提供一款节能灯设计实列

一款14WT2普通節能燈設計實列
提供一普通節能燈設計實列以供初學者入門學習之用,當你能成功做出
自己的東東時會有一種成就感的,好了废話不多說我們開始吧.
輸入信息:
      輸入額定電壓220V50Hz,輸入工率>85%額定功率,輸入功率因數λ>0.6
      輸出效率η>90%,工作頻率33kHz,燈電流波峰比<1.7.
根據節能燈相關標准要求輸入工率>85%額定功率,既
Pin>14*0.85=11.9W
要求輸出效率>90%,既
Pout>11.9*0.9=10.71W

線路的選取:考慮到緊凑型節能燈體積小,溫升較高所以線路不能過於複雜
故此燈選取變異形半橋逆變電路.如圖1所示
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     圖1
電參數的計算:
      輸入整流電流濾波電路的計算:
桥式整流电容虑波
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輸入電流:Iin=Pin/Vin/λ=14/220/0.6=0.106(A),
峰值为Iinpk=1.414(2的开方)*0.106=0.15(A)
当输入功率因数为0.6时二极管的导通的角只有θ=50度左右.所以流过二极管的峰值电流
Idpk=Iinpk/θ*180/2=0.15/50*180/2=0.27(A)
当输入电压为250V(用电低谷时)其峰傎
Vkp=1.414(2的开方)*250=353.5V
既C3电压会使达到353.5V(此参数用于选取电容的耐压)同时会也加在二极管的负极,当输入压负半周时
同样也有负的353.5V加在二极管的正极所以二极管的反向耐压
Vr>353.5V+353.5V=707V
根据流过二极管的电流0.106A峰值0.27A, 二极管的耐压Vr>707V选取二极管
1N4007 参数Id=1A,Ipk=2.5A,Vr=1000-1400V,因低频整流不考虑反向恢复时间.
之所以选取Vr>1000V是因为有些二极管在高温时耐反向电压特情变小的缘故,
有条件应做二极管的高温特性实验.
当输入电压220V时桥式整流虑波电路输入电压Vdc=Vin*(1.2-1.4)=220*1.3=286V
故直流电流为
Idc=pin/Vdc/η=14/286/0.9=0.054(A)
为了达到灯电流波峰比小于1.7要求输入直流电压的波峰比应小于1.7,在此我们选1.6既纹波电压
ΔVdc<286*0.6=171(V)
纹波的形成是因为电解电容放电引起,此时电容的放是周期是输入电压周期的一半既
t=0.5T=0.5*1/50=0.01(S)=10(mS)
根据电容的定义C=It/U
C=It/U=Idc*t/ΔVdc=0.054*0.01/171=0.00000315(F)=3.15(uF)
依据上边求得的电容的最高电压353V和电容的容量3.15uF结合电容的应力要求选取电解电容为:
3.3uF/400V高品质电解电容.
己知输入电流Iin=0.106A, 同时是电解电容滤波,所以初时输入峰值电流会达10倍的Iin,达1.06A
又因入力电压220V 所以应选取保险管:
1A250V慢熔型或者1.5A250V慢熔型的.
      半桥逆变器的计算:
原理描述:
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     直流电压经过R1,R2向C3充电,当C3电压上升到DB3的击穿电压28-35V,DB3因雪崩击穿导通,把电流注入Q2
Q2导通,集电极电流增加,增加的集电极电流T1的初级(此时Q1是没有通的)L1,灯管的阴极,C5,灯管的另一个阴极,C4.
增加的电流流过T1的初级时使T1的两次级感生一个电压,这个两个电压一个使Q2加速导通,集电极电流更大,一个使Q1关闭,
这一过程会Q2完全导通进入饱和,并吏T1磁芯也进入饱和,饱和的结果是Q2的集电极电流不再增加.
因为T1初级电流不再加增,使得初级感生电压变小,并且改变电压的极性方向,这一过程会使Q2的基极电流减小,同时Q2的基极电流减小Q2的集电极电流也
加速减小,结果是Q2走向关闭.此时Q1的电压的极性方向改变,由原来的关闭走向开通,当Q1开成集电极电流时,同样流过Q2的集电极走过的线路,只是方向变了,
次级感生的电压使得Q1变为导通,此时Q1跟Q2一样也进入饱和,使得次级电压极性变反,接下来又轮到Q2的开通,如此反复,形成高频震荡......
触发线路的计算:
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     通常三极管的放大倍数选得较小(5-40)这要求触发电路提供较大的电流,一般0.2-1mA
所以R1,R2支路应能提些电流,所以
R1+R2=286/0.3(这里我们选0.3mA)=953KΩ
