電子鎮(zhèn)流器電路(基本半橋逆變電路)分析

1、電子鎮(zhèn)流器電路（基本半橋逆變電路）分析一、 各元件的作用FUSE保險(xiǎn)電阻：過(guò)電流和短路電流保護(hù)元件，抑制浪涌電流；L1，C1，C2：組成型EMI濾波器，減輕高頻逆變電路產(chǎn)生的電磁干擾；D1，D2，D3，D4：組成橋式整流電路，將輸入的交流變?yōu)橹绷鳎籆4濾波電容：將整流出的電壓進(jìn)行平滑濾波，使其接近直流電壓；R1，C5：RC積分電路，濾波后的電壓經(jīng)過(guò)R1對(duì)C5進(jìn)行充電，提供DB3導(dǎo)通電壓；DB3雙向觸發(fā)二極管：當(dāng) C5上的電壓高于DB3的導(dǎo)通電壓時(shí)，DB3導(dǎo)通，向Q2的基極注入電流，使T2導(dǎo)通，電路起振后，DB3不再導(dǎo)通；D5：隔離啟動(dòng)電路和振蕩電路，使振蕩電流不會(huì)經(jīng)過(guò)C5到地；R2，C4：C4

2、為續(xù)流電容，R2為C4提供放電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)Q1和Q2在交替開關(guān)的同時(shí)截止階段，使燈絲有電流流過(guò)，C4通常為10003300pF；R2，C4組成的放電網(wǎng)絡(luò)同時(shí)避免兩個(gè)三極管電流重疊，提供一個(gè)死區(qū)時(shí)間。D6，D7續(xù)流二極管：與三極管并聯(lián)在磁環(huán)線圈的兩端，保護(hù)三極管，防止三極管反向擊穿，反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)通過(guò)二極管釋放；Q1，Q2開關(guān)三極管：構(gòu)成推挽電路，兩管交替導(dǎo)通，在Q1的發(fā)射極和Q2的集電極中間產(chǎn)生近似方波脈沖；R4，R6：穩(wěn)定電路工作點(diǎn)，負(fù)反饋?zhàn)饔?，抬高晶體管發(fā)射極電位，控制發(fā)射機(jī)和基極之間的電壓；R3，R5：控制晶體管的基極電流，同時(shí)隔離晶體管的基極電壓與磁環(huán)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；N1，N2，N3磁環(huán)繞

3、組（脈沖變壓器）：利用互感耦合，以及磁芯的飽和特性，控制Q1與Q2的交替開關(guān)；L2，C6：LC串聯(lián)諧振電路，在C6兩端為燈提供啟動(dòng)電壓，同時(shí)對(duì)方波脈沖進(jìn)行濾波，使燈絲電流近似正弦波；L2的Q值和C6的決定提供啟動(dòng)電壓的大?。籆7，C8：隔直電容，為燈絲電流提供交流通路。二、 各元件參數(shù)估算要求FUSE保險(xiǎn)電阻：一般選擇4.747歐；L1，C1，C2：高阻低通濾波器設(shè)計(jì)；使用安規(guī)電容；D1，D2，D3，D4：整流二極管，二極管反向耐壓和熱穩(wěn)定性，反向耐壓一般為輸入電壓的1.25倍；2 / 8C4濾波電容：充放電的時(shí)間常數(shù)以及耐壓值，充放電時(shí)間常數(shù)數(shù)交流周期的35倍，耐壓值高于峰值電壓的1.25倍

4、；R1，R2：一般，R1=R2，兩者相近，一般控制R1流過(guò)的電流在0.51mA；C5：C5的耐壓要高于DB3的導(dǎo)通電壓1.25倍以上，R1、C5的時(shí)間常數(shù)一般應(yīng)為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的5%左右，要求有足夠大的電流經(jīng)過(guò)DB3注入Q2基極，使Q2導(dǎo)通；D5：普通整流二極管；C4續(xù)流電容：Q1和Q2截止時(shí)，C4會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，Q1、Q4交替導(dǎo)通截止，使C4上產(chǎn)生正負(fù)交替的高頻脈沖，因此C4要選擇高頻損耗小的電容，避免發(fā)熱損壞；D6，D7續(xù)流二極管：續(xù)流二極管D選擇要考慮導(dǎo)通、截止和轉(zhuǎn)換三部分損耗，所以用正向壓降小，反向電流小和存儲(chǔ)時(shí)間短的開關(guān)二極管，一般選用肖特基二極管；Q1，Q2開關(guān)三極管：晶體管的耐壓

