led节能灯用全智能PTC温度传感器基本原理及应用研究

1.序言

　　现阶段的荧光灯管绝大部分为负极加热式商品。大家为了更好地提升荧光灯的特效并增加其使用期限，在配套设施家用电器层面作了很多深层次的科研工作中，包含电子镇流器路线拓扑结构的选用和负极加热方法的挑选等。以求电子元器件与相应的荧光灯相符合，做到充分运用荧光灯的特效和使照明灯具自然环境更舒服更节能环保的实际效果。文中参考荧光灯管IEC标准和在我国GB规范中有关负极加热启动的规定，对普遍的负极加热方法开展了剖析，觉得选用智能化温度传感器是荧光灯管负极加热运行的最好计划方案。

2.负极加热的目地

　　负极加热式荧光灯管的电级是一个极其重要的零件。荧光灯管使用时间的长度首要在于电级的使用寿命。对交流电而言，该电级既是负极也是阳极氧化。电级上涂有氧化钡、碳酸锶和碳酸氢钙为主导的电子器件发送原材料。这种原材料仅有当负极的环境温度在900℃～1000℃时能够充足发送电子器件。另一方面，负极根据加热释放很多电子器件，使灯的运行工作电压减少，一般 减少到负极未加热运行工作电压的二分之一到三分之一。工作电压的减少降低了有关电子元件所承担的电地应力，进而减少了整灯的设备故障率，增加了使用期限。因此，负极加热列入了IEC和在我国GB规范，明文规定该类荧光灯管在照亮前需要历经负极加热，并对各种各样规格型号荧光灯管的加热的时间和加热电流量主要参数明确提出了规定。

图1电子镇流器简单化原理图

3.负极加热运行技术性的发展状况

　　过去，荧光灯管多选用电感式传感器直流电子镇流器。伴随着电子信息技术的发展趋势，电子镇流器以其体型小、重量较轻、功能损耗少、无闪频、没有噪音、特效高优势，逐渐替代电感式传感器电子镇流器已变成大势所趋。在电子镇流器发展趋势历程中，负极加热难题一直是电子镇流器技术性分析的要点之一。

　　电子镇流器的运行工作电压是由过流保护电感器L和启动电容C1构成的L－C1并联谐振电源电路在C一两端造成的串联谐振工作电压。简单化电源电路如图所示1所显示。L－C1的品质因素Q=1/ωC1R=ωL/R，式中R为L－C1控制回路的耗损电阻器，ω为L－C1控制回路的工作中角频率。在L－C1控制回路对高频率谐振电路的输出电压V1串联谐振时，过流保护电感器L或C1上的工作电压VR=QV1。有效设计方案过流保护电感器L和电容器C1的主要参数，可让C1上的串联谐振工作电压VR做到使led灯管照亮的值。负极不开展加热的电源电路，开关电源一接入灯即照亮，这对阴极损害很厉害，会使led灯管根处迅速发黑，使led灯管使用寿命减短。

　　为处理荧光灯管负极加热难题，大家运用了正温度系数温度传感器（下称PTCR）。其温阻特点曲线图如图2所显示。曲线图中的TB点是PTCR的电源开关溫度（电阻值扩大到极小值二倍时的溫度）。PTCR的人体体温高过TB点后，伴随着气温的上升，PTCR的电阻器便会剧变到很高的值，运用PTCR的这一特点设计方案的加热运行电源电路如图所示3所显示。当电源电路接入的一瞬间，高压电源的输出电压V0加进led灯管两边，见图4，这时，因为温度传感器PTCR对串联谐振控制回路组成分离，使控制回路的Q值很低，led灯管两边不可以产生髙压，也就不可以照亮led灯管。与此同时，高频率交流电根据电感器L钨丝Rf和温度传感器PTCR，对阴极开展加热，历经t1（GB要求超过0.4秒）的时间段后，PTCR因根据电流量，体温升高，阻值快速扩大，变弱了对串联谐振控制回路的分离。当电阻值扩大到一定值时，串联谐振控制回路起振，串联谐振工作电压幅度值V2扩大到把led灯管照亮。led灯管照亮时（t2），led灯管展现负阻特点，即led灯管电流量扩大，led灯管两直流电压V3降至额定值的工作标准电压值，加热运行全过程完毕，led灯管转到一切正常工作中。

