提高节能灯可靠性的方法.doc

提高节能灯中半桥逆变电路可靠性的方法 陈传虞在电子节能灯和电子镇流器中，最常用的是半桥逆变电路。正确地理解它的工作原理，熟悉电路中各点波形，将有助于我们合理地选择电路中的元件参数，降低它的功耗和热量，提高整灯的可靠性。图1是它的基本电路。图1. 半桥逆变电路的基本形式半桥逆变电路可以像图中那样由触发二极管触发，也可以在基极电路中串接电容、由直流电源经电阻触发；在基-射极之间还可以并接二极管，它们都属于一类电路。有关它的转换过程及电流波形在文献1、3中已做过详尽的分析讨论，这里不再赘述，而只给出它的各点流波形（见图2）,并作一些简要介绍。图2 三极管各点的波形一. 电路各点波形以及用发射极电流波形对电路进行调试这里我们仅对波形的一些关键之处稍作解释，并介绍一下如何利用发射极电流波形对电路进行调试。1. ic 开始是负的、结束时也是一个负的跳变以t2为例，当vt2由截止转为导通时，磁环绕组上的电动势将改变极性，n2变为上正下负，vt2的基极变正，使得基极对集电极、基极的电位都为正。这样，vt2表现为两个背靠背联接的二极管。电流由基极流向集电极，ic2 开始是负的；另有基极电流由发射极流出。集电极与发射极之间压降很小，近乎短路。而当ic2为正时，三极管又变为正常的导通并处于饱和状态。所以，只要有ic 存在，集电极与发射极之间压降总是很小的，三极管相当于闭合的开关状态，而非放大状态，这一点从观察三极管集电极-发射极电压波形便可得到证实。2. ib 最后一段是负的当流过线圈的电流由小到大增加到一定程度时，磁环的磁导率下降，其上的感应电动势减小，使得基极的电位比磁环的电位还高（例如，以vt2为例，vb2比vn2大），这样一来，基极电流将由基极流出，实际上是基区存储的多余的少数载流子（电子）由基区返回发射极，少数载流子的消失，将有助于三极管退出饱和进入放大状态，在磁环绕组再生反馈的作用下，vt2快速地由导通变为截止，ic2以负跳变结束。由此可见，基极电流ib 最后一段为负值,帮助三极管退出饱和状态，在电路的转换过程中起到了至关重要的作用。3. ie波形中后半段有一个凹坑，这是负的ib与ic相加的结果，早年有的文章把这一现象错误地看做是c类放大器的过临界状态所造成的，。其所以犯这个错误，是因为他把流过镇流电感线圈的电流等同于三极管的发射极电流。实际上流过电感线圈的电流是集电极电流，而非发射极电流。在开关状态下，基极电流很大，与集电极电流相比，它的分量并不是可以忽略不计的，但它并不参予外电路中的流动。4. 根据发射极电流波形对电路进行调试跟据各个电极波形，我们可以知道电路的工作状态，由于ie波形最容易检测（用电源隔离的示波器直接观测下管发射极电阻上的波形就可以看到），所以，在半桥逆变电路的调试中，通过观察ie波形，可以用来来判断电路的状态是否调到最佳，各个元件参数是否调整到合适，起到有用的参考作用。具体做法如下：将被测的节能灯电路接到电子镇流器综合性能测试仪（如ui2000、hb3），同时用示波器监视ie波形。当在额定电压下，看到的波形应当是图3实线所示波形，在这种情况下，三极管发热最轻。再调整输入电源电压，不论是输入电压较低（如额定电压为220v可调到170v，额定电压为115v可调到90v）还是较高（可分别调到270v、140v），ie波形均不应出现图3中虚线所示情况。如出现这类波形，三极管会严重发热，工作很不可靠。ie波形前面出现的尖脉冲可能是两管共态导通造成的，幅度愈大，三极管发热愈严重。一般以不超过ie波形最大值的1/31/2为宜。调整续流电容c4或启动电容c6的大小，可以适当地抑制尖峰的幅度。ie波形后面如抬得太高，也会使三极管发热严重，也是我们所不希望的，它一般出现在电源电压较高、三极管过驱动的情况下。图3 发射极电流波形为了得到理想ie波形，除调整上述元件外，可以调整发射极、基极电阻，磁环初、次级圈数，磁环的厚度以及磁导率等。这种调整，实际上就是调整三极管在不同电压下的饱和深度，既不能太深，又不能不饱和。兼顾的程度愈好，节能灯能适应的电源电压范围愈宽，其可靠性亦愈好。对使用在电力供应不足、电网波动较大的欠发达地区的节能灯，这种调整尤为重要。在调整过程中，应观察电子镇流器综合性能测试仪的输入功率和灯管功率的指示值，不论在电压为高、中或低时，两者之差都应保持为较低值。当参数调整好时，可用手摸一下稳定后三极管集电极的温度，如温升较小，说明调试确实达到满意的效果。如果在某一电压段稳定状态下三极管温度仍较高，则应继续调整元件参数，直到满意为止。在调试已取得满意效果之后，可用电子镇流器多点温度巡检仪tmp-a来监视电感的磁心与线圈、两个三极管集电极、电解电容器和磁环的温度。在正常电压下，三极管集电极的温度以低于8090左右为好，升高电压后，与正常电压相比,温升t约为1015，而在低电压下，与正常电压相比,温升以t20为宜，如25或者更大一些；14w的灯以12-14为宜。细管径的灯，其管压较高，灯丝冷阻可适当小一些。反之，在大功率灯管中，管电压很高，灯丝电流很大，if2rf很大，即使灯丝电阻为2，也不会出现冷启动情况，它的开关次数可以很高，达到10000次以上，都没有问题。但是，这时，由于灯电流很大，灯丝温度会很高，这也对灯丝不利。在长时间点燃过程中，电子粉易耗尽或灯丝容易烧断，这种情况大多出现在大功率、长灯管、高管压的节能灯中。因此，在电子镇流器的调试中，应设法适当降低灯丝电流，使灯丝温度不要过高。这样做有利于减小节能灯的功耗、提高其光效和开关寿命，在大功率节能等中采用双启动电容，就是这个原因。长期以来，电子镇流器设计工程师在灯的匹配问题上，对灯丝电流和冷阻值，未能给予足够的关注；生产灯管厂家也未能对灯丝的冷阻值，从根本上加以研究，我以为这实在是一个不应该出现的误区，必须彻底加以改变。这里，郑重地向生产灯管的厂家呼吁：第一，希望您们对各个功率灯管的灯丝冷阻值进行必要的研究，根据它的管径、管长（或管压、管流）规范各种功率灯管的冷阻值。例如，随灯的功率的降低，特别是小功率的灯管，适当加大它的灯丝冷阻，以提高灯的开关寿命和光通维持率，减小其光衰。其次，在大功率灯管中，通过搽去灯丝附近的荧光粉，用红外测温计观测灯丝温度，以判断在给定灯功率（管流、管压）的条件下，多大的灯丝电流值才是合适的。如灯管厂家在给出各种参数之外，还能提出每种灯管合适的灯丝电流推荐值（那怕是一个参考值也好），供电子镇流器设计工程师作为设计电路时的依据。那么，他们就可以在电路设计上，通过一些必要的试验，找出合适的灯丝电流值，使灯管与镇流器之间达到最佳的匹配，从而大大提高整灯的质量，提高它的光通维持率，延长它的寿命，实