浅谈采用PTC热敏电阻的荧光灯预热启动电路

上海时代之光照明电器检测有限公司 蔡新潮

荧光灯启动特性的好坏，直接影响到整灯的使用寿命，即会影响到灯管的开关次数，灯管的早期发黑以及光通维持率等，但是启动特性是一个十分重要但却往往被忽视的问题。

在许多电子镇流器中，即便输入的电源电压比额定电压低很多，不用预热启动，由半桥逆变电路输出的高频信号也能在灯管两端提供很高的电压，做到开灯即亮。但这种方式不采用预热直接启动，对灯管非常不利。因为在通电之初，灯丝未得到预热，灯丝上的发射材料远未达到1100K~1200K热电子发射的温度，在灯丝的周围所形成的空间电荷十分稀薄，这里如硬在灯管两端施加高电压，将灯管启动（通常称为硬启动）点亮，灯开始处于辉光放电阶段，过一段时间后才能转入正常的弧光放电。辉光放电阶段，大量的正离子撞向作为阴极的灯丝，容易使灯丝上的发射物质溅射。这种情况下，多次开关，未加预热的灯丝周围的管壁上出现早期发黑，缩短灯管的寿命，促使光衰加剧。而预热启动则是先使灯丝通过一定的电流，将灯丝加热至电子发射温度，经过一定时间（0.4~2s）后，才在灯管上施加足够高的电压，使灯管立即进入弧光放电。显然如采用预热，可以降低灯管启辉所需要加的电压，延长灯管寿命，减小灯管发黑，降低光衰。

预热启动通常采用控制阴极电流进行预热或控制灯阴极电压进行预热的方式。无论采用哪种方式启动，都应满足下列要求：1、冷态不允许有高的开路电压造成冷启动；2、合适的预热电流及作用时间；3、完成预热后的击穿——辉光——弧光转换过程快并且阴极仍应处于发射温度。

在GB/T15144—2005标准中对启动特性有一定的要求及对应的测试方法。因目前所检测的荧光灯电子镇流器有很多采用PTC热敏电阻实现预热的启动电路。本文先简单了解一下PTC热敏电阻，然后再从采用PTC热敏电阻的简单预热启动线路出发浅谈荧光灯电子镇流器的预热启动，最后再引入几种无功耗预热启动线路。

1、PTC热敏电阻（正温度系数热敏电阻）是一种具有温度敏感性的半导体电阻器。一旦超过一定的温度（居里温度）时，其电阻值就会随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高。PTC热敏电阻器本体温度的变化可以由流过PTC热敏电阻器的电流来获得，也可以由外界输入能量或者两者的叠加获得。在各种荧光灯电子镇流器中，将适当的PTC热敏电阻器直接跨接在灯管的谐振电容器两端，改变电子镇流器的硬启动为预热启动，使灯丝的预热时间达到0.4~2s,可延长灯管寿命。

2、由PTC热敏电阻组成的常见灯丝预热电路如以下图（1）、（2）、（3）所示：

图（1） 图（2）

图（3） 图（4）

在图（1）所示电路中，开始时在室温下PTC热敏电阻RT的阻值不大，预热电流经C1、RT的并联支路流过灯丝，在预热电流作用下，经过0.4~2s的时间灯丝被加热，达到发射电子的温度，同时由于PTC热敏电阻RT开始时的阻值不大，将灯管旁路，使高频谐振电路失谐，灯管两端的电压不可能很高，不足以使灯管启辉，所以在灯丝未被充分预热前，灯管是不会点亮的。之后，随着温度的升高，RT阻值增加，当温度上升到居里点或开关以上时，RT阻值上升为数十千欧或更大，对灯管及电容C1的旁路作用减小，半桥开关管电路的输出回路会产生LC1串联谐振，在灯管两端呈现高的高频电压，它足以将灯管启辉点亮。

