二极管 整流器 场效应管 半导体现货 集成电路IC

电子镇流器

整流器

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  电子镇流器(Electronic ballast),是镇流器的一种,是指采用电子技术驱动电光源,使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器(或镇流器)。现代日光灯越来越多的使用电子镇流器,轻便小巧,甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起,同时,电子镇流器通常可以兼具启辉器功能,故此又可省去单独的启辉器。电子镇流器还可以具有更多功能,比如可以通过提高电流频率或者电流波形(如变成方波)改善或消除日光灯的闪烁现象;也可通过电源逆变过程使得日光灯可以使用直流电源。传统电感式整流器的一些缺点使它正在被日益发展成熟的电子镇流器所取代。

  20世纪70年代出现了世界性的能源危机,节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究,随着半导体技术飞速发展,各种高反压功率开关器件不断涌现,为电子镇流器的开发提供了条件,70年代 末,国外厂家率先推出了第一代电子镇流器,是照明发展史上一项重大的创新。由于它具有节能等许多优点,引起了全世界的极大关注和兴趣,认为是取代电感镇流器的理想产品,随后一些著名的企业都投入了相当的人力、物力来进行更高一级的研究与开发。由于微电子技术突飞猛进,促进了电子镇流器向高性能高可靠性方向发展,许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品,1984年,西门子公司开发出了TPA4812等有源功率因数校正电器IC,功率因数达到0.99。随后一些公司相继推出集成电子镇流器,89年芬兰赫尔瓦利公司又成功推出可调光单片集成电路电子镇流器,电子镇流器在全世界特别是发达国家已全国推广应用。

  中国对电子镇流器的研究开发起步较晚,技术起点低,早期对这一产品的难度和复杂性认识不足,专用半导体器件开发未跟上,产品质量过不了关,而且市场极不规范,大量的低价劣质品被抛向市场,使消费者蒙受损失,严重损害了电子镇流器的形象。90年代后期,由于生产水平有了迅速发展和提高,从电路设计到了电子器件的配套都进入了较成熟阶段,优质产品进入建筑工程,随着中国绿色照明工程的实施,为电子镇流器推广应用铺平了道路,国产电子镇流器必将迅速赶上国际先进水平,在竞争的国际市场中占有一席之地。

  电子镇流器知识简介:使用半导体电子元件,将直流或低频交流电压转换成高频交流电压,驱动低压气体放电灯(杀菌灯)、卤钨灯等光源工作的电子控制装置。应用最广的是荧光灯电子镇流器。

  电子镇流器由于采用现代软开关逆变技术和先进的有源功率因数矫正技术及电子滤波措施,具有很好的电磁兼容性, 降低了镇流器的自身损耗。

  把起辉器拆下,断开电源,测试镇流器两端即可。如果镇流器那种比较老的电感式的,电感式的才可以用这种方法测试线圈是否烧坏。这种老式的镇流器坏了,一般就是线圈烧断,导致灯管两端没有电压,不会引起灯管烧坏。对于电子镇流器就会有很多情况。

  可以按上述所说的方法分别测量三个镇流器的阻值,看看有没有较大区别,以此判断镇流器是否损坏。还可以换起辉器,看看那个会烧的起辉器是否不可以断开,一直处于通路状态。总之用替换法。

  电子镇流器的工作原理由于气体放电灯(如荧光灯、霓虹灯金卤灯等)是一种具有如图1所示V-I特性的负阻性电光源,即为负值,从图1可以看出,当灯电流上升时,灯管的工作电压下降,但是供电电压不会下降,多出的这点电压加到灯管后会使灯电流进一步上升,如此循环,最终烧坏灯管或灯管熄灭,所以要使灯管正常工作,应配以如图2所示的镇流元件,用以限制和稳定灯电流。这个限流装置叫做镇流器。气体放电灯常用的镇流器有两种:电感式镇流器和高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率,体积大、笨重,还需消耗大量铜和硅钢等金属材料,散热困难、工作效率低、灯发光有频闪,所以一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法,而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。镇流原理如图3所示,镇流电路的工作特性曲线所示的电路中,灯管上的工作电压加上镇流元件上的电压等于电源供电电压,最终可以使气体放电灯稳定工作。在图2所示的电路中,灯功率可以按下式计算:

  式中的α表示灯发光系数,它和灯管的工作电压和工作电流有关,对电感镇流器,α可以取0.8,对高频电子镇流器,α可以取0.99。

  在灯电路稳定工作期间,灯管上的电压是稳定的,所以灯功率主要取决于灯电流的大小,而灯电流的大小和镇流元件的阻抗和电源供电电压的高低有关,并且供电频率对荧光灯的工作也有影响,如图5和图6所示。例如对电感镇流,镇流电感的阻抗ZL=2πfL,电感镇流器的电感量和它的绕组匝数和铁心的尺寸有关,所以当电源供电频率较高时,镇流电感的体积也会小些。这就是采用高频交流电子镇流电路后,镇流电感的体积和尺寸会很小的原因。

  世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心(VPEC)李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在IEEE功率电子学学刊刊出,并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念,美国加州理工大学(UCT)的S.CUK教授关于单级高功率因数电子镇流器,一种用于紧凑型荧光灯的E类电子镇流器,西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员、实验室进行科研开发。同时,国内一些著名科研院所、大学等都投入了较大力量进行科研开发。这一点可从国内相关科技文献看出。但是勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国,有较多的公司、企业从事这种“绿色电光源”产品的生产。特别是自20世纪80年代末、90年代初,IEC928(1990)、GB15143(1994)《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及IEC929(1990)、GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》等技术标准相继颁布与实施,使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。

