高频电子荧光灯的频率匹配clfx.docx
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1、 高频频电子荧荧光灯的的频率匹匹配 作者者: 茆学华华摘要:荧荧光灯管管与高频频电子镇镇流器的的非阻抗抗匹配性性质,导导致在负负载灯管管一端引引入电感感电容,使使之与电电子镇流流器与之之阻抗匹匹配,由由于电感感电容的的振荡特特性,使使电子镇镇流器与与灯管、电电容电感感的阻抗抗匹配有有明显不不同,电电感电容容的振荡荡频率与与电子镇镇流器的的振荡频频率必须须相匹配配,否则则会引起起开关管管工作波波形异常常,影响响电子镇镇流期工工作寿命命。关键词:镇流器器、灯管管、频率率匹配第一章:频率匹匹配理论论依据 1、概念念:1.阻抗匹匹配,节节能灯也也遵守电电源与 负载阻阻杭相匹匹配原理理。 2.高频频电子
2、节节能灯负负载又有有特殊性性:a.负阻特特性b.启动之之前短路路特性。CC.与电电源不匹匹配,需需加电感感与电容容,使之之与电源源进行阻阻抗匹配配。d.加了电电感、电电容,就就有振荡荡频率产产生。 3.灯管管的热阴阴极特点点,需进进行预热热,需减减少电子子粉损失失,才能能达到长长寿命。 4.灯管管启动时时,如不不预热而而进行冷冷启动,导导致启动动电压高高,引起起阴极螺螺旋之间间横向打打火,造造成电子子粉烧伤伤溅射。 5.灯管管工作时时,如阴阴极之间间电压大大于8-10VV以上,在在10000工作温温度下,引引起阴极极螺旋之之间横向向打火,造造成电子子粉烧伤伤蒸发。 6.节能能灯管与与镇流器器匹
3、配,就就围绕着着灯管电感电容混混合负载载的特性性设计。1. 阻阻抗1)阻抗抗的定义义 图1所示的的无源线线性一端端口网络络,当它它在角频频率为的的正弦电电源激励励下处于于稳定状状态时,端端口的电电压相量量和电流流相量的的比值定定义为该该一端口口的阻抗抗 Z 。即单位位: 上上式称为为复数形形式的欧欧姆定律律,其中中 称为为阻抗模模, 称称为阻抗抗角。由由于 ZZ 为复复数,也也称为复复阻抗,这这样图 1 所所示的无无源一端端口网络络可以用用图 22 所示示的等效效电路表表示,所所以 ZZ 也称称为一端端口网络络的等效效阻抗或或输入阻阻抗。 。 图 1 无源线线性一端端口网络络图 22 等效效电
4、路RLC 串联电电路的阻阻抗 ,RR相当于于灯管,LL相当于于谐振电电感,CC相当个个谐振电电容。当当它在角角频率为为的正弦弦电源(相当于于电子镇镇流器提提供的高高频电源源)激励励下:图 3RRLC 串联电电路图 4阻抗三三角形由 KVVL 得得:因此此,等效效阻抗为为 其中中 R等效效电阻 (阻抗抗的实部部);XX等效效电抗(阻抗的的虚部) ;ZZ、R 和 XX 之间间的转换换关系为为: 或 可可以用图图 4所示的的阻抗三三角形表表示。结结论: 对于 RLCC 串联联电路:(11) 当当L 11/CC 时,有有 X 0 , z0 ,表现现为电压压领先电电流,称称电路为为感性电电路,其其相量图
5、图(以电电流为参参考相量量)和等等效电路路如图 5 所示示; 图5LL 1/C 时时的相量量图和等等效电路路(22)对于于RLCC串联电电路当L 1/C时,有有 X 0 ,z0 ,表现现为电流流领先电电压,称称电路为为容性电电路,其其相量图图(以电电流为参参考相量量)和等等效电路路如图 6 所示示; 图6L 1/C 时时的相量量图和等等效电路路(33) 当当L 11/CC 时,有有 X0 , z0 ,表现现为电压压和电流流同相位位,此时时电路发发生了串串联谐振振,电路路呈现电电阻性,其其相量图图(以电电流为参参考相量量)和等等效电路路如图77所示; 图7L 1/C 时时的相量量图和等等效电路路
