小功率电子镇流器工作原理及故障浅析

小功率电子镇流器工作原理及故障浅析摘要:节能灯电子镇流器高效、节能、无频闪、无噪声，在较低电压下也可以迅速启动，使用范围广，但由于元器件选择和设计等因素，故障率较高。通过对日常生活中使用的小功率节能灯电子镇流器的结构和工作原理展开讨论，对几种典型、常见的多发故障原因进行分析，以便快速查找故障点和进行改进。【关键词】电子镇流器谐振节能前言电子镇流器作为启动与限流装置，具有简单高效、启动性能优越、无噪声、可靠性高和节电效果显著等优点。但在实际使用中，由于元器件选择和设计等因素，电子镇流器的故障率也较高。下面主要对小功率节能灯电子镇流器的工作原理进行介绍，并对其常见典型故障进行分析。1电子镇流器电路结构及工作原理下图为某品牌22W电子镇流器的电路原理图，它主要由整流滤波电路、启动电路、逆变电路、串联谐振电路和保护电路等几部分组成。D1～D4、C1、C2构成桥式整流滤波电路，同时，C1还参与电路的振荡工作；R1、R2、C3、D3、DB3构成启动电路，用于提供外部触发信号；T1、T2、R3、R4、R5、R6、L1、L2、L3等组成逆变电路，用以产生20kHz以上的高频电压电流，其中L3为磁环变压器Tr的初级绕组，L1、L2为其次级绕组；C5、L构成串联谐振电路；D5、D7、D8、D9、D4、R7、D8为保护电路工作原理：电子镇流器通电后，220V交流电源经过D1～D4桥式整流，再经过C1、C2滤波得到空载约311V的直流电压，一般实际电压在300V左右。电流流经R1、R2开始对C3充电，当充电电压达到双向触发二极管DB3的转折电压（约30V）时，DB3击穿导通，有电流流入T2基极，使得T2正向偏置而导通。此时，电流的路径为：桥式整流输出→C1→灯丝FL1→C5→灯丝FL2→扼流圈L→磁环变压器初级绕组L3→T2→R6，电源对C5进行充电。同时，T2集电极电流的瞬时变化在磁环变压器Tr初级绕组L3上产生下正上负的感应电动势，通过耦合，在次级绕组L1、L2上也分别产生感应电势，瞬时极性如图1中所示，从而使得T2基极电位升高，形成正反馈，基极电流和集电极电流进一步增大，使T2迅速饱和导通。同时，随着T2的饱和导通，磁环变压器Tr也趋向饱和，流过初级绕组L3的电流逐渐减小，在L3上产生上正下负的感应电势，而在次级绕组L1、L2上也产生相应的感应电势，和图1中所示方向正好相反。使得T2基极电位下降，T1基极电位升高，这种正反馈使得T2迅速由饱和导通变为截止，而T2截止后T1则迅速由截止变为饱和导通。C5通过灯丝FL1→C1→T1→R4→初级绕组L3→扼流圈L→灯丝FL2构成的回路放电。因此，利用磁环变压器初级绕组L3上电流的不断变化产生相应的感应电势，再通过次级绕组L1、L2的耦合作用，使T1、T2不断交替导通和截止，在C5、L构成的LC串联谐振电路中产生谐振，从而在C5两端产生一个很高的电压加到灯管上，将灯管启辉点亮。当灯管点亮后，因灯管中的汞蒸汽电离击穿形成导电通路使得其内阻急剧下降，并且由于此内阻与C5并联，从而使电路失谐，灯管两端的高启辉电压也降为正常电压，再通过L的限流作用，灯管保持正常发光。T2导通后，C3上存储的电荷通过C6、T2迅速放电，使C3两端电压下降，由于T1和T2导通截止频率很高，在T2截止时C3充电时间很短，T2导通时又要继续放电，C3上电压不足以使DB3重新通，因而电路启动后，DB3不再起作用，以防止T2从饱和状态退出。D5、D7分别接于T1、T2的基极和发射极间，起过压保护作用，防止次级绕组L1、L2上感应电压过高而损坏三极管T1、T2。D8、D9分别接于T1、T2的集电极和发射极间，起续流保护作用。C4、R7、R8接于T1的集电极和发射极间，起过压保护和续流作用。2常见故障分析当电子镇流器出现故障时，最好遵循先易后难的原则进行检修。首先通过外观检查，观察是否有明显的器件损坏，如电解电容爆裂或起鼓、电阻和二极管烧黑、三极管炸裂等；其次，利用万用表进行电阻测量，排除短路性故障和开路性故障，检查时先重点检查最易损坏的T1、T2、C5等器件及其外围电路，发现异常时将相关器件断路或拆下复测，确认损坏后替换。一般通过这两步可以排除80%的故障。