電子鎮(zhèn)流器(Electronic ballast),是鎮(zhèn)流器的一種,是指采用電子技術(shù)驅(qū)動(dòng)電光源,使之產(chǎn)生所需照明的電子設(shè)備。與之對(duì)應(yīng)的是電感式鎮(zhèn)流器(或鎮(zhèn)流器)。現(xiàn)代日光燈越來越多的使用電子鎮(zhèn)流器,輕便小巧,甚至可以將電子鎮(zhèn)流器與燈管等集成在一起,同時(shí),電子鎮(zhèn)流器通常可以兼具啟輝器功能,故此又可省去單獨(dú)的啟輝器。電子鎮(zhèn)流器還可以具有更多功能,比如可以通過提高電流頻率或者電流波形(如變成方波)改善或消除日光燈的閃爍現(xiàn)象;也可通過電源逆變過程使得日光燈可以使用直流電源。傳統(tǒng)電感式整流器的一些缺點(diǎn)使它正在被日益發(fā)展成熟的電子鎮(zhèn)流器所取代。
電子節(jié)能鎮(zhèn)流器是由一些電子元器件構(gòu)成的,它實(shí)際上就是大功率晶體管高頻開關(guān)振蕩電路。晶體管開關(guān)振蕩電路的形式有單管振蕩型、雙管串聯(lián)推挽振蕩型、雙管并聯(lián)推挽振蕩型,以及雙管互補(bǔ)推挽振蕩型。目前世界上普遍應(yīng)用的電子節(jié)能鎮(zhèn)流器電路大多為串聯(lián)推挽振蕩型,振蕩頻率為20~60kHz。
電子鎮(zhèn)流器原理:
電子節(jié)能鎮(zhèn)流器基本電路
整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4組成橋式整流電路,與濾波電容C1相配合,構(gòu)成電子鎮(zhèn)流器開關(guān)振蕩源電路的直流供電電源。電阻R1與電容C2組成積分電路,與二極管VD5、觸發(fā)二極管VD(DB3)構(gòu)成起動(dòng)電路。三極管V1與V2以及繞在同一磁環(huán)上的高頻變壓器T(L1L2L3)構(gòu)成變壓器反饋串聯(lián)推挽式開關(guān)振蕩電路,也稱逆變電路或稱變流器,振蕩頻率為20~60kHz。電阻R2、電容C3構(gòu)成了變流器的過壓保護(hù)電路。電阻R5、R6為限流保護(hù)電路,同時(shí)還起到了V1、V2的緩沖保護(hù)作用。二極管VD6、VD7則起到鉗位穩(wěn)壓作用,使V1、V2兩只大功率三極管的開關(guān)振蕩工作狀態(tài)更趨穩(wěn)定,而電感線圈L4、電容C4、C5則構(gòu)成了串聯(lián)諧振輸出電路。
電子節(jié)能鎮(zhèn)流器工作原理及元件選擇的原則
電子節(jié)能鎮(zhèn)流器工作時(shí)220V的交流電源經(jīng)VD1~VD4橋式整流及C1濾波后變?yōu)?10V左右的直流電壓,給V1、V2晶體三極管逆變電路提供工作電壓。濾波電容C1在充放電過程中,會(huì)使供電線路中電壓波形產(chǎn)生畸變。基于這個(gè)問題,C1的容量宜小不宜大。但容量太小又會(huì)使直流電源的濾波不良,熒光燈管易產(chǎn)生閃爍或亮度不穩(wěn)的現(xiàn)象,以及電容C1、V1、V2產(chǎn)生過高的溫度而燒毀。對(duì)于20~40W的電子節(jié)能鎮(zhèn)流器,C1一般取值為10~20μF,耐壓要400V的電解電容器;整流二極管通常采用1A/1000V的1N4007整流二極管。若耐壓太低,整流二極管有燒毀的危險(xiǎn)。
當(dāng)電子鎮(zhèn)流器加電工作時(shí),整流后的直流工作電壓首先加入R1、C2、VD5、DB3所組成的起動(dòng)電路,直流電源通過R1加到電容器C2上,C2開始充電。當(dāng)C2上所充電達(dá)到觸發(fā)二極管DB3的轉(zhuǎn)折電壓時(shí),觸發(fā)二極管由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。積分電容C2所儲(chǔ)存的電荷經(jīng)觸發(fā)二極管加于三極管V2的基極上,產(chǎn)生基極電流,從而激勵(lì)三極管V2的導(dǎo)通。 觸發(fā)二極管DB3轉(zhuǎn)折電壓的高低,對(duì)V2的導(dǎo)通工作狀態(tài)有一定的影響。DB3的轉(zhuǎn)折電壓越高,則積分電容C2上所儲(chǔ)存的電荷也越高,也就越容易激勵(lì)V2導(dǎo)通工作;反之則V2不易觸發(fā)導(dǎo)通;但這個(gè)轉(zhuǎn)折電壓也不能太高。
