【畢業(yè)學位論文】冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計-電工理論與新技術

大連理工大學碩士學位論文冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計姓名：王海林申請學位級別：碩士專業(yè)：電工理論與新技術指導教師：李國鋒20070615大連理工大學碩士學位論文摘 要冷陰極熒光燈作為一種新型的氣體放電燈，是目前極為高效的顯示器背景照明光源之一，具有高亮度、長壽命、低功耗、瞬時啟動等優(yōu)良性能，符合國家綠色照明工程的倡導，將在未來的日常照明領域占據重要地位。冷陰極熒光燈的工作原理與熱陰極熒光燈類似，只是工作電壓更高，工作電流較小。然而驅動這些小型的冷陰極熒光燈管是相當棘手的事，它們對起弧電壓和工作電壓有特殊的要求。本論文的主要任務就是研究與冷陰極熒光燈相匹配的電子鎮(zhèn)流器裝置。本文介紹了冷陰極熒光燈的發(fā)光原理、國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢：分析了橋、全橋和推挽等4種驅動電路的拓撲結構，并對半橋拓撲進行了設計、驗證。電流諧波和功率因數是電子鎮(zhèn)流器兩個非常重要的技術指標?，F(xiàn)代高功率因數電子鎮(zhèn)流器結構中普遍采用功率因數校正和半橋逆變諧振電路拓撲。文中闡述了功率因數校正(路的工作原理和特點，分別設計了逐流式過對比分析，達到了預期設計目標。本文借鑒日光燈電子鎮(zhèn)流器的設計思路，。采用適配器加逆變器的一體化方案，比傳統(tǒng)低壓輸入方案體積更小，效率更高。論文從實際應用出發(fā)，設計了采用分立元件構成的市電輸入半橋自激振蕩析了它的工作原理，給出了設計過程，提供了外部元器件選擇指導，并研制了一臺樣機，利用該樣機驗證了分析的正確性。本文還研究了用于點和工作原理；并對基于此芯片的2管設計中規(guī)劃了主電路的構成，并在電路中實現(xiàn)了軟啟動、調光、過壓、過流保護等實用功能。實驗結果顯示這種電子鎮(zhèn)流器具有連續(xù)的交流電網輸入電流、適當的功率因數校正和合理的總諧波失真，達到了設計標準。關鍵詞：冷陰極熒光燈；電子鎮(zhèn)流器；半橋驅動；功率因數校正；調光冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計of of as of O on,is of he it a in on ut is a of or to in of FC)in o on e】(ne in is of at of is of a is in a is he in as“111of 碩士學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地勇-s,文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得大連理工大學或者其他單位的學位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。大連理工大學碩士研究生學位論文大連理工大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者及指導教師完全了解“大連理工大學碩士、博士學位論文版權使用規(guī)定”，同意大連理工大學保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大連理工大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編學位論文。作者簽名：壘塑叢。作者簽名： 堡塑互。導師簽名： 左駕縟旦年大連理工大學碩士學位論文引 言冷陰極熒光燈(稱一種新型的氣體放電燈。