对于一些比较隐蔽的故障，在经过前两步排除后，可以使用在线测量电压和波形的方法来检查。由于线路与市电220V直接相连，易发生意外电击事故，最好使用隔离变压器做好安全保护。通电检测快捷直观，但存在一定的危险性，并且容易扩大故障范围，不建议盲目通电测试。以下对几种常见的故障现象进行分析，以供参考。2．1故障现象1：闭合开关瞬间，灯管突然闪断，再接通电源，灯管无任何反应，经替换检查，灯管正常灯管不亮是最常见的现象，原因也很多，首先要通过观察灯管是否发黑或替换检查，排除灯管的故障。最容易导致灯管不亮的主要有以下几种原因：a.电容C5被击穿。从工作原理可知，在LC串联谐振电路中产生谐振时C5两端会产生600~1200V的高压，而厂家为了降低成本，C5的耐压值和容量通常都取得较低，当市电电压波动较大时，在电源开关合上瞬间，C5因承受电压过高而被击穿短路。b.开关三极管T1、T2损坏。在使用时，过流、过压、过热和干扰等不可预料的情况都容易使它们烧毁。如果T1、T2损坏，和其相关的外围电路及其保护电路也需要重点排查。c.启动电路中的C3和DB3故障。如C严重漏电，充电时电压达不到双向触发二极管DB3的转折电压，电路不起振。另外，DB3开路也会直接导致电路不起振。由于DB3的正反向电阻都很大，无法用电阻测量法确定其是否损坏，此时，可以将DB3拆下，利用万用表测量220V交流电压的方法，将DB3串接在测量电路中，如果万用表仍然有交流电压显示则说明触发二极管是好的，否则即为开路。而且，接入DB3前后的交流电压之差可以用来大致估计其导通阈值电压。除了以上几种原因，整流二极管D1～D4击穿短路、滤波电容C1和C2严重漏电或击穿、磁环变压器Tr和扼流圈L损坏、R1和R2开路等也会导致灯管不亮，并且通常还会伴有跳闸或烧保险丝、发出响声、冒烟等现象，需要根据实际情况遵循先易后难的原则进行检查。出现整流二极管D1～D4明显烧毁等故障时，不能只是简单代换，一般还会存在其他故障点，需要细致检查相关电路，否则容易导致二次烧毁。2．2故障现象2：闭合开关后，灯管两端发光或发红，中间不亮这也是较常见故障，主要原因是电容C5严重漏电或击穿，谐振时没有产生足够的高压将灯管中的汞蒸汽击穿点亮。另外，双向触发二极管DB3的性能变差也会产生此故障。2．3故障现象3：闭合开关后，启动速度慢，灯光闪烁，亮度不稳定灯光闪烁，首先要排除整流二极管D1～D4、三极管T1和T2等器件的管脚是否有虚焊或脱焊现象，可以重新加固一下；其次检查整流二极管D1～D4是否有断路，使得桥式全波整流输出变成半波整流输出；再有电容C1、C2是否漏电，电容值变小，导致充放电电流减小引起灯管闪烁。此外，电阻R1、R2、R3、R5等阻值变大，电容C3漏电等也导致灯管启动速度慢。从电子镇流器的工作原理可知，它主要是通过串联谐振逆变电路将50Hz的市电转换成20kHz以上的高频电源来点亮灯管，T1、T2、C5等是其核心器件，负责交变振荡、启辉等工作，需要耐高压、高温，其周围通常需要有过流、过压等保护电路。而市场上一些中低价的电子镇流器出于成本的考虑，往往简化甚至省去保护电路，采用便宜的三极管、电阻、电容等元器件。由于先天不足，使用中因个别器件的损坏就要丢弃整个电子镇流器，即使维修后也用不长，既造成资源浪费又增加环保成本。3改进建议笔者建议在以下两方面加以改进：a.必要的保护电路不可少。如整流二极管D1～D4多为过流烧毁，如果能在D1～D4之前增加0.5A的保险管可以避免大部分的过流损害；开关三极管T1、T2为易损元件，要注意过压、过热保护，避免波及到外围电路大面积损坏。可以在开发产品时根据我国低压电网的特点设计不同系列的产品，以适应工矿等特殊地区的照明需要。b.使用正品三极管和电容，保证足够的耐压裕量。如提高谐振电容C5的耐压值到1000V或1200V，可以减小电压波动导致的电容击穿的概率，而且正品电容温度特性较好，也不易发生漏电，可以提高可靠性。除此之外，设计时应注意元器件的摆放，做好散热和抗干扰。制造时应使用质量合格的元器件，保证焊接工艺，减少虚焊、脱焊引发的故障，根据设计要求合理取值。这样增加的成本并不大，却能有效延长电子镇流器的使用寿命，实现真正意义上的绿色照明。参考文献电子镇流器原理与制作人民邮电出版社电子镇流器检修技术—《节能》2008年09期