1電子鎮(zhèn)流器及有關(guān)問題

　　電子鎮(zhèn)流器的負載是一種特殊負載,，要求電子鎮(zhèn)流器工作時具有能為負載提供穩(wěn)定電流的能力,。由于它具有節(jié)能,、效率高、節(jié)省金屬材料（銅,、硅鋼）等優(yōu)點,，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益，所以引起社會各界的廣泛關(guān)注,。

　　電子鎮(zhèn)流器采用高頻開關(guān)變換技術(shù),，體積可以做得很小。但由于高頻開關(guān)和整流運行的原因,，它又存在源側(cè)諧波失真大,、電磁輻射干擾嚴重等缺點，當(dāng)大批電子鎮(zhèn)流器同時工作時,，高頻諧波會使電源中線嚴重偏離零電位,，同時引入極大的峰值電源電流，嚴重干擾電源系統(tǒng)供電質(zhì)量,，甚至造成重大經(jīng)濟損失,。

2電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展

　　從時間上劃分，電子鎮(zhèn)流器主要經(jīng)歷了以下幾個階段：

　　第一階段是80年代中期到90年代初期,。這期間,，電力電子技術(shù)由低頻向高頻發(fā)展,，APFC（有源功率因數(shù)校正）也開始起步，電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)缺點開始顯現(xiàn)出來,。這一階段電子鎮(zhèn)流器的主要特征是：

　?。?）鎮(zhèn)流器的輸入端采用不可控整流和大電容（或不用電容）濾波，輸入電流波形嚴重畸變,，當(dāng)大量使用時,，會造成中線電流增加，嚴重時會引起鎮(zhèn)流器大量損壞甚至造成火災(zāi),。

　?。?）采用“逐流”無源" title="無源">無源濾波技術(shù)，使得PF>0.9,，THD<30％ ,。 但 是 9次 諧 波 的 波 峰 因 子 Cf≈ 2， 超 過 標(biāo) 準(zhǔn) ,。 有 人 把 采 用 這 種 “ 逐 流 ” 無 源 濾 波 技 術(shù) 的 電 子 鎮(zhèn) 流 器 叫 作 第 二 代 電 子 鎮(zhèn) 流 器 ,。

　　第二階段是90年代初期到90年代中期。這期間,，由于APFC技術(shù)已成熟,，并推出了相關(guān)專用集成芯片。電子鎮(zhèn)流器電路主要采用兩級功率變換" title="功率變換">功率變換,，第一級采用APFC（常用BOOST型PFC電路）,，第二級采用功率DC/AC逆變。人們常將采用這種技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器叫作第三代電子鎮(zhèn)流器,。由于它采用了PFC技術(shù),，所以PF可達0.99，THD及各次諧波指標(biāo)均能滿足要求,。但是這種電子鎮(zhèn)流器采取了兩級高頻功率變換,，所以整機效率在80％～90％，甚至更低,，同時電路復(fù)雜,，成本高，一時難于大范圍推廣,。

　　第三階段是典型電路采用單級多功能電子鎮(zhèn)流器,，發(fā)展方向主要有：

　　（1）美國VEPC提出的高頻能量反饋的電荷泵電路,，主要指標(biāo)可達PF>0.995,，THD<5％ ， Cf<1.6,。

　?。?）CUK等人提出的單管電子鎮(zhèn)流器,。

本文主要討論兩種采用高頻能量反饋技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器和它們的工作原理。

3電子鎮(zhèn)流器的主要參數(shù)

　　評價電子鎮(zhèn)流器的指標(biāo)有很多,，下面介紹一些常用指標(biāo)：

　?。?）輸入側(cè)功率因數(shù)一般要求PF>0.9；

　?。?）輸入側(cè)電流總諧波失真THD<20％ ～ 30％ ,， 并 且 要 求 三 次 諧 波 成 分 與 基 波 成 分 （ I3/I1） <17％ ；

　?。?）瞬態(tài)過電壓保護由于供電電網(wǎng)中有時會出現(xiàn)高幅值（如1kV左右）的瞬態(tài)脈沖電壓,，但電子鎮(zhèn)流器由于受成本的限制，功率變換器件的參數(shù)余量不大,。為使電子鎮(zhèn)流器可靠工作,，應(yīng)對這種高幅值的瞬態(tài)干擾加以抑制；