  由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低,并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标要求严格,所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰、使用安全可靠等要求的高频交流电子镇流器并非易事,所以往往让人感到,看似简单的一个电子产品,但是技术含量很高,是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关(ZVS、ZCS)、LC串、并联谐振、功率因数校正(PFC)、电磁干扰抑制(EMC、EMI)、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术方方面面的电子产品。同时,如何测量高频交流电子镇流器的技术参数,如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰(EMI),也是高频交流电子镇流器的研究热点。

  实践证明,要做出一只高性能的高频交流电子镇流器,还需对它的灯负载技术特性、灯负载对电源的技术要求有所了解,否则要做出一只高性能的高频交流电子镇流器也是件不现实的事。

  (1)普通型,0.6≥120%90%1.4~1.6高频化使之小型、轻、有节电功能;

  (2)高功率因数型H级,≥0.9≤30%≤18%1.7~2.1采用无源滤波和异常保护;

  (3)高性能电子镇流器L级,≥0.95≤20%≤10%1.4~1.7有完善的异常保护功能,电磁兼容;

  (4)高性价比电子镇流器L级,≥0.97≤10%≤5%1.4~1.7集成技术和恒功率电路设计,电压波动影响照度小;

  (5)可调光电子镇流器,≥0.96≤10%≤5%≤1.7采用集成技术和有源可变频率谐振技术。

  (1)节能。荧光灯的电子镇流器,多使用20—60khz频率供给灯管,使灯管光效比工频提高约10%(按长度为4尺的灯管),且自身功耗低,使灯的总输入功率下降约20%,有更佳的节能效果。

  (2)消除频闪,发光更稳定。有利于提高视觉分辨率,提高功效;降低连续作业的视觉疲劳,有利于保护视力。

  (4)功率因数高。符合国家标准的25W以上的荧光灯,其功率因数高于0.95。但应注意,国家标准对25W以下的灯管规定的谐波限值很高,以致使其功率因数下降到0.7—0.8。

  (5)稳定输入功率和输出光通量:高品质产品有良好的稳压性能,在电源、电压偏差很大时,仍能保持光源恒定功率,稳定光照度,有利于节能。

  (6)延长灯管寿命。高品质产品的恒功率和灯管电流下降,以及起点可靠等因素可使灯管寿命延长。

  (7)噪音低。高品质电子镇流器噪音可达35db以下,人们感觉不到噪音。

  (8)可以调光。对于需要调光的场所,如:原使用白炽灯或卤钨灯调光的场所,代之以高效荧光灯配可调光电子镇流器,可实现在2%—100%的大范围调光。

  需要注意的是,只有设计优良的电子镇流器才能发挥以上各种优点。虽然都是电子镇流器,用于金卤灯的电子镇流器要比用于荧光灯的复杂很多,或者说几乎完全不一样。如果设计或制造工艺不到位,一个非常小的疏漏,都会造成故障。

  当开关闭合电路中施加220V 50HZ的交流电源时,电流流过镇流器,灯管灯丝启辉器给灯丝加热(启辉器开始时是断开的,由于施压了一个大于190V以上的交流电压,使得启辉器内的跳泡内的气体弧光放电,使

  得双金属片加热变形,两个电极靠在一起,形成通路给灯丝加热),当启动器的两个电极靠在一起,由于没有弧光放电,双金属片冷却,两极分开,由于电感镇流器呈感性,当电路突然中断时,在灯两端会产生持续时间约1ms的600V-1500V的脉冲电压,其确切的电压值取决于灯的类型,在放电的情况下,灯的两端电压立即下降,此时镇流器一方面对灯电流进行限制作用,另一方面使电源电压和灯的工作电流之间产生55。-65。的相位差,从而维持灯的二次启动电压,使灯能更稳定的工作。

  电感镇流由于结构简单,寿命长,作为第一种荧光灯配合工作的镇流器,它的市场占有率还比较大,但是,由于它的功率因数低,低电压启动性能差,耗能笨重,频闪等诸多缺点,它的市场慢慢地被电子镇流器所取代,电感镇流器能量损耗:40W(灯管功率)+10W(电感镇流器自身发热损耗)等于整套灯具总耗电为50W。

  电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器,其基本工作原理是:

  工频电源经过射频干扰(RFI)滤波器,全波整流和无源(或有源)功率因数校正器(PPFC或APFC)后,变为直流电源。通过DC/AC变换器,输出20K-100KHZ的高频交流电源,加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝,同时在电容器上产生谐振高压,加在灯管两端,但使灯管放电变成导通状态,再进入发光状态,此时高频电感起限制电流增大的作用,保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流,常增设各种保护电路,如异常保护,浪涌电压和电流保护,温度保护等等。

  1、 一拖一,普通型与灯箱型专用电子镇流器分为20W、30W、40W共6个品种

  引线、 一拖二,普通型与灯箱型专用电子镇流器分为2 X 20W、2 X 30W、2 X 40W共6个品种

  注:20W、40W是针对T10、T12管来说的,18W、36W是针对T8灯管来说的。所以有时我们讲20W,也可以理解为18W,同时T8管的36W我们也可以理解为T10、T12的40W,因为它们的镇流器是通用的。

  镇流器与灯的组合对电源输入功率的有效利用,在有些地方也表示为Watt/VA或COSΦ。一般来说电感镇流器

  的PF为0.5,即使经过电容校正也只能达到0.8左右,而电子镇流器通常能做到0.95~0.99,它的意义在于您用足了发电厂供出的每一瓦电,并对环境保护作出了卓越的贡献。