它具有燈管體積小、重量輕、結構簡單、低溫時快速啟動、表面溫升小、亮度高、功效高、功耗低、易加工成各種形狀(直管形、型、環(huán)形等)、使用壽命長、顯色性好、發(fā)光均勻等優(yōu)點；是當前時廣泛應用于廣告燈箱、裝飾照明、掃描儀和背光源和特種照明等領域。(1)課題的研究背景與意義人造光源的出現(xiàn)被國際科技界公認為現(xiàn)代文明社會起始的里程碑。電光源的發(fā)展歷史也證實了它是一門與國民經濟緊密聯(lián)系的綜合性學科?，F(xiàn)代科技為電光源的成長奠定了理論基礎和實踐條件，同時也不斷要求提供具有特殊性能的各種新光源，從而成為新光源誕生的源泉和動力。冷陰極熒光燈就是在這一背景下產生的。照明耗電在各個國家的總發(fā)電量中占有很大的比例。目前，我國照明耗電大體占全國總發(fā)電量的1012，2004年我國總發(fā)電量為21870億千瓦時(度)，年照明耗電達1807321687億千瓦時，相當于18個800萬千瓦發(fā)電廠的發(fā)電量【11，因此照明節(jié)電具有重要意義。為此，1993年11月我國國家經貿委開始啟動中國綠色照明工程口l，并于1996年正式列入國家計劃。1998年1月1日我國頒布了節(jié)能法，其中包括照明節(jié)電。綠色照明【31的兩大要點：一是節(jié)能，二是環(huán)保。樣的流明，耗電僅是白熾燈的1020左右；與日光燈相比，光效略低，但壽命是日光燈的四至五倍，且燈管內的汞含量極低或徹底無汞，避免了汞蒸氣的污染問題?？梢娔?、環(huán)保的綠色光源，符合未來照明的發(fā)展趨勢。隨著信息產業(yè)的發(fā)展，作為背光源的冷陰極熒光燈管的供需來看，目前仍屬供不應求的狀態(tài)，未來需求在然是可以樂觀期待的141。(2)國內外發(fā)展概況目前，冷陰極熒光燈在燈管制造工藝和鎮(zhèn)流器開發(fā)上同時向前發(fā)展。從燈管制造工藝來說，管、封接、陰極處理、注汞等生產環(huán)節(jié)都有別于傳統(tǒng)的熒光燈。沿用以前的生產工藝，會碰到許多問題，同時也難以生產出真正合格的產品。不少廠家紛紛投入人力物力加大對本在這方面走在世界的前列?！浚簽樵黾恿炼?、提高光效，陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計無汞化與熒光材料的改進。依照歐洲通過的環(huán)保規(guī)定，2006年以后含有汞的此無汞化燈管是未來的發(fā)展趨勢，相應的熒光粉也要改進。電極與密封技術。傳統(tǒng)電極暴露在放電空間，受離子轟擊而濺射，從而縮短了燈管的使用壽命，為避免這種現(xiàn)象，目前正在研究外電極熒光燈技術。要使須加裝一個鎮(zhèn)流器，以便提供其工作所需要的適當電壓和電流。目前與鎮(zhèn)流器的開發(fā)來說，冷陰極熒光燈鎮(zhèn)流器包括電感式和電子式。電感式鎮(zhèn)流器由于效率低、功率因數低、體積大、重量重，并且消耗大量硅鋼片和銅線等貴重金屬，現(xiàn)在已基本淘汰。而向著薄型化、高效率、節(jié)能型方向發(fā)展的電子鎮(zhèn)流器得到了越來越廣泛的應用。近年來，蓬勃發(fā)展的表面安裝技術有力地推動了電子元器件行業(yè)的發(fā)展，各種微型封裝的集成電路、片式電阻、片式電容、片式電感相繼問世，組成了片式元件(大家族。在界上很多公司推出了一系列的專用或通用集成控制電路，如飛浚、凹凸科技、取等。這些芯片的出現(xiàn)，大大簡化了以方便地實現(xiàn)燈故障檢測、控制、保護等功能。取公司為了方便其電子鎮(zhèn)流器用集成電路使用和高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路的設計，還推出了相關的計算機輔助設計軟件4】。該軟件具有良好的給定的電路類型、燈型號和輸入電壓范圍等技術要求，可以生成相應的電路圖、元件表和相應的技術參數(如工作電壓、電流、工作頻率、相關電感和磁芯型號等)，具有使用簡單、方便、直觀和物理概念清晰的優(yōu)點，可以加快設計進程。