[科普中国]-荧光灯

荧光灯（Fluorescent lamp），也称为日光灯。

传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在通电后释放紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。

1974年，荷兰飞利浦首先研制成功了将能够发出人眼敏感的红、绿、蓝三色光的荧光粉。三基色（又称三原色）荧光粉的开发与应用是荧光灯发展史上的一个重要里程碑。

历史记载20世纪50年代以后，荧光灯大都采用卤磷酸钙，俗称卤粉。卤粉价格便宜，但发光效率不够高，热稳定性差，光衰较大，光通维持率低，因此，它不适用于细管径紧凑型荧光灯中。

1974年，荷兰飞利浦首先研制成功了将能够发出人眼敏感的红、绿、蓝三色光的荧光粉氧化钇（发红光，峰值波长为611nm）、多铝酸镁（发绿光，峰值波长为541nm）和多铝酸镁钡（发蓝光，峰值波长为450nm）按一定比例混合成三基色荧光粉（完整名称是稀土元素三基色荧光粉），它的发光效率高（平均光效在80lm/W以上，约为白炽灯的5倍），色温为2500K-6500K，显色指数在85左右，用它作荧光灯的原料可大大节省能源，这就是高效节能荧光灯的来由。可以说，稀土元素三基色荧光粉的开发与应用是荧光灯发展史上的一个重要里程碑。没有三基色荧光粉，就不可能有现今的新一代细管径紧凑型高效节能荧光灯出现。但稀土元素三基色荧光粉也有其缺点，其最大缺点就是价格昂贵。

发光原理

从荧光灯的发光机制可见，荧光粉对荧光灯的质量起关键作用。

荧光灯属于气体放电光源，气体放电光源的伏安特性如图所示。曲线上的A～D为非自持放电微光区；D～E为过渡区；E～F为正常辉光放电区，如霓虹灯；F～G为异常辉光放电区；G～K为正常弧光放电区，如日光灼。

霓虹灯是辉光放电，荧光灯是弧光放电。在荧光灯的点亮或电弧燃烧前，它具有很高的输入阻抗，因为此时基本上没有导电离子：这样高压Uns就会加在灯管上，这是点亮灯管的额定启动电压。在正常工作之后，加在灯管上的电压就会下降为工作电压Uop那么灯的工作电流就由xb（在工作频率下镇流器的阻抗）及下式得出：

式中的电压和电流指的是有效值，因而可以得出灯管所消耗的功率为

灯管在50°F时的额定启动电压由厂商给出，但是为了确保灯管在最坏的情况下也能点亮，实际的启动电压至少要加大厂商给定值的10%。美国国家标准机构（ANSI）在荧光灯的规范中指定了不同类型灯管的Uop和Iop值，这样厂商在制作时必须满足灯管的最大功率定额。

从ANSI规范可以得出所选类型灯管的Uop和Iop值，再从厂商那里得到所要的Uns值，就可以从上式确定出镇流器的阻抗Xb。而在电子镇流器里这个阻抗的值是由电容确定的，它可以由下式求得

式中的CbT是指与灯管串联的等效电容，因为灯管可能是由连接起来的两个电容驱动的。

通过选择不同阻抗的电容，可以使灯管在高于或低于该型号的额定功率下工作，也就是灯管可以在任意给定的功率下运行，包括极限值，这通过Uop和Iop的任意组合来实现。这样在任意的功率水平下，可以任意规定Iop并通过第一式计算Uop则电子镇流器的阻抗可以通过第一上式得出，电容值可以通过第二式得出。

虽然任何荧光灯都可以在此ANSI规范规定的该类型荧光灯额定功率更高的功率下工作，但是它的寿命会明显下降。灯管即使在规定的功率下工作，它的寿命也会小于预计的时间，这是因为预计的时间是厂商在一定的电流电压和温度环境下测试出来的。12

