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1、上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院1引言引言课题意义课题意义“绿色照明”工程的实施对优化资源、保护环境、构建和谐社会以及确保我国国民经济可持续发展有着非常重要的意义。有生产商统计，一个装有 960 只的 60W 荧光灯的建筑物内由电感镇流器改为电子镇流器后，在每只流明系数相同的情况下，可吸收输入功率是 87W，而不是采用电感镇流器时的 227W。如果每只荧光灯每年工作 6000h，每千瓦时电费是 0.61 元，则 960 只荧光灯每年将节约电费 960*6000*0.61*（227-87）*100049.2 万元。另外线路上的电流可以减少损耗，减少发电机容量等等，可见使用电子镇流器是节约
2、能源的重要举措，是建设节约型社会，落实科学发展观的重要举措。我们国家是一个人口大国，平均占用资源很少，所以高兴利用资源对保持国民经济可持续健康快速发展尤为重要。高效节能电子镇流器合理快速利用到气体放电灯中，就是更好的贯彻执行国家政策，促进经济发展。摘自豆丁网上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院2电子镇流器外形电子镇流器电路原理图电子镇流器的组成电子镇流器的组成交流电子镇流器是工频（50Hz/60Hz）交流电子变换为较高频率的交流电，并能使一个或几个荧光灯正常启动和稳定工作的变换器。上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院3交流电子镇流器的核心是高频转换电路。交流电子镇流器的基本功能有框图所
3、示在上图中，工频（50Hz/60Hz）市电压在整流之前，首先经过射频干扰（RFI）滤波器滤波。RFI 滤波器一般由电感（L）和电容元件 C 组成，用来阻止镇流器产生的高次谐波反馈到输入交流电网，以抑制对电网的污染和电子设备的干扰侵入到电子镇流器。对于高品质的电子镇流器，在其全桥整流器与大容量的滤波电容器之间，往往要设置一级功率因素校正（Power Factor Correction）升压型变换电路。其作用就是获得低电流谐波畸变，实现高功率因数。DC/AC 逆变器的功能是将直流电压转换成高频电压。高频转换部分的核心是功率开关元件。可作为开关使用的晶体管有双极型功率管、金属一氧化物一半导体场效应管
4、 MOSFET、静电感应晶体管 SIT 和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。逆变器电路的开关频率一般为 2050kHz，输出波形取决于电路结构的选择。DC/AC 逆变电路主要有半桥式逆变电路和推挽式逆变电路两种型式。高频电子镇流器的输出级电路通常采用 LC 串联谐振网络。灯的启动必须通过 LC 电路发生串联谐振，利用启动电容两端产生的高压上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院4产生的高脉冲将灯引燃。在启动之后，电感元件对灯起限流作用。由于电子镇流器开关频率达几十千赫兹，故电感器只需很小体积即可胜任。为了使电子镇流器安全可靠地工作，还要设计辅助电路。有的从镇流器输出到 DC/AC 逆变器电路引
5、入反馈网络，通过控制电路以保证与高频产生器同步化。目前比较流行的异常状态保护电路，是将电子镇流器的输出信号采样，一旦出现开路或灯不能启动等异常状态，则通过控制电路使振荡器停止振荡，关断高频变换器输出，从而实现保护功能。上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院5原理图原理图电磁兼容电磁兼容()电子镇流器和电子节能灯的电磁干扰源电子镇流器和电子节能灯的电磁干扰源对电子镇流器和电子节能灯来说，要解决电磁兼容（EMC）问题，必须要了解电子镇流器和电子节能灯产生的电磁噪声来源，并上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院6把它限制在一定得电平以下，以免这些电磁噪声通过输入电源线传导到电网中去，造成传导干扰