　?。?）軟起動功能電子鎮(zhèn)流器開起時,，起動電流比正常工作電流大許多，降低了負載工作壽命,，所以電子鎮(zhèn)流器應(yīng)配以軟起動電路來減小起動電流,；

　　（5）空載電壓電子鎮(zhèn)流器剛開始工作瞬間,，負載還未工作,，這時電子鎮(zhèn)流器的輸出電壓既不能太高，又不能太低,。太低,，燈管不能起輝；太高,，又易降低燈管工作壽命；

　?。?）負載觸發(fā)起動方法常用的負載觸發(fā)起動方法有兩種：

　?、俨捎谜郎囟认禂?shù)的熱敏電阻法。由于熱敏電阻的熱慣性,，負載穩(wěn)態(tài)工作時會對負載工作特性產(chǎn)生不利影響,；

　　②瞬間觸發(fā)起動,，由于負載沒有預(yù)熱過程,，而直接加上較高的觸發(fā)電壓，會降低燈管陰極使用壽命,；

　?。?）電流波峰因子Cf對電子鎮(zhèn)流器要求Cf<1.7,， 過 大 會 降 低 負 載 壽 命 ；

　?。?）效率η由于電子鎮(zhèn)流器較普通鎮(zhèn)流器的優(yōu)點就是效率高,，效率提高了就會達到節(jié)能效果；

　?。?）溫升由于自激振蕩的電子鎮(zhèn)流器或采用APFC技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器中采用了磁性元件,，而磁性元件的磁導(dǎo)率和溫度有關(guān)。實用中應(yīng)采用高Bs值的磁性材料,，同時應(yīng)選用溫度系數(shù)低的磁性元件,，特別是振蕩線圈磁性材料；

　?。?0）應(yīng)力參數(shù)由于高頻功率變換器寄生參數(shù)的存在,，功率開關(guān)器件工作時，會有高頻振蕩現(xiàn)象產(chǎn)生,。產(chǎn)生較大的dv/dt,、di/dt，即所謂的動態(tài)電壓,、電流應(yīng)力,。過大的動態(tài)應(yīng)力會造成功率變換器件的損壞。這點可采用軟開關(guān)技術(shù)來降低動態(tài)應(yīng)力值,。

4采用無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器

4.1采用電荷泵無源濾波技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器電路

　　該電路工作框圖如圖1所示,。

圖1采用無源濾波的電子鎮(zhèn)流器電路

電路的輸出及輸入特性分別見表1及表2。

表1輸出特性

表2輸入特性

電源側(cè)電壓,、電流波形見圖2,。

圖2電源側(cè)電壓、電流波形

圖3采用無源PFC的電子鎮(zhèn)流器電路

圖4電源側(cè)電壓,、電流波形

從圖1,、2和表1、2可以看出,，電路各項性能指標(biāo)都有所兼顧和改善,，PF值大于0.95，THD值在25％左右,，但電流導(dǎo)通角還有一定的死區(qū),。波峰因數(shù)Cf有很大改進，在1.70～1.80,。由于這種電路簡單,，成本低，所以很有實用價值,。

4.2采用能量反饋的無源功率因數(shù)校正的電子鎮(zhèn)流器

電路工作原理見圖3,。

電源側(cè)電壓,、電流波形見圖4。

電路輸出特性見表3,。

表3能量反饋式電子鎮(zhèn)流器輸出特性

電路輸入特性見表4,。

　　從圖3、4和表3,、4中有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出,，它的輸入電流導(dǎo)通角為180°，沒有死區(qū),，電壓,、電流基本同相位。PF>0.97,，電流諧波在18％左右,，Cf在1.6左右。由于電路簡單,，工作又比較可靠,，所以比較適用于電子鎮(zhèn)流器電路。

