技术报告：HID灯调光技术简述 (文章来自：福建源光亚明电器有限公司) 　　随着社会的进步，节约能源，保护环境已是大势所趋，在照明领域中，采用新型节能光源、节能电器及高效灯具来达到节约电能的目的，已广泛被人们接受。但如何通过节能照明设计来达到节约能源的目的,才刚被人们所重视。采用调光技术用于照明领域的节能是一种行之有效的方法。与其相应的新产品已不断地被开发出来。过去在体育场馆，城镇道路和隧道等场所大面积照明，采用HID调光设计,从实用上说是不大可能的。现在随着科技进步，电子技术和电子元器件的不断发展，这种调光设计已变为可行。下面向大家简单介绍三种HID灯的调光技术及相关的产品。 1 电子镇流器调光 　　众所周知，HID灯电子镇流器可以容易地设计成调光镇流器。调光原理：通过各种传感器，调节输入到电子镇流器控制工作频率的直流电平，改变工作频率，调整输出到HID灯的功率，达到调光目的。HID灯电子镇流器调光范围：高压钠灯一般为输出功率50%~100%（光通量约：30%~100%）。金属卤化物灯输出功率60%~100%（光通量约：45%~100%）。根据国外研究资料，调光HID灯电子镇流器，在灯启动3~5分钟内，必须满功率工作，否则会出现灯管早期发黑现象，影响灯的使用寿命。我们初步对比试验也证明了这一点。所以调光HID灯电子镇流器在设计时应考虑此问题。在灯启动时，不论是什么状态，电子镇流器在3~5分钟内应自动工作在满功率输出。 2 变感抗式镇流器的调光 　　变感抗式镇流器的调光，顾名思义就是改变镇流器的感抗值，调整灯的输出功率来达到调光目的。工作原理见图（1）： 　　用感抗式镇流器中间抽头，变换开关K，改变镇流器阻抗，使其输出到灯的功率不同来调光。这种调光方式关键要解决开关切换问题，用普通开关（如交流接触器）在切换时，因切换速度不够快，会产生熄灯现象。这在一些场所是不允许的，即使允许，灯熄灭后降功率启动和多次启动对灯的寿命影响较大。所以必须采用电子开关或是电流过零技术的快速机械开关，保证灯切换功率时不熄灭。这种调光镇流器只可用于高压钠灯和脉冲启动型金卤灯。而不适用于JLZKN系列钪钠金属卤化物灯的调光。高压钠灯可降功率0～40%，金卤灯0～20%或30%（视金卤灯品种而定）。功率下降幅度增大，在一些因素影响下（如电源波动、畸变等）就可能产生电弧不稳和熄灯现象，尤其是金卤灯。从工作原理图可以看出变电抗式镇流器只能是定功率一级或二级调光，不能连续调光。图（2）是我公司生产的NGZ-H型高压钠灯变感抗式镇流器和控制器FD-1型的工作原理图。镇流器I端为额定功率输出，II端为60%额定功率输出。当接通电源时，继电器不动作，镇流器I端输出，灯在额定功率下运行，同时电源给出50次/S的时基信号，计时控制器开始计时，3分钟后给出一个信号将CD电子触发器关闭（电子触发器灯亮时可以自动关闭，灯损坏时3分钟关闭），约6小时后（此时间可以根据用户要求设定），计时控制器给继电器J信号，继电器吸合，由检流计提供的信号可以保证-继电器吸合的时间在灯电流过零点左右，这可以保证灯泡不会熄灭，同时也延长继电器触点寿命。继电器吸合后，镇流器II端输出给灯60%的额定功率，完成定时定额调光工作。 3 变容抗式CWA型镇流器调光 　　CWA型镇流器也称为LC顶峰超前式镇流器，调光原理见图（3）。通过改变镇流器工作电容的容抗，降低镇流器的输出功率来调光。