因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)折電壓的提高,觸發(fā)電壓也相應(yīng)提高,過高的觸發(fā)電壓對(duì)三極管V2是個(gè)威脅,要相應(yīng)的提高三極管耐壓值。故,這個(gè)轉(zhuǎn)折電壓是個(gè)適可而止的電壓值。一般選用轉(zhuǎn)折電壓為20~35V的觸發(fā)二極管。 積分電容C2的容量大小也會(huì)影響到電路的起動(dòng)特性,C2容量越大,所儲(chǔ)存的電荷也就越高,對(duì)V2基極提供的激勵(lì)電壓也就越高,三極管V2也就越容易工作在導(dǎo)通狀態(tài)。但C2容量如果太大,其上儲(chǔ)存的電荷太高的話,會(huì)有擊穿DB3觸發(fā)二極管的危險(xiǎn)。一般在20~40W的電子鎮(zhèn)流器中C2取值0.01~0.22μF之間,其耐壓只要有63V即可應(yīng)用。
起動(dòng)電路只是在電子鎮(zhèn)流器剛開始工作的瞬間起作用,待V1、V2的逆變電路進(jìn)入正常的開關(guān)振蕩工作狀態(tài)后,則不再需要起動(dòng)電路的觸發(fā)電壓了。這時(shí)逆變電路中只利用振蕩變壓器T的L2、L3兩組線圈的反相位關(guān)系,使V1導(dǎo)通時(shí),V2被強(qiáng)迫關(guān)斷截止;V2導(dǎo)通時(shí),V1又被強(qiáng)迫關(guān)斷截止。若此時(shí)觸發(fā)電路仍在工作,則V1在導(dǎo)通的過程中,V2也被觸發(fā)電路同時(shí)激勵(lì)導(dǎo)通,就會(huì)使V1、V2兩只大功率三極管呈現(xiàn)“共態(tài)導(dǎo)通”現(xiàn)象,同時(shí)出現(xiàn)短路狀態(tài),整機(jī)電流急劇增高,致使三極管或其他元件被燒毀。所以“共態(tài)導(dǎo)通”的現(xiàn)象是相當(dāng)危險(xiǎn)的,應(yīng)嚴(yán)禁此情況的發(fā)生。
為避免上述“共態(tài)導(dǎo)通”現(xiàn)象的發(fā)生,起動(dòng)電路中設(shè)置了放電二極管VD5。它與V2配合,當(dāng)V2導(dǎo)通后,V1此時(shí)呈截止?fàn)顟B(tài),VD5正端電位高于負(fù)端電位,VD5導(dǎo)通,使積分電容C2上儲(chǔ)存的電荷通過VD5與V2泄放掉;在V1導(dǎo)通V2截止期間,VD5負(fù)端電位高于正端電位,VD5截止,VD5雖不再起放電作用,但由于R1的阻值較大,C2的充電速度慢,不待C2上的電荷充到DB3的轉(zhuǎn)折電壓時(shí)V2已導(dǎo)通,V1已截止了,二極管VD5就是為專門泄放C2上的電荷而設(shè)置的。
振蕩變壓器是由高頻鐵氧體磁環(huán)及3組反饋線圈構(gòu)成的。當(dāng)DD3觸發(fā)二極管出現(xiàn)于雪崩狀態(tài)而導(dǎo)通時(shí)給三極管V2的基極輸入一個(gè)正電位的觸發(fā)信號(hào)時(shí),V2導(dǎo)通工作。其輸出電壓加于L1及L4、C4、C5的串聯(lián)諧振電路上,串聯(lián)諧振電路得到了V2的充電作用;在L1給L4、C4、C5串聯(lián)諧振電路充電的同時(shí),它的一部分信號(hào)電壓通過L1、L3的互感交連作用又反饋到V2基極輸入回路的L3線圈。由于L1與L3兩個(gè)線圈的相位相反,促使V2基極電位轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電位,V2迅速截止關(guān)閉;與此同時(shí)L1與L2線圈也通過互感交連關(guān)系,將一部分信號(hào)電壓反饋給另一個(gè)三極管V1。由于L1與L2的相位相同,V1瞬時(shí)得到正電位的激勵(lì)信號(hào)電壓而迅速導(dǎo)通。
