项目九电子镇流器葛中海

1、项目九 电子镇流器节能灯一、教学目标 认识13001系列高压三极管，熟悉它们的三个重要参数。 了解E型电感的结构和电性能特性。 了解相位控制变压器的结构，理解它的电性能特性。 了解普通镇流器式日光灯起动的特点和工作原理。 掌握电子镇流器式日光灯起动的特点和工作原理，理解功率因数的意义。二、电路结构本电路可分为几大部分，它们分别为整流滤波电路、启动及推挽电路、相位控制电路和LC振荡电路。1整流滤波电路：由整流二极管D1-D4和电解电容C1、C2组成；2启动及推挽电路：由电阻R1、R8和高压三极管Q1、Q2组成；3相位控制电路：由相位控制变压器及阻容元件组成；4LC振荡电路：由日光灯管、高压电容和

2、E型电感组成。三、认识特殊器件1高压电容 参考<项目二>。213001系列高压三极管13001只是13001系列高压三极管之一，它们的重要区别是最大电流和封装不同。13003基本参数（功耗、集电极最大电流和集电极-发射极击穿电压）和引脚封装如图9.1所示。图9.1 13003基本资料图 图9.2 型电感3E型电感E型电感实际上是把铜线绕在E型磁芯而构成的电感，虽然它的骨架有四只引脚（这类骨架一般作为小型开关电源的高频变压器），实际应用时仅用两只引脚，外型如图9.2所示。4相位控制变压器相位控制变压器实际上是一个磁环绕三组线圈，每组匝数参见原理图标示，其中2、3脚并不是绕组绕制时连接

3、在一起，而是PCB板布线时才连接的。四、普通日光灯电路的组成及发光原理（一）、日光灯电路的组成日光灯电路是由日光灯管、镇流器、启辉器及开关组成，如图9.3。1灯管日光灯管内壁涂有荧光粉，灯管两端各有一个由钨丝绕成的灯丝，灯丝上涂有易发射电子的氧化物，管内抽成真空并充有一定的氩气和少量水银（氩气具有使灯管易发光和保护电极延长灯管寿命的作用）。2镇流器 它是一个具有铁心的线圈，在电路中的作用：（1）、在接通电源的瞬间，使流过灯丝的预热电流受到限制，以防预热电流过大而烧断灯丝。（2）、日光灯起动时和启辉器配合产生一个瞬时高电压，促使管内水银蒸气发生弧光放电，致使灯管管壁上的荧光粉受激发而发光。（3）

4、、灯管发光后，保持稳定放电，并使其两端电压和通过的电流降到并限制在规定值内。图9.3 普通日光灯电路 图9.4 启辉器结构图3启辉器其作用是在灯管发光前接通灯丝电路，使灯丝通电加热后又突然切断电路，好似一个自动开关。启辉器的外壳是用铝或塑料制成的，壳内有一个充有氖气的小玻璃泡和一个纸质电容器，其结构如图9.4所示。纸质电容器的作用是避免启辉器的触片断开时产生的火花将触片烧坏，也防止灯管内气体放电时产生的电磁波辐射对收音机、电视机等的干扰。（二）、日光灯发光原理在图9.3中，当接通电源后，电源电压全部加在启辉器的静触片和双金属片两端，由于两只金属片之间的高电压的电场较强，故使氖气游离而放电(红色

5、辉光)。放电时产生的热量使双金属片弯曲与静触片连接，电流经镇流器、灯管灯丝及启辉器构成通路。电流流过灯丝后，灯丝发热并发射电子，致使管内氩气电离，水银蒸发为水银蒸汽。之后，启辉器玻璃泡内两触片连接，故电场消失，氖气也即停止放电，随之玻璃泡内温度下降，则双金属片因冷却而又恢复原状，使电路断开。此时，镇流器的电流突变、在镇流器两端产生一个很高的自感电动势，这个自感电动势和电源电压串联后，全部加到灯管两端形成一个很强的电场，致使管内水银蒸汽产生弧光放电，在弧光放电时产生的紫外线激发了灯管壁上的荧光粉使灯管发出白色的光。弧光放电时产生的紫外线激发灯壁荧光粉，发出白色的光镇流器的电流突变，产生强自感电动

6、势自感电动势和电源电压串联，形成强电场使管内水银蒸汽产生弧光放电启辉器温度下降灯丝发热并发射电子：氩气电离，水银蒸发放电生热使启辉器的静触片和双金属片接合强电场致启辉器辉光放电接通电源日光灯发光启动简化流程如下：图9.5 灯管两端电压波形 图9.6 镇流器两端电压波形正常工作时灯管两端电压波形如图9.5，这个较低的电压它不足于使启辉器的氖气游离放电，启辉器里的两只触片不会连接（短路），因此灯管两端一直保持适当电压，故而保证连续工作。正常工作时镇流器两端电压波形如图9.6。五、电子镇流器工作原理CN1和CN2是本电路的两个输出接口，它们外接日光灯管两端灯丝。高压二极管D1-D4组成桥式整流电路，

