CFL灯具的“绿色”设计策略

随着越来越多的地区启动淘汰传统白炽灯的行动，我们的注意力也转向不断变化的照明领域。该领域最新的照明替代产品据称可以提供更低的能耗、更好的耐用性和更长的使用寿命，能为新世纪带来更佳的照明方案;同时，能耗的降低还能节省消费者的支出，这一点很有吸引力。

目前已经开始获得大众市场青睐的两种产品是紧凑型荧光灯(CFL)和LED灯。这两者都能提供上述优点，但本文将重点讨论CFL技术，我们要分析的是中国制造商白狮(Baishi)生产的一款非调光式CFL灯具。

螺旋管CFL最早是由公认为现代荧光灯技术之父的Edward E. Hammer于1976年推出的。虽然这种设计与白炽灯相比有了大改进，但在当时，通用电气公司的老板并没有采纳。带电子镇流器的CFL是欧司朗(Osram)公司于1985年推出的，但直到1995年CFL灯才开始商用化生产。

要想知道为何20W的CFL能够产生与75W白炽灯一样的亮度，这需要了解CFL灯的每个组成元件。与其它荧光灯具一样，这种CFL使用U形玻璃管，管的内壁涂有磷，当遇到管内的电离气体产生的紫外线辐射时就会发出可见光。

为了做到适合家用市场的尺寸，CFL设计一般使用较小的玻璃管直径，并采用直通折叠或螺旋弯曲结构。用于点亮灯管的电子镇流器在设计时充分考虑了标准螺口插座灯的空间约束。为了实现这种设计，需要使用尺寸缩小了的电源来创建面积相对较小的合适的灯具驱动器。

覆有磷涂层的U型玻璃管在制造方面拥有自己的发展史，但化学工程爱好者可能对这段历史更感兴趣。从消费者的角度看，灯管内侧的磷涂层的损耗是主要问题。尽管如此，高质量CFL灯的寿命仍可以长达数月甚至几年。

在观察这种特殊CFL灯具时，另一个值得注意的地方是在灯座外壳上有一个通孔。这个通孔暗示，与散热有关的镇流器电子元件的损耗也是一个影响灯寿命的因素。

典型的电子镇流器包含有一块小电路板，正是这块板允许消费者方便地用CFL灯取代白炽灯。电子镇流器提供开启CFL灯的初始能量提升，然后将电流限制在所用灯管的额定工作值。

镇流器设计中使用了晶体管、二极管和许多电容、电感，这些器件先是整流交流电源，然后创建一个跟随型谐振逆变器电路，由这个电路产生高频高压电源用于点亮CFL灯。在这个电子镇流器中，最重要的元件之一是恩智浦半导体的半桥结构CFL驱动芯片UBA2211。

UBA2211可以从110VAC或220VAC输入电压驱动最高25W的CFL灯，这种功能在现代CFL中使用的任何电子镇流器中都是必要的。不过，UBA2211的主要优势之一是其电路中包含过温保护(OTP)和容性模式保护(CMP)功能。OTP和CMP能够监视电压、电流和功耗，并在非正常条件下确保正确关闭系统，在寿命终了时燃烧部分得到安全处理。在CFL启动时的最初电源“提升”阶段，UBA2211还提供饱和电流保护(SCP)功能，以便CFL能够工作在饱和电流极限值，不会破坏电子镇流器中的功率晶体管。

我们在拆解CFL时注意到其复杂的电源电路，也弄明白了为何CFL能够在市场中占有一席之地，与(相对)短寿命的白炽灯的价格相比，现在给普通消费者提供的CFL灯具和电子驱动电路组合的价格已经开始具有竞争力。

不过，价格差距仍然存在--典型的白炽灯成本只有0.25美元，而CFL灯的价格仍然徘徊在1~2美元之间;但CFL真正的优势来自潜在的能源节省。虽然白炽灯成本只有25美分，但在其平均寿命内的使用成本高达7美元;而CFL灯在整个寿命内的使用成本只有1.5美元。从这个意义上讲，CFL灯不仅从节能角度看是一种“绿色”解决方案，而且从节省消费者费用的角度看也是一个“绿色”解决方案。

图1：为了做到适合家用市场的尺寸，CFL设计一般使用较小的玻璃管直径，并采用直通折叠或螺旋弯曲结构。

图2：镇流器设计使用了晶体管、二极管和许多电容、电感器件。在这个电子镇流器中，最重要的元件之一是恩智浦的CFL驱动芯片UBA2211。