6、(4) RLCC 串联联电路的的电压 UR 、U X 、U 构成成电压三三角形,它它和阻抗抗三角形形相似,满足:注:从以以上相量量图可以以看出,正正弦交流流RLCC串联电电路中,会会出现分分电压大大于总电电压的现现象。2. 导导纳1)导导纳的定定义图 11 所示示的无源源线性一一端口网网络,当当它在角角频率为为的正弦弦电源激激励下处处于稳定定状态时时,端口口的电流流相量和和电压相相量的比比值定义义为该一一端口的的导纳 Y 。即即 单单位:SS 上式仍仍为复数数形式的的欧姆定定律,其其中 称称为导纳纳模, 称为导导纳角。由由于 YY 为复复数,称称为复导导纳,这这样图 1 所示示的无源源一端口口
7、网络可可以用图图 8 所示示的等效效电路表表示,所所以 YY 也称称为一端端口网络络的等效效导纳或或输入导导纳。 图 8 无源线线性一端端口网络络等效导导纳2) RRLC 并联电电路的导导纳 图 9 RLCC 并联联电路图 100导纳三三角形由 KKCL 得: 因因此,等等效导纳纳为 其中中 G等效效电导(导纳的的实部) ; B等效效电纳(导纳的的虚部) ;YY 、GG 和 B 之之间的转转换关系系为: 或 可可以用图图 100 所示示的导纳纳三角形形表示。结论: 对于 RLC 并联电路:(1) 当 L 1/C 时,有 B 0 , y0 ,表现为电流超前电压,称电路为容性电路,其相量图(以电压
8、为参考相量)和等效电路如图 11 所示; 图 111L 11/CC 时的的相量图图和等效效电路(2)当当 LL 1/C 时时,有 B 00 , y0 ,表现现为电压压超前电电流,称称电路为为感性电电路,其其相量图图(以电电压为参参考相量量)和等等效电路路如图 12 所所示; 图 122L 11/CC 时的的相量图图和等效效电路(3) 当LL = 1/C 时时,有 X0 , z0 ,表现现为电压压和电流流同相位位,此时时电路发发生了并并联谐振振,电路路呈现电电阻性,其其相量图图(以电电流为参参考相量量)和等等效电路路如图113所示示 图 133L = 11/CC时 的的 相量量图和等等效电路路
9、(44)RLLC 并并联电路路的电流流 IR、IX 、I 构成成电流三三角形,它它和阻抗抗三角形形相似。满满足 注注:从以以上相量量图可以以看出,正正弦交流流RLCC并联电电路中,会会出现分分电流大大于总电电流的现现象。3. 复复阻抗和和复导纳纳的等效效互换同同一个两两端口电电路阻抗抗和导纳纳可以互互换,互互换的条条件为:即: 图14 串联电电路和其其等效的的并联电电路如图 114 的的串联电电路,它它的阻抗抗为:其等效并并联电路路的导纳纳为: 即等效效电导和和电纳为为:同理,对对并联电电路,它它的导纳纳为 其等效串串联电路路的阻抗抗为: 即等效电电阻和电电抗为:以上是论论述了灯灯管谐谐振电感
10、感谐振振电容组组成的综综合负载载在电子子镇流器器高频电电源激励励下的电电路的容容性、感感性、阻阻性变化化的规律律。当灯管谐振电电感谐谐振电容容振荡频频率大于于电子镇镇流器激激励频率率时,电电路呈容容性。当灯管谐振电电感谐谐振电容容振荡频频率等于于电子镇镇流器激激励频率率时,电电路呈阻阻性。当灯管谐振电电感谐谐振电容容振荡频频率小于于电子镇镇流器激激励频率率时,电电路呈感感性。那么,当当电路的的容性、感感性、阻阻性变化化时,对对电子镇镇流器的的开关电电源中,开开关管的的工作波波形有什什么影响响呢? 图155荧光灯灯半桥电电路原理理图首先看当当电路呈呈阻性或或弱感性性时,晶晶体管的的工作波波形(图
11、图16):图16集电极电流波形 这这是双极极性三级级管基级级比较理理想的工工作波形形。图16三极管EB正常结电压波形 图17红色IB、兰色VCE波形13003 与 13003D (IB、VCE)* 13003D的作用明显图18三极管的工作波形图19驱动变压器初级电压电流和次级电压图20驱动变压器初级和次级电压电流1、 负载的频频率匹配配问题负载的频频率匹配配问题,是是被国内内工程师师忽视的的一个重重要问题题。说到到忽视,是是因为在在国内没没有见过过这方面面的书籍籍或有关关介绍,与与许多照照明工程程师朋友友在一起起交谈时时,多数数人不知知道电子子镇流器器的开关关电路与与负载之之间还需需要频率率匹
