淺談無極燈鎮(zhèn)流器(逆變器)的技術(shù)核??/h1>
無極燈是Promise Light(electrodeless lamp)高頻電磁等離子體放電燈的簡(jiǎn)稱,由燈??管、耦合器(內(nèi)外置)、電子鎮(zhèn)流器(高、低頻)三部分組成。鎮(zhèn)流器起電頻轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)作用,耦合器(電磁轉(zhuǎn)換)與燈泡/管是鎮(zhèn)流器的負(fù)載??/p>
當(dāng)市電通過高頻鎮(zhèn)流器變頻后,產(chǎn)生一??-3MHz高頻正弦電流,通過功率耦合器建立一個(gè)高頻磁場(chǎng),在高頻磁場(chǎng)的作用下,在涂有稀土熒光粉的玻璃泡殼內(nèi)瞬間產(chǎn)生高頻電場(chǎng),使泡殼內(nèi)部的汞原子發(fā)生電離雪崩效應(yīng),從而產(chǎn)??53.7nm的強(qiáng)紫外線,稀土熒光粉在強(qiáng)紫外線的作用下從而發(fā)出可見光(低頻無極燈的頻率在180-250KHz)。由于玻璃泡殼內(nèi)壁涂有氧化鋁金屬粉層,相當(dāng)于在泡殼內(nèi)壁建立了一個(gè)金屬屏蔽層,從而阻擋了電磁波外泄,這使得高頻無極燈不會(huì)產(chǎn)生超出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的電磁空間輻射??/p>
由于無極燈燈??管內(nèi)沒有金屬電極,燈體部分不存在易損元件,所以這類燈的壽命非常長(zhǎng),可達(dá)到6-10萬小時(shí)以上??/p>
無極燈鎮(zhèn)流器是將85V??65V 50Hz/60Hz的電網(wǎng)電能高可靠、高效率地轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)燈泡/管所需的高頻(180-250KHz??-3MHz)交流形式電能。燈??管的特性決定了整個(gè)系統(tǒng)的壽命主要取決于高頻電子鎮(zhèn)流器高可靠、高穩(wěn)定的運(yùn)行壽命的技術(shù)、材料保證??/p>
無極燈的燈泡/管具有三個(gè)特性:
1. 負(fù)阻特性;即燈管等效阻抗隨溫度T的上升,阻抗呈下降狀態(tài),若鎮(zhèn)流器無限流功能,燈管功率將不斷上升直至電路或燈管損壞??/p>
2. 啟動(dòng)特性;啟動(dòng)時(shí)需高達(dá)數(shù)千伏特的電壓和足夠的功率,才能使燈管氣體由高阻狀態(tài)進(jìn)入工作時(shí)的額定等效阻??從電特性對(duì)燈管工作的分????/p>
3. 溫度特性;即環(huán)境溫度的不同,使燈管的初始等效阻抗值相差巨大,這一特征對(duì)燈管在低溫下啟動(dòng)有明顯影響??/p>
根據(jù)以上特性,擬從燈泡/管和驅(qū)動(dòng)供電兩個(gè)方面著手解決:
與普通日光燈??HID的方法一樣,負(fù)載與電源之間串接一只電感器,該電感器即鎮(zhèn)流器電感或則叫扼流電感,電感器穩(wěn)定負(fù)載電流的原理是一種負(fù)反饋調(diào)節(jié),普通工頻情況下,為達(dá)到鎮(zhèn)流器所需的電感量,其體積大,重量重,為減小體積和重量,則要提高工作頻率,因而引入了變頻器,這就是節(jié)能燈、無極燈電子鎮(zhèn)流器。因變頻以及提高功率因數(shù)又帶來了電磁干擾問題,又不得不增加電路來解決電磁干擾,為實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)流,把電路搞得復(fù)雜與龐大??/p>
啟動(dòng)問題,普通日光燈/HID的啟動(dòng)是利用鎮(zhèn)流器電感反向沖擊電壓與電源電壓疊加實(shí)現(xiàn)高壓?jiǎn)?dòng)。無極燈電子鎮(zhèn)流器則利用諧振原理產(chǎn)生高壓實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)除了高壓要求之外,另一個(gè)重要參數(shù)即功率,只有啟動(dòng)電流達(dá)到燈??管啟動(dòng)功率要求,方可有效啟動(dòng)燈泡/管??/p>
燈泡/管的第三個(gè)特征,就是因溫度下降,燈管初始等效阻抗大幅提高,使得在相同諧振電壓情況下,啟動(dòng)電流相對(duì)減少,影響燈管的啟動(dòng),造成啟動(dòng)困難??/p>
此外,無極燈與燈具的恰當(dāng)配合保證良好的散熱效果,也是充分發(fā)揮無極燈優(yōu)良性能的一個(gè)很重要的部分??br />
無極燈鎮(zhèn)流器技術(shù)重點(diǎn)研究問題之一:變頻過程中的效率問??/p>
鎮(zhèn)流器效率的高低,直接影響無極燈是否高效節(jié)能。在研究解決效率問題中,本人認(rèn)為,在保障電路正常、安全工作的原則下,設(shè)計(jì)電路時(shí):一是要盡可能減化電路;二是要系統(tǒng)所有參數(shù)以最優(yōu)為目標(biāo)(杜絕短板效應(yīng))、并以降耗為第一原則,成本考慮放在其次??/p>
