标题：HID电子镇流器
摘 要
本文介绍绿色照明新产品--电子镇流器的工作原理和他的优良特性，并通过对公司电子镇流器产品的介绍，指出了设计过程中重点应注意的事项以及在实际应用中尚待进一步予以解决的问题。 
简介
电子镇流器因其显著的节能效果，体积小、重量轻、高可靠性，已经在紧凑荧光灯、日光灯、一体化灯等广泛应用，取得良好的经济效益和社会效益，随着电子技术不断发展，电子元器件可靠性不断提高，而成本大幅度降低，HID灯电子镇流器将成为绿色照明工程的重要部分。
HID灯是国际上广泛使用的新一代高效光源，2011年我国生产的金属卤化物灯泡、高压钠灯多达1480万只，而且随着基础建设不断加大，HID灯的用量每年都会有较大的增长，因此合理设计配套HID灯用的电器附件是非常重要的，而使用电子镇流器可以取得很好的性能价格比，以下本文就主要的几个方面介绍电子镇流器的性能特点与应用，并对如何进一步推广使用HID灯电子镇流器提出探讨意见。
产品优势
节约能源在同等条件下，要得到相同的照度，相对于传统电感式镇流器，使用HID灯用电子镇流器，其输入功率普遍可减少10%以上，因为灯泡采用高频或低频方波电流点灯工作时，其系统发光效率得到提高。
电子镇流器自身的损耗小，一般产品效率可达93%以上。
功率因数高，可达0.99，降低输电线路损耗。
由于电子镇流器具有稳定的灯输出功率（该公司生产的电子镇流器，电源电压变化±15%时，灯输出功率变动小于3%）,而使用电抗式镇流器的灯输出功率会随电源波动超过10%以上，因此，在设计时，为保证在电源电压波动范围内满足设计照度，均按电压波动的下限（-10%）设计，这样在正常电压使用时，灯从电源取得的输入功率将超过正常功率约10%，既造成灯泡过载，缩短灯寿命，也造成不必要的浪费。但是，如果使用电子镇流器，由于电子镇流器有稳定输出功率的特性，不存在此类问题，达到同样的设计效果时，其从电源输入的功率可以降低10%以上。节省资源众所周知，传统的电磁式镇流器需要消耗大量的矽钢片和漆包线，这将消耗大量存量有限的地球资源，如采用电子镇流器就可以大大降低资源损耗，以400W金属灯（CWA镇流器）为例，需要铜2.0公斤，矽钢片4.0公斤，而使用电子镇流器，只需要铜约0.4公斤，不需要矽钢片。电灯参数优越输出灯功率恒定，电路设计可以做到输入电源电压在120--265V的宽范围中变化，其输出的灯功率变化<3%，对于电源电压波动大的场合，电子镇流器更显示其优越性。
使用电子镇流器时灯功率随灯泡管压变化曲线（参见下图）。
  从图中可以看到，当灯启动时，灯电压逐渐上升，灯电流逐渐减小，其灯功率随灯电压增加而增大，当灯功率达到额定功率值时，其灯功率基本不再受灯电压变化的影响，即灯功率保持不变，由于灯输出功率恒定，可以得到两个很好的效果：
① 点灯功率恒定，使得灯泡颜色较为一致。
② 根据HID灯工作特性，HID灯寿命后期，灯泡管压会逐步升高，这时在传统电磁式镇流器电路中，电磁式镇流器的输出特性基本上为恒流输出，灯电流变化很少，使灯功率提高，这会加速灯的老化，进而又使灯管电压提高，如此下去，使灯泡快速寿终。而在使用电子镇流器电路时，从图中的曲线中可以看出，当灯电压提高时，灯电流随之下降，灯功率保持不变，使HID灯泡能获得更长的寿命。
※ 功率因数>0.99，降低谐波电网污染，降低总输电线路设计安装成本。
※ 电流总谐波THD≤10%，相对于传统电磁式镇流器THD≥15%能减少对电源的污染。
※ 由于电子镇流器采用高频或低频方波电流点灯，灯瞬时输出功率恒定因此，其光输出无频闪，改善照明效果。
