节能灯电子镇流器工作原理_.docx
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1、节能灯电子镇流器工作原理_节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理这几年来,电子镇流荧光灯行业持续大发展,产品水平不断提高,中国在世界上作为节能灯大国的地位已经确立;中国还要进一步成为节能灯强国,这就需要对产品技术和相应的技术基础理论进行进一步的探索。在对灯用三极管损坏机理的深化研讨中,笔者感到这以前对荧光灯电子镇流工作原理的描绘越来越知足不了需要,甚至其中还有错误之处,有必要对其进行更深化仔细的研究讨论。为避免复杂的数学推导,本文用较多的实测波形图加以讲明。电子镇流器工作最基本的原理是把50HZ的工频沟通电,变成20-50KHZ的较高频率的沟通电,半桥串联谐振
2、逆变电路中上下两个三极管在谐振回路电容、电感、灯管、磁环的配合下轮流导通和截止,把工频沟通电整流后的直流电变成较高频率的沟通电。但是,详细工作经过中,不少书刊上把谐振回路电容充放电作为主要因从来描绘,甚至以为“振荡电路的振荡频率是由振荡电路充放电的时间常数决定的。我们感到谐振回路电容充电和放电是变流经过中的一个重要因素,但是,振荡电路的振荡频率却不能讲就是由振荡电路的充放电时间常数决定的,电路工作状态下可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率变化曲线的饱和点和三极管的存储时间ts是工作周期的重要决定因素。三极管开关工作的详细经过中,不少书刊以为“基极电位转变为负电位使导通三极管转变为截止,T1(磁环)饱
3、和后,各个绕组中的感应电势为零“VT1基极电位升高VT2基极电位下降;我们以为实际工作情况不是这样的。一、三极管开关工作的三个重要转折点:1、三极管如何由导通转变为截止第一个转折点:不管是图1用触发管DB3产生三极管的起始基极电流Ib,还是基极回路带电容的半桥电路由基极偏置电阻产生三极管VT2的起始基极电流Ib,三极管的Ib产生集电极电流Ic,通过磁环绕组感应,强烈的正反应使Ic迅速增长,三极管导通,那么三极管是如何由导通转变为截止的?图1原理图节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理图2磁环磁化曲线与三极管Vce、Ic、Ib实践证实,三极管导通后其集电极电流Ic增长,其导通转变为截止
4、的经过有两个转折点,首先是可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率的饱和点。图2中上面为磁环磁化曲线(B-H)及磁导率-H变化曲线,=B/H,所以就是B-H曲线的斜率,开场时随着外场H的增加而增加,当H增大到一定值时到达最大,其最大值为-H曲线的峰值即可饱和脉冲变压器磁导率的峰值。此后,外场H增加减小。在电子镇流荧光灯电路中,磁环工作在可饱和状态,它在每次磁化经过中其值必须过其峰值。在初期可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率随着Ic的增长而增长(图2);Ic增长到一定值,可饱和脉冲变压器的磁导率过图2中峰值点,磁环绕组感应电压V环=-Ldi/dt,而磁环绕组电感量(此公式还讲明了磁环尺寸在这方面的作用),也就
5、是讲磁环绕组感应电压与可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率成正比,磁环绕组感应电压V环过峰值(关于磁环绕组内电流的情况在本文后面讲明,这里先以实测波形图讲明),三极管基极电流Ib同步过峰值(图2、图3),图2下半部分为三极管Vce、Ic、Ib波形图,图2上半部分和下半部分有一根垂直的联线,把基极电流Ib的峰值点和可饱和脉冲变压器的磁导率的峰值点联络到了一起,这是外部电路改变三极管工作状态的重要信号点,也就是三极管由导通转变为截止的第一个转折点。随节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理着V环的下降Ib也下降,但这时基区内部的电压仍然是正的,当磁环绕组感应电压V环低于基区内部的电压时(基区外电
6、路所加电压下降到低于基区内部的电压但仍然是正的),少数的载流子就从基区流出.基极电流反向为负值Ib2(图3红色曲线2);图3显示了三极管基极电流Ib峰值(红色曲线2)和磁环绕组感应电压峰值(兰色曲线1)是同步的,过峰值后基极电流反向为负值。在这期间,基区电流(称为IB2)是负,但是VCE维持在饱和压降VCEsat(图4兰色曲线1),而IC电流正常流动(图4红色曲线2),这时期对应存储时间(Tsi)。在这段时间Vbe始终是正的,但是基区电流(称为IB2)是负的。有的书上讲导通管的关闭是由于其基极电位转变为负电位,也有的书上讲“T1(磁环)饱和后,各个绕组中的感应电势为零,这不符合实际情况,从波形
