电子镇流器的基本原理

1电子镇流器的基本原正屋(厦门)电子有限公司开发部李少禧2012-9-132主要内容一交流电子镇流器的组成、优点及要求二电子镇流器的基本电路2.1EMI滤波器电路2.2整流滤波电路2.3线路功率因素2.4电子镇流器逆变器电路三预热启动电路3.1荧光灯预热启动必要性及其要求3.2硬启动和预热启动灯管电流电压波形3一荧光灯交流电子镇流器的组成、优点及要求1.1电子镇流器的组成镇流器是将工频(50/60HZ)交流电变换为较高频率的交流电，并能使一个或几个荧光灯正常启动和稳定工作的变换器。荧光灯交流电子镇流器的核心就是高频变换电路。荧光灯交流电子镇流器的基本组成如图1-1所示.AC输入EMI滤波器全波整流器PFC升变压器DC/AC逆变器输出级电路灯管图1-1电子镇流器组成方框4在图1-1中，工频(50/60HZ)交流电电压在整流之前，首先经过射频干扰(EMI)滤波器滤波。(EMI)滤波器一般由电感和电容元件组成，用来阻止镇流器产生的高次谐波反馈到输入交流电网，以抑制对电网的污染和对电子设备的干扰，同时也可以防止来自电网的干扰侵入到电子镇流器。对于高品质的电子镇流器，在其半桥整流器与大容量的滤波电解电容之间，往往要设置一级校功率因素校正(PFC)升压型变换电路。其作用就是获得低电流谐波畸变,实现高功率因素。DC/AC逆变器的功能是将直流电压变成高频电压。逆变电路的开关频率一般为20KHZ以上（避免,33~38kHz）。DC/AC逆变电路主要有半桥逆变电路和推挽式逆变电路两种型式。高频电子镇流器的输出级电路通常采用LC串联谐振网络。灯的启动必须通过LC电路发生串联谐振，利用启动电容两端产生的高压脉冲将灯引燃。在灯启动之后，电感元件对灯起限流作用。51.2电子镇流器的优点与长期使用的电感式镇流器比较.电子镇流器具有如下突出优点:1.节能省钱(1)比同规格电感镇流器节电25～30%。(2)发光效率高,产生热能小,空调房等用电量相应减少；(3)功率因数高，输入电流减少，电力配线安装要求及成本降低；2.无频闪，发光柔和，有益保护视力；63.有预热启动功能，大大延长灯管寿命；4.工作宁静，无噪声，提高照明环境质量；5.宽电压（85V-264V），低压（150V）下能启动，允许电压波动范围宽（±10～15%）6.采用调频、脉宽调制（PWM）、光接收等技术，容易实现对荧光灯调光光控智能开关；7.具异常状态（灯开路、短路、过载等）保护功能，延长镇流器寿命；8.体积小、重量轻，安装使用方便；71.3电子镇流器的要求当荧光灯与电子镇流器配套使用工作时，为保证荧光灯正常点燃，对灯的性能造成损害，电子镇流器必须具备以下主要功能:1.给灯两端提供一个足够高的启动电压(500-1200V)，使灯点火成功。目前，多数电子镇流器是通过LC串联谐振产生高压脉冲,施加于灯管两端将灯启动点燃。对于阴极预热式荧光灯，在灯启动点火之前，电子镇流器还必须对阴极预热而且预热时间不小于0.4s，预热电压和电流必须符合产品标准要求。2.在灯点火之后，为提供一个大小合适而且稳定的工作电流。灯电流若高于其额定工作电流，会影响灯的使用寿命；但若灯电流偏小，则会影响灯光效。3.必须将电流谐波含量控制在标准规定限值以内，以防止对电网造成严重污染，并获得高功率因素。8二电子镇流器的基本电路2.1EMI滤波器电路什么是EMC?EMS?EMI?电磁兼容性EMC（ElectroMagneticCompatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。EMC包括EMI(interference)和EMS(susceptibility)9EMS，电磁抗干扰度，描述一电子或电气产品是否会受其周围环境或同一电气环境内其它电子或电气产品的干扰而影响其自身的正常工作。EMS包括静电抗干扰ESD，雷击浪涌抗扰度Surge，电压跌落与中断等等EMI，电磁干扰，是电磁波造成设备，传输通道或系统性能降低的一种电磁现象。