12、配。电子镇流流器的工工作电路路中存在在两种振振荡频率率:一种种是我们们前面提提到的开开关电路路的振荡荡频率(简简称工作作频率);另一种种R灯管管、限流流电感(LL)和启启动电容容(C)之之间的谐谐振频率率(简称称谐振频频率)。由由于谐振振电路是是开关电电路的负负载,因因此,工工作频率率与谐振振频率之之间存在在以下三三种关系系:1) 工作频率率大于谐谐振频率率时,开开关电路路的负载载呈感性性:电子镇流流器的负负载呈弱弱感性时时是最佳佳工作状状态,也也就是说说工作频频率稍快快于谐振振频率时时是最佳佳工作状状态。特特别是使使用场效效应管做做开关的的电路,由由于场效效应管本本身带有有反向并并联的阻阻尼
13、二极极管,可可以有效效抑制弱弱感性负负载产生生的浪涌涌电压;对于使使用双极极性三极极管的电电路,最最好在三三极管的的集电极极和发射射极之间间反向并并联二极极管。但但是,在在负载感感性过大大时,三三极管关关断时需需要承受受很大的的浪涌电电压冲击击,会导导致器件件应力变变差,容容易损坏坏。2) 工作频率率等于谐谐振频率率时,开开关电路路的负载载呈阻性性:大家往往往都认为为电子镇镇流器的的负载呈呈阻性时时,工作作频率与与谐振频频率相等等,L的的感抗与与C的容容抗相等等,此时时会出现现谐振电电压非常常高的现现象。实实际上,LL的铜阻阻、磁阻阻,C上上的损耗耗,灯管管并联的的因素,电电路中其其他元器器件
14、造成成的损耗耗等等,决决定了LLC的谐谐振Q值值不可能能很高。因因此,电电子镇流流器完全全可以工工作在阻阻性负载载情况下下。3) 工作频率率小于谐谐振频率率时,开开关电路路的负载载呈容性性:容性负载载对于电电子镇流流器开关关电路来来讲危害害是最大大的(致致命的)!图211 a是是开关电电路的负负载呈容容性时场场效应管管的栅极极驱动波波形,在在波形的的上升沿沿有一个个明显的的锯齿波波;图221 bb和图221 c是开开关电路路的负载载呈容性性时双极极性三极极管的基基极驱动动波形,图图21 b波形形的上升升沿有一一个明显显的锯齿齿波;图图21cc波形则则产生了了很严重重的波形形断裂,相相当于开开关
15、了两两次。这这些波形形都说明明电子镇镇流器开开关电路路是工作在硬硬开关状状态,此此时的开开关管功功耗加大大,稳升升加剧,应应力变差差,非常常容易损损坏。目目前,许许多进口口高档驱驱动芯片片都设置置有负载载属性的的检测功功能,一一旦检测测到负载载为容性性时会自自动加大大工作频频率。另另外,对对于不同同型号的的开关管管来讲,由由于结电电容不同同,容性性负载对对于驱动动波形的的影响程程度也有有所不同同,一般般情况下下,结电电容小的的开关管管所受影影响也较较小。图22灯启辉时三极管Vce及Ic异常波形n Ic尖峰峰最大值值已达55A,对对应时刻刻的Vcce电压压波形其其最大值值超过1100VV,第三三
16、个Icc电流尖尖峰最大大值下面面的Vcce电压压最大值值达到1120VV以上,三三极管因因驱动不不足脱离离饱和区区进入放放大区,瞬瞬时功率率=1220V5A=6600WW。 图22C级(红色)电流波形上的毛刺* 线路调整不好会有毛刺* 能造成三极管发热* 出现“共态导通”的可能性图23C级电流(蓝色)有害的毛刺* 如果Ic变正的初相位角0,那么这里Ic会产生一个有害的毛刺。*正确的工工作状况况,应该该是:n 电流相位位落后于于电压相相位n 滤波器(谐振回回路)之操作作类似电电感性负负载n 换流器之之切换频频率高于于滤波器器之谐振振频率n 在设计与与调整线线路时,当当磁环或或IC驱驱动正常常时,
17、晶晶体管工工作波形形基本正正常时,如如出现VVCE下下降沿与与IC电电流交叉叉出现小小三角波波时,为为电路进进入容性性,这时时,基本本的调整整方法,遵遵循工工作频率率等于谐谐振频率率时,开开关电路路的负载载呈阻性性:工作作频率大大于谐振振频率时时,开关关电路的的负载呈呈感性:工作频频率小于于谐振频频率时,开开关电路路的负载载呈容性性:的的频率匹匹配原则则,增大大镇流器器中开关关管的工工作频率率或减少少负载RRLC的的工作频频率,以以达到负负载工作作频率略略小于镇镇流器开开关管的的工作频频率的最最佳匹配配状态。n 减小负载载LRCC的振荡荡频率方方法是:增大电电感量或或增大电电容量。n 因灯管R
