魏 彬

（佛山電器照明股份有限公司，廣東 佛山 528000）

制造電子節(jié)能燈的工藝研究

魏 彬

（佛山電器照明股份有限公司，廣東 佛山 528000）

文章分析了電子節(jié)能燈產(chǎn)品的節(jié)能特性，闡述了電子節(jié)能燈制造工藝中的主要工藝指標(biāo)及其元器件的設(shè)計開發(fā)，著重強調(diào)了燈管、電子鎮(zhèn)流器及其相互間的匹配性設(shè)計、元器件的選擇和控制，以及電子節(jié)能燈的計算機輔助設(shè)計和在線仿真技術(shù)。

節(jié)能燈；制造；工藝

能源和環(huán)境作為人類生存的熱點問題，已經(jīng)得到當(dāng)前全球的共同關(guān)注。隨著社會的進步以及人們生活水平的不斷提高，照明在能源消耗和環(huán)境污染方面的問題已得到普遍關(guān)注。電子節(jié)能燈就此登上了歷史的舞臺，并順應(yīng)環(huán)保節(jié)能的消費理念，成為大力提倡的功能燈。

電子節(jié)能燈又稱為交流熒光燈。其節(jié)能的概念是相對于白熾燈而言的。電子節(jié)能燈的原料為稀土三基色熒光粉，由電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動，給燈管燈絲加熱，大約在887 ℃溫度時，帶有電子粉的燈絲開始發(fā)射電子，其碰撞到氬原子產(chǎn)生非彈性碰撞，氬原子碰撞后獲得能量又撞擊汞原子，汞原子吸收能量后躍遷能量級生成電離，發(fā)出253.7 nm的紫外線再激發(fā)熒光粉發(fā)光，從而很大程度的提高了光效。［1］電子節(jié)能燈的特點有：光效高、壽命長；啟動性能好、工作范圍寬；色表及顯色性好；無頻閃、無噪聲；省電、節(jié)能。電子節(jié)能燈的主要性能指標(biāo)有額定功率、額定電壓工作范圍、額定壽命、最低壽命、工作頻率、光通量、光通量維持率、功率因數(shù)、延遲時間、高次諧波抑制等。

1 電子節(jié)能燈的主要制造工藝

1.1 電子鎮(zhèn)流器及匹配技術(shù)的工藝指標(biāo)

電子鎮(zhèn)流器作為電子節(jié)能燈的核心部件，其與傳統(tǒng)的電磁式鎮(zhèn)流器相比具有的優(yōu)點為節(jié)電，啟動快、無須等待，本身重量輕、不用啟輝器，功率因數(shù)高，適應(yīng)環(huán)境溫度寬，無頻閃、無噪音，能延長燈管壽命。開關(guān)器件，它是電子鎮(zhèn)流器的核心部件。以原單極型結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)增加輔設(shè)雙極結(jié)構(gòu)，具有頻率特性好、導(dǎo)通電阻低、不存在二次擊穿等優(yōu)點，是比較理想的開關(guān)器件。這類器件目前以IGBT和BSJT為代表，但由于這類器件制作工藝相對復(fù)雜，價格較昂貴，還沒完全普及。但是，隨著亞微米工藝的深入發(fā)展，大硅片生產(chǎn)和半導(dǎo)體工藝不斷完善，這類器件已步入工業(yè)化發(fā)展初級階段，呈現(xiàn)出一片極為誘人的發(fā)展前景。電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括整流、濾波、觸發(fā)、逆變、故障診斷與保護、高次諧波抑制等功能。電路制作技術(shù)正在向立體布線、混合集成方向發(fā)展，觸發(fā)電路開始集成化，出現(xiàn)了專用IC，使電路體積大大減小，結(jié)構(gòu)更加合理。其他配套元器件的性能，比如正向熱敏電阻（PTC）、高性能磁性材料、快速二極管、高賦能值電容器的逐步工業(yè)化，為提高電子鎮(zhèn)流器整體質(zhì)量水平提供了很好的發(fā)展條件。［2］