EMI包括传导干扰CE（conductionemission）和辐射干扰RE(radiationemission)怎样抑制电磁干扰EMI?----滤波器10目前抑制EMI的技术措施是屏避，接地与滤波。目前广泛采用的EMI滤波器如图2-1所示图2-1电子镇流器输入端EMI滤波器电路11在图2-1中，L1与L2，C5与C6，C7与C8组成EMI滤波器，用与差模-共模方式的EMI抑制，在元件数值上，L1=L2，C5=C6，C3=C4。L1和L2对共模干扰信号(非对称干扰电流)呈现高阻抗，而对差模信号(对称干扰电流)和电源电流呈现低阻抗，这样一来就保证了对电源电流的衰减非常小，而同时又抑制了高频干扰。为什么共模电感能防EMI？通常L1,L2对称地绕在同一磁芯上，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，呈现低阻抗。由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，对外呈现出的总电感明显加大，于是，对称的干扰信号就被L1,L2和C5,C6大大的抑制了。122.2整流滤波电路图2-2(a)桥式整流电容滤波电路图2-3(b)输入电压电流波形和充电电流,电解电压波形13在图2-2(a)中，在单相交流电压的正半周，整流二级管D1，D4导通，电流通过D1，负载和D4，回到交流电源的负端。当D1,D4正向导通时，D2，D3因加反向电压而截止.在交流电压的负半周，D1，D4截止，D3，D2导通，电流流经D3，负载和D2，回到交流电源的负端，由此可见，负载在一个周期内都有电流流过，而且始终是一个方向。图2-2(b)给出了输入交流电压波形，滤波电容C1两端的电压波形，和输入电流的波形，电解电压波形。14三，镇流器线路功率因素在桥式整流器的输出并联的滤波用电解电容两端的直流电压，随其充电和放电产生略呈锯齿形的波纹。整流二极管只有在输入交流电压峰值附近才会导通，导角仅约60度，交流输入电流发生拉严重畸变，呈高幅值的尖峰脉冲，宽度约3ms。仅占半周期(10ms)的三分之一左右，基波成分很小，而高次谐波非常丰富，总谐波失真含量很高。THD（TotalHarmonicDistortion）总谐波失真表征被输入波形的失真程度，THD数值越大，输入波形的失真越严重，高次谐波越丰富。数值越小，失真越小，高次谐波占的分量越小。谐波理想的交流电是纯正玄波，但有时有的设备会对电源干扰，使电源波形出现变形，不再是原来的纯正玄波了，这些干扰波就称为谐波15电子镇流器输入端的电源电流谐波含量过高，如果千家万户密集使用，所产生的谐波电流会对电力系统造成严重污染，影响到整个电力系统的电气环境，包括电力系统本身和广大用户。因此，必须严格限制电流谐波含量，以减少谐波污染造成的严重危害。为了减小输入电流的谐波，提高功率因素，必须采取一些措施，通常称为功率因素校正技术。（powerfactorcorrectionPFC）功率因素（powerfactor）是为表征交流电源的利用率。功率因素PF就是有功功率与视在功率的比值,功率分三种功率，有功功率P、无功功率Q和视在功率S。16功率因素校正电路又分无源功率因素校正电路和有源功率因素校正电路什么叫无源电路PPFC？什么叫有源电路APFC？无源电路-使用无源器件组成的电路所谓无源器件就是指电阻，电感，电容等在工作时不需要额外的电源供电为之提供能量的元件。有源电路-使用有源器件组成的电路有源元件指的是那些要正常工作必须为之提供额外的供电的元件，比如三极管，场效应管MOSFET，集成IC。17无源功率因素校正电路---逐流电路逐流电路含义所谓逐流，是指电子镇流器交流输入端的电源电流追逐电源电压瞬时变化轨迹，既含有追逐、又含有续流之意。逐流电路的工作原理基于降低输出直流电压，(串联充电，并联放电)在每半周期内，将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，整流二极管的导通角就可以增大，电源电流过零的死区时间则缩短。