杭州金宇電子有限公司 包國(guó)雄

伴隨國(guó)內(nèi)外“綠色照明工程”的啟動(dòng)，電子鎮(zhèn)流節(jié)能照明得到廣泛發(fā)展。電子鎮(zhèn)流器因其節(jié)能節(jié)電、高效的優(yōu)良特性，能有效地緩解能源緊張趨勢(shì)和控制環(huán)境污染。然而，不同的電子鎮(zhèn)流器因其某些性能（如功率因數(shù)、諧波干擾、啟動(dòng)特性等）的不同，導(dǎo)致其優(yōu)勢(shì)顯著性差異較大，其中功率因數(shù)就是影響電子鎮(zhèn)流器特性優(yōu)勢(shì)的重要性能參數(shù)。本文將闡述電子鎮(zhèn)流器的基本工作原理、主要性能指標(biāo)及元件選用，并主要從功率因數(shù)的概念、性能影響、改善提高等方面進(jìn)行論述。

一、電子鎮(zhèn)流節(jié)能熒光燈的基本工作原理

圖1所示電路采用了電容延遲陰極預(yù)熱啟動(dòng)式串聯(lián)推挽自激振蕩電路。當(dāng)220V交流電加到輸入端后，通過橋式整流、逐流濾波，產(chǎn)生約260V的直流電壓，給VT1、VT2組成的開關(guān)振蕩電路提供直流工作電源。電容器C3、C6、電阻R3等元件提供一個(gè)基極偏流，由于電解電容C6有充電飽和過程，VT2首先延時(shí)導(dǎo)通。直流電壓通過C7、C、L、L3、VT2組成的串聯(lián)諧振回路對(duì)電容器C充電，與此同時(shí)，L3繞組產(chǎn)生上正下負(fù)的電勢(shì)，由于振蕩線圈的L3、L2繞組相位相反，L3、L1繞組相位相同，相互反饋后L2將產(chǎn)生上負(fù)下正的電勢(shì)，L1將產(chǎn)上正下負(fù)的電勢(shì)，VT2飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，VT1由截止變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通。VT1導(dǎo)通后，電容器C儲(chǔ)存的電荷通過由燈絲、C7、VT1、L3、L組成的串聯(lián)諧振回路加到VT1的集、射極放電。C在放電過程中，由于振蕩變壓器磁芯磁通飽和作用，使L3繞組電位變?yōu)樯县?fù)下正，此時(shí)通過反饋線圈L3、L1、L2的作用，L1繞組轉(zhuǎn)變?yōu)樯县?fù)下正，L2繞組電位轉(zhuǎn)變?yōu)樯险仑?fù)，VT1截止，VT2導(dǎo)通，下一個(gè)振蕩周期開始。VT1、VT2的輪流導(dǎo)通與截止，使電路產(chǎn)生振蕩。

振蕩電流在通過L、C、C7等串聯(lián)元件時(shí)使串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振，C兩產(chǎn)生高頻高電壓，使熒光燈管啟輝點(diǎn)燃。燈管啟動(dòng)時(shí)電壓高低與C、L兩個(gè)元件有較大的關(guān)系。諧振回路的Q值（品質(zhì)因數(shù)）越高，啟動(dòng)電壓也越高。從公式：Q可知，C的容量減小能提高諧振回路Q值，從而使熒光燈管易于啟動(dòng)，但Q值太高會(huì)影響熒光燈的壽命，因而C的容量也不能太小。燈管點(diǎn)燃后，由于其內(nèi)阻降低，使串聯(lián)諧振電路失諧，C將等效成一只高阻值的電阻與燈管并聯(lián)，起到限幅穩(wěn)壓的作用，而L則起到鎮(zhèn)流作用。串聯(lián)諧振的頻率可根據(jù)公式：本電路的振蕩頻率約為33.6KHZ。

二、電子鎮(zhèn)流器主要性能指標(biāo)

電子節(jié)能鎮(zhèn)流器，在照明市場(chǎng)用量巨大，嚴(yán)格要求該產(chǎn)品的性能指標(biāo)顯得尤為重要。目前市場(chǎng)上出售的許多低價(jià)的電子節(jié)能照明產(chǎn)品，普遍不能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，有的甚至與國(guó)標(biāo)相差很遠(yuǎn)，如實(shí)際功率與標(biāo)稱值不符、光通量不夠、功率因數(shù)低（僅有0.6左右）、諧波干擾大、壽命短等。電子鎮(zhèn)流器主要性能指標(biāo)額定電壓、額定頻率、額定功率、功率因數(shù)（越接近1.0越好）、啟動(dòng)特性及安全性等。

三、功率因數(shù)的概念、性能影響及其改善

我們知道，L、C元件是貯能元件，由于貯能元件參與作用，致使在交流電路中除了有能量消耗外，還存在電磁能量的往返傳遞，因而使電路的功率問題變得復(fù)雜。鎮(zhèn)流器電路可以看成一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)。在圖2A中由于貯能元件的作用，其端口電壓有效值（U）和電流有效值（I）將存在相位差φ。反映了二端網(wǎng)絡(luò)的視在功率S、有功功率P及無功功率Q的相互關(guān)系，即：

