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　　熒光燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)

　　1　設(shè)計(jì)誤區(qū)之一———電磁兼容(EMC)

　　1.1　誤區(qū)產(chǎn)生的由來

　　熒光燈電子鎮(zhèn)流器在我國起步較早,但起點(diǎn)很低,相當(dāng)長一段時(shí)期誤將其視作小家電設(shè)施,而以點(diǎn)亮一支燈和價(jià)廉為目的。待人們明白其涉及的相關(guān)領(lǐng)域和相關(guān)技術(shù)之復(fù)雜,特別是關(guān)于交流熒光燈電子鎮(zhèn)流器國家標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后,轉(zhuǎn)而將提高的重點(diǎn)放在功率因數(shù)校正(PFC)、輸入電流諧波(THD)、預(yù)熱啟輝、異常保護(hù)和燈電流波峰比(CCF)等技術(shù)指標(biāo)上,而關(guān)于傳導(dǎo)干擾(EMI)、射頻干擾(RFI)、輻射干擾(EMS)等多項(xiàng)電磁兼容(EMC)要求,由于IEC928-1990和GB15143-94標(biāo)準(zhǔn)未作明確的限定,再加上極少有專著涉及和明確,以至于不少設(shè)計(jì)人員誤以為降低輸入電流諧波總量(THD)至GB/T15144-94“L”級水平或IEC6100-3-2諧波限值即可實(shí)現(xiàn)電磁兼容(EMC)。

　　1.2　典型的EMC濾波器電路(見圖1)

　　L1、L2、L3、L4及C1、C2、C3、C4組成二級雙π型EMI、RFI和EMS差模———共模抑制濾波電路,既抑制了來自電網(wǎng)的電磁干擾,同時(shí)電子鎮(zhèn)流器自身產(chǎn)生的電磁干擾也能起到有效衰減和濾除作用,從而保證電網(wǎng)和周圍電磁環(huán)境不受污染,達(dá)到電磁兼容(EMC)要求。通常L1=L2=50～70mh;L3=L4=20～25mh;C1=C2=C5=0.1～0.2μf;C3=C4=4700pF～0.1μf;R1約為1～2MΩ。

　　2 設(shè)計(jì)誤區(qū)之二———高輸入功率因數(shù)的競逐

　　2.1　輸入功率因數(shù)(λ),實(shí)際是由相移功率因數(shù)cosΦ1和畸變功率因數(shù)cosθ兩部分組成,如圖2功率三角形所示。

　　一般情況,電子鎮(zhèn)流器輸入電壓和輸入電流的移相角(Φ1)很小,故相移功率因數(shù)(cosΦ1)往往大于0 95。由于輸入電流發(fā)生畸變,產(chǎn)生大量電流諧波(THD),畸變功率因數(shù)(cosθ)很低,對于未設(shè)計(jì)功率因數(shù)校正電路的電子鎮(zhèn)流器,其cosθ約為0.6,故普通電子鎮(zhèn)流器的輸入功率因數(shù)(λ)均在0.55左右。

　　2.2　輸入功率因數(shù)校正電路(PFC)

　　輸入電流諧波對供電電網(wǎng)和用電設(shè)施的危害,已是每個(gè)設(shè)計(jì)工作者共知的事實(shí)。為抑制輸入電流諧波,提高功率因數(shù),廣大科研設(shè)計(jì)工作者相繼研制了各種功率因數(shù)校正電路。主要有:有源功率因數(shù)校正(APFC)和無源功率因數(shù)校正(PPFC)兩類電路,前者因?yàn)橹谱鞒杀竞腕w積等原因并未廣泛采用,后者則有“逐流式”、“高泵式”、“雙泵式”、“疊加式”等電路。上述電路均對抑制輸入電流諧波,提高功率因數(shù)作出了貢獻(xiàn)。

　　2.3　高功率因數(shù)的設(shè)計(jì)競逐

　　前期,由于若干論著的導(dǎo)向和設(shè)計(jì)者本身的認(rèn)知模糊,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了兩種明顯不同的傾向:一種置一切規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)于不顧,只認(rèn)商業(yè)利益,生產(chǎn)質(zhì)劣價(jià)廉的低功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器;另一種則盲目競逐高功率因數(shù)電路,似乎不將功率因數(shù)提高到“0.99”則不足以體現(xiàn)設(shè)計(jì)水平。殊不知,這樣做是要付出成本和可靠性方面代價(jià)的,其結(jié)果是從根本上危害了用戶的利益和得不償失。實(shí)際上,無論何種設(shè)計(jì)方案,每一個(gè)設(shè)計(jì)者均應(yīng)將電子鎮(zhèn)流器的安全性和工作可靠性牢牢擺在首位,否則再低廉的價(jià)格或再高的功率因數(shù)也是沒有意義的。

