淺析新型逆變式電子鎮(zhèn)流器工作原理與設(shè)計方法

1、淺析新型逆變式電子鎮(zhèn)流器工作原理與設(shè)計方法摘要：介紹一種新型逆變式電子鎮(zhèn)流器電路結(jié)構(gòu)，該電子鎮(zhèn)流器利用電感、電容和二極管構(gòu)成的輔助電路實現(xiàn)輸入電流波形的校正并使功率開關(guān)管工作在零電壓開關(guān)狀態(tài)，具有高功率因數(shù)、高工作效率、低波峰系數(shù)和電路結(jié)構(gòu)簡單的特點。分析了電路的工作原理，介紹了電路參數(shù)設(shè)計方法，給出了實驗結(jié)果。 1 引言由于電子鎮(zhèn)流器具有較高的燈光效、高的功率因數(shù)、重量輕、無閃爍、無噪聲和使用電壓范圍較寬(170270V)等優(yōu)點，在我國已得到廣泛的應(yīng)用。電子鎮(zhèn)流器功率雖小，但使用量極大。因而其性能好壞直接影響到節(jié)電效果和對電網(wǎng)污染的程度。本文介紹的電子鎮(zhèn)流器不但性能好，而且電路結(jié)構(gòu)簡單，成本

2、低，具有較好的應(yīng)用前景。2 電路工作原理分析21 電路結(jié)構(gòu)新型逆變式電子鎮(zhèn)流器主電路如圖1所示，圖中CS為隔直電容，虛線所包圍的部分為實現(xiàn)高功率因數(shù)而附加的電路，電感L為一個能量傳輸者傳遞著電流，同時也起著提高直流電壓和電流波形校正的作用。兩個電容Cx、CY為兩個小型能量槽儲存一部分能量，這兩個能量槽在高頻方式下完成充放電功能。兩個二極管VDx、VDy引導(dǎo)電感電流進入電解電容C或負載回路。由于附加能量處理單元的作用，使整流二極管導(dǎo)通角增大到180°。電感L中的電流是一個高頻振蕩波形，其平均值電流跟隨輸入電壓的波形，從而達到功率因數(shù)校正的目的。R1、C1、雙向觸發(fā)二極管VD4為觸發(fā)啟動

3、電路。22 工作過程為了分析方便，輸入電壓和整流橋被等效成Urec(t)和VDr表示，其中Urec(t)=Uimsint，Uim為輸入電壓峰值，為輸入交流電壓頻率。燈負載回路等效成一個電流源電路，其電流表達式為io(t)=Iomsinot(Iom為負載電流幅值，o為功率管開關(guān)頻率)。由于逆變電路開關(guān)頻率遠比輸入交流電壓頻率高，在分析過程的每一開關(guān)周期中可認為輸入電壓是近似不變的。又由于該逆變電路在輸入電壓峰值附近和輸入電壓瞬時值較低時的工作狀態(tài)略有不同，分析時按兩種情況討論。對應(yīng)的等效電路圖及工作波形圖分別如圖2和圖3所示。第一種工作情況：這種工作情況對應(yīng)于輸入電壓瞬時值較低時的工作狀態(tài)。整個

4、工作過程分五個階段，此種情況下Ucx最大值低于電解電容C兩端直流電壓Udc，而且電感電流iL是斷續(xù)的。(1)第階段 功率管VF2導(dǎo)通并同時通過iL及iO電流， Cx被iL充電，而CY電壓被箝位于零，在這一階段結(jié)束時，電感電流諧振到零，Cx上電壓達到最大值，VDr和VDy關(guān)閉。(2)第階段 負載電流流過功率管VF2，iL保持為零。在這一階段結(jié)束時，關(guān)斷VF2。(3)第階段 VF2關(guān)斷后，Cx通過負載回路放電，Ucx下降。(4)第階段 隨著Ucx的下降，當(dāng)整流電壓高于Ucx時，VDr導(dǎo)通，入端電流通過電感開始對CX和CY充電。由于Cx中放電電流大于充電電流，因此Ucx繼續(xù)下降直到零為止，此時VD1