1.2 元器件的工藝要求

隨著科技的進步，電子節(jié)能燈向著“大功率”和“小體積”的方向發(fā)展，功率密度的提高，對元器件及元器件間的匹配都提出了更高的要求。從利益方面來講，產(chǎn)品各個方面的成本都在提高，最好的辦法就是以“工藝為突破口”，用提高產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率的辦法來降低生產(chǎn)成本和售后服務(wù)費用，更好地參與節(jié)能燈市場的競爭。一個優(yōu)化合理的電子電路必須具備合理的選材，選材時不僅要熟悉電路的工作原理，知道各元器件在電路中所起的作用及相關(guān)的電壓、電流和阻抗，還要熟悉元器件的工作特性及測量識別方法。

毛管作為電子節(jié)能燈的重要部件之一，其主要技術(shù)指標(biāo)是光電參數(shù)、外形尺寸、機械強度、低溫啟動性能及熱態(tài)參數(shù)穩(wěn)定特性等。直接關(guān)系到節(jié)能燈能效等級的是光通量能否達到標(biāo)準(zhǔn)要求。節(jié)能燈點至有效壽命40%時，光通量維持率能夠大于或等于額定值的80%，是產(chǎn)品申請“能源之星”認(rèn)證時必須要考核的指標(biāo)。另外關(guān)于相關(guān)色溫、色坐標(biāo)和色容差等指標(biāo)也十分重要，特別要注意的是色容差，往往色容差超標(biāo)了就會被判定不合格。

整流二極管，其在選擇時也要注意以下參數(shù)：①最大正向整流電流。二極管選擇其額定電流至少應(yīng)該是交流母線峰值電流的3倍。對大功率燈而言，二極管的熱電阻有差異，會使可靠性降低，故不得直接并聯(lián)；②峰值反向截止電壓。因工作溫度高，一般要選用1 200 V的產(chǎn)品；③濾波電解電容器。選擇性價比高的電解電容器非常重要；④電容量及容差、額定電壓、耐紋波電流、串聯(lián)等效電阻、允許溫度等都是重要的技術(shù)指標(biāo)，其直接影響到使用壽命。電解電容的耐紋波電流值越大越好，如果其值達不到線路要求，則會嚴(yán)重影響使用壽命。電容量的選擇與輸入電流中的諧波含量，以及燈電流的波峰因數(shù)有關(guān)。電解電容的標(biāo)記溫度，必須高出實際工作溫度一定的數(shù)值。［3］

振蕩變壓器，相當(dāng)于一個電流互感器，由環(huán)形鐵氧體磁芯上繞線制成。對磁環(huán)的要求：首先磁導(dǎo)率應(yīng)有負(fù)溫度特性；其次磁滯回線要成矩形；再次磁導(dǎo)率參數(shù)的離散性要小。另外，訂貨時，應(yīng)與供應(yīng)商預(yù)約電感系數(shù)，對其進行分檔包裝，否則，成燈功率的偏差不易把握。

1.3 電子節(jié)能燈的計算機輔助設(shè)計與在線仿真

隨著計算機形勢的蓬勃發(fā)展，電子節(jié)能燈、鎮(zhèn)流器的整體設(shè)計開始逐步采用計算機輔助設(shè)計。根據(jù)有限元與最優(yōu)化的原則，計算機輔助設(shè)計通過對電路結(jié)構(gòu)進行反復(fù)拓?fù)?，使網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)最為合理，各元器件達到最優(yōu)組合，達到低成本、高質(zhì)量的最佳效果。另外，與計算機輔助設(shè)計聯(lián)系緊密，隨之發(fā)展的是仿真技術(shù)，它包括仿真測試和仿真設(shè)計。根據(jù)在不同的使用環(huán)境下，與不同的數(shù)學(xué)模型進行模擬，通過利用計算機進行分析比較，很大程度上簡化設(shè)計過程，減少設(shè)計時間，降低設(shè)計費用，提高設(shè)計質(zhì)量。同時還可以對產(chǎn)品實現(xiàn)在線測試，對生產(chǎn)過程實施最佳動態(tài)質(zhì)量監(jiān)控，進一步提高優(yōu)等品率和勞動生產(chǎn)率。然而這一技術(shù)在電子節(jié)能燈的設(shè)計和制造中的應(yīng)用，其關(guān)鍵在于軟件的開發(fā)和利用。目前有關(guān)專家正在對有關(guān)軟件作進一步改進，使之規(guī)范化，從而真正適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的要求。計算機輔助設(shè)計與仿真技術(shù)在電子節(jié)能燈制造工藝中的應(yīng)用，標(biāo)志著電子節(jié)能燈整體制造技術(shù)邁上了一個新的臺階。

