日光燈也被稱為熒光燈,它利用紫外線照射熒光粉來發光,所以這種燈具被稱為熒光燈,而其發出的光線和普通白熾燈相比猶如日光一樣,故也稱為日光燈。
日光燈由燈管、鎮流器和啟輝器等主要部件組成,日光燈(熒光燈)的發光工作原理:下右圖所示的原理電路。
熒光燈啟動過程與工作原理
圖1熒光燈啟動及工作原理
通電瞬間,啟輝器金屬片未閉合,燈管內汞也還未被激發,燈管處于高阻狀態,AC220V電壓全部施加在啟輝器的金屬片兩端,啟輝器內的惰性氣體被電離,產生輝光放電,輝光放電產生熱量,導致雙金屬片變形閉合。
啟輝器內的雙金屬片閉合后,燈管內的燈絲通過電流,燈絲發熱,燈絲陰極產生電子。
啟輝器內的雙金屬片閉合后,兩端不再有電壓,惰性氣體停止輝光放電,停止產生熱量,雙金屬片溫度降低(注意,溫度升高主要原因是輝光放電,雙金屬片閉合后有電流通過,也會產生熱量,但是,該熱量不足以維持溫度),觸點分離。
啟輝器雙金屬片觸電分離后,電感鎮流器因突然斷電而產生很高的反電勢,該反電勢與電源疊加后施加在燈管兩端, 燈絲陰極產生的電子在高壓作用下,由低電勢端向高電勢端快速運動。在加速運動的過程中,碰撞管內惰性氣體,使之迅速電離。惰性氣體電離生熱,熱量使水銀產生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,并發出強烈的紫外線。在紫外線穿過涂覆在燈管管壁上的熒光粉,發出可見光。不同的熒光粉可發出不同顏色的可見光。
若電感鎮流器產生的反電勢不能成功點亮熒光燈,上述過程將重復發生,直至燈管點亮或燈絲損壞。
熒光燈發光后,工作電壓約110V,啟輝器與熒光燈并聯,電壓相等,110V的電壓不足以電離內部惰性氣體,不會再次閉合。電感鎮流器流過穩定的電壓,兩端電壓約110V,在電路中起限流/降壓作用。
電子鎮流器的基本構成及原理
電子鎮流器的典型的基本構成包括整流單元、逆變單元和諧振單元。其工作原理如圖2。
圖2 電子鎮流器熒光燈啟動及工作原理
220V/50Hz交流電經過整流部分變為直流電,直流電經過逆變單元變為20kHz~50kHz的交流電,電感L和電容C構成諧振單元諧振單元的諧振頻率與逆變單元產生的交流電頻率相同。
電容C與燈管并聯,燈管可以等效為一個電阻R。在通電瞬間,燈管發光前,其阻值很大,R和C并聯后相當于只有電容C。于是,L、C產生諧振,在電容C兩端產生高壓,高壓電通過燈絲形成回路,燈絲發熱,燈絲陰極產生電子,電子在高壓作用下由低電勢端向高電勢端快速運動。在加速運動的過程中,碰撞管內惰性氣體,使之迅速電離。惰性氣體電離生熱,熱量使水銀產生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,并發出強烈的紫外線。在紫外線穿過涂覆在燈管管壁上的熒光粉,發出可見光。
燈管發光后,燈管的等效電阻R變小,R和C并聯相當于只有電阻R,于是,LC串聯諧振電路變為LR串聯電路,諧振停止,L起限流/降壓作用,燈管穩定發光。
啟輝器原理
啟輝器是啟動日光燈用的,在日光燈電路中,當開關接通的時候,電源電壓立即通過鎮流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220伏的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離,產生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹,兩極接觸。電流通過鎮流器、啟輝器觸極和兩端燈絲構成通路。燈絲很快被電流加熱,發射出大量電子。這時,由于啟輝器兩極閉合,兩極間電壓為零,輝光放電消失,管內溫度降低;雙金屬片自動復位,兩極斷開。在兩極斷開的瞬間,電路電流突然切斷,鎮流器產生很大的自感電動勢,與電源電壓疊加后作用于管兩端。燈絲受熱時發射出來的大量電子,在燈管兩端高電壓作用下,以極大的速度由低電勢端向高電勢端運動。在加速運動的過程中,碰撞管內氬氣分子,使之迅速電離。氬氣電離生熱,熱量使水銀產生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,并發出強烈的紫外線。在紫外線的激發下,管壁內的熒光粉發出近乎白色的可見光。
圖3啟輝器構成原理
日光燈正常發光后。由于交流電不斷通過鎮流器的線圈,線圈中產生自感電動勢,自感電動勢阻礙線圈中的電流變化,這時鎮流器起降壓限流的作用,使電流穩定在燈管的額定電流范圍內,燈管兩端電壓也穩定在額定工作電壓范圍內。由于這個電壓低于啟輝器的電離電壓,所以并聯在兩端的啟輝器也就不再起作用了。