这种调光电路可用于高压钠灯和脉冲启动型金卤灯的调光，也可用于JLZKN钪钠系列金卤灯的调光（不用电子触发器）。调光范围与变感抗式镇流器相同，同样调光时要采用电容电压过零分断技术，保护继电器触点因大电流冲击损坏。另外灯启动时应处于满功率状态，否则会因镇流器提供给灯的从新着火电压值VSS太低，使灯在启动过程熄灭，无法正常工作。 　　图（4）是一种变容抗式三级定功率金卤灯调光电原理图。采用的是手动控制调光方式。通过K1、K2开关组合，可获得三种调光功率，Z为检流计，A1、A2为过零电压控制器，调光时保证继电器J1、J2触点在电容C3电压为零时分断。该控制电路简单可靠，比较适用体育场馆调光照明。 　　图（5）是我公司生产的JLZL-C型变容抗式调光镇流器和FD-2型定时控制器工作原理图。主要用于城镇道路照明定时金卤灯调光。FD-2型定时控制器工作原理与FD-1型相同，只是减少了电子触发器部分。该产品可直接装入路灯具内使用。 4 调光控制方式 　　常用的调光控制方式有：延时控制、载波控制、手动控制、光电控制和远红外感应控制等，组成方框图见图（6）： 　　手动控制工作原理：用人工通过调节电位器或开关将控制信号直接传送给调光电器。载波控制：将控制信号由载波发射器经电源线传输到载波接收器转变为相应的信号。延时控制：当灯接通电源时，计时器开始计时到某一设定时间输出一定值信号，改变灯功率。光感应控制：按白天和夜晚亮度变化，输出一定值信号。远红外感应控制：根据检测到的人体远红外变化输出一定值信号。据上述几种方式调光的控制原理可以得出：手动和载波控制方式可以用于连续调光，而定时、光控及远红外控制一般只能用于定功率调光（单级调光）。 　　五种调光方式适用于不同照明场所：体育场馆调光照明采用手动和载波控制，可以按需要连续调光。手动控制方式经济、稳定、可靠，用于新建场馆和线路架设容易的老场馆改造。载波控制方式可用于线路架设不容易的老场馆改造。城镇道路调光照明，用延时控制方式比较合适，开灯后满功率运行6~7小时（可设定）后，自动降为60%额定功率运行。隧道调光照明，可用时控（时间程序控制）和光控二种方式，在白天满功率运行，夜晚降功率运行。其它某些特殊场所调光照明可用远红外控制方式，如频繁进出仑库，当人进入时灯满功率运行，离开后降功率运行。 5 HID灯调光工作灯寿命问题 　　HID灯在调光状态下工作，我们最关心的一个问题是对灯的寿命影响，这要从两方面讨论：一是对灯本身的影响；据国外有关资料介绍，不论在高频还是在工频下降功率点灯，不会损伤HID灯，即不延长也不会缩短灯的寿命。此结论待验证。二是调光系统对灯的影响；在灯的寿命后期，调光电器在满功率时可以正常点灯，在降功率时，灯不能正常工作，出现熄弧，这无形就缩短了灯的寿命。初步试验证明电子镇流器调光方式在这方面对灯影响小。可在灯正常寿命80%~90%的时间内工作（与HID灯品种和调光量大小有关）。而变感抗式和变容抗式调光只能是正常灯寿命的60%~70%，特别是金卤灯，对高压钠灯的影响相对较小。这主要原因是电子镇流器不论在什么状态下工作都能提供给灯很小的断流时间0T和较高的重新着火电压VSS。而变感抗和变容抗式镇流器在调光状态下工作时，这两项参数就很难做得好，即使这样，我们认为这二种调光方式仍具实用价值，因其节电效益远大于灯的寿命损失。 　　HID灯大面积照明应用调光技术才刚开始起步，有待进一步提高和完善。