型号分类传统型常见的荧光灯有：

（1）直管形荧光灯。这种荧光灯属双端荧光灯。常见标称功率有4W，6W，8W，12W，15W，20W，30W，36W，40W，65W，80W，85W和125W。管径用T5，T8，T10，T12。灯头用G5，G13。T5显色指数>30，显色性好，对色彩丰富的物品及环境有比较理想的照明效果，光衰小，寿命长，平均寿命达10000小时。适用于服装、百货、超级市场、食品、水果、图片、展示窗等色彩绚丽的场合使用。T8色光、亮度、节能、寿命都较佳，适合宾馆、办公室、商店、医院、图书馆及家庭等色彩朴素但要求亮度高的场合使用。

为了方便安装、降低成本和安全起见，许多直管形荧光灯的镇流器都安装在支架内，构成自镇流型荧光灯。

（2）彩色直管型荧光灯。常见标称功率有20W，30W，40W。管径用T4，T5，T8。灯头用G5、G13。彩色荧光灯的光通量较低，适用于商店橱窗、广告或类似场所的装饰和色彩显示。

（3）环形荧光灯。除形状外，环形荧光灯与直管形荧光灯没有多大差别。常见标称功率有22W，32W，40W，灯头用G10q。主要提供给吸顶灯、吊灯等作配套光源，供家庭、商场等照明用。

（4）单端紧凑型节能荧光灯。这种荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地联成一体（镇流器放在灯头内），除了破坏性打击，无法把它们拆卸，故被称为“紧凑型”荧光灯。由于无须外加镇流器，驱动电路也在镇流器内，故这种荧光灯也是自镇流荧光灯和内启动荧光灯。整个灯通过E27等灯头直接与供电网连接，可方便地直接取代白炽灯。

这种荧光灯大都使用稀土元素三基色荧光粉，因而具有节能功能。下表列出节能荧光灯与光通量大体相同的白炽灯的对照。

节能荧光灯功率（W） 5 7 9 11 13 18 36 45 65 85 105

按管径

（一）、直管型荧光灯管按管径大小分为：T12、T10、T8、T6、T5、T4、T3等规格。规格中“T+数字“组合，表示管径的毫米数值。其含义：一个T=1/8英吋，一英吋为25.4mm；数字代表T的个数。如T12=25.4mm*1/8*12=38mm。

（二）、荧光灯管管径与其电参数的关系：

1、荧光灯管，管径越细，光效越高，节电效果越好。

2、荧光灯管，管径越细，启辉点燃电压越高，对镇流器技术性能要求越高。

管径大于T8（含T8）的荧光灯管，启辉点燃电压较低。相对于220V、50Hz工频交流电，符合启辉点燃电压小于1/2电源电压定律。可以采用电感式镇流器，进行启辉点燃运行。

管径小于T8的荧光灯管，启辉点燃电压较高。相对于220V、50Hz工频交流电， 不符合启辉点燃电压小于1/2电源电压定律。不能采用电感式镇流器，进行启辉点燃运行。管径小于T8的荧光灯管，必须匹配电子式镇流器。由电子式镇流器，产生启辉高压，将荧光灯管击穿点燃。尔后，由电子式镇流器，驱动荧光灯管点燃运行。

按光色

（一）、直管型荧光灯管按光色分为：三基色荧光灯管，冷白日光色荧光灯管，暖白日光色荧光灯管。

（二）、荧光灯管光色与其技术品质的关系：

荧光灯管所涂荧光粉和所填充气体种类不同，荧光灯管所表现的光色就不同。其技术品质也有很大差别。

1、荧光灯管涂卤素荧光粉，填充氩气、氪氩混合气体。荧光灯管光色为：冷白日光色荧光灯管，暖白日光色荧光灯管。

这两种光色的荧光灯管，显色性能较低，显色指数R值小于40。远远小于太阳光，显色指数R=100的标准值。观看彩色物体表面颜色，产生色偏。色彩偏青、偏灰，色彩暗淡不鲜艳。

