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电子镇流器电路

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电子镇流器电路

现代电子镇流器的基本电路模块如图所示。用来驱动荧光灯的DC/AC逆变器并没有直接接在交流电源上,而是接在功率因数校正模块上。

现代荧光灯电源的模块图。DC/AC逆变器的输出频率是由一个串联或并联自谐振电路来决定的,其请振频率范围是20~50kH。镇流器通常是一个电容或是串联谱振电路的受控源阻抗。

   假如没有功率因数校正,而输入整流后又需要直接接一个大电容,则这个大电容就会使线电流产生很高幅值的尖峰,其脉宽很窄并含有大量谐波,同时陡峭的上升沿会对附近的电子设备产生EM和RMI干扰。非正弦电流的有效值比直流负载真正需要的电流有效值要高,这样输入电源线和发电机绕组就会产生过热。对于很多在办公大楼里或小型舰艇上的发电机来说,这种现象持续较长时间无疑是一个较大的问题。
   功率因数校正模块通过去掉大的输入滤波电容,使电流波形正弦化,并且使电流相位和输入电压相位一致,从而解决了上述问题。灯管镇流器的制造商目前所制作的功率因数校正模块要满足DEC55-2的规定,即把输入电网线上的谐波限制在一定范围内,电子镇流器也必须要满足FCC规定的 EMIRFI限制标准(CFR47, Part18)。

DC/AC逆变器的一般特性
电子镇流器中DC/AC逆变器所用到的拓扑大多数为:在120V交流电下采用推挽式,在0V交流电下采用半桥式。但这些拓扑并不像开关电源那样具有固定的频率,并使用驱动芯片和方波电路去驱动DCAC逆变器。电子镇流器是由串联或并联的LC自谐振荡器构成的。这样做有许多原因。
其中,最重要的一点是因为灯管在正弦电流驱动下有很高的效率。正弦电流驱动相对于方波驱动而言,可以节省很多成本并缩小装置体积,产生方波电流加上高次谐波的滤波元件。虽然采用芯片会很简单,并很容易在整流后产生交流电流,但是它的价格不低。虽然采用LC振荡器并没有产生一个恒定的频率,但这不重要,因为只要保持20kH以上的频率,电源的效率变化就会很小。
并且采用正弦的电压和电流有一个很明显的优点,那就是可以大大降低晶体管导通和关断时的损耗,在采用正弦基极驱动电压时会降低关断后的电压应力。在负半周期,基极电压直接提供一个反向偏置,这将允许正常的高压晶体管保持在较高的V额定电压等级而不是较低的V额定电压等级。

从图中可以看出,以上任何一个拓扑在正弦基极驱动时都可以允许承受更高的集电极关断电压。同时可以看出,在集电极关断时间里,在输入电容的反偏协助下,基极驱动绕组的正弦负半波自动使基极处于反偏状态。这样使得高压晶体管可以安全地承受V(而不是较低的V)额定电压。现在你应该回忆起来了,V是双极型品体管在关断情况下当基极处于高阻抗或开路时,集电极和发射极之间所能够承受的最大关断电压。另一方面,V额定电压一般情况下比V要高100~300V,但其前提是晶体管在关断情况下,基极要保持2~-5V的反偏电压。这个负的偏置电压是自动从启动电压的负半周期由振荡变压器的反馈绕组获取的,如图所示。这个反向偏置电压也可以从图中的备用基极驱动电路自动获取。
从波形图可以看到图,这两个常用的拓扑可以使晶体管在集电极电压过零时关断,这样会大大减少关断损耗。

DC/AC逆变器拓扑
图所示的是电子镇流器最为常用的4种拓扑结构,它们分别是用于120V交流输入下的推挽结构和220V交流输入下的半桥结构的电流馈电式拓扑和电压馈电式拓扑。

无论对于推挽拓扑还是半桥拓扑,电流馈电式结构都会增加一到两个额外的电感,这样就会使晶体管在关断时产生的电压应力高于电压馈电式拓扑。但是电压馈电式拓扑设计的可靠性很难保证,因为它会产生很高的启动电压和瞬态电流,它们的幅值是由电路的品质因数Q来决定的。启动的瞬态电流可能有工作电流的5~10倍那么大。此外,电压馈电式电路在灯管负载开路或短路的情况下很难正常工作,而电流馈电式电路却能很容易地应对这种情况。
进一步说,电流馈电式结构产生更干净的正弦波,因此提供更高的效率。重要的是,电压馈电式结构只能驱动单个灯管,而电流馈电式结构可以驱动一些并联的灯管。
随着双极型品体管的耐压值不断提高和价格的不断下降,电流馈电式拓扑具有较高的电压关断应力已经不再是什么大问题。它的主要缺点就是元器件较多,这将会使造价有所上升。


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| 发布时间:2019.03.22    来源:
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