5、導(dǎo)通。(5)第V階段 VD1導(dǎo)通后，VD1中流過的電流為負載電流與電感電流之差，隨著負載電流的減小和電感電流的上升，在這一階段結(jié)束時，VDl續(xù)流結(jié)束。功率管VFl開始導(dǎo)通進入后半周期。由于后半周期工作與前半周期相似，不再詳述。第二種工作情況：此種工作情況對應(yīng)于輸入電壓在峰值附近時的工作狀態(tài)。整個工作過程分四個階段，在這種情況下，Ucx的最大值能達到電解電容C兩端直流電壓Udc，電感電流是連續(xù)的。(1)第1階段 VF2導(dǎo)通，在此之前Cx上電壓已經(jīng)升高并鉗位于Udc。因為C比Cx大得多，所以電感電流都經(jīng)C通過，因此VF2僅僅通過負載電流。在這一階段結(jié)束時，關(guān)斷VF2。(2)第階段 VF2關(guān)斷后，C

6、X中能量向負載放電，電感電流向Cy充電。由于此階段為輸入電壓的峰值附近，所以電感電流也處在峰值附近，對CY的充電速率加大。在此階段中Ucx與UCY之和接近于但小于Udc。而在本階段結(jié)束時， Ucx與UCY之和達到Udc，使VDy導(dǎo)通。(3)第階段 VDy導(dǎo)通后，使電感電流通過C形成通路。而Cx又通過負載回路放電，在這一階段結(jié)束時， Ucx已降為零， UCY升到Udc，使VD1導(dǎo)通。(4)第階段 VD1開始續(xù)流，續(xù)流電流為負載電流與電感電流的差值，當(dāng)VD1續(xù)流結(jié)束時，功率管VFl導(dǎo)通，進入后半周期。3 電路工作特點(1)功率管工作在零電壓開關(guān)狀態(tài)。功率管在反并聯(lián)二極管續(xù)流時開通，可以實現(xiàn)零電壓開

7、通。功率管VF2關(guān)斷時，其電流iVF2瞬間下降為零，原來流過VF2的電流轉(zhuǎn)向?qū)X放電。VF2的漏源電壓為Udc減去Ucx，使VF2漏源電壓以某一斜率上升，這個斜率的大小取決于CX放電速率的大小，這就保證了VF2關(guān)斷時漏極電流與漏源電壓交疊幾乎很小，達到了零電壓關(guān)斷的效果。(2)高功率因數(shù)。在每一開關(guān)周期內(nèi)，電容Cx或CY先是儲存能量，然后再把存儲的能量傳送到負載。整流二極管導(dǎo)通角可達到半周期。由于能量處理單元所儲存的能量主要對電解電容C和負載放電，因此功率開關(guān)管的電流等級與普通電子整流器相同。(3)與普通泵式電子整流器相比， C兩端直流電壓偏低，有利于降低對功率管耐壓的要求。(4)燈電流波峰

8、系數(shù)較小。4 電路主要參數(shù)計算假設(shè)負載電流與電感電流在正半周的兩個交點對應(yīng)的角度分別為：a， a。根據(jù)電容上電壓電流的關(guān)系可得：Cx=Iomcos2pi(90)Uim/(oUdc)。電容CX不易選得太大，否則有可能在VF1導(dǎo)通時，還未放電完畢，造成CX對功率管的放電。但也不易太小，否則功率因數(shù)校正效果較差。根據(jù)試驗，。選在30°40°為宜。由于電路的對稱性，CY=Cx。根據(jù)工作原理，考慮到圖2中電感電流及電容電壓的波形，要保證在半個開關(guān)周期內(nèi)電感電容諧振并使電容電壓充電到最大值，這時電感值為L= (02CX)-15 實驗結(jié)果在輸入交流電壓有效值為220V，燈功率40W情況下，選逆變開關(guān)頻率為32kHz，工作效率初選90，根據(jù)文獻2查得燈工作電壓為103V，燈電流為043A?？紤]到與燈并聯(lián)電容的作用，Ls中流過的電流比燈電流高，假設(shè)高出10，則Ls中流過的電流峰值Iom為0.67A。設(shè)Udc=320V，a初取為30°。把以上參數(shù)代人到Cx和L的計算公式，得到Cx=44nF，L=56mH，其他參數(shù)為Ls=3mH， CL=56nF，隔直