这两种光色的荧光灯管，发光效率也比较低。光效一般为每W电功率：30流明（Lm）至40（Lm）。

这两种光色的荧光灯管，光谱中含有较多的不可见光，有效瞳孔流明（有效视觉光效）倍数也比较低。有效光效较低，有效照度低。

这两种光色的荧光灯管，荧光灯管启辉点燃寿命也比较短，一般在5000小时至6000小时之内。

以上两种光色的荧光灯管，不属于高效节能电光源，不符合绿色照明技术要求。

2、荧光灯管涂三基色稀土荧光粉，填充高效发光气体。荧光灯管光色为，三基色合成的高显色性太阳光色。 和无极灯光色相近。

三基色稀土荧光粉荧光灯管，显色指数R值大于80，接近太阳光色（太阳光的显色指数R=100）。

三基色稀土荧光粉荧光灯管，光视效能也比较高，一般为每W电功率65流明（Lm）以上。

荧光灯管实际光效高低，与所采用的镇流器技术性能，和镇流器与荧光灯管匹配程度等技术要素，有直接关系。

三基色稀土荧光粉（LVD无极灯也采用此类荧光粉）荧光灯管，启辉点燃寿命也比较长，一般在8000小时以上。如匹配技术性能先进的高性能电子镇流器，启辉点燃寿命会增加至15000小时――20000小时。

无极型无极荧光灯即无极灯，它取消了对传统荧光灯的灯丝和电极，利用电磁耦合的原理，使汞原子从原始状态激发成激发态，其发光原理和传统荧光灯相似，有寿命长、光效高、显色性好等优点。

无极荧光灯由高频发生器、耦合器和灯泡三部分组成。它是通过高频发生器的电磁场以感应的方式耦合到灯内，使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体。等离子受激原子返回基态时辐射出紫外线。灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激发产生可见光。3

色调色温色调荧光灯主要是一种低压汞蒸气弧光放电灯，它在气体放电中消耗的电能主要转化为紫外

范围的电磁辐射（大约63%转化为254-185nm之间的C类紫外辐射），大约有3%的能量在放电中直接转化为可见光，其主要波长为405nm（蓝紫光），436nm（蓝光），456nm（绿光）和577nm（黄光）。紫外辐射照射到灯管内壁的荧光粉涂层上，紫外线的能量被荧光材料所吸收，其中一部分转化为可见光并释放出来。一个典型的荧光灯中发出的可见光（包括从荧光粉涂层中发出的和在放电时直接发出的）大约相当于输入灯内能量的28%。荧光灯的光性能主要取决于灯管的几何尺寸即长度和直径，填充气体种类和压强，涂敷荧光粉以及制造工艺。

色温荧光灯色温分为：

暖色调系列：如/29，/827，/830，/927，/930等，能塑造温暖辉煌，缩小距离空间，给人一种轻松和舒适的照明感觉。在使用时，一般与白炽灯混用，不适合与自然光混合使用。

中间色调系列：如/33，/835，/840，/927，/940等，中性色彩在使用时，明亮的白色光可与自然光很好的结合，一般用于有自然光照射或需要较冷色调气氛的空间。

冷色调系列：如/54，/850，/865，/950，/965等，能塑造宁静冷清，增大距离空间，给人以活泼的照明感觉，在使用时，一般用于颜色1比较或特别强调冷色效果的场所。

荧光灯显色性分为：

某品牌标准型直管荧光灯：显色指数较低，如51，63，72等，适用于一般工作场所和对显色性不重要的场所（仓库，停车场）等。

某品牌三基色直管荧光灯：显色指数大于85，适用于长时间工作场所，能使工作者心情舒畅。

某品牌豪华型直管荧光灯：显色指数为95，97，98等，用于显色性要求高的场所或特殊环境。

选择荧光灯的秘诀：灯的色温，显色性，寿命，光效及含汞量。

选用原则1 、任何情况下，应采用细管径（管径≤26mm）灯管，即T8、T5等类型，取代T12灯管，有明显的节能环保效果。

2 、任何情况下，都应采用三基色荧光灯，不应再选用卤粉荧光灯。三基色灯管具有光效高、显色好、寿命更长的优势。虽价格贵（约贵一倍），但由于其光效高，不仅节能效果好，降低了运行成本；而且由于使用灯数减小，节省了灯具及镇流器的费用，反而使照明系统的总初建费用降低。

