高压气体放电灯的典型电路分析
高强气体放电灯工作原理
高强气体放电灯工作原理高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。
广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。
高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。
1.1 工作原理当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。
高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。
由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
1.1.1 伏—安特性高压钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。
在恒定电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路无件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。
电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。
电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。
它一般在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。
电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极造成极大损害，灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；在高频电路中工作，电压波动能达到理想状态，成为理想的镇流器。
补偿电容在电感式高压气体放电灯电路中的设计
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因此 ，通过这种方法我们可 以设计选配其它各种 款式 电感式高压气体放 电灯补偿 电容器 的大小 。
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（ 上接第５ 页） 我们 已连续 成功举 办了三届全国路灯职工体育竞 市照 明建设事业 的积极性 。 赛活动 ，获得 了全 国路灯行业 的一致好 评。为宣传 、 会议要求我们认真学习 贯彻党 的 七大五 中全会 展示 “ 十一 五 ”期 问城 市照 明行业 所取 得 的丰硕 成 精神 ，深入 贯彻落 实住房 和城乡建设部 《“ 十二 五” 果 ，年 内将举 办一次 “ 国城 市照 明建设成就摄影巡 城市绿色照 明规划纲要 》，进一步统一 思想 、开拓创 全 一 展 ”活动 ，将精彩 的摄影技 巧真实地 反映 “ 十一五 ” 新 、凝 聚共 识 ，坚持 求真 务 实 、坚持 一切 从 实际 出 期 间城 市照明建设事业所取得 的成就 ，展示全 国城市 发 ，按客观规律办 事，在 “ 十二五 ”开局之年新 的起
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UV灯电路原理图
UV是紫外线的英文（Ultra-Violet Ray）缩写，UV灯是气体放电灯，在石英灯管中充以高压水银蒸气，启辉后辐射强紫外线，工业用UV灯 光谱范围是200nm-450nm，以365nm为中心，它的供电方式以采用漏磁变压器为主，初级绕组可选择220V或380V输入，次级绕组输 出130v~1100V(灯管功率不同，工作电压不同)，电路中串联一个电容器,再与UV灯管相接，由于电容器的存在，也使电路的功率因数有所提 高。
uv是紫外线的英文ultravioletray缩写uv灯是气体放电灯在石英灯管中充以高压水银蒸气启辉后辐射强紫外线工业用uv灯光谱范围是200nm450nm以365nm为中心它的供电方式以采用漏磁变压器为主初级绕组可选择220v或380v输入次级绕组输出130v1100v灯管功率不同工作电压不同电路中串联一个电容器再与uv灯管相接由于电容器
典型的高压闪光灯电路图
典型的高压闪光灯电路图
1．高压闪光灯电路