图2PTCR温阻趋势图

图4PTCR加热运行全过程图

图5PTCR的工作电压效用

　　难题取决于led灯管一切正常运行后，温度传感器PTCR自始至终处在热转子动平衡情况，这是由于温度传感器不可以彻底阻隔对灯负极的分离，温度传感器人体体温的多少危害着根据交流电的尺寸。根据交流电的高低又干扰到温度传感器人体体温的转变。实际地讲，当PTCR展现高阻情况时，电流量减少，PTCR人体体温随着减少，电阻值便减少，又造成 穿过PTCR的工作电流扩大，这般循环系统使温度传感器自始至终处在变动情况当中。这类情况有以下伤害：

　　⑴PTCR在加热运行电源电路中一直有功能损耗，一般为总输出功率的4％。使电子镇流器或电子节能灯的流明度指数减少。经检测，40W荧光灯管电子镇流器PTCR的功能损耗超过1.6W，18W电子节能灯PTCR的功能损耗在0.8W上下。按每瓦输出功率传出流明值50流明度计，40W和18W的电子镇流器因而而各自损害70和40流明度。

　　⑵PTCR的功能损耗造成的熱量使紧凑荧光灯管和电子镇流器壳内的环境温度上升，会导致其他电子元器件尤其是晶体三极管和电解电容毁坏，使设备故障率升高。

⑶荧光灯管照亮后，钨丝控制回路因PTCR的存有，自始至终有工作电流根据钨丝，从而而产生发送电流量，减少了负极的使用期限。

　　⑷加热电源电路中的PTCR在led灯管照亮后，仍处在80℃左右的高溫条件下，易导致PTCR位错电阻器特性的退化，使温阻指数更改，加热時间拉长。退化比较严重时运行一瞬间形成的影响电流量会烧毁整流管。假如负极长期处于加热运行情况，最后可能毁坏led灯管和电子镇流器。 　　

⑸PTCR较难达到耐髙压这一指标值。当PTCR串联于led灯管两边时，要承担很大的开路电压（一般为1000V上下），这时候PTCR的温阻曲线图在高过电源开关溫度之后，升高缓慢，如图所示5所显示。此外，当高频率电流量历经PTCR时，也会使其温阻特点曲线图在高过电源开关溫度TB后升高缓慢，如图所示6所显示。这种都是使PTCR对钨丝的加热特性下降。

　　此外，大家检测证实PTCR展现有十分的容量。在頻率较高的路线中，应用PTCR与启动电容C1串联，会立即毁坏电子镇流器的频率特性。尤其是T5型荧光灯管，一般规定电子镇流器的工作电压在50kHz之上，对其频率特性危害更比较严重。

图7活性氧化锌氧化锌压敏电阻光电流特点

　　虽然选用PTCR对阴极开展加热的方法普遍存在着以上缺陷，但现阶段照明灯具领域制造的电子镇流器，凡具有加热作用的，绝大部分仍着选用PTCR加热方法，在紧凑电子节能灯中，基本上全都选用PTCR做为加热运行元器件。尽管在负极加热方法上出现很多其他的加热电源电路和元器件，并有许多专利权，但或是因其电源电路繁杂、成本增加，或是以其有机械设备接触点稳定性差、使用寿命无法保障等缘故，而无法营销推广选用。因而在PTCR加热运行的根基上，改善加热元器件的特性，使其既能完成加热运行的规定，又能在led灯管照亮后，全自动关闭加热电源电路，就成为了诸多照明灯具元器件生产厂家开展技术攻关的总体目标。

操作指南
1、路线主要参数不一样，应用温度不一样，延迟時间也不一样。在独特条件应用的照明灯具，如作为冷柜照明灯具等因为工作温度较低提议作环境监控系统实验。出入口不一样区域的照明灯具，要考量该地域冬季时的工作温度，如出入口到北欧风区域的照明灯具，采用PTCR时时间延迟不能过长。
2、阻值范畴的选取以必须的时间延迟明确，为保证 时间延迟一致性，一般为±25％上下为宜。
3、如要延长延时時间，提议对PTCR:(1)选电阻值小一些；（2）选容积大一些；（3）选Tc高一些。相反也是。
4、功率大的照明灯具冲击性电流量很大不适合采用小容积PTCR。
5、运行路线为单电容器运行的照明灯具，PTCR抗压规定较高，最好是选800VAC之上。
6、强烈推荐采用PTCR规格型号（下表为我企业长期性实验的結果，用以一般照明灯具路线，因为各生产厂家路线有异，采用PTCR时以延迟一秒上下为宜）：
led节能灯、电子镇流器
输出功率（W） 采用PTC型号规格 尺寸（mm） 居里温度 常温下电阻值（Ω）