傳統(tǒng)上，于鐵磁式的磁路設計要求，電流方向必須與磁場方向正交，很難做到片型化，在一定程度上制約了電子鎮(zhèn)流器向高效化及短、小、輕、薄方向的發(fā)展。近年來采用壓電陶瓷材料制成的多層壓電陶瓷變壓器晦”，利用壓電陶瓷具有的電一機一電的能量轉換機理，改變了傳統(tǒng)式繞線變壓器所采用的電一磁一電能量轉換機理，電能與機械能可以設置在同一平面上進行轉換，因而可以實現(xiàn)變壓器的片型化。壓電陶瓷變壓器與傳統(tǒng)式的繞線式變壓器比較，具有高效率、薄型化、無電磁干擾、不易燃、安全穩(wěn)定、簡化電路設計、重量輕等優(yōu)點，升壓比也比繞線變壓器高。由于壓電陶瓷變壓器是以諧振方式工作，只有在一些特定的頻率下才會有較大的電壓增壓，因此必須用最合適的驅動回路和控制回路，才能使其正常穩(wěn)定地工作。目前作為液晶顯示屏背光逆變器應用的片型化多層壓電陶瓷變壓器【705寸屏的各大連理工大學碩士學位論文種規(guī)格液晶顯示屏的要求。對15寸到19寸臺式液晶顯示屏要求的雙燈及多燈背光逆變器，采用5】。然而，繞線式磁性變壓器還會在相當長一段時間內使用，不會立即被淘汰。(3)本文的主要研究內容現(xiàn)在市面上的冷陰極熒光燈驅動電源大多沿用筆記本電腦的供電模式，輸入有5V、12V、24外掛的適配器(220逆變器(2成。這種模式能驅動單路、雙路、四路或更多于采用兩級變換，故效率低下，產品體積不易小型化，所用元件較多，提高了成本；換效率不高。針對這種情況，人們又開始探討具有兩級功能的單級變換電路拓撲，把為目前的一個研究熱點。本論文正是基于這一思想，采用究。它突破了傳統(tǒng)低壓輸入的局限，把適配器和逆變器集成在一塊電路板上，這樣可以降低成本，減少產品體積，優(yōu)化性能；做成的一體化螺旋型能燈等光源用于普通照明領域，而無需更換燈具。為了迸一步提高電源的效率和可靠性等指標，適應冷陰極燈在高端場合的應用和發(fā)展趨勢，在電子鎮(zhèn)流器里加入了我國起步較晚，雖然最近幾年發(fā)展很快，也形成了一定的生產規(guī)模，但是大多數生產廠家的產品只要求點亮，對它的技術性能和安全性能無明確要求，產品存在著缺陷，無法適應和滿足國內外高端市場的需要。發(fā)展和完善我國的設一批能設計出符合0等標準、并具有規(guī)模生產能力和嚴格的檢測手段的專業(yè)生產基地，生產出高性價比的系列化電子鎮(zhèn)流器，以滿足日益增長的國內外高端市場的需要應該是今后的工作重點。面對日益增大的電子鎮(zhèn)流器市場，目前具有的生產能力還遠遠不能滿足市場需要。因此，產和應用等方面的進一步開發(fā)，都具有極大的社會和經濟意義以及廣闊的市場前景。冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計1冷陰極熒光燈概述11常用電光源凡可以將任何一種形式的能量轉換成光能，從而提供光通量的設備和器具統(tǒng)稱為光源；麗其中將電能轉換為光能，從而提供光通量的設備和器具則稱為照明用電光源。按發(fā)光原理，電光源可以分為三大類：熱致發(fā)光電光源、氣體放電電光源和固體發(fā)光光源【4】。熱致發(fā)光電光源：主要指利用電流將物體加熱到白熾狀態(tài)而產生發(fā)光的光源。如白熾燈。固體發(fā)光光源：如場致發(fā)光器件和半導體發(fā)光器件(氣體放電電光源：是指在電場(電壓)作用下，使電流通過氣體(或蒸氣)而發(fā)光的光源。這種光源具有發(fā)光效率高，使用壽命長等特點，應用廣泛。氣體放電光源按放電形式又可以分為弧光放電燈和輝光放電燈兩種。弧光放電燈主要利用弧光放電柱發(fā)光。陰極工作在較高溫度下，所以又叫熱陰極燈。通常需要專門的啟動器件和線路才能工作?；」夥烹姛糁饕袩晒鉄簟⒐療?、鈉燈等。