※ HID灯的点灯电路一般采用高压启动，一些灯泡启动特性差，或是灯泡点过一段时间后启动困难，特别是在热启动时，传统的点灯电路就极易产生辉光拉弧放电，长时间无法进入弧光放电过程的现象，这会损伤灯泡电极，降低灯泡寿命。该公司设计生产的电子镇流器可以有效地克服这一缺点，采用间隔脉冲触发，因而可以克服因启动困难而降低灯泡寿命，同时还有良好的保护功能，当出现灯输出短路，灯输出开路，过热等异常情况时，具有自动保护功能，提高了电子镇流器工作的可靠性。自动控制电子镇流器可以很简单地实现各种自动控制，实现对灯光的智能化控制，根据灯泡的特性，钠灯泡可调范围为40--100%，而金卤灯泡也可达50--100%，这对于许多场合是需要的，可以满足照明的可控制要求，同时可以节约大量的电力。
实现HID灯光控制的方法有多种
① 采用红外传感器，通过检测人体信号进行控制。如在超市、仓库、加油站、寄车场等。
② 应用光敏元件，根据自然光或其他光源信号，自动调节灯功率，实现自动调光，可应用于办公室、工矿照明、农业照明等多种场合。
③ 时钟控制，典型应用于路灯照明，设定不同程序，使路灯在每天24小时不同时段内，有不同的光照度输出。道路、街道、隧道等采用这种控制可以大量地节能。
④ 手动调光，高压钠灯、金卤灯都可以在宽范围内通过调节输入到灯泡的功率大小来实现连续无抖动的调节。便捷体积小、重量轻、安装方便。
可靠性研究
随着电子技术的飞速发展，电子元器件质量不断提高，使电子镇流器可靠性有了基本保证，因此，当前日光灯、节能灯的点灯电路已经大量的为电子镇流器所取代。对于将电子镇流器大量应用在HID灯上，必须解决HID灯用电子镇流器的可靠性问题和其性能价格比。
HID灯较日光灯、节能灯等有更为复杂的物理过程，必须深刻地了解HID灯的特性，才能有效地设计出可靠的电路。如HID灯的“声共振”是点灯过程中放电极不稳定的一种现象，严重时造成灯熄灭，无法正常工作，在设计上，我们做了如下考虑：
① 保持灯瞬时输出功率为恒定，如采用方波电流驱动就可得到灯瞬时输出功率恒定的输出特性，进而保证不发生HID灯的“声共振”现象。
② 电子镇流器异常状态下的自身保护。当出现灯输出短路，灯输出开路，灯失效，安装环境过热等异常情况时，具有自动保护功能。
③ 灯输出功率恒定，包含二个方面，一是电源电压波动，灯输出功率不变，二是随着HID灯（尤其是高压钠灯）在整个灯泡寿命期内，灯电压大幅变化，灯输出功率保持不变。只有保证了这二个方面，才是真正意义上的恒功率输出电子镇流器。
④ 对整个电子镇流器所使用的功率器件，采用ZVS（零电压开关），ZCS（零电压开关）大大降低了功率器件的电压电流应力。
⑤ 使产品温升控制在规定值内。对整个电子镇流器内部结构进行热设计，选择理想的散热材料，保证电子镇流器有效地散热。
性价比测试
我们只有全面地了解HID灯电子镇流器的应用价值、其综合的经济指标与不断提高的可靠性，才能促使它在实际中的应用成为现实，以250W钠灯为例，与电感式镇流器的比较如下：
1．自身功耗。
250W电感镇流器功耗约为30W，且随输出功率的增加而增加。250W电子镇流器功耗约为12W，且基本为恒定值。电子镇流器自身功耗低，温升低，系统效率高。
2．与基准灯配合的光效。
电感镇流器与基准灯配合，其光效约为基准镇流器与基准灯配合光效的95-98%。电子镇流器因为用高频电流点灯，其光电转换率要比电感镇流器略高。另外电子镇流器自身功耗小，使它与基准灯配套后的光效约为基准镇流器与基准灯配合光效的110%。 
3．灯管寿命。
电感镇流器很难做到启动特性与灯管启动要求完全一致。当输入电源电压变化和灯老化时，灯管功率波动范围大，大大缩短灯管寿命，增加日常维护费用。电子镇流器可以直接控制灯电流，在较小的启动电流下，缩短灯的启动时间。在电源电压大范围变化和灯老化时，保持灯功率恒定，减小灯的光衰，从而大大延长灯的使用寿命，降低日常维护费用。 
4．输入电网电压范围。
对电感镇流器，灯管功率随输入电源电压波动而变化。当电源电压较高时，灯管严重超功率（当输入电压达到250V时，有些电感镇流器的输出功率高达380W左右），镇流器和灯发热严重，大大缩短灯管和灯具的寿命。而电子镇流器具有恒功率输出功能。在电源电压大范围变化时，能够保持灯功率恒定，减小灯的光衰，从而大大延长灯管和灯具的使用寿命。
