。在燈工作過程中即使金屬鹵化物完全蒸發(fā)，但由于點燈位置不同，它們在管內(nèi)的密度分布也不同，仍會引起特殊的變化。近期發(fā)展很快的陶瓷金鹵燈，可以做到在不同的點燈位置時色溫有很好的一致性。從HID燈發(fā)展的情況來看，熒光高壓汞燈顯色指數(shù)Ra低（3040），但由于其壽命長，目前仍為人采用。后起的金屬鹵化物燈顯色指數(shù)高（6085），目前國外的50W、70W的小容量燈泡已進入家庭住宅，隨著技術(shù)的發(fā)展，壽命的提高，最終將取代熒光高壓汞燈。高壓鈉燈光效之高居所有光源之首（達150 lm/W），但普通型高壓鈉燈顯色指數(shù)很低（2025），使它的使用范圍受到了限制。目前采用適當降低光效以提高顯色指數(shù)的辦法，生產(chǎn)出了“改進顯色性型高壓鈉燈”和“高顯色性型高壓鈉燈”，以擴大其使用范圍。 HID燈電子鎮(zhèn)流器的特點HID燈的啟動過程比較復(fù)雜，從點火到正常工作，要經(jīng)過接續(xù)階段和電壓升高階段，在接續(xù)階段，燈電壓下降，并在燈內(nèi)形成一個導(dǎo)電通道。為防止燈冷卻，需要一定的電流，如電流太小或燈電壓太低，燈有可能熄滅，需要重新觸發(fā)，而重新觸發(fā)需要很高的電壓。在電壓升高階段，燈電壓逐漸增加到其額定值。為了防止燈熄滅，需要一個相對大一點的電流，但此電流也不能太大，以免燈電極熔化。HID電子鎮(zhèn)流器，可廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域，該技術(shù)的研發(fā)符合國家發(fā)改委發(fā)布的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中的“節(jié)能重點領(lǐng)域和重點工程”的要求，并與國家重點建設(shè)的“綠色照明工程”相配套。該鎮(zhèn)流器具有高頻率、高效率、高可靠性和等特點，采用高頻技術(shù)有效克服了工頻下的零點損耗，大幅度的減小了互感器等磁性元器件的體積和成本，并具有無頻閃、無噪聲、燈光舒適等特點；高效率主要體現(xiàn)在高功率因數(shù)、低諧波、節(jié)能、環(huán)保等特點上，其可靠性設(shè)計可保證燈具在電磁干擾等惡劣的環(huán)境下長壽命穩(wěn)定可靠的運行。這種新型的電子鎮(zhèn)流器，主要具有以下幾點特性：1．采用APFC電源控制技術(shù)和先進的IC芯片，；另一方面使得高頻發(fā)生器始終以高頻恒電壓的方式點燈。當輸入的電源電壓在一定范圍內(nèi)波動時，提供給燈的功率保持不變，其發(fā)光亮度不變，燈的電光轉(zhuǎn)換無脈動，在同等光照的條件下，提高了效率和舒適度，延長了燈管的壽命。使用APFC校正前后的波形見圖1和圖2。2．與傳統(tǒng)電感式鎮(zhèn)流器相比，節(jié)電30%以上；對電網(wǎng)輸電損耗減少達80%；對供電系統(tǒng)的容量（VA）需求減輕60%以上；由于通過有源功率因數(shù)校正技術(shù)控制電流波形為純正弦波，對電網(wǎng)的污染程度減至最低，進線總電壓畸變度小于3%3．電子鎮(zhèn)流器可以提供穩(wěn)定的光輸出，燈的色溫和亮度不隨電壓波動而變化，無頻閃，保護了視力，保證了照明質(zhì)量。4．采用模塊化設(shè)計，新穎的模塊間無縫接口技術(shù)，通過模塊間的配置使同一電子鎮(zhèn)流器可適用于不同規(guī)格的光源；5．具有開路、短路、過壓、欠壓、過流保護功能。6．寬電壓使用范圍：溫升低，在25℃—+85℃寬范圍環(huán)境溫度下能正常工作。7．可靠性高，無低頻噪聲，降低環(huán)境噪聲污染。（圖1 APFC校正前波形） （圖2 APFC校正后波形）8．基礎(chǔ)設(shè)施投資費用低，節(jié)約運行成本。9．安裝使用方便，相比于電感式無需外加觸發(fā)器和補償電容。安裝方式對比見圖3和圖4。 （圖3 電子鎮(zhèn)流器安裝圖） （圖4 電感鎮(zhèn)流器安裝圖）上述要求看，開發(fā)HID等電子鎮(zhèn)流器的難度遠遠高于熒光燈電子鎮(zhèn)流器，而且還要考慮其性價比，要做到物美而價格也復(fù)合消費者可以接受的水平，更是充滿了挑戰(zhàn)。4 HID在各個領(lǐng)域的應(yīng)用 汽車照明隨著近年來HID氙氣前照大燈已經(jīng)逐步成為愛好時尚的車主共同追逐的對象。HID氙氣前照大燈最早應(yīng)用在1995年出廠的新款奔馳E級轎車上，從那時起氣體放電式前照大燈（HID氙氣燈）開始逐步代替普通的鹵素前照大燈成為高級轎車新的配置標準，與鹵素燈泡不同的是，HID燈泡沒有燈絲，它依賴電源穩(wěn)定器產(chǎn)生的高壓脈沖電壓，激動燈泡內(nèi)的惰性氣體以放電的方式發(fā)出燦爛的白色光，HID氙氣前照大燈35W的耗電量為普通鹵素前照大燈的一半，可以為汽車電力系統(tǒng)減輕許多負擔。此外，HID燈發(fā)出的光色正好是最白又略帶紫藍色、接近中午日光的顏色，提供給駕駛者較好的夜間行駛環(huán)境及更廣寬的視野空間，減低夜間行車時眼睛的疲憊程度，提高夜間行車的安全系數(shù)。HID氙氣前照大燈已經(jīng)成為國際市場上中高檔汽車的標準配置，例如奔馳全系列、BMW 全系列、福特RS Mondeo、三菱Pajero、日產(chǎn)Infiniti、豐田Lexus等車型都配置了HID氙氣前照大燈。國內(nèi)一汽豐田的REIZ銳志、皇冠、上海大眾PASSAT領(lǐng)馭、華晨寶馬全系列、北京奔馳E280、E200K、奇瑞東方之子等車型配置了HID氙氣前照大燈，2005年，這些配置HID氙氣照大燈的汽車產(chǎn)量約為25萬輛，占我國汽車產(chǎn)量的4%。目前HID氙氣前照大燈沒有在整車配套市場上廣泛應(yīng)用的主要原因是價格比較高，HID氙氣前照大燈的價格是普通鹵素前照大燈的四五倍甚至更高（原裝HID氙氣前照大燈在市場上的零售價格需要四五千元）。在未來的幾年里，隨著HID氙氣燈技術(shù)水平的提高，產(chǎn)品價格的下降，HID氙氣前照大燈將會逐步成為中高檔轎車的標準配置。在汽車售后維修零售市場，受到HID氙氣前照大燈高亮度的吸引，用HID氙氣前照大燈替換原先的普通鹵素前照大燈已經(jīng)成為零售市場熱點之一。氙氣燈是重金屬燈，通過在抗紫外線水晶石英玻璃管內(nèi)填充多種化學氣體，如氙氣等惰性氣體，然后再透過增壓器將車載12伏電源瞬間增至23000伏，在高電壓下，氙氣會被電離并在電源兩極之間產(chǎn)生光源。汽車HID氙氣燈與傳統(tǒng)鹵素燈不同