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電子鎮流器的工作原理及其基本分類

2017年05月08日 17:28 網絡整理 作者:王增濤 用戶評論(0

  電子鎮流器(Electronic ballast),是鎮流器的一種,是指采用電子技術驅動電光源,使之產生所需照明的電子設備。與之對應的是電感式鎮流器(或鎮流器)?,F代日光燈越來越多的使用電子鎮流器,輕便小巧,甚至可以將電子鎮流器與燈管等集成在一起,同時,電子鎮流器通??梢约婢邌⑤x器功能,故此又可省去單獨的啟輝器。電子鎮流器還可以具有更多功能,比如可以通過提高電流頻率或者電流波形(如變成方波)改善或消除日光燈的閃爍現象;也可通過電源逆變過程使得日光燈可以使用直流電源。傳統電感式整流器的一些缺點使它正在被日益發展成熟的電子鎮流器所取代。

  

  電子節能鎮流器是由一些電子元器件構成的,它實際上就是大功率晶體管高頻開關振蕩電路。晶體管開關振蕩電路的形式有單管振蕩型、雙管串聯推挽振蕩型、雙管并聯推挽振蕩型,以及雙管互補推挽振蕩型。目前世界上普遍應用的電子節能鎮流器電路大多為串聯推挽振蕩型,振蕩頻率為20~60kHz。

  電子鎮流器原理:

  電子鎮流器的工作原理及其基本分類

  電子節能鎮流器基本電路

  整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4組成橋式整流電路,與濾波電容C1相配合,構成電子鎮流器開關振蕩源電路的直流供電電源。電阻R1與電容C2組成積分電路,與二極管VD5、觸發二極管VD(DB3)構成起動電路。三極管V1與V2以及繞在同一磁環上的高頻變壓器T(L1L2L3)構成變壓器反饋串聯推挽式開關振蕩電路,也稱逆變電路或稱變流器,振蕩頻率為20~60kHz。電阻R2、電容C3構成了變流器的過壓保護電路。電阻R5、R6為限流保護電路,同時還起到了V1、V2的緩沖保護作用。二極管VD6、VD7則起到鉗位穩壓作用,使V1、V2兩只大功率三極管的開關振蕩工作狀態更趨穩定,而電感線圈L4、電容C4、C5則構成了串聯諧振輸出電路。

  電子節能鎮流器工作原理及元件選擇的原則

  電子節能鎮流器工作時220V的交流電源經VD1~VD4橋式整流及C1濾波后變為310V左右的直流電壓,給V1、V2晶體三極管逆變電路提供工作電壓。濾波電容C1在充放電過程中,會使供電線路中電壓波形產生畸變?;谶@個問題,C1的容量宜小不宜大。但容量太小又會使直流電源的濾波不良,熒光燈管易產生閃爍或亮度不穩的現象,以及電容C1、V1、V2產生過高的溫度而燒毀。對于20~40W的電子節能鎮流器,C1一般取值為10~20μF,耐壓要400V的電解電容器;整流二極管通常采用1A/1000V的1N4007整流二極管。若耐壓太低,整流二極管有燒毀的危險。

  當電子鎮流器加電工作時,整流后的直流工作電壓首先加入R1、C2、VD5、DB3所組成的起動電路,直流電源通過R1加到電容器C2上,C2開始充電。當C2上所充電達到觸發二極管DB3的轉折電壓時,觸發二極管由關斷狀態轉為導通狀態。積分電容C2所儲存的電荷經觸發二極管加于三極管V2的基極上,產生基極電流,從而激勵三極管V2的導通。 觸發二極管DB3轉折電壓的高低,對V2的導通工作狀態有一定的影響。DB3的轉折電壓越高,則積分電容C2上所儲存的電荷也越高,也就越容易激勵V2導通工作;反之則V2不易觸發導通;但這個轉折電壓也不能太高。

  因為隨著轉折電壓的提高,觸發電壓也相應提高,過高的觸發電壓對三極管V2是個威脅,要相應的提高三極管耐壓值。故,這個轉折電壓是個適可而止的電壓值。一般選用轉折電壓為20~35V的觸發二極管。 積分電容C2的容量大小也會影響到電路的起動特性,C2容量越大,所儲存的電荷也就越高,對V2基極提供的激勵電壓也就越高,三極管V2也就越容易工作在導通狀態。但C2容量如果太大,其上儲存的電荷太高的話,會有擊穿DB3觸發二極管的危險。一般在20~40W的電子鎮流器中C2取值0.01~0.22μF之間,其耐壓只要有63V即可應用。

  起動電路只是在電子鎮流器剛開始工作的瞬間起作用,待V1、V2的逆變電路進入正常的開關振蕩工作狀態后,則不再需要起動電路的觸發電壓了。這時逆變電路中只利用振蕩變壓器T的L2、L3兩組線圈的反相位關系,使V1導通時,V2被強迫關斷截止;V2導通時,V1又被強迫關斷截止。若此時觸發電路仍在工作,則V1在導通的過程中,V2也被觸發電路同時激勵導通,就會使V1、V2兩只大功率三極管呈現“共態導通”現象,同時出現短路狀態,整機電流急劇增高,致使三極管或其他元件被燒毀。所以“共態導通”的現象是相當危險的,應嚴禁此情況的發生。