3－－5 S系列产品 Φ3×3 50 2K-3K;3K-5K
5――7 L系列产品 Φ4×3 50 500-1K;1-2K
7――11 L系列产品 Φ4×3 75 800-1200;1200-2000
9――13 L系列产品 Φ4×3 75 300-500;500-800
11――15 A系列产品 Φ5×3 75 800-1200;1.2-2K
15――20 A系列产品 Φ5×3 75 100-300;300-500;500-800
20――30 HV系列产品 Φ6×3 75 100-300;300-500;500-800
25――35 HV系列产品 Φ6×5 75 100-200;200-300;300-500
30――40 B系列产品 Φ8×3 75 100-300;300-500;500-800
40――65 BHV系列产品 Φ8×5 75 100-200;200-300;300-500

4.电子镇流器、led节能灯软起动用PTC热敏电阻采用手册

根据增大延时時间可借助提升居里温度和容积、减少电阻值等方式来完成，明确下列基本准则：
1.led节能灯工作中时灯内气温较高， PTC热敏电阻的居里温度不可以太低，不然延迟時间过短，起不上加热实际效果，居里温度在100 ℃左右为宜；
2.运行路线为单电容器时，PTC热敏电阻耐工作电压需求较高，一般在800V之上；
3.电阻高的PTC热敏电阻在安全性层面可获得很大的提高，在达到运行特点的条件下应优先选择采用；
4.务必考虑到在底温运作时的状况，在低溫时，PTC热敏电阻的热力循环电阻器相对应较低，很有可能导致led灯管不运行；
5.PTC热敏电阻的电源开关使用寿命最好是超过100，000次；
6.加热時间不可以低于0.4秒；
7.运行完成后，PTC热敏电阻的功能损耗应满足相关要求。

外观设计构造

运用基本原理
　
将PTC温度传感器用在led节能灯电子镇流器上，无须修改路线将商品立即跨接线在led灯管的串联谐振电容器两边，能够更改电子镇流器、电子节能灯的硬运行为加热运行，钨丝的加热時间达0.4-2.0秒，能延长led灯管使用寿命四倍之上。

运用PTC温度传感器完成加热运行如下图：刚接入电源开关时，Rt处在常温下态，其电阻值远远地小于C2电阻值，电流量根据C1，Rt产生控制回路加热钨丝。约0.4-2秒后，Rt焦耳热溫度超出居里温度Tc跳进高阻态，其电阻值远远地高过C2特性阻抗，电流量根据C1、C2产生控制回路造成 L串联谐振，造成髙压照亮led灯管。
对某一特殊的电子镇流器、电子节能灯来讲，所选择的PTC电阻值越大、容积越小、居里温度越低，其功能损耗就越小、加热時间亦越少；相反功能损耗就越大，加热時间亦越长。

电子节能灯加热软起动原理图

5.新式荧光灯管负极加热运行元器件——全智能PTC温度传感器

　　在对荧光灯管负极加热技术性完成了充足科学研究的根基上，从理论上达到了对比较敏感原材料使用层面的传统的了解，恰当地使用了比较敏感原材料的原有特点和一般金属卤素灯的负阻特点，大家研制了即能达到荧光灯管钨丝加热规定，又能全自动关闭的智能化元器件。

　　其实施意见是：把具备适度电阻值及电源开关溫度TB的PTC延迟时间型温度传感器同具备合理的压敏工作电压U1mA（在这里电流下氧化锌压敏电阻Rz的载流为1mA）和通总流量的氧化锌压敏电阻Rz开展串连复合型，使变成 智能化电阻器Ri，用于替代电子镇流器及电子节能灯中的一般温度传感器PTCR。PTCR的温阻特点已示于图2，活性氧化锌氧化锌压敏电阻的光电流特点，如图所示7所显示。从图7可看得出，活性氧化锌氧化锌压敏电阻是对工作电压十分比较敏感的元器件，其载流值随所增加的电流值的增加而骤然扩大，把PTCR和氧化锌压敏电阻Rz串连复合型成智能化电阻器Ri，接在电子镇流器的钨丝加热控制回路中（如图所示3所显示，除掉一般的PTCR，代之以Ri就可以），其功能环节以下：当接入开关电源一瞬间，电子镇流器的引路输出电压（一般为1000VP－P上下），使氧化锌压敏电阻Rz通断。适度挑选U1mA,使导通电流量相当于该led灯管的钨丝加热电流量）钨丝电流量经Ri穿过。适度地挑选PTCR电阻值、容积及电源开关溫度TB，使在0.4s(1s做到此电源开关溫度后，Ri中的PTCR电阻值剧增无上阻情况。那样，一方面限定了氧化锌压敏电阻的通总流量，一方面使Ri=Rz＋PTCR环路趋于引路，这时候由L和C1组成的并联谐振控制回路（见图3）起振，串联谐振工作电压U2（见图4）扩大到把led灯管照亮，灯照亮后呈负阻特点，led灯管两直流电压降低到led灯管一切正常工作标准电压，此led灯管工作标准电压一般远小于所选中的氧化锌压敏电阻的压敏工作电压U1mA，因此 ，灯照亮后，Rz自主关闭。Ri=Rz＋PTCR处在“休闲娱乐情况”。