18、R与电感感L电容容C共同同组成一一个负载载单位,当当灯管冷冷阻、灯灯管电压压、灯管管电流以以及其它它异常时时,会引引起灯管管阻抗、启启动特性性变化,进进而引起起与镇流流器的阻阻抗的频频率匹配配发生变变化,导导致镇流流器损坏坏,灯管管寿命短短。因此此,灯管管的参数数必须固固化。要求:从从镇流器器低压工工作,到到高压工工作,从从低温到到高温,都都不能出出现以上上三种异异常工作作波形。图24三三级管损损耗图红色为IIC波形形,兰色色为VCCE电压压波形,两两者交叉叉部分越越大,三三级管损损耗越大大,温度度越高。 图图25图25是是一个EB过驱驱动波形形。根据以上上分析可可以得出出一个结结论:电电子镇
19、流流器开关关电路的的最佳负负载只能能是阻性性或者弱弱感性。并并且从启启动到正正常工作作的全过过程,都都要始终终保证负负载为阻阻性或者者弱感性性。第二章 频率匹配配的具体体操作方方式 匹匹配的目目的:aa.使晶晶体管工工作处于于安全状状态 b.使使阴极在在启动时时与工作作时不受受损伤。今天主要要讲怎样样在启动动时与工工作时,使使电子粉粉少受损损失。启动过程程中怎样样减少电电子粉溅溅谢与蒸蒸发?第一节 不不用预热热器件的的变频预预热启动动方法 首先弄弄清以下下几个概概念: 起起振电压压:将镇镇流器与与灯管接接在测试试仪上,转转动调压压器(从从0向上上调)到到仪器上上看到有有电流出出现时的的电压,也
20、也表示镇镇流器开开始工作作时电压压。 启辉电电压:继继续转动动调压器器,到灯灯管完全全亮的电电压。 最低低预热电电压,时时间为550V:也就是是从镇流流器起振振到灯管管完全亮亮,最少少有500V的电电压间隔隔,就能能有效实实现预热热。 550v为为时间步步长概念念。 为什什么叫变变频预热热呢? 因为镇流流器与灯灯管阻抗抗不匹配配,在负负载中加加入L(电感)C(电电容),形形成振荡荡频率,洲洲然对电电子镇流流器的工工作点产产生实质质性响应应,因此此节能灯灯的匹配配,应该该叫频率率匹配。 当当镇流器器电源频频率与LLCR频频率相等等时,电电路呈阻阻性特点点。能实实现最快快速启动动。 当当镇流器器电
21、源频频率小于于LCRR频率时时,电路路呈容性性,炸三三级管。 当镇流器器电源频频率大于于LCRR频率时时,电路路呈感性性,因而而略有阻阻抗略失失配,导导致有一一段失谐谐过程,灯灯管启动动有延时时,这一一延时,就就是对阴阴级加电电流,预预热的一一段时间间。 不用预热热元件的的变频预预热方法法,就是是利用这这一特点点,使LLCR工工作频率率略低于于电源工工作频率率,将谐谐振时间间延长,使使灯丝上上有电流流流过,灯灯管却不不启动,达达到预热热的目的的。 ICC芯片镇镇流器也也是利用用此原理理预热的的。 调试技巧巧:起振振电压应应尽量在在DB33触发时时起振,易易控制预预热电压压时间;启辉电电压222
22、0V时时控制在在1200V以下下,就可可以控制制灯丝工工作电流流不超标标;预热热电压时时间大于于50VV,预热热时间越越充分,开开关寿命命越长。 因因预热时时间不能能向预热热器件那那样可控控,预热热时间较较短,同同样该方方式不能能缩小辉辉光放电电时间,灯灯管开关关寿命不不能延长长到几万万次,只只能在1100000次左左右。 第二节 PTC预预热方法法PTC预预热方法法: 1.未未加pttc预热热电压的的选择: 为防防止预热热灯丝电电流过大大、预热热失效,未未加PTTC时预预热电压压选择是是重中之之重。一一般选择择50VV灯管就就须启动动,最大大不得超超过800V,否否则预热热最佳状状态将失失去
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