3 、采用大功率灯管：在功能照明场所（除外装饰性要求），应选择不小于4呎（近似1200mm）长灯管，即T8型36W、T5型28W，其光效更高。

4 、一般情况宜采用中色温灯管：光源的色表（用相关色温表示）选择，除建筑色彩特殊要求外，一般可根据照度高低确定：简单说，高照度（>750lx）宜用冷色温（高色温），中等照度（约200～1000lx）用中色温，低照度（≤200lx）用暖色温（低色温）。因为暖色温光在低照度下使人感到舒适，而在高照度下就感到燥热；而冷色温光在高照度下感到舒适，在低照度时感到昏暗、阴冷。多数场所的照度在200～750lx之间，用中色温光源更好；而且中、低色温的荧光灯光效比高色温灯更高，也有利节能。4

使用方法日光灯与电源

1、LED日光灯电源为什么一定要恒流的呢？

LED的半导体特性决定其受环境影响较大，比如温度，LED属于电流敏感元件，LED的电流增加会直接导致发热增加，长时间超过额定电流工作，会使LED芯片长时间处于高温状态，会大大缩短LED的使用寿命。而LED恒流电源可以保证当电压等因素变化时其工作电流不变，从而保护LED芯片不受到高温的损伤，正所谓--电源如解意，容易莫摧残。

2、LED日光灯电源要怎样才可以与灯板匹配？

一些客户先设计灯板，再找电源，发现很难有合适的电源，要么电流太大，电压太小（如I>350mA,V Vthreshold），集电极电流可以通过MOS晶体管流向集电极，贮存阶段开始。

在这个阶段，发射极电流不再流动，而且集电极电流变成负基极电流。因为发射机开关操作，贮存时长降低到几百纳秒（无贮存效应）。一旦所有的基极电荷都被抽空，功率级就进入断态。由于贮存时间短，功率级能够以高于标准双极晶体管的频率工作（为500kHz），同时还能维持一个很高的标准功率MOS无法达到的耐压能力（为1kV），而且导通损耗极低。

控制级和功率级都是由Vcc引脚供电，Vcc引脚通过一个电阻电容（R-C）网络与直流总线相连。在启动阶段，电容通过一个高阻值的电阻器充电，因此，只需几百微安。由于功率双极晶体贮存基极电流是在通过‘Vcc充电网络’连接Vcc引脚的电容上恢复的，因此，在工作阶段，器件是自己给自己供电。

VK06TL这项特殊功能允许使用功耗更小的电阻器，而且上电桥臂电源无需充电泵。

必须从连接二次绕组的SEC引脚触发、接通这个器件，同时，启动振荡电路还需要一个二极管交流开关管的功能。通过SEC引脚，系统可以负载谐振频率振荡，同时，通过CAP1、CAP2和CapPREH引脚管理预热和稳态频率。特别是，CapPREH引脚上的电容器用于设定预热时长。

通过CapEOL引脚，系统可以确保灯管寿命终止（EOL)）和过温保护功能。如果检测到这些故障功能中的任意一个，CapEOL电容器就会被充电，引起功率级关断闩锁。CapEOL的电容值用于设定保护时间。

值得再次强调的是，这个单片方法无需外部电阻器和连接器就实现了功率级电流检测。此外，如上文所述，只需一个单片器件就可以集成一个温度保护电路。

两个高压二极管用于续流和二极管交流开关管通道，直流总线上的典型电压是400V，因为在多数应用中，需要连接一个PFC级（功率因数控制器），同时，这个器件的集电极-源极击穿电压保证在为600V。

应用提示

为了测试电路板的目的，在输入端子连接一个电解电容（10μF，450V）十分重要，以便旁通直流电源电压与电路板之间连线上出现的寄生电感。

预热频率必须固定，以确保电流值足以预热阴极，而不会导致灯管点火。

参考电路板的预热频率大约59KHz，峰流大约800mA。由于谐振电容C=8.2nF，在预热阶段，它的电压低于一个58W T8灯管的预热额定电压（350V峰压）。预热时长大约0.84s。

采用表面组装封装电路板上的主波形的稳态阶段：工作频率大约为34KHz，峰流大约为700mA。

参考电路板的热分析

我们对图3中电路板进行了热分析，同时测量了器件的温度。每个器件的散热铜面积大约100mm2。温度是通过在SO-16封装顶部放置K型热电耦测量的。测量环境有种不同的外界温度：室温（大约25℃）和外界温度（50℃）测量结果见汇总表1：