輝光放電燈由正輝光放電柱發(fā)光。放電時陰極溫度不高，所以又叫冷陰極燈。它的特點是陽極到陰極的電壓降較大，電流密度小。如霓虹燈、冷陰極熒光燈即屬此類。12冷陰極熒光燈結構與工作原理冷陰極熒光燈英文全稱是稱上所述，s】。冷陰極熒光燈和標準熱陰極熒光燈的發(fā)光形式相同。不過冷陰極熒光燈的工作狀態(tài)是輝光放電，陰極是不涂發(fā)射材料的，用鐵和鎳制成的，中空圓柱形的，依靠燈里氣體原子的能量轉換成輻射發(fā)光，最常用的放電介質是里會填充惰性氣體如旬、管內的游離電子被電場加速而激發(fā)激發(fā)的要產生2537中2537外輻射再激發(fā)管壁上的熒光粉涂層而發(fā)光。因熒光物質的組成材料不同，故能發(fā)出不同顏色的光【9，101。示意圖如下所示。大連理工大學碩士學位論文冷陰極熒光燈發(fā)光原理示意圖1 冷陰極熒光燈工作特性冷陰極熒光燈與普通熒光燈類似，也具有負阻特性11,121。典型的所示。曲線分為啟動階段和工作階段。當供電電壓小于啟動電壓同的燈管，般為8001200V)時，燈管內的電流大小隨電壓的增大而增大，這一階段稱作啟動階段。一旦外加電壓達到了燈的啟動電壓則導通，并且其兩端電壓立即降低，燈電流增大，呈現(xiàn)負阻特性，燈管兩端的電壓受制于電流值，即管予電流越大，管子兩端的電壓越小。由于外接鎮(zhèn)流器的限流作用，使燈電流穩(wěn)定在額定值，并且燈兩端的導通電壓降(V。)也基本保持不變。圖中，V。為導通電壓，Vt、的啟動電壓和正常工作電壓與燈管長度、燈管直徑、燈管內填充氣體的種類、溫度以及電極種類等因素有關【l 31。Y0t燈管電壓與電流關系曲線2 s 弦波形【14】可提供最好的效率。相反地，振幅因數很大的非正弦波形不是高效的13顯示的是具有相似然高振幅因數波形與正弦波形具有相同的其超出正弦波形的150峰值幅值的電流漂移并不產生額外的光，而是僅產生熱。這意味著工作在高振幅因數波形下的系統(tǒng)，其電氣功率轉化為亮度輸出的效率被降低很多。降低燈管內汞遷移可能性，燈管波形必須具有最小的氣，7、 0訾ld C。 0 。7、一一一 3冷陰極熒光燈主要參數啟輝電壓；使燈管點亮所需要施加在燈管兩端的電壓最低有效值。低于此值，燈就無法啟動。燈的使用時間越長，環(huán)境溫度越低，啟動電壓就越高；同一類型的產品，隨著燈的直徑的降低或者長度的增加，啟動電壓就越高；燈的直徑越小，表面亮度就越強作電壓：燈管點亮之后，在一定的燈管壽命時間內，在給定的燈管工作電流下，燈管兩端的電壓值。此值對特定的燈基本不變。圖14為燈的電流與燈的亮度的關系。大連理工大學碩士學位論文1000嘲丕藝600譬雪400豈己瑚OOc25氣O 100 2 300嘲臺翦I燈的工作電壓與燈管長度的關系4e管點亮之后，在一定的燈管壽命時間內，維持燈管最大發(fā)光亮度所流過燈管的電流最大值。燈的電流越大，燈的壽命就越短；而且電流達到一定范圍，亮度就不再增加。圖15為燈的電流與燈的亮度的關系。擊復韻神神10)(1赫。T 一掃氣1工作頻率：燈管在交流激勵下的交流激勵頻率，在同等的工作電流、工作電壓驅動下，61。冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計等效電阻：未點亮前呈現(xiàn)無窮大的阻抗，點亮之后則基本為一個電阻性阻抗【m。15冷陰極熒光燈特點及用途量輕、結構簡單；使用特殊氣體，可在低溫時自如啟動；與熱陰極熒光燈相比，方便用于小型調光電路和照明電路中；抗震性能好，能用于震動比較強烈的場合：可反復開關，對燈的使用壽命基本沒有影響【l s】，理論壽命長達30000小時；同樣的流明，耗電僅是白熾燈的1020，是高效、節(jié)能的綠色光源；冷陰極燈由于是高壓小電流工作，抗潮性能特別好，特別適用于其它燈具不能使用的潮濕環(huán)境；冷陰極光源顏色有：27006004005000000紅、粉紅、桔紅、桃紅、著色黃、亮黃、奶黃、綠、翠綠、青、淺藍、藍、紫、紫紅、變色等，色彩豐富，不但可以用作照明，而且也可用作裝飾性光源；易加工成各種形狀(直管形、L形、形等)，可量體裁衣，以適應不同的工作需求。