如何實現(xiàn)設(shè)計一款電子鎮(zhèn)流器？

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)動電光源，使之產(chǎn)生所需照明的電子設(shè)備。與之對應(yīng)的是電感式鎮(zhèn)流器(或鎮(zhèn)流器)?，F(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，電子鎮(zhèn)流器通?？梢约婢邌⑤x器功能，故此又可省去單獨的啟輝器。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使它正在被日益發(fā)展成熟的電子鎮(zhèn)流器所取代。

0世紀(jì)70年代出現(xiàn)了世界性的能源危機(jī)，節(jié)約能源的緊迫感使許多公司致力于節(jié)能光源和熒光燈電子鎮(zhèn)流器的研究，隨著半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展，各種高反壓功率開關(guān)器件不斷涌現(xiàn)，為電子鎮(zhèn)流器的開發(fā)提供了條件，70年代 末，國外廠家率先推出了第一代電子鎮(zhèn)流器，是照明發(fā)展史上一項重大的創(chuàng)新。由于它具有節(jié)能等許多優(yōu)點，引起了全世界的極大關(guān)注和興趣，認(rèn)為是取代電感鎮(zhèn)流器的理想產(chǎn)品，隨后一些著名的企業(yè)都投入了相當(dāng)?shù)娜肆Α⑽锪磉M(jìn)行更高一級的研究與開發(fā)。由于微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，促進(jìn)了電子鎮(zhèn)流器向高性能高可靠性方向發(fā)展，許多半導(dǎo)體公司推出了專用功率開關(guān)器件和控制集成電路的系列產(chǎn)品，1984年，西門子公司開發(fā)出了TPA4812等有源功率因數(shù)校正電器IC，功率因數(shù)達(dá)到0.99。隨后一些公司相繼推出集成電子鎮(zhèn)流器，89年芬蘭赫爾瓦利公司又成功推出可調(diào)光單片集成電路電子鎮(zhèn)流器，電子鎮(zhèn)流器在全世界特別是發(fā)達(dá)國家已全國推廣應(yīng)用。

中國對電子鎮(zhèn)流器的研究開發(fā)起步較晚，技術(shù)起點低，早期對這一產(chǎn)品的難度和復(fù)雜性認(rèn)識不足，專用半導(dǎo)體器件開發(fā)未跟上，產(chǎn)品質(zhì)量過不了關(guān)，而且市場極不規(guī)范，大量的低價劣質(zhì)品被拋向市場，使消費者蒙受損失，嚴(yán)重?fù)p害了電子鎮(zhèn)流器的形象。90年代后期，由于生產(chǎn)水平有了迅速發(fā)展和提高，從電路設(shè)計到了電子器件的配套都進(jìn)入了較成熟階段，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)入建筑工程，隨著中國綠色照明工程的實施，為電子鎮(zhèn)流器推廣應(yīng)用鋪平了道路，國產(chǎn)電子鎮(zhèn)流器必將迅速趕上國際先進(jìn)水平，在競爭的國際市場中占有一席之地。

電子鎮(zhèn)流器電路圖設(shè)計要點

設(shè)計110V的電子鎮(zhèn)流器比220V的電子鎮(zhèn)流器難度要高點，尤其是高功率因數(shù)的，下面以幾副常規(guī)的原理圖引領(lǐng)文章的主題。

為何110V的EB比220V的EB難度要高，最直接的影響是燈的啟動問題，尤其是整燈在高溫低壓時，容易出現(xiàn)燈管不能成功啟動，只有兩邊燈絲發(fā)紅。

原因是在高溫時磁環(huán)和三極管的驅(qū)動能力降低，以至燈啟動電壓和燈啟動電流供應(yīng)不足而不能使燈管成功引燃。燈啟動電壓和啟動電流供應(yīng)不足也影響低溫低壓時燈的啟動。

另外，要想EB輸出相同的功率，110V的EB的輸出電流自然要比220V的輸出電流大一倍，輸出電流受控的關(guān)鍵點是EB的輸出電感(也稱扼流圈)，此電感的選值太大，輸出功率不足。