  镇流器与灯在额定电源电压下工作时,灯达到稳定工作状态之后,输入电源电流中奇次谐波各分量之和。根据博里叶定义矩形波是由一系列具有共同周期但频率不同的正弦波叠加而成,那末谐波含量越大对输入的正弦波形破坏就越大。在使用电子镇流器较多的场合,如THD值较大则会影响到三相交流电输入的中线电流,中线电流会偏大,所以一般我们在大规模使用电子镇流器时选择THD在15%-25%之间的性能价格比会较合适。

  在额定电源电压下,镇流器与灯配套工作时,当灯达到稳定工作状态之后。流过灯管的电流状态输出电流的

  峰值与均方根值的比值CF=PK/rms。通俗的讲CF值越小,流过灯管的电流越稳定,灯管寿命越长。IEC /GB的标准为CF≤1.7。

  设备或系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力。在欧美有不同的执行标准。A.FCC(USAStandardClassA;ClassB)B.CISPR(国际电工委员会CISPR15)C.EN55015(欧洲标准)。中国将按照欧洲的标准执行。

  当用户在使用符合标准的镇流器时,它的外围电子设备将不会受到干扰,如电子计算机,无线电话,及一些专业的电子设备

  6、 产品设计与加工程序严格按ISO9002的质量保证体系来运作,原材料层层把关,筛选,成品最终要全部检验、老炼,合格方可入仓。

  电子镇流器用市电直接整流,然后进行半桥逆变,点亮日光灯管。它与市电不隔离,如同电视机的热底板,

  电路板上各处都带电,人体接触公共线(地线)都有触电危险,检修时要特别注意人身安全。加电后,切勿用手接触线路板上的任何金属部分,尤其不要双手拿电路板。检修时卸下灯管,从灯架两头R的塑料罩中取出两块电路板A、B,把灯丝弹簧片的四根接线焊下,依次焊到灯管两头的灯丝引脚上,在市电引入端接上开关SWi和电源插头。接上5w1是非常必要的。在维修时发现,不接SW1,在插接加电过程中,多次损坏电子镇流器,这是因为插接过程中,往往会出现多次通、断的情况,这样会产生很高的尖脉冲电压击穿易损元件。

  1、一拖一、一拖二灯箱专用电子镇流器是专门为户外灯箱,广告牌而设计的。优势有以下几个方面:

  1)使用安全绝缘性能高,防水防潮性能好,镇流器温升低,不会影响灯箱布或灯箱片因受热而变黄。

  2、一拖一、一拖二普通型电子镇流器适用于各种普通照明场合灯具的安装与更换;

  3、 环形灯电子镇流器是专门为环形灯而设计,它适用于安装在吸顶灯具内,如家庭阳台照明、走道照明、楼梯通道照明及其它公共场所照明。

  4、 石英杀菌灯镇流器是专门为35W-60W的低压石英杀菌灯而设计的,用它配用的下射灯寿命长(是白炽灯的4倍)亮度高、色温恒定、体积小,可用于商店、展示橱窗、展览馆、珠宝店、酒吧、博物馆、专卖店等处的一般照明或特殊区的重点照明。

  电子镇流器对提高照明系统能效和质量有明显优势,是新国际推荐应用的产品,也是未来发展的趋势。

  (1)在连续紧张的视觉作业场所和视觉条件要求高的场所(如设计、绘图、打字等),在要求特别安静的场所(病房、诊室等)及青少年视看场所(教室、阅览室等)应优先采用。

  (2)在需要调光的场所,可以用三基色荧光灯配可调光数字式镇流器,取代白炽灯卤素灯,能大大提高能效。

  (3)应选用高品质、低谐波的产品,不应单纯追求价廉,应满足使用的技术要求,考虑运行维护效果,并作综合比较。

  (4)选用小于25W荧光灯时,如前所述,GB19625.1-2003标准规定的谐波限值很宽,如在一个建筑物内大量应用,将导致多种不良后果。设计中应采取有效措施进行限制。

  (5)选用的产品不仅要考察其总输入功率,还应了解其输出光通量。按规定,使用镇流器的流明系数(μ)不应低于0.95。欧盟规定了镇流器的能效等级,也相应规定了流明系数μ≥0.96。

  (1)注重谐波含量。新修订的《管形荧光灯用交流电子镇流器—性能要求》(GB/T15144-2005)已经取消了原标准规定的电子镇流器的分极(L级和H级),其谐波限值应符合《电磁兼容、限值、谐波、电流发射限值》(GB17625·1-2003)。使用者应注重25W以下灯管的谐波限值非常宽松,如一建筑物内大量使用这种小功率荧光灯(包括长度2尺的T8、T5灯管和紧凑型荧光灯),将导致严重的波形畸变、中性线电流过大以及功率因数降低的不良后果。

  (2)注重产品质量和水平。市场上的电子镇流器很多,质量和水平大不相同,可谓良莠不齐,鱼龙混杂。主要表现为:谐波含量大;流明系数低;可靠性不高;使用寿命短。这些产品虽价格低廉,但带来的不良后果必须注意,建议不要使用。

  这种调光控制法利用调节高频逆变器中功率开关管的脉冲占空比,实现输出功率调节,对半桥逆变的最大占空比为0.5,以确保半桥逆变器的两个开关管有一个死时间,以免两个开关管共态导通损坏。

  这种调光方法存在的问题是:如果电感电流连续并滞后于半桥电压Uxy,则开关可能导通时工作在零电压状态,关断瞬间需采用吸收电容达到ZCS工作条件,这样可进入ZVS工作方式,这是优点,EMI和开关管应力可明显降低。然而,如果占空比太小,以至电感电流不连续,将失去ZVS工作特性,并且由于供电直流电压较高,而使开关管上的应力加大,这种不连续电流导通状态将导致可靠性降低和加大EMI辐射。