6、，对周围的电磁环境造成污染，并影响该环境内有关电子设备或系统的正常工作。至于辐射干扰，一般在 EMC 测试时基本上比较容易被通过。电子镇流器和电子节能灯中的电磁干扰源主要来自以下一些原因：元器件的固有噪声。它们主要有热噪声、散粒噪声、接触噪声等。但是在功率转换的电子应用中，这类噪声并不太重要，它只在信号变换、信息处理、通讯接收等微弱信号处理中才有十分显著地影响。半导体二极管在开关过程中产生的电磁噪声。在快速开通和关断的同时，瞬时变化的电压和电流，如其 di/dt 很大，就会形成很强的电磁噪声，例如二极管在整流时由于非线性而产生的电流尖脉冲，不仅会产生二次、三次及高次谐波的干扰，而且还会形成连续
7、频谱的电磁噪声，分布在较低的高频范围内。不过这一部分干扰很容易通过 LC 滤波加以滤除，例如低功率节能灯（不考虑输入谐波限制的要求时）要通过 EMC 认证并不困难。在采用可控硅（SCR）调光电路中，如通过改变可控硅触发导通角来改变输入电压，则可控硅触发导通角不同，对电磁噪声的影响也不同。当导通角由 0到 90增大时，SCR 开通和关断时对应的电网电压逐渐加大，造成的瞬态噪声也随之加大。这一类电磁噪声的影响同二极管在开关过程中产生的电磁噪声的影响相似。上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院7功率半导体器件（如双极型三极管、场效应管、IGBT 等） ，在开关过程中，存在很高的 di/dt。例如在
8、半桥逆变电路中开关管电流 ic 虽然基本上接近半个正弦波 9 见第三章介绍） ，但在其开始处有一个幅度较大的尖脉冲，它的重复频率高而电流变化速度快，通过线路或元器件的引线电感、分布电容，产生很大的瞬态电压或电流，并有可能引起寄生振荡。开关重复频率高、开关速度愈快、开关电流愈大，所引起的瞬态电磁噪声也愈大。在电子镇流器中，这类电磁噪声的影响最严重，是传导干扰主要来源，也是不容忽视的。它在交流电网输入线上直接产生两类传导干扰：差模与共模噪声。所谓差模干扰信号是指在相线 L 和中线 N 之间存在的相位相反的干扰信号，而所谓共模干扰信号是指相线 L 与地 G 间以及中线 N与地 G 间存在电位相同、相
9、位也相同的干扰信号。后一类干扰是来自空间的辐射、感应或串扰，对每一根电源输入线的作用是相同的，因而是共模的。为达到电磁兼容的要求，上述两种噪声都必须设法加以滤除，其中共模干扰信号滤除起来比较困难，只有采用共模滤波器才成。应该说明，电子镇流器内部这类高频开关信号，开关频率越高（如 80KHZ 以上） ，其电磁干扰严重，越不容易满足 EMC 要求，而且还会产生高次谐波的辐射噪声，对辐射干扰的影响也不容忽视。在有源功率因数控制（校正）电路中，输入电流是一串重复频率由几十千赫到 100KHz 的三角波。由于这些脉冲电流直接出现上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院8在电源输入线上，包含的谐波频率又很
10、丰富，可达几兆赫乃至几十兆赫，所以，它形成的电磁噪声的强度使很大的，对传导干扰的影响是很厉害的，也是不容忽视的。在采用高频泵电路或双泵电路的无源功率因数校正线路中，功率开关的高频开关信号通过反馈元件加到输入端，由电源进线送进电网中，形成传导电磁干扰。在采用这类电路时，一定要采取良好的滤波电路、合理的元件参数，滤除差模与共模噪声，否则 EMC测试时很难过关的。荧光灯管的辉光放电和弧光放电，其中弧光放电的干扰强度比辉光放电干扰强度要大，也会产生电磁干扰，但它们主要是辐射干扰，对电子镇流器的传导干扰贡献不大。如何减小电子镇流器中的传导干扰如何减小电子镇流器中的传导干扰如何满足对电子镇流器的电磁兼容要
11、求，通常采用的措施有电路布线设计、屏蔽、节地及滤波等。1. 电路布线设计产品内部的干扰主要来源于寄生耦合，在电路设计时要抑制形成寄生耦合的那些寄生参数。在实际布线时，将不同工作频率的走线分开，高压与低压的走线分开；处于强磁场的地线不应形成地回路，以免感应出地环电流而造成干扰；产生电磁场较强的元器件和对电磁场敏感的元器件布置时应互相垂直、远离或加以屏蔽以减少互感耦合；各级电路最好按电原理图顺次排列，而不要交叉排上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院9列，务必使各级电路自成回路，前后电路间避免形成不良的寄生反馈。PCB 的布线应尽量缩短，输入线（电源）最好远离带有高频电流的导线，例如灯丝线，所以