　　由此可见，该全智能PTC温度传感器是运用PTC温度传感器的延迟时间特点来进行钨丝加热的时间和PTC温度传感器的过流保护特点来维护氧化锌压敏电阻Rz不会“过荷”而烧毁；又运用氧化锌压敏电阻Rz的压敏工作电压U1mA特点和荧光灯的负阻特点达到加热电流量并关闭加热控制回路。那样Rz与PTCR的串连复合体－智能化温度传感器Ri，就能进行荧光灯管钨丝加热及"关闭”作用。应用智能化温度传感器Ri，不用更改原电子镇流器的线路主要参数，只要用相对应规格型号的智能化温度传感器Rpi更换PTCR就可以。应用中，接入开关电源，智能化温度传感器就根据电流量对钨丝开展加热，在led灯管照亮后，智能化温度传感器趋于引路情况，关闭了加热控制回路，本身功能损耗近于零，等同于一个无触点开关的控制开关。

　　在电子镇流器或电子节能灯上应用智能化温度传感器有以下优点和优势：

　　（1）彻底能够按各种规格型号的荧光灯管加热电流量的规定，在0.4s～2s的時间里，使钨丝做到加热规定。如菲利浦照明灯具电子器件（上海市）企业对钨丝的加热实际效果，是用钨丝的热态与热态电阻器之比叙述的。她们检测了智能化温度传感器的加热实际效果，热态电阻器与热态电阻器与之比在4～5中间，符合实际其加热规定。又如上海浦东新区某个人独资光电公司在26W电子节能灯上应用智能化温度传感器，各类参数均符合规定规定。

　　（2）智能化温度传感器在荧光灯照亮后，功能损耗基本上为零，与PTCR对比，相对应提升流明值(40～80)流明度。与此同时可使电子镇流器或电子节能灯壳体内温度减少，在18W电子节能灯壳内气温减少(3～5)℃，进而减少了晶体三极管及电解电容的热耗损率，提升 了整灯的稳定性。

　　（3）智能化温度传感器在led灯管照亮后，关闭了加热控制回路的电流量，这不但避免 了本身功能的退化，也降低了钨丝的热发送，增加了led灯管的使用期限，如威海市北洋集团led灯管厂在18W电子节能灯上应用智能化温度传感器，导通十万次以后，解剖学观查负极，绝大多数电子器件粉色调为乳白色，负极耗损一切正常，北洋照明灯具电气公司开展试验后觉得：在同样情况下，智能化温度传感器与PTCR对比，led灯管变黑的水平要轻得多，仅有PTCR的一半左右，她们的理论依据是：选用智能化温度传感器加热运行，能延长led灯管使用寿命。

　　（4）智能化温度传感器因为其构造上的缘故，能完全融入电子镇流器和电子节能灯造成的高频率髙压的功效标准。历经10000次的模拟开关实验后，智能化温度传感器的加热运行特点基本上不会改变。针对led灯管脆化、灯负极丧失激话、不容易开启的状况，电子镇流器輸出呈引路情况，其开路电压一般在10000V(GB规范规定低于1500V），这时，智能化温度传感器仍能承担5s（规范规定电子镇流器元器件可耐出现异常情况的时长为5s）的高频率髙压，历经200次的出现异常情况实验，加热运行特点转变 不明显。（一般电子镇流器均有出现异常状况维护电源电路，当led灯管脆化、灯不容易运行、輸出端发生髙压、大电流量时，维护电源电路一般会在2s内姿势，因而，智能化温度传感器所承担的高频率髙压時间一般仅有2s上下，不容易到5s，其安全性裕量是充足充足的。

　　（5）智能化温度传感器本身展现的电容器值不大，对电子镇流器的频率特性沒有危害。

　　总而言之，led节能灯用全智能PTC温度传感器以其独特的全自动导通特性，摆脱了PTC在荧光灯管负极加热难题上具有的缺陷，并且特性价格对比也非常优异，应用可以信赖，是电子镇流器和电子节能灯较为满意的加热元器件。

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