鑒于已得到廣泛的應用。各種液晶顯示屏的照明，種計算器照明光源，各種儀表，裝飾件的照明光源等。常見的有顯示屏描儀光源、攝像機、照相機、游戲機、有機玻璃雕刻照明、超薄燈箱、裝飾照明掣1 9】120】。隨著國家綠色照明工程的實施，步取代現(xiàn)有的白熾燈、日光燈、節(jié)能燈等用于普通照明領域【2”。大連理工大學碩士學位論文2電子鎮(zhèn)流器21電子鎮(zhèn)流器概述211常用鎮(zhèn)流方法由于氣體放電燈是一種具有如圖12所示Vv圖中可以看出，當燈電流上升時，燈管的工作電壓下降，但是供電電壓不會下降，多出的這點電壓加到燈管后會使燈電流進一步上升，如此循環(huán)，最終燒壞燈管或導致燈管熄滅。所以要使燈管正常工作，應配以鎮(zhèn)流元件，用以限制和穩(wěn)定燈電流。這種限流裝置就叫做鎮(zhèn)流器。常用的鎮(zhèn)流方法122】有：(1)電阻鎮(zhèn)流電阻鎮(zhèn)流的工作效率低，要確保電阻鎮(zhèn)流電路正常工作，應使電源供電電壓不低于2倍的燈工作電壓，實用中應用不多。(2)電容鎮(zhèn)流電容鎮(zhèn)流只有在很高的供電頻率下才能很好地工作，如果交流供電頻率太低，則會在交流供電的每半個供電周期內產生很大的峰值電流。0)電感鎮(zhèn)流電感鎮(zhèn)流是一種得到廣泛應用的鎮(zhèn)流方法，但它的損耗比電容鎮(zhèn)流要大，但是燈電流在50用時需配用啟動器。電感鎮(zhèn)流幾乎可以應用于所有的氣體放電燈應用場合，它具有以下特點：相對電阻鎮(zhèn)流損耗低。電路簡單。但是也有以下的缺點：由于電路中有一個電感，所以燈電壓、燈電流之間存在一個相位差，從而造成電路的功率因數較低(一般在05左右)。燈的啟動點火電流較大，一般是燈額定工作電流的15倍。燈工作電流對電源供電電壓的變化較敏感，故鎮(zhèn)流效果不太穩(wěn)定。電感鎮(zhèn)流器的體積和重量較大。(4)電容、電感鎮(zhèn)流在電容、電感鎮(zhèn)流電路中，要求電容的容抗要比電感的感抗大。這種鎮(zhèn)流電路和電感鎮(zhèn)流電路時的工作情況不同，這時燈的工作電壓(電流)超前電源電壓一定的相位，所以又被稱為超前型鎮(zhèn)流電路。冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計電容、電感鎮(zhèn)流電路有較好的穩(wěn)定特性，但是重復點火能力較差。這是為何當燈的電流過零時，電源電壓的峰值和燈電壓的方向正好相反的原因。(5)電子鎮(zhèn)流舊電子鎮(zhèn)流器是將低頻的交流電通過整流轉變?yōu)橹绷麟姡俳涍^逆變器變換為較高頻率的交流電，由高頻能量來驅動一只或幾只燈管，使之啟輝點亮并正常工作。逆變器一般工作于2070過高頻高壓將燈點燃，在正常點亮以后由電感限制燈的電流。電子鎮(zhèn)流器與其它鎮(zhèn)流方式相比，具有以下顯著優(yōu)點：能耗低、效率高，符合國家的綠色照明工程需求。發(fā)光效率高、光色柔和。熒光燈的發(fā)光效率和供電頻率有關，即隨工作頻率的增加而增加。重量輕、無閃爍、無噪聲。電子鎮(zhèn)流器一般工作在20有鐵芯電感所特有的令人十分心煩的嗡嗡噪聲。由于工作頻率高，只需用體積很小、重量很輕的鐵氧體磁芯做成電感，大大減小了鎮(zhèn)流器的體積。有異常狀態(tài)保護功能。在燈出現(xiàn)異常狀態(tài)如燈絲斷、燈不啟動、燈管脫落等現(xiàn)象時，鎮(zhèn)流器都會得到保護而不損壞，延長了鎮(zhèn)流器的壽命。有預熱啟動功能?？蓪崿F(xiàn)調光和智能控制。具有高功率因數。電感鎮(zhèn)流器的功率因數一般只有O6O8，而在電子鎮(zhèn)流器中，只要采用功率因數校正電路，或專用的集成電路，鎮(zhèn)流器的功率因數很容易做到O95以上，甚至達到O99，這是電感鎮(zhèn)流器難以達到的。