逐流电路电路图典型的逐流电路如图4—3所示。这种无源谐波滤波网络由整流二极管VD5～VD7和两个电容C1、C2组成，替代了普通桥式整流电容滤波电路中的单只滤波电容。18图2-3逐流电路的基本电路19有源功率因素校正电路这里先讨论下有源功率因素校正电路APFC（Activepowerfactorcorrectioncircuitry）.图2-4为升压型APFC预调整器的基本电路。图2-4升压型APFC电路的基本电路原理图20在V导通时，升压二级管D则截止，滤波电容C通过负载放电。当V由导通越变为截止时，L产生的突变电势使D正向偏置而导通，L中的储能则经D释放，对C充电。由于V和D交替导通，使整流器输出电流经L连续流动。这就意味着整个二级管在交流电源电压的半个周期内，导通角趋于1800。212电子镇流器逆变器电路的基本类型荧光灯交流电子镇流器逆变器，是电子镇流器电路中最基本也是最关键的组成部分。电子镇流器逆变电路是一个DC/AC电源变换器，其功能就是产生20kHz以上的高频电压和电流222.1典型的桥式逆变器电路2-5典型的电压馈电半桥式逆变器电路23上下管发射级电流波形，中点电压波形，续流电容波形24在图2-4中，开关晶体管Q1和Q2为桥路的有源侧，电容C3和C4组成无源支路。灯则负责连接在有源侧和无源支路的两个中间点之间。负载电流的回路通路由C3和C4提供.。R1，C2和双向触发二级管DB3等组成半桥式逆变器的启动电路。Q1，Q2既是振荡电路的重要元件，同时又兼作功率开关。当电子镇流器加电后，流经R1的电流对启动电容C2充电。当C2两端电压升高到DB3的门坎电压(约35V)后，DB3雪崩击穿，C2则通过Q2的基极-发射极网络放电，Q2因正向偏置而导通。在Q2导通期间，电流流经为Vdc-C3-灯丝FL1-C5-灯丝FL2-扼流圈L1-25T1初级线圈T1a-Q2-地。同时对C3充电。Q2集电极电流的瞬时变化(di/dt)通过T1a在T1的两个次级绕组T1b和T1c两端产生一个感应电势，极性是各绕组同名端为负。其结果是使Q2的基极电位升高，基极电流和集电极电流进一步加大，连锁式的正反馈立即使VT2越变到饱和导通状态。在Q2导通时，启动电容C2将通过二级管D5和晶体管Q2放电，以阻止对Q2基级产生进一步的触发脉冲。启动电路提供一个外部出发信号，高频振荡的建立与维持则借助于可饱和变压器T1绕组之间的耦合，产生正反馈来实现。当T1达到饱和后，各个绕组中的感应电动势为0，Q2基级电位呈同名端为正。于是，Q2的基级电位下降，Q1基级电位升高，连锁式的正反馈迅速使V她退出饱26和，越变到截止状态，而Q1则由截止状越变到饱和导通。在Q1导通期间，电流流经为C3-VT1-T1a-L1-FL2-C4-FL1-C3该电路经则为C4放电回路。当脉冲变压器T1磁芯进入饱和之后，连锁式的正反馈很快又使Q2再次饱和导通，而Q1由导通跃变为截止，周而复始，Q1和Q2轮流导通，使并联于灯管两端的启动电容C4上的电流方向不断改变，迅速引起L1和C5组成的LC网络发生串联谐振，在C4两端产生一个高压脉冲施加到灯管上，使灯点火启动。27电容C5的作用？三极管都关断时续流作用。死区时间，防止同时三极管导通。28三预热测试荧光灯启动特性的好坏会直接影响整灯的使用寿命，因此启动特性是一个十分重要的问题。荧光灯预热启动必要性及其要求3.1荧光灯启动我们都知道，电子的发射需要一定的温度。通常灯丝上材料发射电子的温度为950~1000oK,因此当在未达到发射温度时，强行给灯管两端家高电压，将灯管启动点亮，也就是“一点既亮”。这种“一点既亮”的方式29看起来似乎很方便，灯开始先处于辉光放电阶段，过一段时间后，才转入正常的弧光放电。在辉光放电阶段，由于灯丝没有加热而不能发射电子去中和汞离子（即正离子），使在高压电厂作用下的汞离子轰击灯丝，使灯丝表面的有利于发射电子的物质被轰击飞溅，违背灯丝加热后再加高压启辉的基本原则，同