圖5雙泵式電子鎮(zhèn)流器電路

表4能量反饋式電子鎮(zhèn)流器輸入特性

圖6高頻泵式電子鎮(zhèn)流器電路

表5不同濾波電路的電子鎮(zhèn)流器綜合比較

5雙泵和高頻泵電子鎮(zhèn)流器電路及實驗結(jié)果對比

　　下面分別介紹采用雙泵式（雙向自供輔助電源式）和高頻泵（高頻能量反饋）的無源濾波電子鎮(zhèn)流器電路和實驗結(jié)果,。

　　圖5為雙泵式電子鎮(zhèn)流器工作原理圖,。電容C1、C2,，電解電容C3,、C4和二極管V1～V4構(gòu)成了正、負雙向輔助電荷泵,。電子鎮(zhèn)流器通電后短時間內(nèi),，V1～V4及C3、C4構(gòu)成一個寄生二極管和電容濾波回路,，使電路工作,。燈管點亮后，高頻電流的一部分經(jīng)由C1,、C2返回電源,，另一部分經(jīng)過V1、V2整流,，由C3、C4濾波,，形成正,、負兩個輔助電壓±△U，經(jīng)由V3,、V4與橋式整流后的100Hz脈動直流電壓相疊加,，形成一個波峰比Cf比較小的供電電源為功率變換級供電,。適當(dāng)選擇電容器的取值，可使電流的波峰比Cf<1.7的 同 時 ,， 使 PF和 THD值 保 持 在 一 個 比 較 理 想 的 范 圍 ,。 對 典 型 的 220V/36W電 子 鎮(zhèn) 流 器 采 用 這 種 方 法 后 ， 可 得 到 ： PF="0.945,，" THD="32％" ,， 三 次 諧 波 含 量 HD3="0.28，" Cf="1.61,，" η="0.93,，" f="24.5kHz。" 由 于 這 種 電 子 鎮(zhèn) 流 器 的 高 頻 電 流 得 到 了 再 生 利 用 ,， 所 以 電 路 工 作 效 率 較 高 ,。 由 于 燈 電 流 Cf值 較 小 ， 所 以 發(fā) 光 效 率 也 比 較 高 ,。 源 電 壓 范 圍 為 160～ 270VAC,。 整 個 電 路 對 元 器 件 無 特 殊 要 求 。

　　圖6為采用無源濾波技術(shù)的高頻泵式電子鎮(zhèn)流器電路原理圖,。電容C1,、C2，二極管V1,、V2組成高頻泵反饋回路,。當(dāng)電子鎮(zhèn)流器工作后，高頻電流通過電容C1,、C2和V1,、V2構(gòu)成正、負兩個回路,，正半周由V2對C0充電,，填充低谷，波峰比變小,，負峰波由V1返回電源,，對整流管而言，產(chǎn)生高電平時的負阻狀態(tài),，從而提高了PF值,。適當(dāng)選擇元器件參數(shù)，可使電路的效率得到提高,。對采用這種方法的220V/36W電子鎮(zhèn)流器典型參數(shù)為：PF=0.994,，THD=0.068，HD3=0.051，Cf=1.62,，η=0.89,，f=25.3kHz。

6結(jié)論

對采用不同濾波電路的電子鎮(zhèn)流器綜合比較結(jié)果,，見表5,。

　　由表5可以看出，采用APFC的電子鎮(zhèn)流器總體指標(biāo)最好,，但它造價相對高些,，電路相對也復(fù)雜些，一時難于普及,。而高頻泵和雙泵式電子鎮(zhèn)流器電路,，總體指標(biāo)較好，三次諧波含量HD3：雙泵式為0.2～0.3,，而高頻泵式小于0.1,，有源濾波式小于0.1。由于采用雙泵和高頻泵能量反饋電路只添加幾個無源元件,，造價低,，所以較具有實用價值。當(dāng)然要提高整體電子鎮(zhèn)流器的性能,、工作可靠性等指標(biāo),，還和功率變換電路形式（如諧振軟開關(guān)）、元器件的質(zhì)量有關(guān),。