鎮(zhèn)流電路中的元件都是物理元件,只要工作必然產(chǎn)生損耗,而不同的元件其產(chǎn)生損耗的性質(zhì)是不一樣的,可分為兩類:一類為固定損耗類,例??二極管、電阻、導(dǎo)線等。此類元件的參數(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,只需根據(jù)電路原理、功率、耐壓等一些基本參數(shù)要求,精選元件就能實(shí)現(xiàn)最低能量損耗的電路設(shè)計(jì)。第二類為可變損耗類,如 場(chǎng)效應(yīng)管(三極??、電容、電感,此類元件的參數(shù)設(shè)計(jì)是降耗的關(guān)鍵,設(shè)計(jì)得好功耗低、設(shè)計(jì)不好功耗大幅上升。設(shè)計(jì)中不僅要考慮單個(gè)元件的參數(shù),而且要考慮電路的整體優(yōu)化,是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作??/p>
使用場(chǎng)效應(yīng)管作開關(guān)管時(shí),驅(qū)動(dòng)性能是影響場(chǎng)管功耗的重要原因,通常會(huì)設(shè)計(jì)一些電路來保證驅(qū)動(dòng)波形的上升速率和下降速率,使波形陡峭。例如開通時(shí)的加速電路、關(guān)閉時(shí)抽取貯存電荷等等。測(cè)試部分廠家的產(chǎn)品,發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,有的鎮(zhèn)流器波形雖好,但功耗仍較大、場(chǎng)管溫度也較高,時(shí)有燒管現(xiàn)象;有的產(chǎn)品波形雖一般,功耗并非想像中那麼差、溫度也不很高,故障現(xiàn)象也不明顯。如果只從驅(qū)動(dòng)上分析,解釋不通這種現(xiàn)象。但把驅(qū)動(dòng)、電路、負(fù)載特性、電源供電、結(jié)合電路一起作理論分析,即系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化(杜絕短板效應(yīng)),就證明這種現(xiàn)象存在的合理性??/p>
在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)鎮(zhèn)流器時(shí)是按優(yōu)化電路模型計(jì)算、調(diào)整各個(gè)部分的參數(shù),使產(chǎn)品自身功耗下降、而可靠性、穩(wěn)定性就得以提高??/p>
貯能元件電容、電感,變壓器是非線性的,其能耗參數(shù)設(shè)計(jì)是很多廠家忽視的一環(huán),一般只考慮了電路功能的需要,而較少在降耗上下功夫。這些元件在理論狀態(tài)下只進(jìn)行能量交換而耗能不多,但由于實(shí)際上參數(shù)設(shè)計(jì)、材料選取、制作工藝的區(qū)別,最終出現(xiàn)耗能相差甚遠(yuǎn),而這正是大功率無極燈鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)生產(chǎn)中值得所有廠家深入研究的一環(huán)??/p>
除了基波外,包含各種畸變的輸入電流還含有很豐富的高次諧波分量,這些過高的諧波分量會(huì)對(duì)公共電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響,從而形成諧波干擾。這種周期性尖脈沖電流更窄,會(huì)使直流脈動(dòng)電壓起伏變大,使燈電流的波峰系數(shù)變大,對(duì)燈??管極為不利。同樣,燈的光通量起伏也加大,對(duì)人的視力造成較大損害。直流脈動(dòng)電壓起伏變大也會(huì)使得開關(guān)管不能處于最佳工作狀態(tài),容易發(fā)熱而導(dǎo)致?lián)p壞,鎮(zhèn)流器的使用壽命將大大縮短,得不償失??/p>
抑制諧波的改進(jìn)措施就是盡可能提高其功率因數(shù),減小輸入電流的諧波失真。要達(dá)到這個(gè)目的,就必須提高整流管的導(dǎo)通率(即延長(zhǎng)輸入電流的導(dǎo)通時(shí)間),使得電源電流的波形接近電壓的正弦波,減小電流的波形失真;同時(shí)又要保證電源濾波電容能平滑地向負(fù)載連續(xù)供電(即減小輸入電流與輸入電壓間的相位差)。這就是通常所說的功率因數(shù)校正電路工作原理。功率校正電路分無源校正(PPFC)和有源校正(APFC)。目前,小功率一體化無極燈電子鎮(zhèn)流產(chǎn)品限于成本價(jià)格因素,大都采用改進(jìn)型逐流電路組成的無源諧波抑制電路。這種技術(shù)發(fā)展得比較成熟,只要調(diào)試得當(dāng),鎮(zhèn)流器的諧波含量基本可以得到有效的抑制,功率因數(shù)可達(dá)??.85-0.90。但這種電路存在調(diào)試難度高,在大量生產(chǎn)時(shí)難以控制產(chǎn)品質(zhì)量的問題,而且基本上無法同時(shí)滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)要求。而有源校正則是采用三極管等分立有源器件組成的諧波抑制電路,或采用專用集成電路的諧波抑制電路,功率因數(shù)一般都可達(dá)??.95-0.99以上。而且后者調(diào)試要比前者簡(jiǎn)單,可靠性更高?? 〖官方網(wǎng)??>??/a>