7、电容C1和C2串联滤波，用万用表电压直流挡测量P1点直流电压约280V（直流挡测试结果为平均值）。P2点电压约为P1点的一半（P1、P2点是为了描方便而设定的，没有特别的电路意义）。整流、滤波后的电压有一定幅度的纹波，示波器测量纹波频率为工频（电网频率）的2倍，如图9.7。图9.7CH1是P1点波形，CH2是P2点波形1Q1截止、Q2导通（电流的方向以“点线”表示）Q2导通时相位控制变压器产生反极性电动势阻止其电流的改变，正负（脚为正极性、脚为负极性，下同）。根据同名端可知正负，-绕组（电压）促使Q2在极短时间内饱和导通；同时，相位控制变压器正负，-绕组（电压）促使基极反向偏置而截止。提示：Q

8、1截止、Q2导通过程中电容C1放电（电压降低）、C2充电（电压升高）。2Q1导通、Q2截止（电流的方向以“虚线”表示）Q1导通时相位控制变压器极性反转，因此其负正。根据同名端可知负正，-绕组（电压）促使Q1在极短时间内饱和导通；同时，相位控制变压器负正，-绕组（电压）促使Q2基极反向偏置而截止。提示：Q1导通、Q2截止过程中电容C1充电（电压升高）、C2放电（电压降低）。C1和C2的作用相当于两个能量槽，储存一部分能量，这两个能量槽在高频方式下完成充放电功能。从上面的描述可知功率三极管Q1、Q2交替导通（任何时侯Q1、Q2都不可能同时导通，这就是相位控制变压器的作用），类似于推挽功放输出电路。

9、由于相位控制变压器-绕组只有2匝，忽略它们两端的压降及纹波电压，电路等效成一个非常简化的情形，如图9.8这个简化等效电路非常便于我们理解它的工作过程。图9.8 电子镇流器等效电路模型读者可能会问：这个电路刚上电时是如何启动的呢？究竟是Q1先通还是Q2先通呢？答：Q2为它的基极通过电阻接P1。一旦起Q2导通，相位控制变压器就承担起控制Q1/Q2轮流导通，振荡就会连续不断进行下去。如图9.8，Q1/Q2如同一个单刀双掷的开关，Q1导通接280V，Q2导通接GND，而日光灯管另一端接140V电源（在Q1/Q2一个开/关周期基本不变），于是日光灯管、高压电容C4和E型电感L2在140V的电压差下自由振

10、荡。P4是本电路最重要的电路节点！为了弄清该点的工作状态，借助示波器观察它的工作状态。CH1接P1、CH2接P4，如图9.9a、b分别是低频测试和高频测试的波形。a) 低频测试 b) 高频测试图9.9CH1是P1点，CH2是P4点 由图9.9a可以看出在工频的半个周期内Q1/Q2开关数百次，所以波形很密。图9.19b拉开波形高频测试Q1/Q2开关脉冲高度随工频电压的纹波增大而上升（当然，也会随纹波减小而下降）。由于日光管灯丝电阻很小（2W的日光管灯丝约3），它们的压降也很小，所以CN2两端电压波形基本一样。六、动态观察正常工作时并联在日光管灯丝两端电容C4两端的波形近似三角波，如图9.10。图

11、中显示峰-峰值为200V，这么低的电压怎么能使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电呢？为了弄清这个问题，笔者借助示波器、选择“强制触发”功能捕捉上开始通电瞬时C4两端波形实测显示该电压非常之高。为了示波器的安全，在C4两端并联10K+1K电阻，然后开启电源、捕捉1K电阻两端波形，如图9.11。图9.11显示1K电阻两端波形从无到有、从小到大直至稳定的过程。振荡频率约45KHz, 峰-峰值约120V，根据电阻分压推算出C4两端峰-峰值应该为1320V，即电压峰值620，这么高的电压足击穿灯管内的惰性气体，使电离而引起弧光放电。提示：这么高的电压是高压电容C3和E型电感L2高频振荡产生的！C3是一个

12、关键器件，对它的耐压要求很高，所以图纸中标注它的耐压为1.2KHz。图9.10正常工作时电容C4两端的波形 图9.11 上电时1K电阻两端的波形七、节能灯1工作原理参考2W节能灯电路图。CN1和CN2是电路板到节能灯的两个输出接口，与节能灯管两端的灯丝相连。高压二极管D1-D4组成桥式整流电路，C1是滤波电容，用万用表电压直流挡测量P1点直流电压约280V（直流挡测试结果为平均值）。整流、滤波后的电压有一定幅度的纹波，示波器测量纹波频率为工频的2倍，如图9.12之通道CH1。P2点平均电压约为P1点的一半，与前面介绍的电子镇流器P1点电压稍有不同，P2点电压随开关管Q1/Q2互补导通而略有起伏，P4点电压波形如图9.13。图9.12CH1是P1点波形，CH2是P2点波形 图9.13P4点波形2器件介绍DB3是玻璃封装双向触发