項(xiàng)目九電子鎮(zhèn)流器葛中海

1、項(xiàng)目九 電子鎮(zhèn)流器節(jié)能燈一、教學(xué)目標(biāo) 認(rèn)識(shí)13001系列高壓三極管，熟悉它們的三個(gè)重要參數(shù)。 了解E型電感的結(jié)構(gòu)和電性能特性。 了解相位控制變壓器的結(jié)構(gòu)，理解它的電性能特性。 了解普通鎮(zhèn)流器式日光燈起動(dòng)的特點(diǎn)和工作原理。 掌握電子鎮(zhèn)流器式日光燈起動(dòng)的特點(diǎn)和工作原理，理解功率因數(shù)的意義。二、電路結(jié)構(gòu)本電路可分為幾大部分，它們分別為整流濾波電路、啟動(dòng)及推挽電路、相位控制電路和LC振蕩電路。1整流濾波電路：由整流二極管D1-D4和電解電容C1、C2組成；2啟動(dòng)及推挽電路：由電阻R1、R8和高壓三極管Q1、Q2組成；3相位控制電路：由相位控制變壓器及阻容元件組成；4LC振蕩電路：由日光燈管、高壓電容和

2、E型電感組成。三、認(rèn)識(shí)特殊器件1高壓電容 參考<項(xiàng)目二>。213001系列高壓三極管13001只是13001系列高壓三極管之一，它們的重要區(qū)別是最大電流和封裝不同。13003基本參數(shù)（功耗、集電極最大電流和集電極-發(fā)射極擊穿電壓）和引腳封裝如圖9.1所示。圖9.1 13003基本資料圖 圖9.2 型電感3E型電感E型電感實(shí)際上是把銅線繞在E型磁芯而構(gòu)成的電感，雖然它的骨架有四只引腳（這類(lèi)骨架一般作為小型開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器），實(shí)際應(yīng)用時(shí)僅用兩只引腳，外型如圖9.2所示。4相位控制變壓器相位控制變壓器實(shí)際上是一個(gè)磁環(huán)繞三組線圈，每組匝數(shù)參見(jiàn)原理圖標(biāo)示，其中2、3腳并不是繞組繞制時(shí)連接

3、在一起，而是PCB板布線時(shí)才連接的。四、普通日光燈電路的組成及發(fā)光原理（一）、日光燈電路的組成日光燈電路是由日光燈管、鎮(zhèn)流器、啟輝器及開(kāi)關(guān)組成，如圖9.3。1燈管日光燈管內(nèi)壁涂有熒光粉，燈管兩端各有一個(gè)由鎢絲繞成的燈絲，燈絲上涂有易發(fā)射電子的氧化物，管內(nèi)抽成真空并充有一定的氬氣和少量水銀（氬氣具有使燈管易發(fā)光和保護(hù)電極延長(zhǎng)燈管壽命的作用）。2鎮(zhèn)流器 它是一個(gè)具有鐵心的線圈，在電路中的作用：（1）、在接通電源的瞬間，使流過(guò)燈絲的預(yù)熱電流受到限制，以防預(yù)熱電流過(guò)大而燒斷燈絲。（2）、日光燈起動(dòng)時(shí)和啟輝器配合產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高電壓，促使管內(nèi)水銀蒸氣發(fā)生弧光放電，致使燈管管壁上的熒光粉受激發(fā)而發(fā)光。（3）

4、、燈管發(fā)光后，保持穩(wěn)定放電，并使其兩端電壓和通過(guò)的電流降到并限制在規(guī)定值內(nèi)。圖9.3 普通日光燈電路 圖9.4 啟輝器結(jié)構(gòu)圖3啟輝器其作用是在燈管發(fā)光前接通燈絲電路，使燈絲通電加熱后又突然切斷電路，好似一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。啟輝器的外殼是用鋁或塑料制成的，殼內(nèi)有一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡和一個(gè)紙質(zhì)電容器，其結(jié)構(gòu)如圖9.4所示。紙質(zhì)電容器的作用是避免啟輝器的觸片斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的火花將觸片燒壞，也防止燈管內(nèi)氣體放電時(shí)產(chǎn)生的電磁波輻射對(duì)收音機(jī)、電視機(jī)等的干擾。（二）、日光燈發(fā)光原理在圖9.3中，當(dāng)接通電源后，電源電壓全部加在啟輝器的靜觸片和雙金屬片兩端，由于兩只金屬片之間的高電壓的電場(chǎng)較強(qiáng)，故使氖氣游離而放電(紅色