高压闪光灯是经振荡电路与升压变压器产生高电压，由大电容器储存能量，在需要的瞬间释放并感应出高压，激发惰性气体发出脉冲光源，从而获得极强的瞬时功率的。
图1是一个闪光灯的原型，该闪光灯是由一个充满氙气的玻璃罩构成的，其负极和正极全都浸入在氙气内，而触发极与灯表面相连，没有浸没在氙气内。
图1 闪光灯的原型
当氙气的阻抗值降到一个很低的数值时，一股强大的电流从正极流至负极，产生很强的可见光。
完成这项功能的是触发极，它会产生一个很高的峰值电压（几千伏），从而使氙气被离子化，并进入低阻抗状态。
目前常用的闪光灯电路大多是高压闪光灯电路，它由振荡电路、升压变压器、储能大电容器、高压线圈、惰性气体闪光灯组成，典型电路图如图2所示。
图2 典型的高压闪光灯电路图
闪光灯的输出光线很强，覆盖面很广。
闪光灯的色温大约为5500～6000K，十分接近自然光的色温，所以无须彩色校正。
另外，因为输出光线需用很高的电能（在阳极上需要几百伏），所以把电池电压提高到闪光灯所需的电压需要一些时间。
通常情况下s两次连续闪光的间隔在1～5s之间s时间长短取决于输入功率、电容、充电电路特性和所需电能。
闪光灯只能是脉冲式的，所以它是一个很好的照相辅助光源解决方案，但不适合应用于运动图像的摄像。
此外，氙气闪光灯管及其相关的驱动电子组件会占用很大的空间，而移动电话的可用空间十分有限。
而且因为点燃氙气、提供正确的能量，以及保证光输出都需要很高的电压，都需要一个精确的成本昂贵的驱动器，这些因素都限制了高压闪光灯在移动电话上的应用。
高强度气体放电灯的热启动电路
高强度气体放电灯的热启动电路Heat start circuit of the high intensity gas discharge (HID) Iamp 大家知道，高压钠灯和金属卤化物灯，这类高强度气体放电（HID）灯比较难启动。
特别当灯点亮后，工作足够长时间，灯的温度上升后，如果突然断电，紧接着又再启动，就需要专门的启动电路，这就叫做热启动。
对此，灯两端需加较高的脉冲电压（它比电网电压高得多）。
为热启动这种灯并使之正常工作，已有许多电路形式。
这些电路都工作得十分满意。
但是，这些电路中，除了所用的普通镇流器外，通常都带电阻和脉冲变压器，才能完成启动工作。
这里的电阻，一般是低阻值大功率的，它要发热。
为防止这些发热元件危及电路其他元件，就采用特殊的设计，或者把热排走，或者把其他元件用隔热材料隔离起来。
另外，用了大瓦数的电阻和脉冲变压器，也增加了电路和成本。
为克服上述电路的这些缺点，介绍一种新型电路，如图1所示。
该电路无大瓦数电阻和脉冲变压器，其线路连接关系如下：接线端子1及2接到交流电网上，（220V或110V），C1为功率因数校正电容，接在电源输入端子1及2之间。
L1为电感镇流器，其一端连到电源输入端子1，另一端接到灯Lp，灯的另一端接到电网输入端2。
这样，镇流器和灯串接起来跨接在电源两端子上。
镇流器L1有一个抽头E，它把镇流器线圈分为两部分，BE为第一绕组，也叫初级绕组，AE为第二绕组，也叫次级绕组，绕组AE的匝数N2，比绕组BE的匝数N 1大得多，一般取≤5%。
可控硅SCR接在镇流器L1的B端和储能电容C2之间。
电容C2的另一端器连接器抽头E。
触发二极管D3接在SCR的控制极和阳极之间。
如有必要在触发二极管和SCR的控制极之间接一个限流电阻R2，以保护触发二极管。
从电路中SCR、电容C2及D3的连接关系可看出：如果电容C2上的电压增加达到或超过触发二极管D3的击穿电压，D3就导通，SCR就处于导通状态，电容C2就通过绕组EB放电。
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图 2 高压汞灯的典型电路
2. 3 金属卤化物灯的典型电路分析 由于卤素或卤化物在温度较低时容易吸收电子
形成负离子这一现象使灯在启动初期损失大量电子 而造成启动困难 ,所以金属卤化物灯的启动电压较 高 ,可以借助谐振电路获得 ,也可以从能产生高频高 压脉冲的电路中获得 。
典型的谐振电路如图 3 (a) 、( b) 所示 ,在这种电 路中灯通过有扼流圈和电容组成的谐振电路获得较 高的启动电压 。
参考文献 :
[1 ] 陈大华. 光源与照明 (第四版) [M] . 上海 :上海复旦大学 出版社 ,2000 年 1 月第一版
[2 ] 韦课常. 电气照明技术基础与设计[M] . 北京 :水利电力 出版社 ,1980 年 10 月第一版