  除了小的脉冲占空比,当灯管发生故障时,也会出现不连续电流工作状态,当灯为开路故障时,电感电流将流过谐振电容,由于这个电容的容量较小,所以阻抗较大。除非两个开关管有吸收电路保护,否则开关管将承受很大的电压应力。

  调频调光法也是常用的调光方法。如果高频交流电子镇流器的开关频率增加,则电感的阻抗增加,这样,电感电流就会下降。

  B.为了实现在低灯功率工作条件下实现调光,则调频范围应很宽(即从25KHZ--50KHZ)。磁芯的频率范围、驱动电路、控制电路可能限制调光范围。

  C.在整个调频范围内不易实现软开关。轻载时,不能实现软开关,并使开关管上的电压应力加大。硬开关的瞬态过渡是EMI辐射的主要来源。

  D.如果半桥逆变器不工作在软开关状态,则导致逆变器的损耗加大,导致效率降低。

  E.当开关频率在红外遥控的频率范围内时,荧光灯将发射低电平的红外线,如果调频范围很大,其它的红外遥控装置如电视机将会受到影响。

  G.当灯管发生开路故障时,将出现DCM工作状态,特别是当开关频率很低时。

  B.采用固定占空比(约0.5)的方法,使半桥逆变器工作在软开关电感电流连续的宽调光范围调光(这也可使开关控制电路简化)。

  D.由于开关频率刚好大于谐振频率,所以可以降低无功功率和提高工作效率。

  G.在很低的半桥逆变器供电电压下,将会失去软开关特性,将会出现电感电流不连续的工作状态。然而在直流供电电压很低的情况下,这种工作状态不再是个问题,这时的开关管应力和损耗将很小,即使硬开关在低直流供电电压情况下(如20V),也不会产生太多EMI辐射。

  I.可得到低功率解决方案,半桥逆变器的供电电压可以选得很低(如5%--100%的调光范围对应30-120V),这样可采用低电压电容和 MOSFET。

  J.调光控制仅通过控制SEPIC变换器输出电压实现。由于半桥逆变器工作在恒频工作状态,所以可采用简单的AC/DC控制即可实现调光。

  K.灯电流近似和DC变换器的电压成正比,调光几乎和SEPICDC变换器的输出直流电压成正比。

  利用调节半桥逆变器中两支开关管的导通相位的方法来调节输出功率,从而达到输出调光的目的。相控调光法主要有以下特点:⑴可调光至此1%;⑵可在任意调光设定值下启动;⑶可应用于多灯应用场合;⑷调光相位灯功率关系线性好。

  1.日光灯最多的故障是灯管不亮,开灯无任何反应。首先,测量R0是否烧断。RO本身就是起保险作用,一旦过流就会烧断,以免损坏更多的元件。有的镇流器在RO处接的就是0.5A的保险管。若RO烧断,必存在过流

  故障。更换R05寸在a处断开,用指针式万用表Rx10k挡测市电引线的串联值);对调表笔测试,也应一样。若为二,整流桥中有二极管烧断;若小于2Md2较多,则C1、C2漏电;若此电阻值符合一要求,可加电测a,b两点间应有大约300V的直流电压。但有时一加电就烧断RO,这是整流桥中有短路的二极管,应逐一侧量D1-D4的正反向电阻。整流二极管损坏的概率很小,而滤波电容损坏的较多,C1和C2串联使用,会引起连锁反应,一个电容击穿,另一个也随之损坏。更换时,最好选用耐压300V的电容。2.在确定整流滤波电路良好后,再着手检查以后的电路。由于a处断开,用万用表RX10k挡正测a,b两点间的电阻(红表笔接b,黑表笔接a),此值应大于500kSZ。若为00,应查R10,VT2的c-e极间是否烧断;若在470kn左右,则在VT2的c-e极间严重漏电,甚至短路,这里提出一个容易误判的问题,当a,b之间的电阻时只有30kf左右,好像是VT2漏电,其实不然,因为用1OkS2挡测量,表内9V电压加在a,b间,给VT2注人偏流,VT2处于导通状态,所以c-e间电阻小,不是漏电。

  3.确定a,b间电阻正确后,用万用表Rxlk档测VTl和VT2的两个PN结电阻,大致判断这两只三极管的性能。需注意的是,测VT1的PN结电阻时,要断开R5,才能获得正确读数。用Rxl挡测R5至1110的电阻值,这些电阻都有烧断的例子。烧断119,1110更是常见的,这两只电阻使用过久阻值会增加,只要它们的值大于2dZ,电路就不容易起振,灯不亮,应重点检查。至于D5、D6、C4的耐压较高,磁环变压器Trl绕组线径粗,绝缘也好,这些都不可能损坏。

  4.经过以上静态测量,检查完故障元件,把电路复原,仔细检查一下电路板上的焊点及元件有无短路、触碰、松动、断裂的地方。经校正无误后加电,大多数情况下,日光灯都能恢复正常工作,但还可能出现以下故障,应逐一排除。

  (1)仍然出现过流,继续烧RO,这主要是VT1或VT2的c-e间耐压一F降,存在高压软击穿,必须选用耐压足够的三极管更换。另外,C3或C5的耐压不足,用万用表检查不出来,最好焊下用500V的摇表测它的绝缘电阻应为o0,否则视为漏电。

  (2)灯管两端发红,亮度明显不足。这时,首先用万用表的交流挡测灯管两端的电压,应为100V左右。这仅为参考值,并非是实际数,因为灯管两端电压波形并不是标准的正弦波,且频率在20kHz以上,超过万用表的频响范围。若此电压低于100V较多,可能是VT1或VT2的性能下降,导通程度不足。无示波器的情况下,用数字万用表测两管的b-e极电压约为一0.4V,若偏差太大,甚至为正值,说明管子未处在饱和导通状态,宜换管子试验,不要盲目调整电路。