12、电源线同灯丝线分别处于镇流器的两端，就会更容易满足 EMC 要求。有时有于高频磁场的感应而使传导干扰在某些频段超标，即使加大电感和电容也无济于事。在产品设计时，一定应充分考虑必要的 EMC 控制措施，预先留一些放置某些元器件的位置。在产品试制时，通过实验，在满足EMC 要求的前提下，逐次将不必要的、可有可无的、价格昂贵而作用不大的元器件去掉，这样在大量生产时即能降低成本而又能满足对 EMC 的要求2 外壳接地外壳接地有如下几个作用： 实现对电场的屏蔽，用屏蔽来削弱外界噪声引起的干扰。如对某些元器件单独进行小范围的屏蔽，其抑制电磁干扰的效果会更好。 接地具有很低的阻抗，使系统中各路电流通过该公共
13、阻抗直接接地（大地，具有恒定不变的电位） ，例如电源的相线及中线通过 Y 电容，接外壳及大地，可以减小系统的传导干扰噪声。为避免漏电，Y 电容一定要能够承受较高的耐压。 保证人身和设备安全，这类接地分为防止设备漏电的安全接地和防止雷击的安全接地两类。照明电器通过电网供电，如绝缘击穿则机壳带电，会危及人身上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院10安全。将电路的接地端与机壳相接，再让机壳与接大地接地体相连，两者间的连接电阻通常约为 510，万一机壳漏电，当人体接触带电外壳时，大部分漏电流将被接地电阻分流，使流过人体的电流大大减小，保证了人身的安全。3、加装去耦电容在开关管附近的电源加装去耦电容，
14、使开关管开通瞬间所需的电流不再由电解电容提供，而由去耦电容就近为器件产生的I 噪声电流提供一个电流补偿（chang）源。一般去耦电容用一个电容量较大的电容和容量较小的电容（相差100 倍）并联来担当。在第三章图 3-4 中 C7、C8 就能起到去耦电容的作用，为了节省成本，不用再另加去耦电容了，如不接去耦电容，则开关管开通瞬间的所需的I 由电源提供，在电源及接地系统中会引起电流的波动，从而在 PCB 的走线上产生电流噪声。此外，在电子节能灯和电子镇流器的半桥逆变电路中半桥中点和地（或电源正端与半桥中点）之间所接的电容，能减小开关管电流两个电流尖脉冲的幅度。这样，即可以减小电磁干扰，又能降低开关
15、管的发热程度。对这个电容参数的选择一定要认真对待，合理取值。4、采用无源滤波器采用无源的 EMI 滤波器是抑制传导干扰最有效的办法，滤波器接在电子镇流器的电源输入端和整流器之间，信号源即噪声源自镇流器内部，而其负载则是电源输入端。应当注意，在选择滤波器的 LC 元器件时，一定要根据电子镇流器的功率容量，使它们能承受相应的电流及电压，即要求它们有上海新侨职业技术学院上海新侨职业技术学院11足够的无功功率容量；此外，对 LC 元件的寄生参数也要严格控制，它的制作工艺、元件的安装位置、连线方式和路径都会对 EMI 滤波效果有所影响。在设计电子镇流器的 EMI 滤波器时，除了对滤波效果有所要求（在 9
16、kHz30MHz 频率范围内获得最有效的滤波效果）外，还要求电路结构最经济、占用的空间最小、而花费的生产成本有最低，以取得最高的性价比在设计电子镇流器的 EMI 滤波器时，除了对滤波效果有所要求（在9kHz30MHz 频率范围内获得最有效的滤波效果）外，还要求电路结构最经济、占用的空间最小、而花费的生产成本有最低，以取得最高的性价比。对滤波器的分析课采用图 11-2 所示的滤波电路（四端网络）来进行，图中作为滤波器四端网络的输入端与噪声源相接，而输出端则与电网相接，各种高频电磁干扰及瞬态噪声通过传导耦合进入电网的噪声电平，由于滤波电路的滤波作用，能够将其减小到可以接受的电平。滤波器抑制电磁噪声的效果好坏，可以用插入损耗（Insertion Loss）IL 来表示：IL=10lg P1/P2 （11-2）式中，P1 为不接滤波器时从噪声送到负载 ZL 上的功率，P2 是接入滤波器后传送到负载上的功率。显然，插入损耗越大，滤波效果越好，对传导干扰的抑制作用越大。应当注意，对图 11-2