5、大于濾波后的線路電壓；集電極電流依據(jù)燈絲峰值電流確定，通過(guò)集電極的峰值電流是通過(guò)L2的峰值電流，因此集電極電流參數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于此值；晶體管的開關(guān)速度主要受存儲(chǔ)時(shí)間影響，存儲(chǔ)時(shí)間應(yīng)低于開關(guān)周期的20%，開關(guān)周期可用鎮(zhèn)流器的開關(guān)頻率計(jì)算；直流電流增益要大，一般要求大于5，這樣較小的基極電流就可以獲得較高的集電極電流，減小晶體管的導(dǎo)通損耗；R4，R6：反饋電阻，通過(guò)發(fā)射極電流變化影響晶體管發(fā)射極電壓，進(jìn)而控制發(fā)射極和基極之間的電壓的變化，依據(jù)晶體管工作點(diǎn)的穩(wěn)定要求取值；R3，R5：依據(jù)開關(guān)三極管的集電極電流和直流增益，確定基極電流，結(jié)合N1，N2的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)確定；R3，R5與N1，N2的匝數(shù)相關(guān)（由晶體

6、管基極電流的峰值決定）；N1，N2，N3磁環(huán)繞組：繞組的匝數(shù)由磁環(huán)的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，有效磁路長(zhǎng)度，以及流過(guò)繞組的峰值電流大小決定，繞組匝數(shù)=（有效磁路長(zhǎng)度*飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度）/峰值電流；繞組電壓= -（磁導(dǎo)率*匝數(shù)平方*截面積/有效磁路長(zhǎng)度）*電流變化率L2，C6：C6的耐壓是燈的啟動(dòng)電壓的1.25倍，LC振蕩電路的諧振頻率與晶體管開關(guān)頻率相近（開關(guān)頻率不能小于諧振頻率，諧振電路構(gòu)成的負(fù)載應(yīng)該呈感性或阻性，但不能呈容性）：f1/ 2(L2*C6)1/2，C6上的諧振電壓為燈的啟動(dòng)電壓；C7，C8：高頻損耗小，耐壓大于線路峰值電壓1.25倍。三、電路的工作原理1、 電路啟動(dòng)SI和SD之間通電，220V

7、，50Hz交流電，經(jīng)過(guò)整流濾波后，在C3的兩端產(chǎn)生約311V的直流電壓VC。此時(shí)該電壓通過(guò)R1、C5組成的積分電路對(duì)C5進(jìn)行充電，當(dāng)C5上的電壓達(dá)到DB3的導(dǎo)通電壓時(shí)，DB3導(dǎo)通，DB3導(dǎo)通后因?yàn)镼1，Q2的開關(guān)頻率高，C5充電不充分，在上面的電壓是一些幅度很小的鋸齒波，達(dá)不到DB3的導(dǎo)通電壓，因此電路一旦啟動(dòng)，DB3就不再導(dǎo)通。2、 電路起振DB3導(dǎo)通電流直接進(jìn)入Q2的基極，驅(qū)動(dòng)Q2導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通后，電流的流經(jīng)路徑為：VC正極C7燈絲C6燈絲L2N3Q2的集電極R6VC負(fù)極（地）。如下圖所示：（1）Q2導(dǎo)通，Q1截止，流過(guò)N3的電流使N3產(chǎn)生一個(gè)阻止此電流增加的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，極性為同名端為正，

