金卤灯的特性分析

分析金卤灯的光源特性

编者按：高强度气体放电灯(英文简称：HID)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。然要保持色温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。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。

*` f P"@ ?2、石英金卤灯的特性

*] K%d0q b:[ T照明工程师社区8P6F h$U w T ^ ` C H 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，归纳起来石英金卤灯有以下特性。

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a、影响石英金卤灯色温差因数有：电网电压，点灯角度，灯体内卤化物情况，环境等;照明工程师社区 g7vs G-f!p

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b、为保证石英金卤灯的色温和寿命，电网的电源电压要求在短时间内波动不得超过5%，长期波动不得超过3%，较大的电压变化会缩短光源的寿命及颜色的偏移，相与相之间的电压也会使石英金卤灯产生色温差;

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c、石英金卤灯单个光源在使用过程颜色的差异和逐渐漂移是正常现象，特别是对于低色温(如3000K)更为明显，在5000K时，人的眼睛对色温感觉下降，使人感觉色温的一致性有所改善，因为国内产品均以钠钪金卤泡为主，它们的色温在4000K左右(即美标金卤泡),所以在色温一致性很难保证。虽然国家标准在这方面的色温偏差是+/-300K,但这个偏差数值很容易让人看到色温的差异。按国标标称合格色温的石英金卤灯，从光源的两端看起来有色温差，多个光源亮灯后进行对比也会有色温差;照明工程师社区Q S ^8^ D6T.t,\

R-K-b;A"m i-h |4q d、厂家生产石英金卤灯，出厂时点灯老炼一般只有30分钟之内，而石英金卤灯色温等其他性能问题相对稳定在点燃100小时之后才可靠;照明工程师社区;B U A j t X0_ h$`w

;F U @ {,a w4c8b ~e、为了保证光源的寿命要求每周至少对石英金卤灯关灯一次; $M3`)V-]-R!w E

@6t r d){ X f、为了保证光源的色温一致性，建议用户在同一支路上并联的光源不多于4个，以减少电压的变化。照明工程师社区6|{ _;n3z g u

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照明工程师社区 K W s%Q.D&U Eh4d 3、陶瓷金卤灯的特性

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} @8N T h#N随着社会科技的进步，陶瓷金卤灯的问世是HID光源在近年发展中最引人注目的成果。由于多晶氧化铝(PCA)陶瓷材料及其与金属封接工艺研究取得很大的突破，人们成功地制造出陶瓷外壳的性能明显地优于石英为玻壳的金属卤化物灯。采用陶瓷材料作外壳避免了灯内金属材料的损失，而且电孤管尺寸可以控制得非常精确，因此光电性能一致性和稳定性好，允许更高电弧温度。1994年，国外光源厂家成功首创了陶瓷金属卤化物灯，成为电光源发展历史上一个重要的里程碑。相对石英金卤灯，陶瓷金卤灯有以下特性：5T,IZ-p H w c D8f

p S Y r:D"T9P2_a、钠金属不会通过陶瓷管迁移到放电管外;

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1V%\1x:w4`+t,]/O b、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;照明工程师社区e-

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c、陶瓷管的几何尺寸精度高，因而使灯的性能一致性好;

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? o)R:c` }d、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;

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-? \ `2v"l e、放电管体积小，发光体亮度高;照明工程师社区 v _ \ `.u [_4G

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f、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。

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4、陶瓷金卤灯的优点

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a、光源寿命长(9000-15000小时)

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C B z @ m5~一般而言，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%;照明工程师社区 g S

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b、发光效率更高(>90 lm/w)

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)d*}&J#@&j ~8Y x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;照明工程师社区 _'{8q(F1g*F M;T

;s-_ D([ `6k c l c、寿命期间色温稳定性能好(在+/-200K之间)，并且光源之间的色温一致性更好

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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石英金卤灯的色差和色温的漂移问题;照明工程师社区`:l#A w l

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d、稳定的流明输出 照明工程师社区 T-d P)]-a ];U a8h

;F#b&b s G } gK p I Z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，而石英金卤灯则是60-65%，而且其光衰较快;照明工程师社区

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d ^!c |7D @ L.[ O.L q e、光源几何尺寸更紧凑 照明工程师社区

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(U s ?$U }(k能兼容现石英金卤灯的灯具和电器，易于推广和应用。而且由于其发光体更小，有利于灯具的设计，对灯光的控制就更方便;照明工程师社区8{ S$@ n {] N2a g f A

h2z `f、具有3000K和4200K两种色温可供选择，光源显色性好(Ra 80-90)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。照明工程师社区(T q%t%x g td

$U7_ b N v-u;^.{ H D以下是石英金卤灯和陶瓷金卤灯相关参数的对比：照明工程师社区 _5c l t l-t!y3n-]3x

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"G-U W ?6S H/H e5、金卤灯的频闪效应照明工程师社区G u l:R r_+f

w+Y P j R,h电光源在给人类带来光明的同时，也由于电光源的频闪，给人类带来了新的危害，即频闪效应，改进电光源频闪的根本技术对策，是提高驱动电光源发光体发光的驱动电功率频率，使其达到40KHz以上。从宏观技术角度上讲，提高驱动电光源发光体发光的驱动电功率频率的措施很多，但在现阶段，有些技术措施根本不可能实现，或实现成本较高。最为可能、最为经济，也是最为有效的途径，是选择具有交流-直流-交流(AC-DC-AC)频率变换功能的新型电光源，所以在使用电感镇流器起动的HID光源不可避免的存在频闪效应，但为了减少使用电感镇流器的频闪效应，只能尽量控制好供电电压允许偏差(如同一支路上并联的光源不多于4个等)、频率允许偏差、电网谐波以及三相电压允许的不平衡度等。现今的电子技术在低功率的HID电子镇流器中把交流-直流-交流频率变换功能应用的很完善。高功率电子镇流器暂还存在些问题没有解决，所以在低功率的HID灯具中，现今多数厂家建议用户使用电子镇流器，以便改善光源的频闪效应。照明工程师社区

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6、结语照明工程师社区 U

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自从陶瓷金卤灯上市以来，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。随着技术和产品系列的完善，价格的降低，这就会使陶瓷金卤灯真正成为人们的首选光源，人类的智慧之光。