5、輝光)。放電時(shí)產(chǎn)生的熱量使雙金屬片彎曲與靜觸片連接，電流經(jīng)鎮(zhèn)流器、燈管燈絲及啟輝器構(gòu)成通路。電流流過(guò)燈絲后，燈絲發(fā)熱并發(fā)射電子，致使管內(nèi)氬氣電離，水銀蒸發(fā)為水銀蒸汽。之后，啟輝器玻璃泡內(nèi)兩觸片連接，故電場(chǎng)消失，氖氣也即停止放電，隨之玻璃泡內(nèi)溫度下降，則雙金屬片因冷卻而又恢復(fù)原狀，使電路斷開(kāi)。此時(shí)，鎮(zhèn)流器的電流突變、在鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個(gè)很高的自感電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)和電源電壓串聯(lián)后，全部加到燈管兩端形成一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)，致使管內(nèi)水銀蒸汽產(chǎn)生弧光放電，在弧光放電時(shí)產(chǎn)生的紫外線激發(fā)了燈管壁上的熒光粉使燈管發(fā)出白色的光?；」夥烹姇r(shí)產(chǎn)生的紫外線激發(fā)燈壁熒光粉，發(fā)出白色的光鎮(zhèn)流器的電流突變，產(chǎn)生強(qiáng)自感電動(dòng)

6、勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)和電源電壓串聯(lián)，形成強(qiáng)電場(chǎng)使管內(nèi)水銀蒸汽產(chǎn)生弧光放電啟輝器溫度下降燈絲發(fā)熱并發(fā)射電子：氬氣電離，水銀蒸發(fā)放電生熱使啟輝器的靜觸片和雙金屬片接合強(qiáng)電場(chǎng)致啟輝器輝光放電接通電源日光燈發(fā)光啟動(dòng)簡(jiǎn)化流程如下：圖9.5 燈管兩端電壓波形 圖9.6 鎮(zhèn)流器兩端電壓波形正常工作時(shí)燈管兩端電壓波形如圖9.5，這個(gè)較低的電壓它不足于使啟輝器的氖氣游離放電，啟輝器里的兩只觸片不會(huì)連接（短路），因此燈管兩端一直保持適當(dāng)電壓，故而保證連續(xù)工作。正常工作時(shí)鎮(zhèn)流器兩端電壓波形如圖9.6。五、電子鎮(zhèn)流器工作原理CN1和CN2是本電路的兩個(gè)輸出接口，它們外接日光燈管兩端燈絲。高壓二極管D1-D4組成橋式整流電路，

7、電容C1和C2串聯(lián)濾波，用萬(wàn)用表電壓直流擋測(cè)量P1點(diǎn)直流電壓約280V（直流擋測(cè)試結(jié)果為平均值）。P2點(diǎn)電壓約為P1點(diǎn)的一半（P1、P2點(diǎn)是為了描方便而設(shè)定的，沒(méi)有特別的電路意義）。整流、濾波后的電壓有一定幅度的紋波，示波器測(cè)量紋波頻率為工頻（電網(wǎng)頻率）的2倍，如圖9.7。圖9.7CH1是P1點(diǎn)波形，CH2是P2點(diǎn)波形1Q1截止、Q2導(dǎo)通（電流的方向以“點(diǎn)線”表示）Q2導(dǎo)通時(shí)相位控制變壓器產(chǎn)生反極性電動(dòng)勢(shì)阻止其電流的改變，正負(fù)（腳為正極性、腳為負(fù)極性，下同）。根據(jù)同名端可知正負(fù)，-繞組（電壓）促使Q2在極短時(shí)間內(nèi)飽和導(dǎo)通；同時(shí)，相位控制變壓器正負(fù)，-繞組（電壓）促使基極反向偏置而截止。提示：Q

8、1截止、Q2導(dǎo)通過(guò)程中電容C1放電（電壓降低）、C2充電（電壓升高）。2Q1導(dǎo)通、Q2截止（電流的方向以“虛線”表示）Q1導(dǎo)通時(shí)相位控制變壓器極性反轉(zhuǎn)，因此其負(fù)正。根據(jù)同名端可知負(fù)正，-繞組（電壓）促使Q1在極短時(shí)間內(nèi)飽和導(dǎo)通；同時(shí)，相位控制變壓器負(fù)正，-繞組（電壓）促使Q2基極反向偏置而截止。提示：Q1導(dǎo)通、Q2截止過(guò)程中電容C1充電（電壓升高）、C2放電（電壓降低）。C1和C2的作用相當(dāng)于兩個(gè)能量槽，儲(chǔ)存一部分能量，這兩個(gè)能量槽在高頻方式下完成充放電功能。從上面的描述可知功率三極管Q1、Q2交替導(dǎo)通（任何時(shí)侯Q1、Q2都不可能同時(shí)導(dǎo)通，這就是相位控制變壓器的作用），類(lèi)似于推挽功放輸出電路。

