1 电子镇流器的概况
目前市场上常用的镇流器有两种: (1) 电TM923感式镇流器; (2) 高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在市电频率, 体积大、笨重, 还需消耗大量铜和硅钢等金属材料, 散热困难、效率低、有频闪, 而高频交流电子镇流器体积小、发光效率高、无频闪效应, 适应供电电压范围宽、节能。因此高频交流电子镇流器更优越。
目前常用的高频交流电子镇流器电路主要是:单级半桥谐振式和双级谐振式。
单级半桥谐振式的电路存在以下缺点: (1) 灯丝的使用寿命短, 使用时间一长易造成灯管一端发黑的现象; (2) 会产生很强的高次谐波干扰, 降低交流市电输入侧的功率因数, 并降低电源供电效率, 采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时, 会造成三相四线供电电网的地电位偏移, 因而造成用电设备的损坏; (3) 电路没有设保护电路。
双级谐振式的电路主要在普通的单级谐振高频交流电子镇流器的基础上, 再加了一级有源功率因数校正 (APFC) 电路, 用以进行交流市电输入整流滤波的功率因数校正, 并限制高次谐波成分, 从而达到减小电磁幅射干扰, 提高输入侧功率因数的目的。并且由于有源功率因数校正 (APFC) 还有预稳压的作用, 同时还可以调光 (调节APFC输出电压) , 所以既可提高电子镇流器的电性能, 又可提高电子镇流器的可靠性。但这种电路增加了电路的复杂性, 使成本提高很多, 虽然双级式高频交流电子镇流器性能好, 但由于成本、体积等原因也很难于大范围推广使用。
2 新型电子镇流器设计
2.1 设计框图
整个电子镇流器电路设计框图由EMI滤波器 (电磁抗扰) 、整流电路、功率因数校正电路、半桥逆变电路以及预热功能电路组成, 如图1所示。
2.2 滤波原理图
如图2所示。采用滤波器后, 能有效地滤除电子镇流器中高频振荡所产生的干扰, 避免它们通过电源线泄露出去, 干扰其他电气设备的正常工作。电子镇流器的第二部分是由四个二极管组成的全波桥式整流电路, 它将输入的交流电压转变为直流电压, 供给后面的半桥逆变电路, 作为它的直流电源。整流后的直流电压由电解电容器滤波, 使直流电压平滑。平滑后的直流电压供给逆变电路做电源, 有利于逆变电路中的M O S管工作状态的稳定。
2.3 APFC原理图
如图3所示电路的作用在于提高电路的功率因数。此APFC电路采用了L6562A芯片, L6562A是意法ST微电子公司采用双极与CMOS混合工艺 (BCD) 制造的APFC控制器IC。L6562A是L6560/L6561的升级换代产品, 引脚与L6561兼容;IC内有一个性能更优越的乘法器和一个进一步减小THD的特殊电路, 后者能减小发生在输入电压过零点附近输入电流的导通死角, 减小波形失真, 这样即便在很宽的输入电压和很大的负载范围内, 也能保证THD很小, 比用L6561时THD降低1.5%～3%;IC启动电流极小, 仅为数十微安, 工作电流小于4mA, 消耗电流小, 适合于IC遥控开关。
2.4 半桥逆变电路原理
如图4所示是半桥逆变电路原理图, 它将整流后的直流电压转换为高频电压, 用来驱动荧光灯使之发光。其工作原理是:加上电源后, 由直流电压VDC (E) 提供的电流经R13对积分电容C10充电, 一旦此电压达到并超过触发二极管VDB3的转折电压 (约30V～40V) 后, 该二极管击穿导通, 并有电流流入Q3的门极, 使Q3导通。Q3集电极电流的增长趋势在磁环变压器的初级绕组T3上产生感应电动势, 同时在其次级也产生感应电动势, 其极性是使各绕组上用?表示的同名端为正, 从而使Q3的基极电位升高, 基极电流、集电极电流进一步加大, 即在电路中产生如下的连锁结果, Q3迅速退出饱和变为截止, 而Q2迅速由截止变为导通并饱和。上述过程周而复始地重复下去, Q2、Q3轮流导通与截止, 在两个半桥中点之间形成交变的方波电压, 其幅度为E/2 (有源半桥中点的电压由E下降到0, 以后又由0跳变为E, 而无源半桥中点的电压为E/2) 。此交变电压经过启动电容C18、电感T4的串联谐振作用, 其电流变为接近正弦波, 并在C18两端产生了一个很高的电压 (其值由电感T4的Q值及电容C 1 8值决定) 加到灯管上, 从而将灯管启辉点亮。
2.5 预热功能电路原理
电子镇流器的最后一部分是预热功能原理图, 如图5所示。在灯管未启辉点亮时, 灯管两端所加的电压较高, 足以使压敏电阻Rv击穿, 有电流通过P T C热敏电阻R T, 将灯丝预热, 使之发射较多的电子, 一旦RT受热阻值变大之后, 灯被启辉点亮, 其管压变低, 压敏电阻不再能被击穿, 而呈高阻断开状态, RT支路亦不再有电流流过, 从而减少了该支路的功率损耗。
3 实验
测试输出电流电压时, 采用额定电压为220V额定功率80W的日光灯作为负载, 在额定功率下, 用模拟示波器G O S 6 0 5 1 (50Hz) 测量其电压电流波形。比较没有加入A P F C电路模块和加入A P F C电路模块的电流输出区别。如图6所示为没有加入APFC电路模块的电流波形, 可以看到波形没有呈现出正弦交流波形, 并且波形毛刺很多。
如图7所示为加入APFC电路模块后测得的电压电流波形 (1为电压波形, 2为电流波形) , 可见电压和电流波形相位基本没有偏差。
经对比两图, 经过APFC电路后的电流连续呈正弦波形, 使其输入侧的功率因数提高到0.99以上, 将总谐波失真度降低到10%以下, 反馈到电网的谐波大为减少, 起到了节约能源、降低消耗和减少电网污染的作用。
4 结语
此电子镇流器设计, 具有EMC (电磁兼容性) 抗干扰能力, 对家用电器干扰小, 防家用电器的干扰能力强, 功率因素可达0.99以上, 电能使用率达到99%以上, 具有预热启动功能, 从而延长灯管使用寿命, 省电节能, 无闪烁感, 无噪音, 成本适中, 性价比高。
摘要：针对目前使用的电子镇流器中存在的问题, 提出了一种新的镇流器设计方法, 该方法采用功率因素校正电路和预热功能, 提高了输入侧的功率因素和镇流器的使用寿命。实验结果验证了该方法的正确性和可靠性。
关键词：电子镇流器,整流,逆变,功率因素,校正
参考文献
[1] 吴树谊, 费胜娟.L6561功率因数校正器及其应用[J].电力电子技术, 2004 (6) .
[2] 毛兴武.电子镇流器原理与制作[J].1999.
[3] 马艳阳, 翟周科, 马建宏.有源高功率因数电子镇流器[J].现代电子技术, 2007 (18) .
[4] 杨倩, 牛鸣德.有源功率因数校正 (APFC) 技术综述[J].中国西部科技, 2007 (9) .