电子镇流器优化设计要点
2007-02-08
作者：admin
来源：
浏览量：
网友评论：
0
条
摘要： 电子镇流器优化设计要点
编者按：作者基于电子镇流器的工作原理，结合对高功率因数、低谐波电路的研究，异常工作状态保护电路的研究，灯丝预热启动电路的研究及EMI滤波器电路等一系列的研究分析，提出电子镇流器优化设计要点，有利于电子镇流器生产厂家的规范化设计。
新型镇流器件—电子镇流器
管形荧光灯是目前工厂、大厦、商场、机关、学校和家庭照明的一种主要电光源，而电子镇流器是取代传统的铁芯式电感镇流器与荧光灯配用的新型镇流器件。电子镇流器具有自重轻、自身发热低、转换效率高、启动特性好、无频闪等特点，得到了越来越广泛的应用。目前已在很多场合取代了电感镇流器，其使用份额已占到总使用份额的40%以上，电子镇流器出口量连续几年以年递增25%以上的速度增长。同时，消费者对电子镇流器的要求越来越高，用户希望电子镇流器安全可靠、价格低廉、且不影响灯的使用寿命。电力部门还要求其输入电流谐波必须在允许的限制范围之内，不能对电网造成污染，影响其它电器设备的安全经济运行。为此，国家技术监督局在1994年7月发布了GB15143-94《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及GB/T15144-94《管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求》两项国家标准。这两个国家标准分别等同采用IEC928（1990）和等效采用IEC929（1990）。我国境内市场上流行的电子镇流器很多不符合产品的标准要求。国家质量技术监督检验检疫总局于2001年第三季度对电子镇流器行业进行了生产领域的国家监督检查，合格率为58%。表现为安全项目不过关，性能检测问题多，抗干扰能力差，使用可靠性下降。另外，自2003年8月1日起，电子镇流器必须通过中国强制性产品认证（3C认证）才可以出厂和销售。而通过3C认证，除了需通过安全标准测试外，还必须通过GB17743-1999《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》和GB17625.1-1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流≤16A）》这两个电磁兼容标准的测试。这更加需要我们认真对待电子镇流器的设计。本文试就电子镇流器的工作原理，高功率因数、低谐波电路的研究，异常工作状态保护电路的研究，灯丝预热启动电路的研究及EMI滤波器电路的研究等方面做些分析，以利于电子镇流器的规范化设计。
电子镇流器是一个将工频（50/60Hz）交流电转换成高频交流电源的变换器。工频电源首先经过EMI滤波器滤波，然后经过全波整流和功率因数校正器（PFC）后，变为直流电源。再通过DC/AC变换器,输出20KHz-50K Hz的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，将灯启动。灯启动之后，高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流。为了提高可靠性，还要设计各种保护电路，如灯异常保护、浪涌保护、电流保护及温度保护等。
电磁干扰会严重影响电子电气设备的正常运行，甚至会使电子元器件发生永久性的损坏。因此，必须采取措施对其给予充分地抑制。EMI以辐射和传导两种方式传播，传导干扰有差模（DM）和共模（CM）两种类型。目前抑制EMI的技术有很多，而滤波技术是抑制传导干扰最有效和最经济的手段。EMI滤波器既抑制了来自电网的电磁干扰，同时对电子镇流器自身产生的电磁干扰也起衰减作用，以保证电网不受污染。目前被广为采用的EMI滤波器电路如图2所示。共模电感LC、差模电容CD与共模电容CC一起组成EMI滤波器，用于差模/共模方式的EMI/RFI的抑制。为进一步抑制干扰信号，可在交流输入电路中再插入差模电感LD。只要选择好滤波器元件，会达到很好的效果。当然，在正确设计滤波器的情况下，电子镇流器内部布局、布线必须合理设计，以提高抗EMI的效果。
异常工作状态保护和自动恢复电路
