浅谈无极灯镇流器(逆变器)的技术核心
无极灯EMC干扰主要是辐射干扰和传导干扰两部分,辐射干扰指向空间发射电磁波,也叫射频干扰,传导干扰指对电网的干扰;其主要来源于功率因数校正、变频输出、电路耦合等几个地方。由于无极灯工作频率极高,输出功率大,功率管在开关过程中的硬开关特性会产生大量的奇次谐波与偶次谐波干扰,相对来讲变频输出(镇流器工作频率)的干扰占大部分,在EMC检测中体现出来的就是工作频率与它的倍数频率附近的干扰明显增大,随着镇流器功率的增大,干扰强度增大,针对这个问题必须从输入级的滤波电路、功率因数校正电路、谐振电路上做出相应的处理。高频电路的PCB设计和工艺、结构对EMC至关重要,重要元器件的位置、走线、接地、散热等都要认真分析,慎重放置。在经过对电子镇流器进行传导、辐射测试的大量数据分析后知道,电子镇流器产品所产生的电磁干扰中,在9~150KHz频率范围主要以差模干扰为主;150KHz~30MHz频率范围主要以是共模干扰为主。找到干扰源,又知道其产生干扰原因,只需采取相应措施加以抑制其干扰,使通过该条款的考核并非难事。
除了在镇流器的输入端(电源端)加串EMI滤波器外,还可以在镇流器产生干扰的部件上下功夫。从前面的分析知道,开关管在其导通和断开瞬间会产生幅度较高的脉冲电压或电流,只要把这个脉冲电压或电流消除或减弱即可降低镇流器的干扰电压。可分别在开关管基极和发射极之间并一个瓷片电容,降低晶体管的深饱和,有助于降低脉冲电压的幅度,而且还可防止开关管的共态导通,不致于损坏开关管;或在开关管集电极和发射极之间加入阻尼网络(D、R、C),以吸收其通断间产生的浪涌电流,对开关管起保护作用,并能有效降低干扰强度。
无极灯镇流器技术重点研究问题之三:谐振电路的参数设计
谐振电路由镇流电感、耦合电感、谐振电容等构成,在通电时产生谐振电压,灯亮后镇流电感与耦合器构成稳定的电压分配关系。在电路设计中要考虑的因素有工作频率、谐振频率、功率控制、谐振电压等参数在合理的范围内。
无极灯镇流器的工作频率,目前有2.65MHz(自激震荡驱动)与250KHz(它激震荡驱动)两种,一般为固定频率。当频率、灯泡/管功率确定后由灯泡/管功率向前反推设计参数。设计谐振参数时,可设灯管为开路状态,镇流器电感、耦合器电感、电容形成一串并联(LCC)电路。其中f0为谐振频率,L1为镇流电感,L2为耦合电感,C2为谐振电容。通常取L1,L2基本相等,根据灯管功率、灯管温度等,耦合器线径、匝数、磁环参数、电感量即可确定。耦合器与灯泡/管相似变压器关系,其初级为耦合器,次级为灯泡/管,次级电流将改变初级电感量,使谐振电路参数发生改变,f0偏移,镇流器则以恒定频率工作在感性负载状态(即输出频率略高于驱动频率)。镇流电感的负反馈的作用可调节灯泡/管功率。适当提高谐振电压和反馈电压幅度,以利于在低温启动时留有充足的余量。
无极灯镇流器术重点研究问题之四:异常情况下的保护
无极灯的异常情况保护主要有几方面:高温保护、过电压保护、工作中保护、启动保护。
由于无极灯电子镇流器为电子元器件,镇流器长时间在超过70度以上工作时,容性元件的使用寿命会大大降低,故而在工作中必须设置高温保护电路来保证镇流器的寿命与稳定性。
在雷击等异常情况下,电网供电电压会产生极短时间的高压浪涌,若没有有效的电路把这种瞬间的能量导出电路以外,会对镇流器产生永久性的破坏,根据浪涌等级的不同,需要设置不同强度的保护电路。
工作中保护是指在灯管正常点亮之后,在管壳破裂、漏气、功率激增的异常情况的保护,这种异常情况下,若保护电路反应时间过长或者没有保护的话,镇流器会在极短时间之内损坏。
启动保护是指灯管因漏气、低温等情况下点火失败时,电路处于容性或弱感性状态下时对电路的保护,这种保护十分关键,大多数无极灯的损坏由于这一现象引起,这种情况下跟据不同的情况须采取多重保护的办法。
无极灯的异常保护一般分非锁定和锁定两种方式;非锁定方式在保护过程中,开关管仍然处于工作状态,保护状态不断启动,如保护状态时间较长,容易造成功率开关管或保护开关管的损坏。锁定方式的开关管在保护过程是不工作的,电路支持保护状态一定的时间(国标要求大于50秒),重启电源开关工作。
无极灯镇流器的几种拓扑
高压端反馈、触发式
自激式 低压端反馈、触发式
高频 非锁定/锁定 保护方式
它激式 (暂缺)
高压端反馈、触发式
自激式 低压端反馈、触发式
低频 非锁定/锁定 保护方式
它激式 主动式 (略)
反馈式 (略)
分析无极灯的这几个环节,可见无极灯镇流器要解决的技术问题为:变频、高转换效率、EMC滤波、谐振电路设计、异常情况下的保护等几个部分。目前,各个厂家生产的无极灯电子镇流器其基本工作原理大体相同,只是在工艺结构和电路异常保护方面、在参数设计方面有所区别。