  為避免上述“共態導通”現象的發生,起動電路中設置了放電二極管VD5。它與V2配合,當V2導通后,V1此時呈截止狀態,VD5正端電位高于負端電位,VD5導通,使積分電容C2上儲存的電荷通過VD5與V2泄放掉;在V1導通V2截止期間,VD5負端電位高于正端電位,VD5截止,VD5雖不再起放電作用,但由于R1的阻值較大,C2的充電速度慢,不待C2上的電荷充到DB3的轉折電壓時V2已導通,V1已截止了,二極管VD5就是為專門泄放C2上的電荷而設置的。

  振蕩變壓器是由高頻鐵氧體磁環及3組反饋線圈構成的。當DD3觸發二極管出現于雪崩狀態而導通時給三極管V2的基極輸入一個正電位的觸發信號時,V2導通工作。其輸出電壓加于L1及L4、C4、C5的串聯諧振電路上,串聯諧振電路得到了V2的充電作用;在L1給L4、C4、C5串聯諧振電路充電的同時,它的一部分信號電壓通過L1、L3的互感交連作用又反饋到V2基極輸入回路的L3線圈。由于L1與L3兩個線圈的相位相反,促使V2基極電位轉變為負電位,V2迅速截止關閉;與此同時L1與L2線圈也通過互感交連關系,將一部分信號電壓反饋給另一個三極管V1。由于L1與L2的相位相同,V1瞬時得到正電位的激勵信號電壓而迅速導通。

  V1導通后,將V2供給串聯諧振回路的振蕩電壓短路泄放掉,一個振蕩周期完成。這意味著V2等效于串聯諧振回路的一個充電電路;而V1等效于串聯諧振電路的一個放電電路。充電與放電的速度是按串聯諧振回路的固有頻率完成的。也就是說振蕩電路的振蕩頻率是由串聯諧振電路的時間常數決定的。 在上一個周期結束時,振蕩變壓器的磁心已呈飽和狀態,磁力線不但不再增加反而急劇減小。由于L1自感電動勢的作用,使L1兩端的電壓相位發生翻轉變化。使V2的基極輸入反饋線圈L3的相位變為上正下負,V2又重新導通,進入下一個振蕩周期。R1、C2、VD5、DB3組成的起動電路只是在電子鎮流器接通電源的瞬間起一下起動作用。而在電子鎮流器進入正常工作狀態,起動電路不再起作用。

  我們知道,在串聯諧振電路諧振時,其電感及電容上的電壓比外加電壓大許多倍。電子鎮流器正是利用這個原理,使C5兩端相當高的高頻高壓電點燃熒光燈的。因為,燈管起動時的電壓高低與C5和L4兩個元件有較大的關系。當線圈與電容器的Q值越高時,起動電壓也就越高。當電子鎮流器難以起動熒光燈管時,可以將C5的容量適當減小來提高回路的Q值;但Q值太高時,會影響到熒光燈的壽命。因此,C5的容量也不可太小。在電子鎮流器中C5的容量一般取0.01~0.022μF。當電感線圈L4出現漏電故障時,Q值也會隨之降低,使燈管不易起輝點燃。

  在開關振蕩管V2關閉截止而V1導通的瞬間,電感線圈L4及電容C1上的電壓疊加于一起,此時V2將承受近千伏的高壓,致使V2擊穿損壞;電感線圈上的高壓產生是由于在電感線圈的電流突然流通又突然中斷的過程中,線圈本身的自感電動勢與外加電壓疊加產生的,那么,我們就要設法不讓電感線圈L4中的電流突然中斷,而是緩慢的變化。為達到上述目的,在電路上設置電容器C3。它的作用是,當V2截止關閉時,給電感線圈L4提供了一個緩沖的泄放電流的通路;而電阻R2則構成了V1的保護電阻,使V1在截止關閉期間產生的反峰壓由電阻R2泄放到C3,由C3緩沖釋放到串聯諧振回路;R2同時還有協助電路易于起動的作用。

  鉗位二極管VD6、VD7與R5、R6組成了V1、V2振蕩管發射結的保護作用;R5、R6對振蕩變壓器T的反饋線圈L2、L3涌浪電流起到了一個緩沖的作用。當L4、L3的磁場能泄放時所產生過高的反峰電壓能迅速使VD6、VD7導通,從而可避免V1、V2發射結發生反向擊穿。R5、R6、VD6、VD7同時還穩定了V1、V2的直流工作點,即對V1、V2的基極偏置起到了鉗位作用,使振蕩源的工作更趨穩定。 在熒光燈管正常起動工作后,由于熒光燈管的內阻降低,使串聯諧振回路的Q值急劇降低,使諧振回路失諧。此時C5只等效于一個高阻值電阻并聯在熒光燈管兩端;而電感線圈L4則只起到鎮流作用。

  電子鎮流器的基本分類:

  按安裝模式

 ?。?)獨立式

  (2)內裝式

 ?。?)整體式

  按性能特點

 ?。?)普通型,0.6≥120%90%1.4~1.6高頻化使之小型、輕、有節電功能;

 ?。?)高功率因數型H級,≥0.9≤30%≤18%1.7~2.1采用無源濾波和異常保護;

 ?。?)高性能電子鎮流器L級,≥0.95≤20%≤10%1.4~1.7有完善的異常保護功能,電磁兼容

 ?。?)高性價比電子鎮流器L級,≥0.97≤10%≤5%1.4~1.7集成技術和恒功率電路設計,電壓波動影響照度小;

 ?。?)可調光電子鎮流器,≥0.96≤10%≤5%≤1.7采用集成技術和有源可變頻率諧振技術。

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( 發表人:王增濤 )

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