- 電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展
- 電子鎮(zhèn)流器及有關(guān)問題
- 電子鎮(zhèn)流器的主要參數(shù)
- 采用電荷泵無源濾波技術(shù)
- 采用能量反饋的無源功率因數(shù)校正
電子鎮(zhèn)流器的負(fù)載是一種特殊負(fù)載，要求電子鎮(zhèn)流器工作時具有能為負(fù)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(jì)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(yán)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(yán)重偏離零電位，同時引入極大的峰值電源電流，嚴(yán)重干擾電源系統(tǒng)供電質(zhì)量，甚至造成重大經(jīng)濟(jì)損失。
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：
（1）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(yán)重畸變，當(dāng)大量使用時，會造成中線電流增加，嚴(yán)重時會引起鎮(zhèn)流器大量損壞甚至造成火災(zāi)。
（2）采用“逐流”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，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(dá)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(jī)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(dá)PF>0.995，THD<5％，Cf<1.6。
（2）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。
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)：
（1）輸入側(cè)功率因數(shù)一般要求PF>0.9；
（2）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％；
（3）瞬態(tài)過電壓保護(hù)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；
（4）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(fù)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(fù)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；
（6）負(fù)載觸發(fā)起動方法常用的負(fù)載觸發(fā)起動方法有兩種：
①采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻法。由于熱敏電阻的熱慣性，負(fù)載穩(wěn)態(tài)工作時會對負(fù)載工作特性產(chǎn)生不利影響；
②瞬間觸發(fā)起動，由于負(fù)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；
（7）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(fù)載壽命；
（8）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(dá)到節(jié)能效果；
（9）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；
（10）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。
采用無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器
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。
[page]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(jìn)，在1.70～1.80。由于這種電路簡單，成本低，所以很有實用價值。
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
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(fù)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(fù)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(fù)兩個回路，正半周由V2對C0充電，填充低谷，波峰比變小，負(fù)峰波由V1返回電源，對整流管而言，產(chǎn)生高電平時的負(fù)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。
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)。