　　2.4　輸入功率因數(shù)(λ)的設(shè)計(jì)定位

　　從嚴(yán)格意義上說,電子鎮(zhèn)流器的輸入功率因數(shù)(λ)僅是抑制輸入電流諧波總量(THD)及兼顧電磁兼容和滿足輸入功率的一個(gè)從屬技術(shù)指標(biāo)。為避免設(shè)計(jì)觀念誤會(huì),功率因數(shù)較正電路直接定位為“諧波濾波電路”反而更符合實(shí)際。GB/T15144-94標(biāo)準(zhǔn)指出,當(dāng)輸入功率因數(shù)(λ)≥0.85時(shí),該鎮(zhèn)流器即定性為高功率因數(shù)鎮(zhèn)流器,綜合多方面因素,將電子鎮(zhèn)流器輸入功率因數(shù)(λ)鎖定在0 90左右較為合適,但更重要的是其諧波含量和電磁兼容必須符合GB17625 1-1998和GB17625 2-1999標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　3　設(shè)計(jì)誤區(qū)之三———振蕩頻率的選擇范圍

　　3.1　現(xiàn)狀

　　由于材料特性、匹配要求、制作成本和技術(shù)水平等方面的原因,目前絕大部分電子鎮(zhèn)流器(含CFL)采用的都是半橋電壓饋電他激式串聯(lián)諧振電路,其振蕩頻率主要由輸出電感、脈沖變壓器及與燈并聯(lián)的諧振電容和燈的阻抗特性等參數(shù)決定,且熒光燈管既是輸出負(fù)載,又是組成諧振電路的重要元件,它們之間相互制約和影響極大,故而振蕩頻率選擇范圍較窄,多集中在20～33kHz之間。

　　3.2　振蕩頻率的提高

　　如表1所示,現(xiàn)行設(shè)計(jì)的電子鎮(zhèn)流器(含CFL)雖較電感鎮(zhèn)流器在降低熒光燈頻閃度方面前進(jìn)了一大步,但仍高達(dá)20%～30%,換言之其振蕩頻率應(yīng)提高到40kHz以上,能達(dá)到類同白熾燈照明的理想和實(shí)用狀況。

　　3.3　電路設(shè)計(jì)誤區(qū)之三的彌補(bǔ)

　　在通常的半橋電壓饋電他激式串聯(lián)諧振設(shè)計(jì)電路中,如果盲目地改變諧振元件參數(shù)來提高振蕩頻率,由于電路的相互制約性將導(dǎo)致整機(jī)性能質(zhì)量和可靠性嚴(yán)重下降,其結(jié)果往往得不償失。采用如圖3虛線框所示的自振蕩驅(qū)動(dòng)器厚膜IC設(shè)計(jì)電路,則可克服上述弊端。

　　圖中厚膜IC的自振蕩頻率由下式?jīng)Q定:

　　改變R2或C2的參數(shù)即可改變自振蕩頻率,例如:R1=1.5kΩ;R2=68kΩ;C2=500pf時(shí),振蕩頻率f=41.5kHz。

　　4　設(shè)計(jì)誤區(qū)之四———燈電流波峰比(CCF)的定性

　　4.1　燈電流波峰比定義

　　燈正常工作時(shí),燈電流在單位時(shí)間內(nèi)的峰值與均方根值的最大比值,GB/T15144-94標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該比值應(yīng)小于1.7。

　　4.2 降低燈電流波峰比(CCF)的意義

　　在設(shè)計(jì)電子鎮(zhèn)流器時(shí),一般將CCF當(dāng)作一項(xiàng)重要的技術(shù)性能指標(biāo),而對于它在具體應(yīng)用中的意義研究不足,通常解釋為燈電流波峰比過高,將引起燈陰極材料濺射,導(dǎo)致燈管早期發(fā)黑。依據(jù)日本JISC8117標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該值小于2.1,早期一些標(biāo)準(zhǔn)中補(bǔ)充了“當(dāng)燈電流波峰比>1.7時(shí),制造廠商應(yīng)提供對燈管無損的證據(jù)”的規(guī)定,其著眼點(diǎn)仍放在燈的壽命上。眾所周知,目前大量應(yīng)用的“逐流式”電子鎮(zhèn)流器的燈電流波峰比均在2.0左右,在匹配良好的情況下,多年實(shí)際應(yīng)用并無燈管早期發(fā)黑現(xiàn)象,并且燈管壽命較電感式熒光燈大大延長。據(jù)實(shí)驗(yàn)同頻工作的電子鎮(zhèn)流器當(dāng)燈電流波峰比接近或小于1.7時(shí),熒光燈光通量波動(dòng)深度(δ)將明顯降低,因此降低燈電流波峰比(CCF)對于降低熒光燈頻閃度和延長燈管壽命具有同等的意義。

　　4.3　決定燈電流波峰比的關(guān)鍵

　　一般電子鎮(zhèn)流器的輸出高頻電流波形接近正弦波,理論上波峰比應(yīng)接近1.414，但由于該高頻電流的包跡波受到整流濾波電路直流輸出電壓的紋波所調(diào)制,往往是直流電壓的波紋系數(shù)和脈動(dòng)系數(shù)越大,燈電流波峰比越大,故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能增大電子鎮(zhèn)流器的濾波電解電容(見圖1中的C7)并同時(shí)兼顧協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)“諧波濾波電路”,平滑燈電流波峰系數(shù),從而降低熒光燈的頻閃度。

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