在一定大小的電壓、電流下，負(fù)載獲得的有功功率大小取決于Cosφ，即有功功率和視在功率的比值，稱Cosφ的值為二端網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)。二端網(wǎng)絡(luò)有感性、容性和純電阻性之分。純電阻性二端網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)Cosφ=1，其有功功率與視在功率數(shù)值相等；感性（電流滯后）、容性（電流超前）二端網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)Cosφ<1。本文敘述的電子鎮(zhèn)流器端口是呈容性的，即端口電流有效值I超前電壓有效值U。

電子鎮(zhèn)流器作為電氣線路中的負(fù)載，其功率因數(shù)將影響供電線路上的電能損耗，影響供電效率和質(zhì)量。在圖2B所示供電線路模型中，ZA和ZB分別代表負(fù)載和線路阻抗，P1、P2分別代表電源提供的有功功率和負(fù)載吸收的有功功率，由公式：I=P2/(U2Cosφ)，在U2、P2一定的情況下，提高負(fù)載的功率因數(shù)Cosφ，將使I減小，從而使線路上電能損耗I2R減小。供電效率η=P2/P1=P2/(P2+I2R)，顯然η將由于功率因數(shù)的提高而得到提高。

四、功率因數(shù)的提高改善

普通電感鎮(zhèn)流熒光燈由于銅損、鐵損嚴(yán)重，功率因數(shù)在0.5左右，電子鎮(zhèn)流節(jié)能熒光燈在這方面明顯優(yōu)于電感式鎮(zhèn)流熒光燈。但在一般的電子鎮(zhèn)流器中由于橋式整流、大容量電解電容器濾波電路直接作用于交流電源，使交流輸入電流不再呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，而是畸變成尖峰脈沖波形，它不但使電路的電磁諧波含量增加，而且使電路的功率因數(shù)大大降低，一般只有0.6左右。常規(guī)電子鎮(zhèn)流器的整流、濾波電路如圖2C。為了提高節(jié)能熒光燈的功率因數(shù)，改善諧波特性，必須對(duì)逆變器前面的電源電路進(jìn)行改進(jìn)。

圖2D所示是改進(jìn)后的電路，D5、D6、D7、C1、C1組成無源逐流濾波電路，它代替了圖C電路中的濾波電解電容器。逐流濾波電路的工作過程是：交流輸入電壓VAC在正半周以正弦規(guī)律上升變化時(shí)，在1/4周期內(nèi)橋式整流二極管D1、D4導(dǎo)通，VAC給負(fù)載供電，整流輸出電壓VDC向C1、D6、C2充電，VDC隨著VAC升高而增高，直至最大直流電壓VDCM，此時(shí)VC1=VC2≈VDCM/2。D5、D7正極電位低于負(fù)極電位，因而反偏截止，這期間C1、C2由于沒有放電回路，一直處于充電狀態(tài)；在交流輸入電壓VAC的正半周過1/4周期后，即T/4≤t≤T/2，VAC從峰值VACM開始下降，整流輸出電壓VDC隨著VAC下降而下降，當(dāng)VDC下降到VDCM/2時(shí)，D5/D7正負(fù)極電位相等，此后，VDC下降，D5、D7正極電位開始高于負(fù)極電位，兩個(gè)二極管開始導(dǎo)通。C1、C2儲(chǔ)存的電荷通過逆變電路、D5、D6放電，逆變電路（即負(fù)載）得到一個(gè)續(xù)流電流，VDC逐漸降低。當(dāng)VAC正半周過后，D1、D4開始反偏截止，重復(fù)VAC正半周時(shí)的工作過程。D5、D6、D7、C1和C2不停地進(jìn)行上述循環(huán)工作，得到如圖3(b)所示的的準(zhǔn)正弦波。這種交流輸入電流IAC波形連續(xù)不斷，其波形包絡(luò)線已接近正弦波，如圖3(a)。經(jīng)過功率因數(shù)校正電路后的直流輸出電壓如圖3(c)所示。這個(gè)直流輸出電壓比常規(guī)的橋式整流電解電容濾波輸出電壓低一些，交流220V輸入，直流約250V輸出。為了發(fā)揮無源逐流濾波電路的最大效能，在交流輸入端再加上由電感線圈L1、L2組成的平衡諧波濾波電路。該電路對(duì)濾除交流輸入電流中的多次諧波有顯著作用。電源電路經(jīng)過上述改進(jìn)后，電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)可高達(dá)0.96，三次電流諧波含量可降至20%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1

圖2

圖3

元件選用方面，電路中的二極管選用小體積、高反壓塑封整流二極管，以1N400系列整流二極管應(yīng)用最多。平衡諧波濾波器采用鐵氧體磁環(huán)。鐵氧體是軟磁性材料，具有高頻損耗小，品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，適合于電子鎮(zhèn)流器。我們?cè)谶x用磁芯、磁環(huán)時(shí)，應(yīng)選用錳鋅（MX）鐵氧體，而不能選鎳鋅（NX）鐵氧體（否則將達(dá)不到我們所需要的電感量）

五、結(jié)束語

電子節(jié)能鎮(zhèn)流器是由數(shù)種電子元器件構(gòu)成，實(shí)際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。也有采用集成模塊的電子鎮(zhèn)流器，具有功率因數(shù)高、諧波干擾小、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，但從性價(jià)比看，這種電子鎮(zhèn)流器及節(jié)能燈優(yōu)勢(shì)并不明顯。電子鎮(zhèn)流器及節(jié)能燈只有達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，才能真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，列入“綠色照明工程”的行列。

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