  若灯管端压已达100V,仍然发光不正常,则是灯管性能不佳。通常判定日光灯管好坏,只是测其灯丝电阻,若灯丝未断,管内无大面积发黑,就视其完好。但是,劣质灯管虽其灯丝未断,管内无发黑的痕迹,但却不能正常使用。

  (3)灯管亮度不足,管内有螺旋状的光圈,这是流过灯管的电流小,其主要原因是C5的容量下降太多,不妨在C5两端并接一只2.2nF1630V的电容试试。各种牌号的电子镇流器中,谐振电容C5的容量不一样,大致在3-10nF之间.其容量过大或过小都会使灯管不能正常发光。

  1、可靠性难以保证。HID灯用电子镇流器电路结构远比荧光灯电子镇流器要复杂得多,选用的电子元件数量数倍于荧光灯用电子镇流器,电子元件失效概率也高。同时,中国HID灯泡生产厂家参差不齐,实际执行标准不一,灯泡与电子镇流器很难实现真正意义上的匹配,使用效果便可想而知了。

  2、工作环境难以如愿。电子镇流器对使用环境的要求使得对灯具设计提出了新要求。比如钠灯主要用于户外道路照明,每天工作时间平均在12小时左右,工作时间较长,且露天工作,直接受到一年四季较大温差、、闪电雷击的影响。另外,还要考虑到镇流器和灯泡都安装在密封的灯具外壳内,大功率灯泡所发出的热量远远高于夏季环境温度。镇流器若能经得起高温这一关的考验,寿命就不成问题!

  3、 散热问题是老大难。散热问题是影响电子镇流器寿命的重要因素(尤其大功率电子镇流器)。对大量发展的一体化灯具,难以安装使用,主要是电子镇流器一般要求工作环境温度应低于55℃,使电子镇流器外壳温度保持在75℃以下,来保证电子镇流器的使用寿命。而实际运行中却很困难,因此,设计美观大方,有良好散热效果的灯具,是时代所需。从行业整体现状看设计实用型的大功率电子镇流器还有待于完善。

  4、成本期待百姓价。电子镇流器虽然其综合经济效益高,但是由于一次性投资高,在使用一年后才能逐渐显现其运行成本的优势,还难以被人们广泛接受。还有要提高可靠性,成本必然更会大幅增加。但随着电子技术水平的快速发展,以上问题都将陆续得到改善,电子镇流器必将成为绿色照明的重头戏而被广泛的关注和应用。

  传统电感镇流器(以下用符号“LB”)和节能型电感镇流器(符号“SELB”)、电子镇流器(符号“EB”)的性能比较列于表1。EB按标准又分为H级和L级。

  SELB是在LB基础上改进而来,其自身功耗下降约40~50%,使灯的系统功耗降低约8%,由于铁芯材料好,工艺合理,温升较低,可靠性更高,寿命更长,产品质量较稳定,虽硅钢片用量增大,价格稍高,但可从节能和使用寿命得到补偿,容易获得回收。

  EB则是更新产品,优点是节能效果更好,发光稳定,没有频闪,没有噪声,功率因数高,可以实现调光;缺点是生产企业多,产品质量良莠不齐,有些产品电路简单,元件未经优选,工艺不先进,导致可靠性差,使用寿命不长,而优质产品价格较贵,都影响了推广应用。

  1、确保灯管寿命:传统铜铁式镇流器老化或劣化时,其所提供电流有可能过大,容易伤害灯管,造成寿命缩短,CDM灯管售价相当的高,如果使用电子镇流器比较容易确保灯管寿命。因此只要在5,000内有更换灯管的记录,对业者而言,使用电子式会比传统式划算。 2、防变色:如果使用传统铜铁式安定器,使用2,000小时之后,金卤灯的色温会开始产生偏移,甚至高达30%以上变色,对卖场商品产生严重影响,使用电子镇流器,至灯管寿命终了前,色温改变局限5%以内。 3、省电:和传统铜铁式镇流器比较,电子式可以节省10%~20%电力成本。 4、重量轻:和传统铜铁式镇流器比较,电子式重量约为传统式的1/3左右。尤其特别适合35w及20w小瓦特数的金卤灯或者轨道式灯具的设计。二、HID电子镇流器和荧光灯电子镇流器设计不同之处荧光灯电子镇流器金卤灯电子镇流器点灯工作频率:20K Hz以上250 Hz 工作回路定电流回路定功率回路驱动方式半p谐振全p谐振三、电子镇流器和传统电感镇流器的比较6点1、省电:电子镇流器可以节省10%~20%电力。2、承受电压变动:电子镇流器因为采取主动功因路路,可以承受大范围电压变动,而传统镇流器只能承受10%范围以内。3、重量轻:电子镇流器的重量约为传统镇流器的1/3。4、频闪:电子镇流器无灯管闪烁的问题。5、启辉器:电子镇流器不需要启辉器。6、补偿电容器:电子镇流器不需要补偿电容器。

  保持灯瞬时输出功率恒定,如采用方波电流驱动就可得到灯瞬时输出功率恒定的输出特性,进而保证不发生“声共振”现象。

  电子镇流器在与灯管配套使用中有可能出现灯管漏气、不激活、不启动及主电路电流过大等异常情况,为了不致导致镇流器损坏,在灯管发生异常时,自动关闭镇流器,以保证镇流器的安全、性能及可靠性。3、过电流、电压控制:

  当供电质量不高,电网中各种谐波和噪波污染(如瞬时高压、高能脉冲)严重,以及雷击过流冲击等都会直接影响或损坏开关管、电容器等,为此需要设置过电流、电压保护。

  镇流器在长时间的工作后温度会大幅升高,镇流器的温升主要来自半导体元器件产生的功耗而发热,温升提高,其寿命必然缩短,设计时,要尽量减少功耗,提高效率,性能优良的电子镇流器电效率一般在90%以上。采用专业电子绝缘胶封灌,可使产品整体温升降低,防止水、灰尘等杂物进入,避免因潮湿引起的短路造成产品损坏,进一步提高了产品的可靠性,同时也避免运输震动和冲击造成的损坏。

  一些偏远经济欠发达地区供电质量较差,电压变化较大,电子镇流器应能适应电网变化,保持正常工作。

  荧光灯寿命取决于灯管阴极的发射能力。灯电流波峰系数是影响阴极发射能力和发射电流稳定性的重要指标,国家标准规定控制在≤1.7,灯电流波峰系数高,灯阴极受到损伤度大,灯管发黑时间加快,寿命必然下降,灯电流波峰系数过大,还会带来附加闪动。

  数字式电子镇流器是针对于模拟式的电子镇流器而言,镇流器在出现了电子镇流器后,是先从模拟式开始,初期的电路,一般而言,模拟式回路的电子镇流器,结构比较简单,功能比较单一,要实现标准的要求如3C的要求,则回路的构建比较复杂,且不易实现预热启动、Cut-off及其它的保护功能;如果能实现这些功能的模拟式电子,则在产品的一致性、可靠性上则面临较大的难题,不易解决。但普通模拟式电子具有成本的优势,在电子镇流器替代电感镇流器的市场化进程中,起到十分重要的作用,至今仍是市场走量最大的品种。

  伴随市场的发展,用户的要求愈来愈高,普通模拟式电子镇流器镇流器也在逐步向数字式转变,于是混合有数字和模拟电路的电子镇流器出现在市场上,电路上前段模拟,后段数字,或者前段数字,后段模拟,这些混合型电路较大提升了普通模拟电路品质要求,可以简单的部分实现标准性能要求及可靠性要求,也是一种不错的过渡性选择,可以满足部分要求相对高一点市场需求,但成本高于模拟式电子。

  真正可以满足安全要求、性能要求、EMI及EMC的要求,并同时实现产品高可靠性要求,则一定要走数字式电子镇流器的路。数字电路以特有的高稳定性、高可靠性、高逻辑性,可以方便实现标准所规定的各种要求,如:宽电压甚至全电压启动(120-277V)、程序式预热启动、异常状态诊断及保护等,数字式电子镇流器可以真正实现国家标准要求,方便的应用于各种场合。

  虽然就单个造价而言,数字式高于模拟式和混合式电子镇流器,但以TOC(客户总成本)的观点来看,即总成本=采购成本+使用成本+维护成本,数字式电子镇流器的采购成本是高的,但它的使用成本和维护成本却大大降低,最终其总成本(TOC)还是远远低于模拟式电子及混合式电子镇流器;数字式电子镇流器有高达5年的品质保证(或大于20,000小时),同时极大的发挥灯管的效能及使用寿命,是一款真正给客户创造价值、符合国家节能环保产业政策的产品。

  当今数字化在国家生活中已成滚滚潮流,不可阻挡,没有人再持砖头一样的大哥大手机(模拟机)了,尽管当年它风头出尽;小巧的MP3、MP4也早以取代磁带机(模拟机)挂在腰间;曾经不可一世的柯达公司,也不得不推出数码相机,尽管它非常希望用户买它的胶卷(模拟式)。国内电子镇流器的数字化之路也是由市场和客观决定,它不会因我们简单的认同就全面到来,也不会因我们简单的拒绝就离开,但就欧、美、日等先进国家节能环保的经验和照明产业来看,数字式电子镇流器早已如火如荼的展开,在世界一体、绿色产品当道的今天,相信国内电子镇流器的数字化之路也很快会到来。

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  HID灯是一种高气压放电灯,其放电的“伏一安”性能呈负阻特性,因此在灯的工作电路中需连接限流器件,即通常称为镇流器。HID灯多数工作在交流状态下,采用电抗器件作为镇流器。HID灯有不同的种类,根据灯的类型及其应用的需求,可配置不同形式的镇流器电路,以求得镇流器电路和灯的最佳匹配。作为一般照明用的常用HID灯有高压汞灯、高压钠灯和金卤灯。高压汞灯是HID灯中发展最早的光源,产品性能稳定,配套的镇流器电路较成熟。高压钠灯和金卤灯是近代发展的高效节能新光源,要求镇流器能和灯有很好的匹配,以取得更好的综合效果。

  高压钠灯和高压汞灯在性能上有所不同,高压钠灯内不仅有汞,还充有钠,在灯工作期间,钠和汞以液钠汞气的形式贮藏在放电管的冷端部分。高压钠灯在寿命期间,灯功率随着灯电压的变化而发生变化。这和高压汞灯的情况有所不同,高压汞灯在功率发生变化时灯电压相对地保持稳定,因为高压汞灯工作时灯内的汞蒸气压处于饱和状态下。高压钠灯的灯电压和灯功率的关系是基于在放电管内包含着过量的钠汞气而造成的。在灯工作期间,只有部分的汞和钠形成蒸气压,蒸气压的高低也即反映在灯电压上,它取决于放电管“冷端”处的温度。冷端温度的变化造成蒸气压的变化,产生灯电压的变化,从而发生灯功率的变化。在一定的功率范围内灯电压和灯功率的关系近似于线高压钠灯的特性曲线