由于功率因數的提高，可以有效地提高供電系統(tǒng)和電網的利用率，改善供電質量，節(jié)約電能。212電子鎮(zhèn)流器的組成熒光燈管在電離前呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，需要一個很高的電壓使燈管內的汞蒸汽電離，產生紫外線，進而激發(fā)涂敷在玻璃管壁上的熒光粉發(fā)光。一旦燈管啟輝發(fā)光后，在正常工作狀態(tài)下，它可以等效為一個電阻，即燈管電壓與電流的比值。不過，這個電阻并非是一個恒定的電阻，而是隨時間而變化的。因為當燈電流增加時，燈管兩端的電壓會下降，即隨燈管電流的增加，燈管的等效電阻會下降。所以對于這樣的負載，驅動它的電路應該具有較高的輸出阻抗，即具有恒流特性，以便限制燈管的電流，使之不至因外電壓的波動引起燈管電流過大而損壞【】。大連理工大學碩士學位論文電子鎮(zhèn)流器是取代傳統(tǒng)的鐵芯式電感鎮(zhèn)流器電源而與熒光燈配套使用的新型鎮(zhèn)流器件。電子鎮(zhèn)流器電路應該有鎮(zhèn)流作用，首先是要提供一個足夠高的啟動電壓使燈管啟輝。其次，燈點亮后，應提供一個合適并受到限制的燈電流。為了提高燈管的發(fā)光效率，并避免燈管在低頻工作下滅弧的缺點，電子鎮(zhèn)流器應工作在高頻狀態(tài)。從電子鎮(zhèn)流器的噪聲角度而言，電子鎮(zhèn)流器的工作頻率應大于20是從降低鎮(zhèn)流電感磁芯的高頻損耗的角度出發(fā)，電子鎮(zhèn)流器的工作頻率有不能選得過高，一般不應大于100且這個工作頻率的大小還和具體的燈管型號有關，同時還應考慮到電子鎮(zhèn)流器在高頻工作時產生的高頻干擾信號對工作與紅外工作頻段的家用電器等的影響。例如工作于以電子鎮(zhèn)流器的工作頻率不應工作在18在3040以在設計電子鎮(zhèn)流器時，不應選擇這個工作頻率范圍田】。為了進一步提高整燈的光效，并減少對紅外通訊的干擾，其工作頻率應盡可能高于40要從交流電網獲得電能時，電子鎮(zhèn)流器需要配備有大電解電容的二極管整流橋給高頻的逆變器提供平滑的直流電壓。但是這樣的整流電路不可避免地引入了浪涌電流，引起輸入電流因帶有諧波而失真，降低了輸入功率因數。因此，在電子鎮(zhèn)流器電路的前端，通常需要功率因數校正(低通濾波器來形成連續(xù)的輸入電流和降低諧波電流。為了解決這些問題，人們提出了許多功率因數校正的方法，大致可以分為無源功率因數校正(有源功率因數校正(種【24l。而就電予鎮(zhèn)流器來說電磁兼容(要是防止它的傳導干擾影響其它電氣設備的正常工作，常用的型、型，雙型【25塒】。對于較大功率的鎮(zhèn)流器可采用流市電輸入圖Z 1電子鎮(zhèn)流器基本電路框圖1 框圖如圖21所示，電路中時來自鎮(zhèn)流器內部的高頻干擾信號也不要通過傳導方式和輻冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計射方式對同一環(huán)境中的其它用電設備造成干擾，以便達到電磁兼容。整流電路將輸入的交流電轉變?yōu)橹绷麟姽┙o后面的逆變電路。逆變電路將整流后的直流電壓轉換為高頻電壓，用來驅動熒光燈使之發(fā)光。匹配網絡實現(xiàn)電子鎮(zhèn)流器與燈負載的阻抗匹配、預熱、保護等功能，從而使燈負載工作在最佳狀態(tài)。213電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展978年，飛利浦公司率先研制出電子鎮(zhèn)流器。隨著光源技術的進步和開發(fā)應用，電子鎮(zhèn)流器經歷了五代發(fā)展：(1)第一代：普通(簡單)型電子鎮(zhèn)流器七十年代末生產，是低頻向高頻過渡的產品。