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1、1选题背景自从我国实施绿色照明工程和节能政策以来，由于荧光灯发光均匀、亮度适中、光色 柔和等优点，使其在照明领域中得到了广泛的应用。荧光灯是一种充有氯气的低气压汞气 体放电灯，光电转换效率为23%,即所输入电能的23%被转换成了光能，而另外77%的输入 电能被转换成了热能。而白炽灯的光电转换效率为荧光灯光电转换效率的1/41/3,即输 入电能仅有8%被转换成了光能，而其余92%的输入电能被转换成了热能。如果仅将世界上 现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的气体放电电子镇流灯，就可以节省200GW的 电能。1.1指导思想荧光灯是通过引燃灯管内稀薄的汞蒸气进行弧光放电的，汞离子受激产生紫外线，
2、 紫外线通过激发荧光灯管内壁涂层上的荧光粉发出可见光。1.2方案论证它是把传统的电感镇流器的低频50Hz交流电经过全波桥式整流滤波电路，变为平稳的 脉动直流电，用来驱动两只功率管及脉冲变压器等组成的高频振荡电路，使其产生约3OKHZ 左右的高频交流电，使输出的RLC串联电路产生串联谐振，用来提供启动荧光灯所需高压, 从而点燃荧光灯管的。1.3基本设计任务本设计是以荧光灯电子镇流器为研究对象，通过对荧光灯交流电子镇流器电路进行剖 析，讲述了电子镇流器的组成、工作原理和优点，荧光灯对电子镇流器的技术要求等相关 知识。并通过自己对电子镇流器的认识与理解，设计了一个荧光灯电子镇流器电路，并对 其工作原
3、理和每个电子元件的作用进行了讲解，分析及论证。1.4发挥设计任务做一个日光灯镇流启辉器电路，电路可靠，能保证提供稳定的电压以及能使灯管正常 发光。2电路设计2. 1总体方框图整流滤波高频振荡串联谐振50Hz交流电脉动 直流电A 30KHz左右交流电荧光灯管图1电了镇流器原理框图2.2电子镇流器的接线图图2电子镇流器的接线图2. 3工作原理接通220V, 50Hz交流电，经过整流滤波后，在Cl的两端产生约311V的直流电压VC。 此时该电压通过Rl、C2组成的积分电路对C2进行充电，当C2上的电压达到VD6的导通 电压时，VD6雪崩击穿而导通，通过VD6的电流注入到VT2的基极，使VT2导通。此
4、时的 电流流向为：+VBUS-C4上灯丝一C6 下灯丝一Ll-TlaVT2R4地。在VT2导通时, C2通过VD5和VT2放电，其电压下降，不能再使VD6导通，启动电路对VT2不会再产生作 用。振荡建立后的维持依靠T1绕组间耦合产生正反馈实现。在VT2导通后其集电极电流从零开始增大并对T1磁环变压器产生感应电动势，致使 VT2的基极电位升高，其集电极电流进一步增大，直至VT2进入饱和导通状态，变压器T1 饱和。当T1达到饱和后，各个绕组的感应电动势急剧下降，VT2的基极电位降低，集电极 电流减小，最终使其截止。jflj VT1的基极电位则升高。VT1进入到饱和导通状态。在VT1 饱和导通时，电
5、流路径为：+VBUS-VT1-R3-Tla-Ll-下灯丝一C6上灯丝一C5-地。 当T1的磁芯达到饱和，VT1退出饱和并进入到截止状态，而VT2从截止状态进入到饱和导 通状态。如此周而复始，VT1和VT2轮流饱和导通，半桥在VT1和VT2的中间点输出近似 方波的脉冲，通过灯启动电容C4的电流方向交替变化，使LC串联电路发生谐振，在C6两 端产生一个高谐振电压脉冲并施加到灯管两端，将灯管击穿、点亮。一旦灯被成功启动，L1起稳流作用，使灯管正常工作。3各主要电路及部件工作原理3.1电子镇流器基本组成图3电子镇流器基本组成电子镇流器主要由EMI滤波器、整流器电路（AC-DC变换器）、DC-AC逆变器
6、电路、输 出网络（LC串联谐振电路）组成，其中还可增加一些附加电路，比如异常保护电路、调光 电路、浪涌电压和电流保护，温度保护等等。3.2 EMI滤波器滤波器主要由电感和电容元件组成。它是抑制因辐射和传导所引起的电磁干扰，要 求由外界来的电磁干扰不影响电子镇流器的工作，同时来自镇流器内部的高频干扰信号也 不要通过传导方式和辐射方式对同一环境中其它无线电设备造成干扰，以便达到电磁兼容 （EMC） o图4为常用的滤波器电路：图4 EMI滤波器3. 3整流器电路（AC-DC变换器）B轿式整流电路图5桥式整流电路桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的整流电路。桥式整流电路的工作原理如下（
7、以图5为例）：E2为正半周时，对DI、D3加正向电压，D1, D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成E2、DI、Rfz、D3通电回路， 在Rfz,上形成上正下负的半波整流电压，E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、 D4导通；对DI、D3加反向电压，DI、D3截止。电路中构成E2、D2、Rfz、D4通电回路， 同样在Rfz形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz上便得到 全波整流电压。3.4 DC-AC逆变器电路由分立元器件组成的典型半桥逆变器电路如图6所示。其中，电阻R1、电容C2、双 向二极管VD6及二极管VD5组成自振荡启动电路；VT1与
