新型电子镇流器

2017-03-16 64 0

电子镇流器的负载是一种特殊负载,要求电子镇流器工作时应能为负载提供稳定电流。由于它具有节能、效率高、节省金属材料(铜、硅钢)等优点,具有很高的经济效益和社会效益,因而引起社会各界的广泛关注。

电子镇流器采用高频开关变换技术,体积可以做得很小。但由于高频开关和整流运行的原因,又存在源侧谐波失真大、电磁辐射干扰严重等缺点:当大批电子镇流器同时工作时,高频谐波会使电源中线严重偏离零电位,同时引入极大的峰值电源电流,严重干扰电源系统的供电质量,甚至造成重大经济损失。

从时间上划分,电子镇流器主要经历了以下阶段。

第一阶段是 80 年代中期到 90 年代初期。其间电力电子技术由低频向高频发展,APFC(有源功率因数校正)也开始起步,电子镇流器的优缺点开始显现。这一阶段电子镇流器的特征是:(1)输入端采用不可控整流和大电容(或不用电容)滤波,输入电流波形严重畸变,大量使用时会造成中线电流增加,严重时会引起镇流器大量损坏甚至造成火灾;(2)采用"逐流"无源滤波技术使 PF>0.9、THD<30%,但 9 次谐波的波峰因子 Cf≈2、超标。

第二阶段是 90 年代初期到 90 年代中期。其间 APFC 技术已成熟并推出相关专用集成芯片,电子镇流器电路主要采用两级功率变换,第一级 APFC(常用 BOOST 型 PFC 电路),第二级功率 DC/AC 逆变。采用这种技术的电子镇流器 PF 可达 0.99,THD 及各次谐波指标均能满足要求,但因采取两级高频功率变换,整机效率为 80%~90% 甚至更低,且电路复杂、成本高,一时难以大范围推广。

第三阶段是典型电路采用单级多功能电子镇流器,发展方向主要有:(1)美国 VEPC 提出的高频能量反馈电荷泵电路,主要指标可达 PF>0.995、THD<5%、Cf<1.6;(2)CUK 等人提出的单管电子镇流器。

评价电子镇流器的常用指标包括:输入侧功率因数一般要求 PF>0.9;输入侧电流总谐波失真 THD<20%~30%,并要求三次谐波成分与基波成分(I3/I1)<17%;瞬态过电压保护,对供电电网中可能出现的高幅值(如 1 kV 左右)瞬态脉冲电压加以抑制;软起动功能以减小起动电流;空载电压既不能太高又不能太低;负载触发起动方法常用正温度系数热敏电阻法和瞬间触发起动法;电流波峰因子 Cf<1.7;效率 η;温升,应采用高 Bs 值磁性材料及温度系数低的磁性元件;应力参数,可采用软开关技术降低动态应力值。

采用电荷泵无源滤波技术的电子镇流器,电源侧电压、电流波形如图 2 所示,PF 值大于 0.95、THD 值在 25% 左右,但电流导通角还有一定的死区,波峰因数 Cf 有很大改进(约 1.70~1.80)。由于电路简单、成本低,很有实用价值。

采用能量反馈的无源功率因数校正电子镇流器,其输入电流导通角为 180°、没有死区,电压电流基本同相位,PF>0.97、电流谐波在 18% 左右、Cf 在 1.6 左右。由于电路简单、工作又比较可靠,较适用于电子镇流器电路。图 5 为双泵式电子镇流器电路,图 6 为高频泵式电子镇流器电路。

双泵式电子镇流器:电容 C1、C2,电解电容 C3、C4 和二极管 V1~V4 构成正、负双向辅助电荷泵。通电后短时间内 V1~V4 及 C3、C4 构成寄生二极管和电容滤波回路使电路工作;灯管点亮后,高频电流一部分经 C1、C2 返回电源,另一部分经 V1、V2 整流、C3、C4 滤波,形成正、负两个辅助电压 ±△U,经 V3、V4 与桥式整流后的 100 Hz 脉动直流电压相叠加,形成波峰比 Cf 较小的供电电源为功率变换级供电。适当选择电容取值可使电流波峰比 Cf<1.7,同时使 PF 和 THD 值保持在比较理想的范围。对典型的 220 V/36 W 电子镇流器采用这种方法后可得:PF=0.945、THD=32%、三次谐波含量 HD3=0.28、Cf=1.61、η=0.93、f=24.5 kHz。由于高频电流得到再生利用,电路工作效率较高;由于灯电流 Cf 值较小,发光效率也比较高。源电压范围为 160~270 VAC,电路对元器件无特殊要求。

高频泵式电子镇流器:电容 C1、C2 和二极管 V1、V2 组成高频泵反馈回路。电路工作后,高频电流通过 C1、C2 和 V1、V2 构成正、负两个回路,正半周由 V2 对 C0 充电填充低谷、波峰比变小,负峰波由 V1 返回电源,对整流管而言产生高电平时的负阻状况,从而提高 PF 值。对采用这种方法 220 V/36 W 电子镇流器的典型参数为:PF=0.994、THD=0.068、HD3=0.051、Cf=1.62、η=0.89、f=25.3 kHz。

结论:由比较可见,采用 APFC 的电子镇流器总体指标最好,但造价相对高、电路也相对复杂,一时难以普及。而高频泵和双泵式电子镇流器电路总体指标较好(三次谐波含量 HD3:双泵式 0.2~0.3、高频泵式小于 0.1、有源滤波式小于 0.1),且只添加几个无源元件、造价低,故较具实用价值。当然,要提高整体电子镇流器的性能和工作可靠性,还与功率变换电路形式(如谐振软开关)及元器件质量有关。

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