根据电阻功率计算公试
Pr=Ur*Ur/R=286*286/953K=0.08W
所以R1,R2选取功率为0.25W的两个碳膜电阻.
相位电路的计算:
    C2和R1同时相位电路,当三极进入死区时间时,两三极管关闭(原理描述中没经细说)此电感L1及灯管中的电流流过C2使灯管继续点亮.
所以C2也称为续流电容其容抗一般设计得较小.
一般R1,C2的时间常数设为震荡周期的10-20倍(这里我们选11),己知地f=33kHz,所以
T=1/33kHz=30.3uS,
所以
τ=0.7R1*C2=11*T=11*30.3uS=333uS所以有
R1*C2=333/0.7=476uS
通常R1的阻抗是C2容抗的100倍左右所以
R1=100*Xc既R1=100/(2*3.14*f*C2)
联立上边的方程成方程组,求解方程组得:
R1=1030pF
C2=475000Ω
已知R1+R2=953KΩ,所以R2=953KΩ-475KΩ=478KΩ
所以R1,R2选标准中的470KΩ1/4w碳膜电阻,C2选1200PF/630V(1KV).
三极管的计算:
查资料得知T214W全螺荧光灯毛管参数:启动电压>400V管压降120V,电流110mA.
些时灯电流峰值:IlKP=1.41421*110=155mA
半桥中点电压150V,为了达到正常启动,LC谐振时的Q值应>400/150=2.67,此处设为3
所以谐振时L,C中的电流峰值为Ickp=3*IlKP(灯管电流峰值)=3*155=465mA
三极管的开关时间(主要指存贮时间)一般<20%T(T正常工作时谐振周期)所以:
Ts<0.2/f=0.2/33000=6uS
结合上边的参数选取开关管:13003-TO92   其参数Vceo>=400V,Ic=1A(一般13003电流1.3A,但TO92三极管应当1A应用)芯片1.18,Ts=2-5uS,β=15.
脉冲变压器的计算:
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脉冲变压器,用于驱动三极管,要求驱动波形速率快,因此应选用可饱和磁芯,磁滞回线成矩形的磁芯,
在此选初始磁导率ui为5000磁芯规格为外径10mm内径6mm厚5mm的环形磁芯,
其参数查资料:Hs(饱和磁场强度)=0.7A/cm Bs(饱和磁通密度)=0.3T ιe(磁路长度)=1.7cm,Ae=0.2cm平方.
根据饱和磁场的公式:Hs=(Np*Ip)/ιe得
NP=Hs*ιe/Ip=0.7*1.7/0.11=10.8(Ts)(Ip为流过初级的电流峰值,也就是灯管的电流峰值,上边算了得155mA,为了保证变器和三级管进入饱和,此处取半峰值既Ip=155/2=78mA)
频率的计核算:通常脉冲变初级电压在7-15V 之间根据变压的电磁感应定律:V=4*N*Bs*Ae*f*10000得:
f=Vp*10000/(4*Np*Bs*Ae)=(9*10000)/(4*10.8*0.3*0.2)=34.7kHz接近设定目标
当开关管集电极电流110mA进入饱和时,其基极电流峰值应为ib>ic/β=155/15=10.33mA,并且实际ib略大于10.3mA.既变压器的次级电流Is>10.3mA
根据变压器变比: Np:Ns=Vp:Vs=Is:Ip得:
Ns<(Np*Ip)/Is=10.8*78/10.3=81Ts此匝数无法绕下磁环,并且此匝数是在开关管基极无限流电阻情况下算得,当Ns<<81Ts时,根据变比关系Is=Ib>>10.33mA
于是可以在三极管基极中串入限流电阻把电流限制在10.3mA左右,从而可以减少脉冲变器的次级匝数.
基极电阻值一般选取4.7-33Ω,变压器次级2-5Ts,为了使镇流器耐冲击,在开关管的发射极串入0.5-3.3Ω的电阻形成负反馈起到耐冲击的作用.
以上次级匝数,开关管的基极,发射极的电阻应在调试中确定,以使三极管工作在浅饱和区,工作频正确为宜.
本机脉冲变压器变比为:10:3基极电阻22Ω,发射极电阻2.2Ω.
续流二极管D6,D7,基极二极管D8,D9的选取:
    D6,D7是在开关管关闭时用来续流电感L1中的电流的,所以D6,D7工作频率也是30KHz以上,电流在155mA左右,由此D6,D7应选快速恢复二极管,耐比三极管的Vceo高.
本机选FR107,查其参数能满足要求.
    D8,D9是保护开关管的发射极的,主要用来消除脉冲变压器次级的负半周形成的过反偏击穿EB结,一般出现过反偏的机会不大所以选用慢速管,耐压>100V就可以.
本机选取1N4007.
    D5选取D5用于给C3放电,由于镇流器触发后能自行震荡工作,不再需要DB3触发了,这时就要把C3的电荷放掉,D5就是起到这个作用.设计时(R1+R2)C3的时间常数应远
大于镇流器工作周期才能使C3充不起电压.当Q1导通时D5承受大经约250V的电压.所以D5也选用1N4007.
谐振电路的计算:

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己知半桥中点直流电压150V,当三极管开通时,峰值电压286V,灯管电压120V,灯管电流110mA
所以电感L1的电压Ul=286-120=166(V),流过电感的电流就是灯管的电流,所以感抗Xl=166/0.11=1509(Ω)
根据电感抗的公式:Xl=2*3.14*f*L得:
L1=Xl/(2*3.14*f)=1509/(6.28*33000)=0.00728H=7.28(mH)
磁芯选取:根据磁芯的面积乘积法计算规格.(过于复杂不再给出计算方法)
    通过计算选取EE13,PC30的磁芯规格和磁芯材料和绕线骨架.计算气隙0.5-0.8mm,本机选取0.6mm,通过查参数,得单匝电感量Al=3.74e-5mH/(N*N)
己知本机电感量7.28mH通过AL,算得N=441Ts
    漆包线:己知灯管电流110mA,一般绕线用的漆包线载流能力2.5-4(A/mm*mm)折算线径D=0.187mm,
上边算得启动谐振时电路的Q值应>400/150=2.67,根据谐振电路品质因数计算方法Q=(L/c)的开方,得:
C设计谐振频率为50K左右.根据LC谐振计算公式得,
C5=1/(4*3.14*3.14*fo*fo*L1)=1.39*10e-9(F)=1390(pF)   *科学计数法
由于谐振时Q值较高所以电容C5的电压也很高,应选用耐较高的电容
本机选1250V/1500PF的膜式电容.

隔直电容C4的选取,C4只是用于隔直作用所以它的容抗应较小,并以发热小为宜,耐压应大于整流输出电压.
本机选取400V/47000pF.
以下是电实测电参数:
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以下是实测光参数:
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以下是实物:
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以下是BOM (物料清单)
碳膜电阻RT-1/4W-680KΩ22 碳膜电阻RT-1/4W-2.2Ω23 碳膜电阻RT-1/4W-22Ω24 保险管1A-250V15 电解电容CD11GA(精品)3.3UF/400V(10*16)聚脂膜电容CL11 223J-100V17 聚脂膜电容CL11 102J-630V18 聚脂膜电容CL21 473J-400V19 聚脂膜电容CL11 152J-1000V110 整流二极管1N4007711   触发二极管DB3112 三极管13003E1D/TO-92 β=20-25 线路板RXD1736A   跳线镀锡祼铜线Φ0.4/8cm脉冲变压器3T:10T:3T1套16磁环Φ10*6*5喷漆 5档A  AL=1.4-1.7mH 磁环线AV-1*1/0.30镀锡450mm 电感420T±3T 电感量:6.4-6.7mH  磁芯PC30-EE13  双边气隙0.5mm1付 骨架E13立式(4P)     漆包线QA-1 ф0.17 (420T±3T)3.1克彩胶带 5mm23CM  插针镀锡祼铜线Φ0.4/8cm     电解脚套管Φ1玻璃纤维套管 20mm225电源线AWM-1007/24AWG 8cm  电源线AWM-1007/24AWG  7cm  辅料(锡条/锡丝/免洗助焊剂) 灯管液态汞φ7全螺14W  4*38D三基色A级粉(2700-6400K)  灯头E27132 外壳FC137    包装盒4.6*4.6*10.5Cm包装箱48*48*12.5Cm辅料

网址点这里有实详细测试数据