7、图上我们能够清楚地看到这段时间Vbe始终是正的。导通管的基极电位转变为负电位是在Ic存储结束,流过磁环绕组的电流到达峰值-Ldi/dt等于零的时刻之后,而不是在Ic存储刚开场的时刻。图3磁环绕组感应电压V环及三极管基极电流Ib图4三极管电压Vce及基极集电极电流IbIc节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理不少书刊讲导通管的关闭是由于其基极电位转变为负电位,这里多加几幅插图加以讲明。从图5能够看到在整个三极管集电极电流Ic导通半周期内,其基极电压Vbe都是正的,一直到Ic退出饱和开场下降;从图6能够看到在整个三极管集电极电流Ic导通半周期内,其磁环绕组感应电压V环也都是正的,一直到I
8、c退出饱和开场下降才开场下降变负。图5三极管集电极电流Ic及基极电压Vbe图6三极管集电极电流Ic及磁环绕组感应电压V环比拟图5和图6能够看到在三极管集电极电流Ic接近最大值,也就是三极管进入存储工作阶段时VbeV环,这可以以用来解释IB2是负值的原因。基极电流反向为负值是由于三极管进入存储工作阶段时VbeV环,但是,由于V环是正的,而不是负的,所以基极电流反向电流是“流出来的,而不是“抽出来的。磁环次级绕组电压是由流经电感的电流-di/dt所决定,过零点在峰值点,即电流平顶点(图节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理7);经过电感流向灯管的电流IL,在磁环绕组和扼流电感上产生感应电
9、压,其过零点为IL的峰值顶点(di/dt=0)(图8),这里可以以看到V环变负的真正时间。图7磁环次级绕组电流及两端电压图8电感电流及两端电压VL2、三极管从存储结束退出饱和,到三极管被彻底关断(tf):第二个转折点及第三个转折点(1)、三极管进入存储时间阶段,Ib变为负值并一直维持(图4绿色曲线A);三极管存储结束退出饱和:当Ib负电流绝对值开场减小的时刻(图4绿色曲线A),也就是Ic存储结束开场减小(图4红色曲线2),Vce离开饱和压降Vcesat开场上升的时刻(图4兰色曲线1),这也就是三极管由导通转变为截止的第二个转折点。整个经过也由两部分组成,开场很快降低,后面还有很长一段电流很小的
10、拖尾。节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理当没有残余电荷在基区里面时,IB2衰减到零,而IC也为零,这是下降时间,三极管被彻底关断,BC结承当电路电源电压,一般应为310V左右(图4绿色曲线A上毛刺对应的时刻兰色曲线1Vce值为314V)。也就是三极管由导通转变为截止的第三个转折点。在第二个转折点到第三个转折点之间这段时间,Vce离开饱和压降Vcesat,开场上升到电路电源电压。(图4兰色曲线1)(2)、电感电流IL与上下两个三极管集电极电流Ic1、Ic2的关系,C3R2的作用(关断经过之二):在第二个转折点与第三个转折点之间Ic1Ic2的波形有一个缺口,IL波形没有缺口图9上管集
11、电极电流Ic1与下管集电极电流Ic2之间的缺口图10流过R2C3的电流和Vce电压波形节能灯电子镇流器工作原理节能灯电子镇流器工作原理三极管Ic存储结束,电流开场快速下降,后面还有很长一段电流很小的拖尾;在这个时候另一个三极管仍然是截止的,还没有开场导通,这样就会造成一个电流缺口(图9)。但是电感L上的电流是不可能中断的,这个缺口由上管CE之间的R2C3的充放电电流来填补(图10)。上管从Ic存储结束,Vce开场上升,整个经过也有二部分组成,开场很快降低,后面还有很长一段电流很小的拖尾,Vce从零上升到310V,C3也得充电到310V,其充电电流即为填补缺口的那部分电流(图10),电感L中的电
12、流得以平滑过渡。Vce从零上升到310V,C3也得以充电到310V的那一时刻,其充电电流被关断。VT1从截止转为导通时,R2C3放电,其放电电流填补电流缺口。对于这一点,有的书上是这样讲的:“C3R2组成相位校正网络,使输出端产生的基频电压同相讲的应该就是这个意思。R2C3的存在,实际上也避免了两个三极管电流的重叠,即一个三极管尚未关断,另一个三极管已经导通,所谓“共态导通的问题,提供了一个“死区时间。3、三极管是如何由截止转变为导通的?有的书刊上讲是三极管基极通过磁环次级绕组“得到正电位的鼓励信号电压而迅速导通,实际上三极管Ic存储结束的这一时刻开场,磁环次级绕组的电压即过零开场变为正电位,
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