我们相信，随着科技的进步，在不远的将来，HID灯调光技术作为节能照明的重要方法将被广泛推广使用，对我国的绿色照明作出贡献。 常识： 陶瓷金卤灯 高强度气体放电灯是电光源产品中重要的一员，和白炽灯相比，高强度气体放电灯在发光效率上有了很大的提高。然而，要保持光色质量的稳定性和一致性却不是那么容易做到的。所以从上个世纪60年代开始，人们就一直在设想是否能够开发研制出一种集金卤灯的良好光色性能和钠灯优秀的发光效率于一身的光源——陶瓷金卤灯。但是，由于技术上的困难，如陶瓷材料、电极的封接工艺和电极发射性能等一直都无法得到良好解决，所以直到90年代初期陶瓷金卤灯仍然只是人们的一个梦想。然而，在1993年人们成功地解决了陶瓷和电极的封接工艺，对陶瓷金卤灯的开发研制取得了突破性的进展。1994年，飞利浦照明成功首创了陶瓷金属卤化物灯，实现了人们30多年的梦想，成为电光源发展历史上一个重要的里程碑。作为照明领域的新典范，体现着人类智慧的陶瓷金卤灯不仅为世界照明领域带来了技术革命，而且也为人类带来了理想之光。 技术背景 　　金属卤化物灯放电管的管壁材料对其性能具有重要的影响。通常放电管的管壁材料采用石英管，在高温工作状态下钪或其它稀土和石英管壳会产生反应，形成硅酸盐和硅的卤化物。这样反应的结果使在管壳上形成Sc或稀土金属元素的硅酸盐，造成金属元素的减少，使颜色产生漂移，并影响管壳的透明度；分离出来的Si元素会融解于钨电极中，使电极的发射性能变坏；此外，由于过剩的卤素，使放电困难，并产生有害的卤钨循环，腐蚀电极，使管壁发黑，引起光衰，另外，有些金属离子（如钠离子）在灯的寿命燃点过程中逐渐地通过管壁渗漏，也会使灯的光电性能变坏。由于上述原因限制了石英管金属卤化物灯性能参数及寿命的提高，而飞利浦陶瓷金卤灯的放电管采用多晶氧化铝陶瓷材料，这种陶瓷金属卤化物灯与　　传统的石英金卤灯相比，具有以下特点： ※ 钠金属不会通过陶瓷管迁移到放电管外； ※ 陶瓷管在高温下化学稳定性好，即使出现铝金属元素也不会影响钨电极的性能（因为铝很难溶解于钨），使灯具有更长的寿命； ※ 陶瓷管的几何尺寸精度高，因而使灯的性能一致性好； ※ 电弧管可工作在更高的温度下，电弧内有更多的金属原子受激发，导致更好的显色性，更高的发光效率； ※ 放电管体积小，发光体亮度高； ※ 色温的一致性好，无论电源电压的变化，电灯位置的变化，以及灯寿命过程，灯的色温变化很小； 产品特点 　　飞利浦照明目前已推出了35W、70W和150W各种系列的陶瓷金卤灯，其放电管的结构如图一所示。 其光源的性能特点为： ※ 光源寿命长 （9000—15000小时） 　　一般而言，小功率石英金卤灯的寿命在6000－9000小时，而陶瓷金卤灯由于具有上述优点，所以其寿命可以达到9000－15000小时，比传统的石英金卤灯提高了30％－－50％。 ※ 发光效率更高 （>90 lm/w） 　　目前，由于全球面临着能源危机问题，所以人们非常重视有效地利用能源，在照明行业也是一样，近年来所提出的绿色照明概念就是为了响应有效利用能源而提出的。所以，尽管卤钨灯和白炽灯具有优秀的显色性，但是其在燃点过程中热能散失严重、寿命较短，显然不是一种理想的绿色照明产品。而陶瓷金卤灯的高光效可以更有效地提高能源利用，降低业主使用成本，其光效比卤钨灯、白炽灯提高了四到九倍，而同时在光色性能上，又远远地好于石英金卤灯，是一种集优秀的光色性能和高发光效率于一身的新型光源。 ※ 寿命期间光色稳定性能好 （在＋/－200K之间），并且光源之间的光色一致性更好 　　陶瓷金卤灯从点燃起，直到寿命终结，其色温变化在200K之内，而一般石英金卤灯在寿命期间的色温变化要大于600K，所以陶瓷金卤灯解决了传统石英金卤灯的色差和色温的漂移问题。 ※ 稳定的流明输出 　　光源的流明输出会随着时间而衰退。陶瓷金卤灯的流明输出在小功率的金卤灯中是最高的，在寿命初期的流明输出就比一般的石英金卤灯要高10－20％更重要的是它能一直维持这样水准的光源输出直到寿命结束。陶瓷金卤灯的流明维持率在80％以上，而传统的石英金卤灯则是60－65％，而且光衰较快。 ※ 光源几何尺寸更紧凑 　　与现有石英金属卤化物灯的灯具与电器通用，易于推广应用。 而且由于其发光体更小，有利于灯具的设计，对灯光的控制就更方便。 ※ 具有3000K和4200K两种色温可供选择，光源显色性好 （Ra 80－90） 　　下表列出为小功率陶瓷金卤灯与石英金卤灯显色指数的比较：显色性的好坏还和电弧管的管壁温度有关。一般来说，管壁温度越是高，其显色性也越好。陶瓷金卤灯的电弧管管壁温度可以达到1150度，而传统石英金卤灯的电弧管管壁温度只能达到800度左右，所以陶瓷金卤灯的显色性要远远好于传统的石英金卤灯。而同时，管壁温度还影响者光源的色温差。就如同我们刚才所讲到的，石英金卤灯由于其最大管壁温度只能达到800度，而管壁温度的高低同色温差成反比，所以其最终的色温差也要大于陶瓷金卤灯。 ※ 防紫外线设计 　　为了防止紫外线对于商品和人体的伤害，飞利浦使用了其已申请专利的Fadeblock技术，有效地控制了紫外线对商品及人体的危害，确保了使用的安全。 产品规格和应用领域 　　陶瓷金卤灯的应用范围很广，如商店照明、展示照明、商业街道照明、广告牌照明等，由于其光通量大，具有卤钨灯和白炽灯优秀的光色性能，能够创造出最佳的照明效果，其卓越的显色性和光色的稳定性能够将被照物体的自然本色以最好的状态显示出来，所以陶瓷金卤灯尤其适合用在商场照明。 　　在现今充满竞争的零售市场，商店必须树立独特的、与众不同的形象，从而吸引顾客。尤其是在一些高档商店，突出高档商品和“愉快购物”，所以诸如商店的风格和形象等因素，在吸引顾客和建立顾客的忠实度方面就显得具有决定性的作用。 　　在设计商店环境时，必须考虑创造出迎合顾客口味的独特的购物环境。由于飞利浦的陶瓷金属卤化物灯更能体现商品展示效果，所以即使在背景照度水平很高的情况下，它仍然能够非常有效地吸引顾客对于商品的注意，吸引顾客的视线，让顾客产生强烈的购买欲望，提高销售量。 近期飞利浦照明对上海和西安两地的消费者作了一次关于商店照明满意程度的调研，发现有92％的被访者认为商店的照明环境很重要，是购物环境的重要组成因素，对他们的购物行为同样会产生正面或负面的影响。有特色的、好的照明不但令顾客感觉舒适，心情放松，而且可以提升商店的档次；而不好的照明除了会影响顾客的情绪，如太暗的灯光会令顾客感觉压抑，而太亮的灯光会时他们紧张；而且会直接影响到顾客对商品的选择，比如对颜色的判断，对材质的判断等。调查结果显示，两地的被访者都有因为商店照明失真而对买回来的商品不称心的经历。通过此次调研了解到，现今的顾客对于商店照明的要求不再是只要照亮就可以，他们认为商店照明应该： ※ 根据商店/商场的性质，采用不同光色的照明基调。如超市应该用冷色调，这样才能让人感觉干净明亮，而品牌专卖店应该采用暖色调的光色，这样可以营造一种典雅温馨的氛围。 ※ 对于货架和一些新品陈列区，应该用显著的灯光加以强调，以此吸引顾客的注意力。 ※ 对不同的商品进行突出照明时，应该根据商品的性质，采用不同色调的灯光。 ※ 商店里的灯光要能够逼真地反映商品的颜色。 飞利浦照明的陶瓷金属卤化物灯就能很好地满足这些需要，而且规格、型号齐全，可以适用于不同的零售店。 CDM－T：单端插口型陶瓷金卤灯 CDM－T型的金属卤化物灯是一种紧凑型的单端光源，采用G12灯头，它赋予灯具设计良好准确的光学效果。CDM－T可以分为两个系列：色温在3000K的暖白色光源/830系列，色温在4200K的冷白色光源/942系列。后者具有非常好的显色性，其显色指数超过90，非常适合在冷色调环境中使用。 CDM－T有70W、150W/942系列和35W、70W以及150W/830系列。 CDM－TD：双端陶瓷金卤灯 双端的CDM－TD可以直接取代传统的双端石英金卤灯，采用Rx7s灯头，它有色温为3000K和4200K的两种规格，这两种规格又都分为70W和150W。双端的CDM－TD可直接取代石英管金属卤化物灯，并且在式样上作了翻新。 CDM－R：反射型陶瓷金卤灯 CDM－R反射型陶瓷金卤灯具有标准的E27 灯头，具有无可比拟的光束强度，是卤钨灯光强的10倍以上，其封闭式的反光罩为用户提供了最优的光束性能，可以使用在投光灯具和泛光灯具中，由于其光源本身具有反光罩，所以对于灯具的要求相对较低。 CDM－TC： 迷你型陶瓷金卤灯 CDM－TC迷你型陶瓷金卤灯是大功率卤钨灯的理想替代者，采用G8.5灯头，其光效高，避免了卤钨灯产生大量热能的缺陷，而同时又能取得良好的光色性能。由于光源几何尺寸很小，CDM－TC可使用在非常紧凑的小型灯具之中，所以，现在欧美很多商店采用CDM－TC 35W取代100W的卤钨灯。 CDM－TP 防爆型陶瓷金卤灯、CDM－TT直管型陶瓷金卤灯 陶瓷金属卤化物灯还包括CDM－TP防爆型陶瓷金卤灯（采用PGx12灯头）和CDM－TT直管型陶瓷金卤灯（采用E27和E40标准灯头）。CDM－TP是用于开启式灯具的产品，可以取代MHN－T单端石英金属卤化物灯。由于具有同样的大小尺寸和灯头长度，CDM－TP是单端石英金卤灯最直接的替代者。CDM－TT将CDM内胆置入钠灯的外管中；并且完全适用于钠灯的配套件，可直接替代钠灯，大改善了使用的光色。现有70W和150W两种规格。 发展趋势 　　自从陶瓷金属卤化物灯上市以来，其产品种类不断扩展，应用范围也不断延伸。由于其无与伦比的光源性能，人们希望能够将其应用领域继续拓展，所以陶瓷金卤灯正向中高功率和更小功率两个方向发展。中高功率的陶瓷金卤灯可以应用在工业照明和体育场馆照明等领域。而更小功率如10W、15W、20W的陶瓷金卤灯，则可以应用在汽车灯、家居照明中。 　　目前，250W和400W的陶瓷金卤灯已经在国外市场出现，其性能和质量还在不断改善及提高中，该产品发展中最关键的技术是对于陶瓷管壳制造技术的开发。最早投入市场的小功率灯的管壳是采用挤压成型法制成尺寸精度高的陶瓷零件组合而成。现在飞利浦对陶瓷管的制造工艺进行进一步改进，以减少陶瓷管的零件数，让其管壳形状更符合放电电弧的形状，得到放电体内均匀的温度分布，进一步提高陶瓷金卤灯的性能。在陶瓷管成型技术不断完善和成熟的基础上，小功率、中功率到大功率的整个系列产品将会很快面世，使得相应的照明设计和应用范围愈趋广泛，真正地成为人类的智慧之光。