14W日光灯电子变压器设计

首先欢迎拍砖。

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。

,不学习就玩玩咯

如圖1所示

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

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,因是桥式整流电容虑波电路，所以初始输入峰值电流会达10倍的Iin,达1.06A

又因输入电压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:

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，增加的集电极电流流过T1的初级（此时Q1是没有通的）和L1，灯管的阴极，C5，灯管的另一个阴极，C4形成回路。

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，同时因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形成集电极电流时，Q1的电流也流过Q2的集电极走过的线路，只是方向变反了，

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：

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1.5A,但TO92三极管应当1A应用)芯片1.18,Ts<5uS

脉冲变压器的计算：

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/cmBs（饱和磁通密度）=0.3Tιe(磁路长度）=2.5cm,Ae=0.2cm平方,Al=1.4-1.7uH/NN。

根据饱和磁场的公式：Hs=(Np*Ip)/ιe得

NP=Hs*ιe/Ip=0.45*2.5/0.11=10.23(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5-12V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。

(提供另一种脉冲压器匝比计算方法：从上边计算选得的三极管和磁环资料查得：三极管的Vbes=1.5V(3dd13003eid)磁芯的电感因数(电感量与匝数平方比）Al=1.4-1.7uH/NN(设计时取1.6)。已知设计频率为f=33kHz,NP(脉冲变压器初级匝数）=10.23≈10。

根据Al的定义Al=Lp/(Np*Np)得：初级电感量

Lp=Al*Np*Np=1.6*10*10=160uH=0.000160H,

又知f=33kHz可以算得脉冲变压器初级感抗,根据电感的感抗计算公式:Xl=2*π*f*L得：

Xl=2*3.1415*33*10e3*1.6e-4=33.158(Ω)

还知流过脉冲变压器初级的电峰值电流(也就是灯管的电流)Ip=0.155A

所以脉冲变压器初级的电压：

Up=Ip*Xl=.0155*33.158=5.135(V)

己知三极管的Vbes=1.5V,也就是脉冲变压器次级电压Us>=1.5V,根据变压器变比关系

Np/Ns=Up/Us得:

Ns=Us*Np/Up=1.5*10/5.135=2.9(Ts)

所以磁环的匝比为10:3)

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，耐压比三极管的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：

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)(在实功率中可能要调整）

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0.8-1.1mm,本机选取1.0mm，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,

上边的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<Q*Q/L=2.67*2.67/7.28=0.97uF同时灯的等效电阻rl=120/0.11=1090Ω

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，应选用耐较高压的电容

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。

以下是实测的光参数:

以下是实测的电参数：

以下是实物:

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