结论

本文简要介绍了ST开发的采用固定频率半桥拓扑驱动线性荧光灯管的创新解决方案。

采用了系统芯片的方法：在同一个芯片上集成控制部分、保护电路和功率级。

由于采用这种单片电路的方法，系统可靠性得到了提高，此外，系统集成和超小型封装还实现了更小、更便宜的应用电路板，向系统微型化迈出了一大步。

保养维修保养1、不要过于频繁的开关灯。过于频繁的点灯会导致灯管的两端过早的变黑，影响灯管的输出功率，而且要注意在关灯后重新启动灯要等5—15分钟。

2、如果电压很低，灯管的两极会在点亮的开始阶段发射出钨，从而让灯管内部产生许多点状的污染物，成为灯管损害的原因之一，所以，建议尽量在高电压的条件下开灯。

3、荧光灯的线路较多，需要辅助器件，因此必须与相应的变压器、电容器等配合使用，以保证灯管启动到适合的功率。

4、注意要保持一个通风的环境，不只是带走灰尘，也可以降低灯管的温度，以便延长灯管的寿命。

清洁1、荧光灯发热容易吸引灰尘，准备清洁时要关闭电源，然后尽量让室内空气流通，用拧干了的抹布沾上一点清洁剂轻轻的擦拭灯管，然后再使用干净的干布把清洁剂擦干净。

2、如果条件允许，可以使用防静电掸子来清除灯管表面的灰尘，然后用干的抹布擦拭脏污，不可太过用力。

3、按照荧光灯的时候要用纸巾清洁好双手，不要在灯管上留下痕迹，而平时也可以用酒精擦拭灯管的表面来保持清洁。

故障灯管不发光

故障原因：

1、电源没有接通；

2、灯管灯丝烧断（针对电子镇流器）；

3、灯具接插件接触不良；

4、镇流器损坏；

5、灯管漏气（针对冷阴极镇流器）；

6、启辉器损坏（针对电感镇流器）。

排除方法：

1、检查镇流器是否获得了220V电源，若没有，检查配电系统。

2、用万用表测量灯管的灯丝电阻是否正常，若不正常则说明灯管损坏，请尝试更换灯管。

3、检查接插件是否氧化，尝试重新安装这些零件。

4、尝试更换镇流器。一般来说电感镇流器不太容易坏，而电子镇流器的故障率相对较高。

5、尝试更换灯管。

6、将启辉器短路一下，灯管应该启辉发光，这说明启辉器发生了开路性故障，尝试更换启辉器即可，启辉器接触不良的现象也很常见。

灯丝立即烧断

故障原因：

1、镇流器损坏；

2、灯管漏气。

排除方法：

1、检查电路接线，看镇流器是否与灯管灯丝串联在电路中，否则会因电流过大而烧毁灯丝。如接线正确，再用万用表检查镇流器是否短路，如短路，说明镇流器已失去限流作用，无疑要烧毁灯丝，应更换或修复后再使用。

2、若镇流器末短路，通电后灯管立即冒白烟，随即灯丝烧毁，说明灯管严重漏气，应更换新的灯管。

两端亮中间不亮

故障原因：

1、灯管漏气（针对电感镇流器和常见的普通电子镇流器）；

2、启辉器损坏（针对电感式镇流器）；

3、谐振电容击穿（针对常见的普通电子镇流器）；

4、灯丝烧断（针对电感镇流器）。

排除方法：

1、电感镇流器，若出现灯管两端存在闪烁的橙红色光，则说明灯管严重老化或者漏气，可以尝试更换灯管；如果是电子镇流器若两端灯丝持续而稳定的发出橙红色光，没有闪烁现象，则有可能是灯管漏气，但也不排除是镇流器谐振电容击穿。可以尝试更换灯管。

2、灯管两端出现稳定的没有闪烁的橙红色光，并且通电情况下拆下启辉器，灯管可以正常点亮，这说明启辉器存在短路性故障（大多是启辉器内双金属片粘连，或启辉器内部电容击穿），更换启辉器即可。

