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无极灯的原理与制作工艺

我爱方案网| 无极灯,EMI,EMS| 2011-04-26
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中心议题:
    * 无极灯的原理与制作工艺

解决方案:
    * 电源滤波器设计
    * 功率因数校正器(PFC)
    * 点灯逆变器设计

EB灯电源的核心部分是一个DC/AC逆变器,它产生2.65MHz的高频功率用以点亮气体放电灯泡,由此会带来电磁干扰(EMI)和抗干扰(EMS)等问题。

  一、电源滤波器
  EB灯电源的核心部分是一个DC/AC逆变器,它产生2.65MHz的高频功率用以点亮气体放电灯泡,由此会带来电磁干扰(EMI)和抗干扰(EMS)等问题。故EB灯必须满足国标:GB/T18595-2001《一般照明设备电磁兼容抗扰度要求》和GB177430-1999《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》。

  电源滤波器有两种作用:

  其一,是防止灯电源噪声窜入电力网,干扰其他用电设备;

  其二,可阻止电力网中的噪声输入灯电源,影响灯的正常工作。

  其电路如图1所示。

  电源滤波器是由电感和电容组成的两级式电源滤波网络,所要抑制的频率主要是PFC的工作频率约50kHz和DC/AC开关频率2.65MHz,以及这两个频率的高次谐波。CX1、CX2、CX3也叫X电容。把差模干扰噪声旁路掉。LF1、LF2为共模扼流圈,抑制共模噪声。CY1、CY2也叫Y电容,用于抑制输电线继发的射频噪声。RV1为压敏电阻器,用来吸收尖峰脉冲过电压。在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻器,能有效地抑制开机时的浪涌电流。R1、R2是X电容的泄放电阻。

  二、功率因数校正器(PFC)

  MC33262是一款可靠且成本低廉的功率因数校正芯片,其应用电路如图2所示。市电经电源滤波器和整流器得到脉动直流电。电流通过启动电阻R10向C2充电至10V时,IC1开始工作。整流后的直流脉动电压在R5的分压作为取样信号经IC1的③脚输入乘法器。直流输出电压在R6和WR上的分压经①脚输至误差放大器的反相输入端,与2.5V的参考电压比较放大后输出一个直流误差电压,同时也输入到乘法器。


  通过功率开关MOSFET的电流在源极电阻R9上转换为电压信号,输入到IC1的④脚,并与乘法器的输出电压进行比较。随AC电压从零到峰值正弦地通过,乘法器的输出电压控制IC④脚的阀值,从而使Q1的峰值电流跟踪AC输入电压,致使校正电路的负载呈电阻性。

  由于MC33262的控制作用,使输入电流紧紧跟随AC电压而变化,呈平滑的正弦波。同时,PFC电路又是一种升压型开关稳压电源,使无极灯的功率和光通量不会随市电电压的涨落而变化。

  三、点灯逆变器

  逆变电路如图3,它将PFC电路输出的高压直流变换为供无极灯使用的高频交流电。国际电工委员会CISPR15允许对磁场感应标准的频率范围为2.2MHz~3.0MHz,其中心频率为2.6MHz.接通电源后PFC输出直流电压。通过R19、R18加到电容C12上,C12开始充电。当C12上所充电压达到触发管(DI-AC)D8~D16的转折电压时,DIAC由关断转为导通状态。积分电容C12所储存的电荷经DIAC加于振荡变压器BT1的初级绕组W20,依靠W22、W21两个绕组使Q81、Q82获得幅度相等,相位相差180°的驱动信号。在Q82导通时Q81被强迫关断截止;Q81导通时,Q82又被强迫关断截止。

 逆变器的振荡频率由绕组W21、W22的电感量与场效应管Q81、Q82的输入电容以及补偿电容C81、C82共同决定,灯回路网络的谐振频率必须与输入回路的谐振频率相同,例如:谐振频率为2.65MHz.还要尽力优化Q81、Q82驱动信号的幅度和波形,使其自身功耗降到最低。

   二极管:D8′有两个作用:正向时用来泄放C12上的电荷,防止逆变电路因误触发而出现共同导通现象,起保护作用;反向时,利用反向恢复时间的反向电流为振荡变压器输入激励信号。

  图3中Lz、C14、C15为谐振电感和谐振电容,它们是设计中重要的参数。在启动阶段,灯泡的等效电阻很大,Lz、C14、C15发生串联谐振,谐振电路可以在灯两端形成很高(约3000V)的点火电压。无极灯引燃后,进入正常运行阶段,泡体内电弧等效电阻在数百欧姆,当灯电流生成后,谐振回路失谐,C14、C15上的谐振电压降到灯的工作电压。灯点亮后由Lz稳定灯的电弧电流。与此同时,由于输出回路的选频滤波作用,点灯电能为一余弦波的电压和电流,其频率为激励信号的基频。

  四、异常保护电路

  当出现灯泡接线脱落或者灯泡漏气等异常状态时,无极灯不能正常启动,谐振引火电路一直处于谐振状态,逆变器输出的电流增大到正常电流的3~5倍。如果不采取有效的保护措施,就会造成点灯逆变器以及前级单元电路因过载而烧毁,甚至引起冒烟、爆裂等事故。异常保护电路如图4所示。

  在异常状态时:在谐振电容C14、C15的中点引出异常保护采样电压,通过电容C16、C18的分压和D18、D19、R24整流后成为控制电压,通过R25、R21和C19延时电路,在C19上得到随时间上升的直流电压,当此电压大于DZ1的稳压值时便被击穿,可控硅MCR导通,通过阻塞二极管D17将Q82栅极与地短路,迫使半桥逆变电路停止工作。而在正常状态下,C19上的电压还未上升到DZ1的稳压值,灯就点亮了,灯点亮后谐振电路便失谐,因而DZ1一直处于截止状态。R20的数值不能取得太大,其电流一般为1~2mA,保护电路的动作时间不能取得太大,一般为1~2秒。C20、R23起抗干扰作用,防止单向硅因干扰信号而误动作。
无极灯电路图.jpg

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