电子镇流器的异常状态指由于灯与镇流器连线脱落、灯管漏气、灯丝熔断不能启动或阴极去活化等引起的。为防止电子镇流器在异常条件下损坏，应采用异常状态保护电路。保护电路工作过程为：当灯管出现老化、漏气等异常状态而使灯两端电压升高时，在逆变电路输出回路中对异常信号取样，经过延时、基准比较，控制振荡器停止工作，从而起到保护作用。当异常状态消除后（换灯管），电路会自动把灯点亮。
此外，还有浪涌电流限制、过电流保护、过电压保护、过热保护等。
预热启动电路
目前广为流行的直管形荧光灯和稀土节能灯都属于阴极预热启动型的电光源。如果快速启动的话，在灯阴极和灯管两端同时施加开路电压和阴极电流，阴极发射材料还远未达到高于700℃的热电子发射状态，而高电压又不可能在极短时间内将灯管击穿，灯必然要承受一段辉光放电时间再过渡到弧光放电，导致阴极发射物质的严重溅射，使灯管两端灯丝周围的管壁出现早期发黑，造成灯使用寿命的缩短。对于预热启动方式的荧光灯交流电子镇流器，启动时必须满足下列要求：
a、在阴极达到电子发射状态之前，灯两端的开路电压低于导致阴极受损害的灯辉光电流的水平。
b、当阴极在达到发射状态之后，开路电压应足够高，可使灯迅速启动，而无须重复多次才启动。
c、当阴极已达到发射状态时，若开路电压需升高后才能使灯启动，则开路电压从低到高的转变过程，必须在阴极仍处于发射温度期间完成。
d、在阴极预热阶段，预热电流或预热电压不得过大或过高，而使阴极上发射物质因过热而受损害，并且阴极预热的最短时间至少0.4秒。
预热启动电路。Rt为PTC热敏电阻，D1、D2为二极管。工作过程为：电路启动时，Rt开始阻值较低，限制了谐振电容C即灯两端电压在150V（有效值）以内，随着时间的延长，PTC阻值开始升高，经过0.4-1.5秒后，预热结束，电容C两端电压迅速升高，将灯管击穿点燃。图中，二极管D1、D2是限制灯丝电压和有效加热电流的。对40W灯而言，灯丝有效加热电流应限制650mA在左右，如果没有D1、D2，则预热电流会高达850mA甚至更大。不但有可能损害阴极，而且正常工作时还会使流过灯丝、电容C和PTC的电流增大，影响灯的发光效率。
新型镇流器件—电子镇流器
管形荧光灯是目前工厂、大厦、商场、机关、学校和家庭照明的一种主要电光源，而电子镇流器是取代传统的铁芯式电感镇流器与荧光灯配用的新型镇流器件。电子镇流器具有自重轻、自身发热低、转换效率高、启动特性好、无频闪等特点，得到了越来越广泛的应用。目前已在很多场合取代了电感镇流器，其使用份额已占到总使用份额的40%以上，电子镇流器出口量连续几年以年递增25%以上的速度增长。同时，消费者对电子镇流器的要求越来越高，用户希望电子镇流器安全可靠、价格低廉、且不影响灯的使用寿命。电力部门还要求其输入电流谐波必须在允许的限制范围之内，不能对电网造成污染，影响其它电器设备的安全经济运行。为此，国家技术监督局在1994年7月发布了GB15143-94《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及GB/T15144-94《管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求》两项国家标准。这两个国家标准分别等同采用IEC928（1990）和等效采用IEC929（1990）。我国境内市场上流行的电子镇流器很多不符合产品的标准要求。国家质量技术监督检验检疫总局于2001年第三季度对电子镇流器行业进行了生产领域的国家监督检查，合格率为58%。表现为安全项目不过关，性能检测问题多，抗干扰能力差，使用可靠性下降。另外，自2003年8月1日起，电子镇流器必须通过中国强制性产品认证（3C认证）才可以出厂和销售。而通过3C认证，除了需通过安全标准测试外，还必须通过GB17743-1999《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》和GB17625.1-1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流≤16A）》这两个电磁兼容标准的测试。这更加需要我们认真对待电子镇流器的设计。本文试就电子镇流器的工作原理，高功率因数、低谐波电路的研究，异常工作状态保护电路的研究，灯丝预热启动电路的研究及EMI滤波器电路的研究等方面做些分析，以利于电子镇流器的规范化设计。