圖1 計算機軟件程序與在線檢測

為了提高節(jié)能燈的整體節(jié)能效果，必須將鎮(zhèn)流器與節(jié)能燈管進行最佳的匹配，最大限度地發(fā)揮節(jié)能燈管和電子鎮(zhèn)流器的工作效率，從而達到雙節(jié)能的目的。

電子節(jié)能燈的可靠性、早期失效率和仿真老煉：電子節(jié)能燈的可靠性、失效率與無故障時間眾所周知，單個電子元器件的可靠度γ符合指數(shù)下降規(guī)律：式中，λ：元器件的失效率；

T：在可靠度為γ時元器件的壽命。在構(gòu)成電子節(jié)能燈產(chǎn)品的各個元器件中，只要有一個發(fā)生故障，該產(chǎn)品就失效或降額（性能下降），所以產(chǎn)品的可靠性R為：

式中，γi：各個元器件的可靠度，例如γ1，γ2，γ3，γ4，γ5……；γm分別代表二極管、晶體管、電阻、電容、電感和其它元器件的可靠度等。產(chǎn)品總的失效率λT＝λ1η1＋λ2η2＋

式中，λi：i元器件的失效率；

ηi：i種元器件的數(shù)量。

由于元器件的可靠度與電應(yīng)力、環(huán)境和人為條件等的影響有關(guān)，產(chǎn)品的實際失效率λβ應(yīng)在λT基礎(chǔ)上加以修正，所以修正后的產(chǎn)品的總失效率λβ為：

式中，λT：產(chǎn)品總的失效率，一般在10－5/h～10－7/h之間；

K1：降額因子，一般在0.1～0.3之間；

K2：篩選老煉因子，一般在0.5～1.0之間；

K3：環(huán)境因子，在普通室內(nèi)一般為1.0～10之間；K4：結(jié)構(gòu)因子，一般在1.5～2.5之間；

K5：制造工藝因子，一般在1.5～3.5之間。

對于我們現(xiàn)在生產(chǎn)的 YZgE－H－2U型高性能電子節(jié)能燈來說，其電子鎮(zhèn)流器共有30個元器件，其元器件的組成與失效率λi列表1如下：

表1 元器件的組成與失效率

2 結(jié)束語

電子節(jié)能燈技術(shù)實際上綜合了許多的高新技術(shù)，具有一定的工藝難度。所以，也有專家說，電子節(jié)能燈的整體技術(shù)，相比于彩電技術(shù)也毫不遜色。我們有理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)逐步提高，電子節(jié)能燈的技術(shù)制造工藝一定會更加趨于成熟，擁有更廣闊的發(fā)展前景。

1 陳傳虞.節(jié)能燈生產(chǎn)中的問題與解決方法探討［J］.中國照明電器，2010（2）：21～24

2 王興超、高思思.采用可控硅調(diào)光器的節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器［J］.光源與照明，2010（6）：21～25

3 鄭軍超.電子節(jié)能燈制造關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.企業(yè)導(dǎo)報，2010（3）：288

Research on Manufacturing Techniques of Electronic Energy－saving Lam p

Wei Bin

This paper analyzes the energy－saving features of electronic energy products, describes the main process indicators and their components’ design and development in the manufacturing process of the electronic energy－saving lamps, emphases on the lamp, electronic ballast and the matching design of each other, component selection and control, computer－aided design and online simulation technology of electronic energy－saving lamps.

energy－saving lamps; manufacturing; techniques

TM 923.3

A

1000－8136（2010）36－0009－02