V1導(dǎo)通后,將V2供給串聯(lián)諧振回路的振蕩電壓短路泄放掉,一個(gè)振蕩周期完成。這意味著V2等效于串聯(lián)諧振回路的一個(gè)充電電路;而V1等效于串聯(lián)諧振電路的一個(gè)放電電路。充電與放電的速度是按串聯(lián)諧振回路的固有頻率完成的。也就是說振蕩電路的振蕩頻率是由串聯(lián)諧振電路的時(shí)間常數(shù)決定的。 在上一個(gè)周期結(jié)束時(shí),振蕩變壓器的磁心已呈飽和狀態(tài),磁力線不但不再增加反而急劇減小。由于L1自感電動(dòng)勢(shì)的作用,使L1兩端的電壓相位發(fā)生翻轉(zhuǎn)變化。使V2的基極輸入反饋線圈L3的相位變?yōu)樯险仑?fù),V2又重新導(dǎo)通,進(jìn)入下一個(gè)振蕩周期。R1、C2、VD5、DB3組成的起動(dòng)電路只是在電子鎮(zhèn)流器接通電源的瞬間起一下起動(dòng)作用。而在電子鎮(zhèn)流器進(jìn)入正常工作狀態(tài),起動(dòng)電路不再起作用。
我們知道,在串聯(lián)諧振電路諧振時(shí),其電感及電容上的電壓比外加電壓大許多倍。電子鎮(zhèn)流器正是利用這個(gè)原理,使C5兩端相當(dāng)高的高頻高壓電點(diǎn)燃熒光燈的。因?yàn)椋瑹艄芷饎?dòng)時(shí)的電壓高低與C5和L4兩個(gè)元件有較大的關(guān)系。當(dāng)線圈與電容器的Q值越高時(shí),起動(dòng)電壓也就越高。當(dāng)電子鎮(zhèn)流器難以起動(dòng)熒光燈管時(shí),可以將C5的容量適當(dāng)減小來提高回路的Q值;但Q值太高時(shí),會(huì)影響到熒光燈的壽命。因此,C5的容量也不可太小。在電子鎮(zhèn)流器中C5的容量一般取0.01~0.022μF。當(dāng)電感線圈L4出現(xiàn)漏電故障時(shí),Q值也會(huì)隨之降低,使燈管不易起輝點(diǎn)燃。
在開關(guān)振蕩管V2關(guān)閉截止而V1導(dǎo)通的瞬間,電感線圈L4及電容C1上的電壓疊加于一起,此時(shí)V2將承受近千伏的高壓,致使V2擊穿損壞;電感線圈上的高壓產(chǎn)生是由于在電感線圈的電流突然流通又突然中斷的過程中,線圈本身的自感電動(dòng)勢(shì)與外加電壓疊加產(chǎn)生的,那么,我們就要設(shè)法不讓電感線圈L4中的電流突然中斷,而是緩慢的變化。為達(dá)到上述目的,在電路上設(shè)置電容器C3。它的作用是,當(dāng)V2截止關(guān)閉時(shí),給電感線圈L4提供了一個(gè)緩沖的泄放電流的通路;而電阻R2則構(gòu)成了V1的保護(hù)電阻,使V1在截止關(guān)閉期間產(chǎn)生的反峰壓由電阻R2泄放到C3,由C3緩沖釋放到串聯(lián)諧振回路;R2同時(shí)還有協(xié)助電路易于起動(dòng)的作用。
鉗位二極管VD6、VD7與R5、R6組成了V1、V2振蕩管發(fā)射結(jié)的保護(hù)作用;R5、R6對(duì)振蕩變壓器T的反饋線圈L2、L3涌浪電流起到了一個(gè)緩沖的作用。當(dāng)L4、L3的磁場(chǎng)能泄放時(shí)所產(chǎn)生過高的反峰電壓能迅速使VD6、VD7導(dǎo)通,從而可避免V1、V2發(fā)射結(jié)發(fā)生反向擊穿。R5、R6、VD6、VD7同時(shí)還穩(wěn)定了V1、V2的直流工作點(diǎn),即對(duì)V1、V2的基極偏置起到了鉗位作用,使振蕩源的工作更趨穩(wěn)定。 在熒光燈管正常起動(dòng)工作后,由于熒光燈管的內(nèi)阻降低,使串聯(lián)諧振回路的Q值急劇降低,使諧振回路失諧。此時(shí)C5只等效于一個(gè)高阻值電阻并聯(lián)在熒光燈管兩端;而電感線圈L4則只起到鎮(zhèn)流作用。
電子鎮(zhèn)流器的基本分類:
按安裝模式
(1)獨(dú)立式
(2)內(nèi)裝式
(3)整體式
按性能特點(diǎn)
(1)普通型,0.6≥120%90%1.4~1.6高頻化使之小型、輕、有節(jié)電功能;
(2)高功率因數(shù)型H級(jí),≥0.9≤30%≤18%1.7~2.1采用無源濾波和異常保護(hù);
(3)高性能電子鎮(zhèn)流器L級(jí),≥0.95≤20%≤10%1.4~1.7有完善的異常保護(hù)功能,電磁兼容;
(4)高性價(jià)比電子鎮(zhèn)流器L級(jí),≥0.97≤10%≤5%1.4~1.7集成技術(shù)和恒功率電路設(shè)計(jì),電壓波動(dòng)影響照度小;
(5)可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器,≥0.96≤10%≤5%≤1.7采用集成技術(shù)和有源可變頻率諧振技術(shù)。