单谐振是电子镇流器的必由之路

一、目前,国产电子镇流器普遍存在着开关驱动方式上的致命缺陷

    电子镇流器的开关驱动方式,可以分为自激驱动方式(以下简称自激式)和它激驱动方式(以下简称它激式)两种类型.国产电子镇流器基本上都属于自激式.自激式的起源可以追溯到四、五十年代以前的电子管放大电路,是驱动电路中最原始的驱动方法,属于简易型驱动方式,与它激式相比除了电路成本较低以外,几乎找不出什么优点,最重要的是他存在着两个致命的缺陷,而且这些缺陷是不可逆的.为了分析方便,我们以最具代表性的荧光灯电子镇流器半桥驱动电路为例进行具体分析.

    1.振荡频率的稳定性和离散性非常大,批量产品的质量很难控制.半桥电路的输出电压很低,采用PPFC的半桥电路在供电电压低至150V时的输出电压仅有75V,而10W以上荧光灯所需要的工作电压都高于这个值(例如T5-28W荧光灯管的正常工作电压为162V).在电子镇流器的输出电压低于灯管工作电压的情况下,为了正常点亮荧光灯,必须依靠限流电感和启动电容之间产生的串联谐振,来提高和满足灯管的工作电压.而串联谐振的建立,必须保证在特定工作频率不变的情况下,限流电感的感抗与启动电容的容抗相等.在电子镇流器中限流电感与启动电容的值一旦确定是不能改变的,因此,保证电子镇流器工作频率的准确性和稳定性,是保证电子镇流器工作质量的关键问题.

图一是自激式电路的工作流程图.从图中可以看出,开关电路(包括驱动网络)、限流电路(包括隔直电路)、负载(包括光源和启动电路)、脉冲变压器等电路中所有元器件的误差和损坏,也包括供电电压、环境工作温度等外在因素的变化,都直接关系到开关电路工作频率的稳定性和离散性.

主要表现在a.产品质量离散性很大,同一批产品中有的可以用很多年,而有的只能用几天;b.同一只镇流器在更换灯管后工作数据会随之改变;c.即使是使用同一只灯管,随着元器件和灯管的老化,工作数据仍然会不断变化;d,同一只镇流器,使用同一只灯管,在同一天里,由于早、中、晚的温差和电压变化也会使工作数据有很大的不同.

    显然,电子镇流器采用自激工作方式是一个错误.无论怎样严格控制,都不可能保证批量生产的一致性和使用过程中的稳定性.这是目前国产自激式电子镇流器存在的第一个致命缺陷!也是为什么容易损坏的第一个主要原因.

    2.自激式开关电路始终工作在硬开关状态.电子镇流器的工作电路中存在两种振荡频率:一种是开关电路的振荡频率(简称工作频率);另一种是限流电感和启动电容之间的谐振频率(简称谐振频率).由于谐振电路是开关电路的负载,因此,工作频率与谐振频率之间存在以下三种匹配关系:

    2.1工作频率大于谐振频率时,开关电路的负载呈感性:

    2.2工作频率等于谐振频率时,开关电路的负载呈阻性:

    2.3工作频率小于谐振频率时,开关电路的负载呈容性:

    容性负载对于电子镇流器开关电路来讲危害是致命的.图二a是开关电路的负载呈容性时场效应管的栅极驱动波形,在波形的上升沿有一个明显的锯齿波;图二b和图二c是开关电路的负载呈容性时双极性三极管的基极驱动波形,图二b波形的上升曲线上有一个明显的锯齿波;图二c波形则产生了很严重的波形断裂,相当于开关了两次.这些波形都说明电子镇流器开关电路是工作在硬开关状态,此时的开关管功耗加大,温升加剧,应力变差,非常容易损坏.

    我们知道,灯管在启动和正常工作时的电压、电流差异很大,这种差异导致半桥自激式电子镇流器的启动频率与工作频率不一致(启动频率高,工作频率低),这就出现了一个致命的问题:为了保证灯管启动时能够获得足够的启动高压,谐振频率必须与启动频率相等或者误差很小,但在正常工作以后工作频率降低,使得工作频率小于谐振频率,开关电路的负载呈容性,开关管工作在硬开关状态,承受的应力很大,非常容易损坏.这是国产自激式电子镇流器存在的第二个致命缺陷!也是为什么容易损坏的第二个主要原因.

我们知道,电网电压在24小时内变化很大,半桥自激式电子镇流器,在供电电压升高后,不能控制输出功率,造成过载而损坏,同时也降低了荧光灯的使用寿命;这是这是国产电子镇流器为什么容易损坏的第三个原因.

在采用晶体三极管作半桥推挽的镇流器,三极管在高温时它的最高耐压值比常温耐压值是会有小许下降的.当供电电压超过三极管最高耐压值,三极管便出现二次击穿,引起集电极和发射极短路,因此, 对于有雷击的环境, 此种镇流器也不能抵抗雷击.这是这是国产电子镇流器为什么容易损坏的第四个原因.