3、这种故障在维修中非常常见，电子镇流器出现灯丝发红但灯管不启动现象大多是这种情况，可以尝试更换镇流器。谐振电容只有几毛钱，应该首先尝试更换这个电容修复镇流器，不要因为这个几毛钱的小元件而扔掉了整个镇流器，太浪费了。

4、一端发光，另一端不发光，有可能是发光的这一端的灯丝已经烧断了，此时的发光并不是灯丝在发光，而是灯丝断裂处的气体被击穿从而发光，此时电流很小因此另一端灯丝可能不发光。这种情况需要更换灯管。

螺旋形光带

故障原因：

灯管质量问题，镇流器工作电流过大。

排除方法：

新灯管接入电路后，刚点燃即出现打滚现象，说明灯管内气体不纯以及灯管在出厂前老化不够。遇到这种情况，只要反复启动几次即可使灯管进入正常工作状态。如新灯管点燃数小时后才出现打滚现象。反复启动也不能消除时，属灯管质量问题，应更换灯管。若换上新灯管后仍出现打滚现象，则应用交流电流表串入镇流器回路，检查镇流器能否起到限流作用，如发现电流过大，就应列换新的镇流器或修复后再使用。

关灯后有微光

故障原因：

1、开关接线错误；

2、余辉现象。

排除方法：

1、首先检查荧光灯线路，看开关是否错接在中性线上，若接在中性线上，由于灯管与墙壁间有电容存在，会使灯管断电时仍有微光，当用手触摸灯管时，辉光可能增强。这种情况，只要将开关改接在相线上就可消除辉光现象。如果改接后仍有辉光现象，则应检查开关是否漏电。如发现开关漏电，一定要修复或换新，否则会严重影响灯管的使用寿命。

2、如果接线无误，但关闭电源后灯管依然发出微弱的光，并且数分钟后自动消失，这就是灯管的余辉现象。余辉现象是正常现象，无需多虑。

灯管两端发黑

故障原因：

1、灯管老化；

2、荧光灯附件不配套；

3、开、关次数过于频繁。

排除方法：

1、当灯管点燃时间已接近或超过规定使用寿命，灯管两端发黑是正常的，说明灯丝所涂复的电了发射物质即将耗尽。发黑部位一般在离灯管两端约50~60mm范围内。此时灯管虽然依然可以发光，发光强度也低于正常亮度了，应该考虑更换灯管。

2、如新灯管使用不久两端严重发黑，是由于灯丝上电子发射物质飞溅得太快，吸附在管壁上的缘故，可能是灯管质量不好，也有可能是镇流器有问题导致灯丝电流太大。

3、荧光灯开关的次数过于频繁，荧光灯的启动电流很大，开关次数过于频繁会加快灯管老化。

镇流器有蜂音

故障原因：

1、镇流器钢片松动（针对电感镇流器）；

2、镇流器过载；

3、镇流器故障前兆（针对电子镇流器）。

排除方法：

1、镇流器是一个带铁芯的低频扼流圈，通交流电时，由于电磁振动发出蜂音是正常的，但根据出厂标准，距离镇流器lm处听不到这种噪音为合格产品，当噪音超标时应更换新的镇流器。安装位置不当或松动会引起与周围物体共振发出蜂音，只要在镇流器下垫一块橡胶材料紧固后即可解决。也可以尝试沥青、树脂封固。

2、灯管与镇流器不匹配，或电源电压过高，都会导致镇流器过载从而发出比平时大的声音，请检查灯管与镇流器是否匹配，以及电源电压是否正常。

3、电子镇流器突然出现异常的吱吱声，表明内部振荡电路工作不正常，需要断电检查内部滤波电容是否失效，电阻、电容是否变质，以及电源电压是否正常。比较常见的是电解电容失容。出现这种情况，可以尝试更换镇流器解决。

镇流器过热

故障原因：

1、镇流器本身质量有问题；

2、电源电压过高。

排除方法：

先用交流电流表检查电路中的电流即镇流器的工作电流，如因镇流器短路而造成工作电流过大时，应列换新的镇流器或修复后再使用。若镇流器通过电流符合标准范围，电源电也不高，则应检查启辉器内电容器是否被击穿，氖泡内部电极是否搭连。5

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学