選值太小，便會引至EB的工作頻率嚴(yán)重超標(biāo)，三極管的開關(guān)損耗會上升，引至管子發(fā)熱。

在線路的拓樸上,以上四副原理圖是一樣的,都是串聯(lián)諧振正反饋電路，只是有一些巧妙的地方和元器件的數(shù)值選取不同。

此電路的最佳工作狀態(tài)，必須符合：

式中：Fw為工作頻率。Fo為整個諧振電路的固有頻率。

以簡單的詞語說明就是：工作頻率與輸出電感和諧振電容的固有頻率要相等，電路才能工作于最佳狀態(tài)，此時負(fù)載電路等效于一個電阻，可提高整個EB的效率，降低熱損耗，整機(jī)性能上升。

圖1是常規(guī)的220V原理圖，圖2是110V經(jīng)過倍壓的原理圖。圖3為110V雙諧振電容直接驅(qū)動原理圖，圖4是雙諧振電容與燈絲交叉的直接驅(qū)動原理圖。

圖1不適宜用在110電路當(dāng)中，何解?是因為要維持確定的功率，輸出電感L2必須選得很小，要符合上式，諧振電容C6將要選取得很大，而C6不能選取得太大，因為太大了，啟動電壓將降低。

原因是：設(shè)有一高頻電流流過燈絲，C6增大，等效于C6的電阻減小，C6兩端的電壓便下降，輸出電感和燈絲的壓降便上升，C6兩端的電壓下降，等于燈管電壓下降，便很容易出現(xiàn)前文所述的高溫不能啟動問題。

因為這樣，人們便研究出了如圖2所示的倍壓整流電路，D1，D1，C1構(gòu)成倍壓全波整流濾波電路，整流濾波后的電壓可用下式表示：

式中：Vo為輸出直流電壓，Vin為輸入交流電壓。此電路的缺點是在120V以上的線路當(dāng)中難以被采用，如127V的電子節(jié)能燈，原因?

你可以按上式算一算120V的節(jié)能燈，在正110%的電壓環(huán)境132V交流電壓供給的情況下整流濾波后的電壓有多高，耐壓差一點的三極管受得了嗎?

還得提醒你：三極管在高溫時它的最高耐壓值比常溫耐壓值是會有小許下降的。當(dāng)供電電壓超過三極管最高耐壓值，三極管便出現(xiàn)二次擊穿，引起集電極和發(fā)射極短路。

圖3中比圖1增加了補(bǔ)償電容C0，可有效的符合諧振公式(式1)，令EB的效率提高了很多，啟動性能也大為提高，是較為理想的直接驅(qū)動電路。此電路的磁環(huán)材料宜選用BS溫度曲線較為平坦的2K或2.5K材料。

三極管的集電極電流Ic和放大倍數(shù)β宜大些。此電路也有一個較大的缺點，就是當(dāng)燈工作了一定時間后，燈管陰極完全老化，燈絲開路，EB電路因C0的接入仍然構(gòu)成串聯(lián)諧振正反饋電路，線路仍然工作，線路功率會比正常時大一倍，若此時EB不損壞，燈管兩端發(fā)紅，溫度很高，足可以將固定燈管的塑料件溶掉。

圖4是比圖3更理想的直接驅(qū)動電路，采用雙諧振電容與燈絲交叉的方法取得更好的啟動性能，工作頻率與固有頻率更為貼近。

圖1和圖2整流濾波后的電路對電流要求不高，并且供電電壓比價高，故負(fù)反饋電阻(也即發(fā)射極電阻)可選得大些，以15W的EB為例，可選用2.2歐姆的。但圖3和圖4中反饋電阻適宜小點或甚至直接不用。

電解電容的選取，必須保證燈的電流波峰系數(shù)小于1.7，保證這個參數(shù)的前提條件是增大電解電容的容量，增大電解電容的容量以后會導(dǎo)致輸入電流總諧波的提高，有些國家或地區(qū)是對電流總諧波有要求的;

例如我國的臺灣地區(qū)，節(jié)能燈的輸入電流總諧波不能高于120%，有時為了使兩者都符合要求，一般在電源輸入端串聯(lián)一個3-10Ω的大功率線繞電阻,提高阻性負(fù)載來降低電流總諧波，此電阻的阻值不宜過大，以免過高的功耗而使其嚴(yán)重發(fā)熱。還有，不能選用炭膜電阻，因為炭膜電阻抗電流沖擊的能力并不是那么理想的。