·39 ·ຫໍສະໝຸດ 典型 的 高 频 高 压 脉 冲 产 生 电 路 如 图 3 ( c) 所 示[1] 。图 3 (c) 所示电路在接通电源后须按下触发按 钮 4 ,此时通过电容 5 和振动子线圈 2 组成的谐振电 路产生高电压使放电间隙 9 形成火花放电 ,并在脉 冲变压 器 的 次 级 绕 组 中 产 生 高 频 高 压 脉 冲 使 灯 点 燃 ,点燃后断开按钮 4 ,灯靠镇流器 1 稳定工作 。
2005 年 6 月 灯与照明 第 30 卷第 2 期
高压气体放电灯的典型电路分析
樊正伟
(武汉大学电气工程学院 ,武汉 430072) 摘 要 :高压气体放电灯的电路为高压气体放电灯的启动和稳定工作提供了保障 ,本文结合几种 常见的高压气体放电灯的特点分析了它们的典型电路 。 关键词 :高压气体放电灯 ;启动电压 ;镇流器
图 3 金属卤化物灯的典型电路 1 —镇流器 ;2 —振动子线圈 ;3 —脉冲变压器 ;4 —触发按钮 ; 5 —谐振电容器 ;6 —交连电容器 ;7 —旁路电容器 ; 8 —金属卤化物灯 ;9 —火花间隙
3 结 语
通过对几种常见的高压气体放电灯的典型电路 分析 ,我们可以掌握高压气体放电灯的电路特点 ,以 及进行 高 压 气 体 放 电 灯 电 路 设 计 时 所 要 考 虑 的 问 题 。现代电光源的发展是迅速和多方面的 ,高压气 体放电灯的控制电路形式也趋向多样化和实用化 , 特别是随着集成电路设计方法的不断应用 ,人们研 究出许多更加优良的电路形式 ,这些新的高压气体 放电灯电路促进了高压气体放电灯的进一步发展 。
2 高压气体放电灯的典型电路分析
2. 1 高压钠灯的典型电路分析 高压钠灯有快速消游离作用 ,而且高压钠灯的
放电管内一般没有辅助启动电极 ,启动时也不进行 阴极预热 ,所以高压钠灯需要 1000～2500 V 的启动 电压 ,高压钠灯稳定工作时需要有镇流器 ,因此高压 钠灯的电路中包括镇流器和能够产生高压脉冲的附 加启动装置 。图 1 (a) 、(b) 、(c) 所示为高压钠灯的典 型电子触发电路 ,利用可控硅的开关作用使电容迅 速充电和放电 ,并通过有触发电路控制的半导体开 关装置送向脉冲线圈的初级绕组 ,再将次级绕组中 产生的高电压施加于灯的两个接头便能使灯启动 。 图 1 (a) 中的脉冲线圈就是自耦变压器式的镇流器线 圈 ;图 1 (b) 与图 1 (c) 中的脉冲线圈是小型变压器线 圈 。电路中并联于电源两端的电容用以改善线路功 率因数 。
·38 ·
图 1 高压钠灯的典型电路
2. 2 高压汞灯的典型电路分析 一般情况下高压汞灯的放电管内部都装有辅助
启动电极 ,它的位置和其中一个主电极非常靠近 ,在 电源频率为 50Π60 Hz ,电源电压大于 200 V 时只要求 使用一个简单的扼流圈镇流器 ,高压汞灯就能正常 的启动和工作 。图 2 (a) 所示就是一个简单 、高效 、成 本低廉的扼流圈镇流器电路[2] ,电路中并联于电源 两端的电容用以改善线路功率因数 。启动首先从主 电极和辅助启动电极间的辉光放电开始 ,随后的放 电发展到两个主电极之间 ,两个主电极间的电流导 通后高压汞灯被点燃 。
如果高压汞灯用于低压电网中时则必须采用高 漏磁电抗变压器以升高线路电压 ,如图 2 ( b) 所示 。 此电路中的高漏磁电抗变压器具有多个电压接头 , 以适用于不同的电源电压 ,将它与电容串联以适应
2005 年 6 月 灯与照明 第 30 卷第 2 期
电源电压变化范围很大的情况 。电路中的高漏磁电 抗变压器还用作电路稳定工作时的镇流器 。某些高 压汞灯使用直流电工作以避免闪烁 ,此时只需在交 流电源上接一个扼流 —桥式整流电路即可 ,如图 2 (c) 所示 。电路中的全波桥式整流电路用以将交流 电变为直流电 。
1 引言
气体放电灯是由于气体 、金属蒸气或几种气体 与蒸气的混合物通过放电而发光的光源 ,根据灯内 气体压力可将其划分为低压气体放电灯和高压气体 放电灯两类[1] 。常见的高压气体放 电 灯 有 高 压 钠 灯 、高压汞灯和金属卤化物灯等 ,高压气体放电灯具 有许多优点 ,如光色好 、发光效率高 、寿命长 、节电性 能好等 ,因此目前在电气照明装置中被广泛采用 。 高压气体放电灯必须在特殊电路的控制下才能正常 工作 ,这些特殊电路为点燃高压气体放电灯提供了 启动电压 ,而且包含于电路中的镇流器是气体放电 灯稳定工作必不可少的元件 。