此电路最为简单，缺点是PTC电阻RT在灯未启辉前的一段时间内要承受很高的电压，长时间内无数次工作在这种状态下，PTC容易失效。所以PTC热敏电阻应选用耐压1000V或更高的热敏电阻，视灯管长度及管压而定。灯管愈长，热敏电阻RT的耐压要求愈高，例如T5灯管如功率超过28W，选用热敏电阻RT时，对它的耐压一定要给予足够的注意。

在图（2）电路中，C2>>C1，容量较大的C2对高频灯丝预热电流呈现较小的容抗，预热电流主要由RTC2支路的阻抗，特别是RT的阻值决定，当RT阻值变大后，LC1串联谐振所产生的高电压将灯管启辉点亮。

在图（3）电路中，C1、C2容量相差不多，例如分别为4.7nF、6.8nF，待灯丝预热后，RT开路，灯的启动电容由C1、C2串联值确定，这种电路比图（1）复杂，但对C1、C2、RT的耐压要求较低，在同样耐压下，它们的使用寿命（特别是RT）可以长一些。

图（4）为启动时热敏电阻的启动特性，当经过一段时间且电压上升到一定数值之后，立即出现弧光放电，灯被启辉点亮，灯管管压急剧下降，这种情况是最佳的预热状态。但是要实现此状态，要根据灯的功率和要求的启动预热时间，选择不同直径和居里点的热敏电阻，直径越大，延迟时间愈长，反之亦然，然后再试验选用适当的标称电阻值。

3、荧光灯的无功耗预热启动

上述PTC热敏电阻并接于启动电容两端的预热电路，虽可改善灯的启动特性，但启动之后，仍有额外的灯丝电流流过PTC热敏电阻，它在灯丝及热敏电阻上会不可避免地产生额外的功耗，其值为0.8~1W，多余的功耗会使自镇流荧光灯的塑件内温度上升，增加了整灯的不可靠性，并降低了整灯的光效。下面的几种电路则实现了PTC热敏电阻在启动之初提供灯丝预热电流，而一旦灯启动后，能自动切断这部分电流，并消除这部分额外的功耗。

图（5） 图（6）

在图（5）中将触发二极管（或双向稳压管）与PTC串联，在灯尚未启辉时，加到灯管两端电压足够高，使触发管导通，预热电流通过PTC热敏电阻对灯丝预热，阴极发射大量电子，降低了灯管启辉所需的电压，使灯管容易启辉。一旦灯启辉点亮，灯管的管电压降低，不足以使触发二极管维持导通，切断了RT支路的电流，从而减小了功耗。

但这种电路的缺点是需要根据灯的功率、灯管长度以及灯管电压，合理选择触发二极管的击穿电压，一般击穿电压高的触发二极管，其价格也较贵，而且它的击穿电压还与环境温度有关，会随温度的变化而变化，这是其不足之处。

图（6）与图（5）电路相似，只是用压敏电阻代替触发二极管与热敏电阻相串联。在灯管未启辉点亮前，灯管两端所加的电压较高，足以使压敏电阻RV击穿，有电流通过PTC热敏电阻RT，将灯丝预热，使之发射较多的电子。一旦RT受热阻值变大后，灯管启辉点亮，其管压变低，压敏电阻不再能被击穿，而呈高阻开路状态，RT支路亦不再有电流流过，从而减小了PTC支路的功率损耗。

图（7-a） 图（7-b）

图（7-a）和图（7-b）是通过继电器将PTC电阻关断的电路。在接通电源前，继电器J1与常闭触点2闭合，J4与常闭触点5闭合，灯丝未通。一旦接通电源，继电器动作，J1与3点闭合，J4与6点闭合，灯丝通过PTC1（与C1并联）将灯丝预热，灯丝预热电流主要由PTC1值决定。由于继电器是由直流电压经PTC2供电的，随着电流流过PTC2，其阻值变大，不足以维持继电器闭合，恢复到常态，J1与常闭触点2闭合，J4与常闭触点5闭合，这里灯丝不再被加热， PTC1不再接入预热电路，也不消耗额外的功率。在这种预热电路中，预热电流的大小由PTC1值决定，预热时间由PTC2值决定。