5．灯光的频闪问题。
由于受交流50Hz（或60Hz）电网电压过零点的影响，电感镇流器使灯产生低频频闪，并产生明显的交流噪音，容易引起人眼疲劳，也无法满足运动物体的高质量照明和摄影的要求。 而高频电子镇流器输出采用高频电流点灯，采用高功率因数升压电路，中间采用大容量直流滤波环节，无低频闪烁问题，也没有低频噪音。
6．外围附件。
电感镇流器需要启动器和补偿电容，不易安装，降低整个系统的可靠性。而电子镇流器不需要任何附件，安装方便。
7．镇流器与光源的安装距离要求。
高压钠灯电感镇流器一般采用外部脉冲触发器，镇流器和灯管之间的距离较短，无法满足长线驱动要求。而高频电子镇流器采用滑频点灯技术，电子镇流器和灯管之间的距离可以延长到20米以上，方便镇流器的安装和日常维护。
8．谐波含量和功率因数。
电感镇流器的电流滞后于电压，输入电流的谐波含量大，不加补偿电容时的功率因数只有0.6左右。即使加上补偿电容器，功率因数也很难做到0.95以上，谐波含量仍然较高。这就造成电感镇流器对电网的污染严重，加大电网的负荷，增加初装费用。而高频电子镇流器内部采用功率因数校正电路，使输入电流的谐波含量小于10%，功率因数高于0.95，对电网的基本没有污染，能减小电网的负荷，降低初装费用，也可以对原来采用电感镇流器的照明系统直接增容。
9．电磁兼容问题。
除输入电流谐波含量低之外，电子镇流器还能全面满足EMI和EMS要求，从而提高整个照明系统的可靠性。
10．自身保护问题。
电感镇流器不能实现自身保护，当灯管出现 “整流效应”和接近寿命终结时，会出现灯频繁亮、灭，造成镇流器损耗加大、温升加剧。电子镇流器可以实现全面的保护功能，针对灯开路、灯端短路、热灯、整流效应和灯寿命终结等现象，封锁电子镇流器的输出。
11．体积和重量。
250W电感镇流器的重量接近5公斤，比较笨重，消耗的原材料多，对灯具和安装部件的强度要求高。250W电子镇流器的重量只有1公斤左右，体积小，安装方便。
产品前景
电子镇流器的性能明显高于电感镇流器，电子镇流器能全面满足“绿色照明”的要求，是环保、节能型产品。
制约HID灯大量应用的因素，主要有四个方面：一是可靠性，要完全地克服HID灯点灯过程中产生的“声共振”现象，HID灯用电子镇流器电路结构远比日光灯电子镇流器要复杂得多，选用的元器件数量数倍于日光灯电子，因此，元器件失效的机率也高。同时，我国HID灯泡生产厂家多，灯泡的标准不一，灯泡与电子镇流器没有很好匹配，也会降低其使用效果，电子镇流器生产厂家必须严格筛选元器件，使产品可靠性提高。二是电子镇流器对使用环境的要求，使得对灯具设计提出了新要求，对大量发展的一体化灯具，难以安装使用，主要是电子镇流器一般要求工作环境温度应低于55℃，使电子镇流器外壳温度保持在75℃以下，来保证电子镇流器的使用寿命，因此，设计美观大方，有良好散热效果的灯具，需要灯具同行的密切配合。三是大功率电子镇流器的散热问题，是影响电子镇流器寿命的重要因素，因此，设计实用型的大功率电子镇流器还有待于完善。四是价格，虽然其综合经济效益高，但是由于一次性投资高，还难以被客户广泛接受。而且要提高可靠性，价格必然会大幅增加。但随着电子技术快速发展，以上问题都会不断得到改善，HID灯电子镇流器必将成为绿色照明电器而被广泛的关注和应用。
HID 灯电子镇流器具有良好的点灯参数，其综合经济效益高，并降低对电网污染，这对于我国实现绿色照明工程将会有极大的推动作用，是尽快达到节能10%目标行之有效的措施，因此，可以相信，如同节能灯、日光灯等电子镇流器一样，HID灯用电子镇流器也将会迅速得到应用。通过对中电能公司电子镇流器产品在国内外多条道路上的使用表明，该产品不但具有显著的节能效果，而且可以明显地延长灯泡的使用寿命，深受用户欢迎。