8、N3耦合到N1，N2，N1，N2的同名端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正。N1上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小Q1的基極電壓，使Q1保持截止。N2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使Q2的基極電壓增大，Q2的基極電流增大，則Q2的集電極電流增大，N3上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加強(qiáng)，N1，N2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加強(qiáng)，形成正反饋使Q2逐漸飽和。Q2的集電極電流不斷的增大，使磁芯磁導(dǎo)率達(dá)到最大，磁導(dǎo)率開始下降，Q2的集電極電流繼續(xù)增大使磁導(dǎo)率急劇下降，N1，N2，N3上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)急劇下降， N2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的下降使Q2的基極電壓下降，集電極電流開始下降，N3產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止此電流減小，極性為同名端為負(fù)，N3的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)耦合到N1，N2，同名端為負(fù)，Q2的基極電壓下

9、降，Q1的電壓上升。Q2急劇趨于截止，Q1趨于導(dǎo)通。（2）當(dāng)Q1將要導(dǎo)通，Q2已經(jīng)截止時(shí)，（流過(guò)N3的電流）燈絲電流不能通過(guò)Q2，此時(shí)續(xù)流電容C4發(fā)揮作用，該電流對(duì)C4反向充電，保持燈絲電流的連續(xù)流通。（3）Q1導(dǎo)通，Q2截止，此時(shí)電流路徑為：VC正極Q1R4N3L2燈絲C6燈絲C8VC負(fù)極（地）。如圖所示：由于正反饋?zhàn)饔檬筈1飽和，Q1的發(fā)射極電流增大，流過(guò)N3的電流增大，使磁芯磁導(dǎo)率達(dá)到最大，而Q1發(fā)射極電流繼續(xù)增大，使磁導(dǎo)率急劇下降，N1，N2，N3上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)下降，Q1的基極電壓下降，Q1發(fā)射極電流下降，N3產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止此電流下降，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向又變?yōu)橥藶檎Ｍㄟ^(guò)鎮(zhèn)反饋N1

10、上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加使Q1的基極電壓急劇下降，N2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加使Q2的基極電壓急劇增加。Q1趨于截止，Q2趨于導(dǎo)通。(4)當(dāng)Q1截止，Q2將要導(dǎo)通時(shí)，燈絲電流不能流過(guò)Q1，此時(shí)燈絲電流仍由C4續(xù)流，保持燈絲電流連續(xù)。(5)Q1截止，Q2導(dǎo)通，電路又重復(fù)經(jīng)過(guò)（1）（2）（3）（4）狀態(tài)，如此循環(huán)，電路進(jìn)入振蕩狀態(tài)。3、 正常工作電路進(jìn)入振蕩狀態(tài)以后，在Q1的發(fā)射極和Q2的集電極之間產(chǎn)生方波，Q1飽和時(shí)，Q2截止時(shí)，形成方波上沿，幅度為：VC-（Q1的飽和管壓降+R4上的壓降）；Q1截止，Q2飽和時(shí)，形成方波下沿，幅度為：Q2的飽和管壓降+R6上的壓降。又C7、C8組成無(wú)源半橋中點(diǎn)的電壓為VC

11、/2。所以可以將該方波看作是交變方波，方波上沿為：VC/2-（Q1的飽和管壓降+R4上壓降），方波下沿為：（Q2的飽和管壓降+R6上壓降）-VC/2，此方波電壓經(jīng)過(guò)L2，C6的串聯(lián)作用濾波，其波形接近正弦波，因?yàn)轭l率接近串聯(lián)諧振頻率，在C6上產(chǎn)生很高的啟動(dòng)電壓，使燈點(diǎn)亮。點(diǎn)亮后燈管可以視作等效電阻。燈管等效電阻是由燈管電壓和燈管電流決定的。假設(shè)由Q2的集電極輸出電壓為幅度150V，35KHz的交變方波，燈正常工作時(shí)的燈絲電阻為380歐，取C6=6.8n，C7=C8=100n，仿真電路及仿真波形如下：四：影響鎮(zhèn)流器工作頻率的因素（1） 次級(jí)磁環(huán)匝數(shù)N1、N2以及R3、R5控制三極管的飽和程度，飽和程度越深，退出飽和越慢，工作頻率越低，反之亦然；（2） 磁環(huán)的磁導(dǎo)率越大，工作頻率越低；（3） 發(fā)射極反饋電阻R4、R6越大，負(fù)反饋