电子镇流器是一个将工频（50/60Hz）交流电转换成高频交流电源的变换器。工频电源首先经过EMI滤波器滤波，然后经过全波整流和功率因数校正器（PFC）后，变为直流电源。再通过DC/AC变换器,输出20KHz-50K Hz的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，将灯启动。灯启动之后，高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流。为了提高可靠性，还要设计各种保护电路，如灯异常保护、浪涌保护、电流保护及温度保护等。
电磁干扰会严重影响电子电气设备的正常运行，甚至会使电子元器件发生永久性的损坏。因此，必须采取措施对其给予充分地抑制。EMI以辐射和传导两种方式传播，传导干扰有差模（DM）和共模（CM）两种类型。目前抑制EMI的技术有很多，而滤波技术是抑制传导干扰最有效和最经济的手段。EMI滤波器既抑制了来自电网的电磁干扰，同时对电子镇流器自身产生的电磁干扰也起衰减作用，以保证电网不受污染。目前被广为采用的EMI滤波器电路如图2所示。共模电感LC、差模电容CD与共模电容CC一起组成EMI滤波器，用于差模/共模方式的EMI/RFI的抑制。为进一步抑制干扰信号，可在交流输入电路中再插入差模电感LD。只要选择好滤波器元件，会达到很好的效果。当然，在正确设计滤波器的情况下，电子镇流器内部布局、布线必须合理设计，以提高抗EMI的效果。
异常工作状态保护和自动恢复电路
电子镇流器的异常状态指由于灯与镇流器连线脱落、灯管漏气、灯丝熔断不能启动或阴极去活化等引起的。为防止电子镇流器在异常条件下损坏，应采用异常状态保护电路。保护电路工作过程为：当灯管出现老化、漏气等异常状态而使灯两端电压升高时，在逆变电路输出回路中对异常信号取样，经过延时、基准比较，控制振荡器停止工作，从而起到保护作用。当异常状态消除后（换灯管），电路会自动把灯点亮。
此外，还有浪涌电流限制、过电流保护、过电压保护、过热保护等。
预热启动电路
目前广为流行的直管形荧光灯和稀土节能灯都属于阴极预热启动型的电光源。如果快速启动的话，在灯阴极和灯管两端同时施加开路电压和阴极电流，阴极发射材料还远未达到高于700℃的热电子发射状态，而高电压又不可能在极短时间内将灯管击穿，灯必然要承受一段辉光放电时间再过渡到弧光放电，导致阴极发射物质的严重溅射，使灯管两端灯丝周围的管壁出现早期发黑，造成灯使用寿命的缩短。对于预热启动方式的荧光灯交流电子镇流器，启动时必须满足下列要求：
a、在阴极达到电子发射状态之前，灯两端的开路电压低于导致阴极受损害的灯辉光电流的水平。
b、当阴极在达到发射状态之后，开路电压应足够高，可使灯迅速启动，而无须重复多次才启动。
c、当阴极已达到发射状态时，若开路电压需升高后才能使灯启动，则开路电压从低到高的转变过程，必须在阴极仍处于发射温度期间完成。
d、在阴极预热阶段，预热电流或预热电压不得过大或过高，而使阴极上发射物质因过热而受损害，并且阴极预热的最短时间至少0.4秒。
预热启动电路。Rt为PTC热敏电阻，D1、D2为二极管。工作过程为：电路启动时，Rt开始阻值较低，限制了谐振电容C即灯两端电压在150V（有效值）以内，随着时间的延长，PTC阻值开始升高，经过0.4-1.5秒后，预热结束，电容C两端电压迅速升高，将灯管击穿点燃。图中，二极管D1、D2是限制灯丝电压和有效加热电流的。对40W灯而言，灯丝有效加热电流应限制650mA在左右，如果没有D1、D2，则预热电流会高达850mA甚至更大。不但有可能损害阴极，而且正常工作时还会使流过灯丝、电容C和PTC的电流增大，影响灯的发光效率。
凡本网注明“来源：阿拉丁照明网”的所有作品，版权均属于阿拉丁照明网，转载请注明。
凡注明为其它来源的信息，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点及对其真实性负责。
凡注明为其它来源的信息，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点及对其真实性负责。
最新评论
用户名： 密码：