  高压钠灯的灯功率和灯电压的线性关系曲线称为灯的特性曲线,对于一个特定的灯的特性曲线,可通过在一定范围内改变电源电压或镇流器的阻抗,从而改变灯的电压和功率得到,如图1所示。当灯电压等于设计电压时,灯功率将达到设计目标功率。对相同型号,相同功率的灯有近似平行的特性曲线所示。对于那些有较高灯电压的灯,其特性曲线斜率的陡度会减小。

  当高压钠灯在恒定的输入电压下连续工作时,灯电压和灯功率的变化会遵循着镇流器的特性曲线为两种典型镇流器的特性曲线。该曲线可通过测量一批带有不同特性曲线灯的灯电压和灯功率得到,或对同一个灯通过外部方法,使放电管的冷端温度升高来变化灯电压和灯功率得到。当电源电压变化时可得到一组镇流器特性曲线为在额定电源电压升高或降低时对镇流器特性曲线高压钠灯镇流器的四边形图

  在高压钠灯的使用系统中存在着各种因素的变化,如:电源电压的变化、灯性能随时间的变化、灯具内反射器效率的变化、使用环境的变化等等,如何使镇流器的特性曲线适应这些动态的变化?高压钠灯的国际标准中以边界图的形式,要求镇流器能确保灯在寿命期间及任何动态变化的状况下,其电气性能参数变化限制在一定的范围内。如图5所示,高压钠灯为镇流器特性曲线规定了一个四边形图。

  四边形图的上部代表着高压钠灯最大功率的极限。最大功率的极限取决于放电管最大可允许的工作温度。最大功率线通常设置在超过灯泡标称功率的20—30%左右。

  四边形图的下部代表着高压钠灯最小功率的极限。设置最小功率线以确保能满足灯泡的升温特性、灯泡工作的稳定性、可接受的光的输出效率,以及光色性能等。最小功率线通常设置在低于灯标称功率的20—30%附近。

  四边形图左边的最小灯电压线为灯可接受的最小灯电压的灯特性曲线。对于每种规格的高压钠灯所认同的最小灯电压都已规定在灯的性能参数表中。

  四边形图右边的最大灯电压线表示为灯可允许的最高灯电压时的灯特性曲线,该曲线考虑了灯中可能出现的最大灯电压、灯寿命期间灯电压的上升、密封式灯具内灯电压的上升,以及其他变化因素。如果灯电压超出最大灯电压曲线之外,这时镇流器将不能确保灯能稳定地或持续地工作。

  因此,上述四边形图可作为高压钠灯工作系统的一个规范,它包含了灯和镇流器两者的要求,也考虑了其他因素的影响。四边形图概括性地规定了镇流器设计的条件,如:

  a)镇流器的特性曲线应与两条灯电压线相交,并在灯的寿命期间保持在灯功率的极限线之间。

  b)镇流器的设计应使灯不仅在额定电源电压下,而且在可允许的最低或最高的电源电压下,总是工作在四边形图的区域内。

  c)最佳的镇流器特性曲线要能使灯在最大电压线之前达到最大功率,然后在该点外灯功率随着灯电压的增大而减小。对于一个靠近灯设计功率线的相对比较平坦的镇流器特性曲线比相对陡峭上升和下降的特性曲线更可取。

  d)为避免缩短灯的寿命,或工作的不稳定性,镇流器应能使灯远离四边形图右边最大灯电压特性外工作。

  在高压钠灯的国际标准中,不同规格灯对镇流器规定了不同的四边形图的要求。如图6。

  高压钠灯镇流器的制造并不复杂,但往往由于在设计、工艺及选用材料上的差异,同一规格不同厂家生产的镇流器配用高压钠灯时,呈现出不同形状的镇流器特性曲线所示。品质差的镇流器会造成灯泡使用期间超负载运行,或工作的不稳定性。

  金卤灯的放电管中因充人不同的金属卤化物而形成各种不同类型的金卤灯,这些不同类型的金卤灯不仅在灯的光电性能参数上有着明显的差别,而且在灯的运行和维护中对配套电器的要求也不尽相同。因此,选择合适的镇流器和相关的工作电路,以充分发挥金卤灯的性能优势是至关重要的。

  这是常用的普通型镇流器,其开路电压即为电源电压,需要借助于触发器来启动灯工作,工作电路的电压峰值因数和电流峰值因数较低,对保护放电管的电极有利,这种镇流器的成本较低,但在电源电压波动较大的情况下,控制灯功率的波动和稳定灯性能的能力较差。

  这种镇流器使用在低电源电压(如:100V/120V)的场合,或为取得高的开路电压而使灯能直接启动的场合。工作电路的峰值电压和电流峰值因数较高,控制灯陛能稳定性的能力也较差,通常这种镇流器较少采用。

  这种镇流器由自耦漏磁升压变压器串联电容器组成,称为恒功率镇流器,也称为超前顶峰式镇流器。该 镇流器可获得较高的开路电压,线%。在电源电压起伏较大情况下,对稳定灯的功率,维护好灯的性能起到较好的调节作用。甚至在电源电压跌落30-40%时还能使灯继续工作。但线路的电流峰值因数较高,镇流器的成本也相对较高。

  这种镇流器由漏磁升压变压器串联电容器组成,也是一种恒功率镇流器,它比上述CWA镇流器有更好的稳定灯功率及性能的调节作用。

  这种镇流器实际上是一个稳压式电器,确保金卤灯一直在稳定的电源电压下工作,可使灯获得最长的寿命和最佳的灯性能参数的维护。这种镇流器的成本较高,但对金卤灯照明的长期运行成本来说却是低的。