多半采用簡單電子線路，功能單一，缺乏可靠性和對電網影響的考慮。電氣性能差：功能因數小于06，電流諧波含量高達130。無預熱啟動和異常保護功能，嚴重影響燈管和鎮(zhèn)流器壽命，并對電視機等有嚴重干擾，己不再生產使用。(2)第二代：無源濾波“高功率因數電子鎮(zhèn)流器”在第一代基礎上，按5144生產。采用無源濾波技術和功率因數校正電路(提高功率因數(9)、抑制諧波含量()，對燈管壽命不利。此外，抗電磁干擾(，易引起線路干擾。(3)第三代：有源濾波“高性能電子鎮(zhèn)流器”為克服電子鎮(zhèn)流器電流諧波含量大而對電網污染(稱“銀網痼疾”)，國外1993年便開發(fā)出有功率因數補償功能的高性能電子鎮(zhèn)流器。采用有源濾波單端脈寬調制(術，抑制電流波形失真，實現(xiàn)了高性能：98，變壓器的磁通大小與方向由i，決定。磁通的變化在反饋繞組產生感應電勢，其極性在圖中反饋繞組的”端為負。冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計反饋繞組的感應電勢使1的基極電位(升，從而對成磁通漸大。磁通的變化及感應電勢的相互作用使2截止，此時，磁通達到最大值，而與磁通變化率呈正比的感應電勢也為零。反饋繞組上感應電勢的消失使位下降，流的變化率反向，引起磁通的變化率反向，從而導致繞組的感應電勢反向，即反饋繞組的“”端為正。這樣引起1的電位下降，從而對成磁通也越大，磁通的變化及感應電勢的相互作用使1截止，此時，磁通達到最大值，而與磁通變化率呈正比的感應電勢也為零。上述兩種過程不斷循環(huán)，從而在變壓器的次級形成振蕩。為了使電路具有調光功能，在過調節(jié)開關管的占空比來調節(jié)5】。目前具有調光功能的自激式電流型推挽諧振逆變器【28】是圖23所示。該電路的亮度是通過調節(jié)23具有調光功能的3 電路存在以下缺點：(1)在實際應用中，需要較長的導線連接驅動電路和線和系統(tǒng)地之間有較大的寄生電容，寄生電容引起較大的泄漏電流流向系統(tǒng)的地【15捌。因此，流向就導致了低效率且不能精確地調節(jié))尤其在出現(xiàn)所謂的溫度計效應，即燈的兩端一端亮一端暗的現(xiàn)象(高壓端亮，接地端暗)。消除溫度計效應的唯一辦法是采取平衡驅動的辦法，也即使變壓器的副邊浮地。需專門的本低。但是效率較低，兩級需要較多的元器件；如果要求難達到。由于元件參數偏差的影響，很難嚴格控制燈頻和燈電流，而這兩者都會直接影響燈的亮度3031】；而且前級是降壓，變壓器的變比較大，加上推挽和輔助邊，變壓器設計復雜。故22半橋拓撲【32所示。電路中有兩個功率開關管1、2-：兩個功率開關管在開關驅動脈沖的作用下交替導通與斷開【41”。當開關管入電壓壓器初級繞組時經變壓器次級的燈電路網絡給燈負載供電。當開關管入電源經開關管壓器初級繞組時經變壓器關逆變器初級電源通過功率開關管壓器初級繞組樣電容c1、功率開關管由飽和導通轉為截止關斷的過程中，由變壓器此，功率開關管上承受的最高電壓不超過輸入電壓且功率開關管的數量只有全橋開關逆變器的一半，成本相對較低。這是半橋開關逆變器的優(yōu)點之一。半橋電路結構簡單、高效，一般在300是由于它的每個功率開關管上的電壓只有電源電壓的一半，所以要輸出相同的功率，每個功率開關管中流過的電流要比全橋逆變器大一倍。在半橋開關逆變器中要注意避免功率開關管免使兩個功率開關管瞬間損壞。這可以通過讓互錯開的最小時間叫做死區(qū)時間。冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計 、里C：= = D： 一_一 ： 一 圖24半橋拓撲4 3全橋拓撲【33所示。