8、VT2为作为开关使用的率晶体管; T1为磁环变压器。半桥逆变器灯网络图6逆变器电路在加电后，直流总线电压VBUS通过电阻R1对电容C2充电。当C2上的电压被充电 到VD6的击穿电压值，VD6雪崩击穿而导通，通过VD6的电流注入到VT2的基极，使VT2 导通。此时的电流流向为：+VBUS-C5右灯丝FL2C4一左灯丝FL 1-L1Tla-VT2- R4地。在VT2导通时，C2放电，VD6不导通，T1维持建立的振荡。在VT2导通后其集电极电流从零开始增大的过程中，对T1磁环变压器产生感应电动 势。当VT2进入饱和导通状态，T1达到饱和后，VT2的基极电位降低，VT1的基极电位则 升高。使VT2截止
9、,VT1进入到饱和导通状态。在VT1饱和导通时，电流路径为：+VBUS- VT1-R3 一 Tla-Ll-FL1-C4-FL2-C6 一地。当T1的磁芯再次达到饱和，使VT1退出饱和并进入到截止状态，而VT2从截止状态 进入到饱和导通状态。如此周而复始，VT1和VT2轮流饱和导通，半桥在VT1和VT2的中 间点输出近似方波的脉冲，通过灯启动电容C4的电流方向交替变化，使L1和C4等组成的 LC串联电路发生谐振，在C4两端产生一个高谐振电压脉冲并施加到灯管两端，将灯管击 穿、点亮。一旦灯被成功启动，则进入稳态工作，L1起稳流作用。在VT1与VT2导通转换期间存在一个电流为零的死区时间，以避免两个
10、晶体管发生“直 通”而损坏。在死区时间内，与VT1并联的电容C3起续流作用，从而可保证流过灯管的 电流连续。3. 5输出级LC串联谐振电路在电阻、电感、电容串联电路中，当电路端电压和电流同相时，电路呈电阻性，电路 的这种状态叫做串联谐振。采用半桥拓扑结构的荧光灯电子镇流器，其输出网络大多采用 LC串联谐振电路，当半桥输出频率接近LC串联电路的固有频率时，则发生谐振，在C res上产生一个 高压脉并施加到灯管两端，使灯管击穿导通而点亮。如果半桥逆变电路由分立元件组成， 则灯管的启动方式为快速型启动。4原理总图:R5：AM:6；8Q1.0Q-100nFT1b :MJE1300图7原理总图5元器件清
11、单及参数的选择5.1各元件参数的选择1）二极管的选择整流二极管的选择主要考虑正向电流与最高反向工作电压两个参数。其能承受的反向 峰值电压为交流线路电压（最高VAC=270v）有效值的次倍，即V2VAC （在这基础上再留 10%的余量）。而正向电流的选择，因根据电子镇流器的输出功率和交流线路电压而定。p /n （ 效率，V=220v）o 100w以下荧光灯电子镇流器常用1N4007作为整流二极 1 管，其蹑高反向工作电压1000V,额定正向平均电流1.0A。VD5用1N4004。双向二极管VD6 可以用DB3,其击穿电压26-38,通导电压降为1015v。2）开关晶体管的选择双极型功率晶体管主要
12、在电子镇流器的半桥电路中作为升关使用。对其的参数选择， 必须考虑交流线路电压、灯管功率和是否采用了 PFC电路等因素。晶体管集电极和发射极 之间的击穿电压参数为：BV cf（） BV - BV ”，o若没有采用PFC电路，整流滤波后的电压 不会超过380V, 42 V - 380 V （y = 270 V ），所以gy （工。-4。0 U即可满足要求。表 5-1为R前普遍流行的电子镇流器双极型功率晶体管选择经验法则。灯管功率7w715w1525w2545w4575w75T00w功率三极管MJE13001MJE13002MJE13003MJEl3005MJE13007MJE13009表5-13）
13、电容的选择LC串联电路的阻抗可由下式确定：z _ V-V,o如果忽略半桥无源支路中电容的阻抗，电感L1的值则为：,_ z , f 为电子J opr 镇流器的工作频率。灯启动时的频率远高于镇流器正常工作时的频率。fres :是LC串联谐振电路的谐振频 率，C6值可由下式确定二、一:EL根据表5-3选取8200pFo对于交流信号来说，C4和C5为并联连接。C4和C5值通常为C6值的20-100倍，可选取C4=C5=100nF表5-2为滤波电容器电容量的选择参考表。灯功率（W）77-1111 1515-2020 3030 4040-6060100电容量 （nF）2. 2/3. 33. 3/4. 74
14、. 7/101010/2222/3333/4747/68表5-2表5-3为灯启动电容器电容量的选择参考表。灯功率（W）771515-2020-26263232 4040-55电容量（pF）15002200330047006800820010000表5-34）电阻的选择表5-4为半桥中两个双极型功率晶体管的基极电阻和发射极电阻选择的参考表。灯管功率（W）1515-2525-4545 7575100基极电阻（W）22Q, 1/410 Q, 1/26.80,1/26. 8Q, 1/24. 7Q, 1/2发射极电阻（W）1Q, 1/410,1/20. 5Q, 1/20. 5Q, 10. 33Q, 1表
15、5-4电子镇流器己经有20多年的发展历史人们在日常生产中积累了许多经验，在开发与 生产电子镇流器中，总结出的元器件选用经验规律，如表5T到表5-4。5. 2元器件清单表5-5元器件清单元件参数备注元件参数备注VD1-VD41N4007C147J1F, 400V4. 7-47仃VD51X4004C20. 22呻,400V0. 1-0. 22MFVD6BD3S(BD3)C33300pF1000-3300pFVD7-VD81N4936(BYV26)C4,C5100nFRl, R2620K Q, 0. 5W330-620KQC68200pF金属化聚丙烯 膜电容器R3, R41Q,O. 5W1-2. 2 QVT1, VT2MJEl3005或 B