9、由于相位控制變壓器-繞組只有2匝，忽略它們兩端的壓降及紋波電壓，電路等效成一個(gè)非常簡(jiǎn)化的情形，如圖9.8這個(gè)簡(jiǎn)化等效電路非常便于我們理解它的工作過(guò)程。圖9.8 電子鎮(zhèn)流器等效電路模型讀者可能會(huì)問(wèn)：這個(gè)電路剛上電時(shí)是如何啟動(dòng)的呢？究竟是Q1先通還是Q2先通呢？答：Q2為它的基極通過(guò)電阻接P1。一旦起Q2導(dǎo)通，相位控制變壓器就承擔(dān)起控制Q1/Q2輪流導(dǎo)通，振蕩就會(huì)連續(xù)不斷進(jìn)行下去。如圖9.8，Q1/Q2如同一個(gè)單刀雙擲的開(kāi)關(guān)，Q1導(dǎo)通接280V，Q2導(dǎo)通接GND，而日光燈管另一端接140V電源（在Q1/Q2一個(gè)開(kāi)/關(guān)周期基本不變），于是日光燈管、高壓電容C4和E型電感L2在140V的電壓差下自由振

10、蕩。P4是本電路最重要的電路節(jié)點(diǎn)！為了弄清該點(diǎn)的工作狀態(tài)，借助示波器觀察它的工作狀態(tài)。CH1接P1、CH2接P4，如圖9.9a、b分別是低頻測(cè)試和高頻測(cè)試的波形。a) 低頻測(cè)試 b) 高頻測(cè)試圖9.9CH1是P1點(diǎn)，CH2是P4點(diǎn) 由圖9.9a可以看出在工頻的半個(gè)周期內(nèi)Q1/Q2開(kāi)關(guān)數(shù)百次，所以波形很密。圖9.19b拉開(kāi)波形高頻測(cè)試Q1/Q2開(kāi)關(guān)脈沖高度隨工頻電壓的紋波增大而上升（當(dāng)然，也會(huì)隨紋波減小而下降）。由于日光管燈絲電阻很小（2W的日光管燈絲約3），它們的壓降也很小，所以CN2兩端電壓波形基本一樣。六、動(dòng)態(tài)觀察正常工作時(shí)并聯(lián)在日光管燈絲兩端電容C4兩端的波形近似三角波，如圖9.10。圖

11、中顯示峰-峰值為200V，這么低的電壓怎么能使燈管內(nèi)的惰性氣體電離而引起弧光放電呢？為了弄清這個(gè)問(wèn)題，筆者借助示波器、選擇“強(qiáng)制觸發(fā)”功能捕捉上開(kāi)始通電瞬時(shí)C4兩端波形實(shí)測(cè)顯示該電壓非常之高。為了示波器的安全，在C4兩端并聯(lián)10K+1K電阻，然后開(kāi)啟電源、捕捉1K電阻兩端波形，如圖9.11。圖9.11顯示1K電阻兩端波形從無(wú)到有、從小到大直至穩(wěn)定的過(guò)程。振蕩頻率約45KHz, 峰-峰值約120V，根據(jù)電阻分壓推算出C4兩端峰-峰值應(yīng)該為1320V，即電壓峰值620，這么高的電壓足擊穿燈管內(nèi)的惰性氣體，使電離而引起弧光放電。提示：這么高的電壓是高壓電容C3和E型電感L2高頻振蕩產(chǎn)生的！C3是一個(gè)

12、關(guān)鍵器件，對(duì)它的耐壓要求很高，所以圖紙中標(biāo)注它的耐壓為1.2KHz。圖9.10正常工作時(shí)電容C4兩端的波形 圖9.11 上電時(shí)1K電阻兩端的波形七、節(jié)能燈1工作原理參考2W節(jié)能燈電路圖。CN1和CN2是電路板到節(jié)能燈的兩個(gè)輸出接口，與節(jié)能燈管兩端的燈絲相連。高壓二極管D1-D4組成橋式整流電路，C1是濾波電容，用萬(wàn)用表電壓直流擋測(cè)量P1點(diǎn)直流電壓約280V（直流擋測(cè)試結(jié)果為平均值）。整流、濾波后的電壓有一定幅度的紋波，示波器測(cè)量紋波頻率為工頻的2倍，如圖9.12之通道CH1。P2點(diǎn)平均電壓約為P1點(diǎn)的一半，與前面介紹的電子鎮(zhèn)流器P1點(diǎn)電壓稍有不同，P2點(diǎn)電壓隨開(kāi)關(guān)管Q1/Q2互補(bǔ)導(dǎo)通而略有起伏，P4點(diǎn)電壓波形如圖9.13。圖9.12CH1是P1點(diǎn)波形，CH2是P2點(diǎn)波形 圖9.13P4點(diǎn)波形2器件介紹DB3是玻璃封裝雙向觸發(fā)