圖中4個開關管3導通時，輸入電壓經壓器至變壓器經次級繞組理當入電壓通過次級線圈【旦，、里】 【k 卅以 6充電閥開通，2才能串聯(lián)充電，又只有當U5，1、流橋3導通，交流電流i向負載，此時又因冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計o6正偏，2立即進入串聯(lián)充電狀態(tài)，交流電流i出現(xiàn)一個尖峰脈著充電電壓的上升，i慢慢下降。在5、2也不放電，下降變化，i向負載f(t)t4t1、。下降到U源峰值 (44)對于220V(BR)2220(1+15)=357V，其中15表示電源電壓變化范圍為15。推薦使用400大集電極電流的確定：假設燈管功率為管工作電壓為V。，則穩(wěn)態(tài)下所需要的集電極峰值電流近似為：，=壓k=壓筍 (45)考慮到燈管電流的波峰系數(再加上啟動電容的電流，則三極管集電極電流還要適當加大一些，則集電極電流峰值應取為：鏟 (46)在無源功率因數校正電路中，由于提供給三極管的直流電壓波動較大，燈管電流的波峰系數，一般922，甚至更大一些，這時用公式46計算集電極電流峰值更恰當一些。445確定諧振電容了得到正弦震蕩波形，初級電路必須滿足下列條件：乞甓卜瓦1i 氏大連理工大學碩士學位論文=4(410、上式中，應的蕩波形越趨于正弦波，變壓器的初級繞組的銅損【10】也越大。45實驗結果結合上述原理和實際電路，經實驗得到了半橋逆變式高頻電子鎮(zhèn)流器的性能測試結果。實驗負載采用=30=40000=50測波形如下。451輸入電壓電流波形。曩您哆鼉o5：璺o!? S關于存圖像選擇： w ：文件夾； 。 ：+獺2。2勰一翻50蔭j“7曬mF12一0：58 5”02圖43輸入電壓電流波形3 測試結果可知，輸入電源頻率為5000壓有效值22000V，電壓峰值3113V。輸入電流有效值0024A，電流峰值O040A。輸入功率220VO024A=529W。452燈管電壓電流波形冷陰極熒光燈電子鎮(zhèn)流器的分析與設計圖44燈管電壓電流波形4 c可以看出，燈管電壓有效值650V，峰值1管電流有效值370mA40值1376出功率650V740A480W，振蕩頻率24率因數805289091。46本章小結本章借鑒了日光燈電子鎮(zhèn)流器的設計思路，設計了采用分立元件構成的市電輸入半橋自激振蕩析了電路的工作原理，給出了設計過程，提供了主要元器件選型指導，并研制了一臺樣機(如圖45所示)，利用該樣機驗證了分析的正確性。圖45半橋逆變式5 s by 磁環(huán)變壓器驅動的半橋逆變電路的缺點現(xiàn)在電子鎮(zhèn)流器大多數都采用半橋逆變電路結構的網絡拓撲。利用分立元件組裝的電子鎮(zhèn)流器由于其自身分散元件的影響，存在一些固有的弊端14】。現(xiàn)在被大多數燈生產廠家所沿用的用磁環(huán)變壓器驅動的半橋逆變電路存在以下缺點： 4(1)不能自啟動，必須依靠積分電容、觸發(fā)二極管或直接經由電阻向晶體管基極提供觸發(fā)電流脈沖來引起振蕩。作為振蕩反饋回路的組成部分有晶體管、磁環(huán)變壓器、電感和熒光燈管，三者的工作是相互依存、相互影響的，其中任何一個部分的參數發(fā)生變化，必然導致整個電路性能指標的改變。因此，要對整燈性能進行嚴格而定量的控制是十分困難的。(2)電路中晶體管的導通與截止由磁環(huán)交壓器來驅動，這個驅動波形很不理想。特別是當外界電源電壓波動(上升或下降)時，引起驅動電壓變化，或者激勵不足，或者驅動過分，導致三極管發(fā)熱嚴重，甚至過熱而燒毀，降低了燈的可靠性。因此，在這種電路中對磁環(huán)的選擇是十分重要的，對它的選用或更換必須持慎重態(tài)度。在參數確定之后，還要對整燈性能作全面試驗和考核，只有在取得滿意的效果之后，才能最后確認這個參數的選擇是合理的、可行的。而且，這種實驗和考核必須在批量生產的基礎上進行。(3)不便于調光和增加保護功能，也很難做到燈絲無功耗的預熱啟動?！?磁環(huán)的加工和繞制費工費時，不利于大量生產。電路的工作頻率受磁環(huán)的參數、溫度的影響很大，其數值很難控制在一定范圍內。如果對頻率范圍還有要求，