  在国内用于一般照明用的金卤灯主要有Na-T1-In型、Sc-Na型,及稀土金属(Dy,Ho,Tm...)型等不同类型,它们分别具有不同的性能特点,并要求配用合适的镇流器。

  Na-T1-In型金卤灯来自于欧洲的制造技术,其灯的启动性能优良,配用一般的感抗型镇流工作电路,只需要在电源电压下(220V),加上较低峰值电压(≤750V)的触发器就能启动灯工作。灯的光电性能参数稳定,具有长寿命(平均寿命20000h),高光通维持率的特点。经过性能改进的Na-Tl-In型金卤灯,可配用同一功率类型的高压汞灯镇流器或高压钠灯镇流器工作,而金卤灯的平均寿命仍可达到规定的20000h之内。这样,这种金卤灯在没有更换原有照明装置内电器的情况下可方便地替换原有的高压汞灯或高压钠灯,它比前者提高了光效并改善了光色,也比后者大大地改善了显色性能。主要参数的变化参见表2。

  Sc-Na型金卤灯来自于美国的制造技术,放电管的结构相似于高压汞灯,灯工作不采用触发器而借助于镇流器的高开路电压及灯的启动电极的作用,使灯启动工作。对于这类金卤灯(175-1500W),美国标准和我国国家标准中都推荐采用CWA镇流器工作电路,这样可提高灯工作的稳定性,确保灯的长寿命及良好的光通维持率。如果Sc-Na型金卤灯采用上述Na-T1-h金卤灯的工作电路,不仅会使灯的早期失效增加(触发器易损坏灯的启动电极),缩短灯的平均寿命,而且增加灯的光衰。如图9为采用“感抗镇流器+触发器”工作电路的不同金卤灯的光衰曲线。

  在Sc-Na型金卤灯的CWA型工作电路中,自耦漏磁升压型镇流器的性能对灯工作性能的稳定性起着重要作用。要求在灯工作期间,镇流器提供给灯并维持灯能连续工作的最低维持电压Vss能达到以下值:

  Vss=C1+C2(OT)-C3(di/dt) (175-1000W)

  Vss=Cl+C2(OT)-C3[exp(-0.4di/dt)] (1500W)

  对于传统的Sc-Na型金卤灯采用CWA电路时有600V峰值开路电压加到放电管的启动极上,并引起较高的峰值电流,这样会影响灯的性能。脉冲启动型金卤灯是从灯和镇流器两方面进行改进,使灯与镇流器工作电路达到最佳的组合,以取得最佳的综合效果。

  一方面改进放电管的结构,取消了启动电极,如图10b,并改进化学配方及制造工艺,改善灯的启动性能,从而全面地改进了灯的性能。另一方面改进镇流器的工作电路,采用触发器来启动灯工作,从而可降低镇流器的开路电压,也即降低了峰值电压及峰值电流。镇流器的工作温度也相应降低,增加了镇流器的寿命,减少维护成本。灯和镇流器工作电路改进的综合效果,使脉冲启动型金卤灯与启动极型金卤灯相比,灯的光输出提高25-50%光通维持率改善了15-25%,灯的平均寿命也提高50%以上。

  脉冲启动型金卤(Sc-Na)灯也可以采用性能更好的CWI和Regulated Lag的脉冲启动型工作电路,如图12。

  小功率金卤灯中主要有Sc-Na型和稀土金属型(Dy,Ho,Tm...)两种类型,前者具有较高的光效和较长的寿命,后者有较好的显色性能,根据它们的特点,可选择使用在不同场合。这两种类型灯都采用简单的 “感抗镇流器+触发器”的工作电路, 电源输入端并接补偿电容器以改善系统的功率因数。

  小功率金卤灯也可以配用电子镇流器,这些镇流器的工作频率多数为低频(200Hz),这样可防止放电管内产生声共振及光的闪耀。一般电子镇流器提供给灯的电流峰值因数1.5,系统的功率因数90%,总谐波分量(THD)15%。小功率金卤灯配用电子镇流器后,能提高灯工作的稳定性,减少光衰,增加寿命。但这种低频的电子镇流器成本很高,因而还不能大量推广应用。

  国内外都在致力于中功率金卤灯电子镇流器的开发。国外已开发成功中功率高频金卤灯电子镇流器,其工作频率100kHz,可防止产生放电管内的声共振。该镇流器还可以实现一定范围的调光。金卤灯使用这种电子镇流器后可增加灯的光输出,极大地降低光衰,提高灯的寿命,并具有节能好的综合效果。

  使用半导体电子元件,将直流或低频交流电压转换成高频交流电压,驱动低压气体放电灯等光源工作的电子控制装置。

  1) 节能:电子镇流器自身的功率损耗仅为电感镇流器的40%左右,而且荧光灯在30KHz左右的高频下,光效将提高20%,工作电流仅为电感的40%左右,并且能够在低温、低压下启动和工作。

  2) 无频闪:灯管在30KHZ左右工作时,发光稳定,人眼感觉不出频闪有利于保护视力。

  4) 灯管寿命延长:无需启辉器,不被反复冲击,闪烁,不会使灯管过早发黑,一次启动,减少维修和更换启辉器和灯管的工作量

  5) 功率因数高,减少了无功损耗,提高了供电设备容量的有效利用率,减少线路的损耗。

  具有如下优点 1.节能2.改善陶瓷金卤灯的运行性能,使灯管(灯光)更加稳定。3. 完善的保护功能①电网电压变化对灯运行影响非常小②启动时对电网影响小③电流谐波潜在危害小 4.重量轻

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