高性能电子镇流器的电路设计

装订线毕业项目报告纸摘要目前世界上各发达国家和有关发展中国家纷纷制订了“绿色照明计划”，我国也于1997年10月1日正式启动了“绿色照明工程”。这是我国照明技术领域内的一项重大决策和举措，必将我国的能源、电光源和照明技术，甚至环境保护等各个领域产生巨大的影响，对确保我国国民经济可持续发展具有非常重大的意义。电子镇流器采用高频开关变换电子技术的方法实现负阻性气体放电灯的镇流，具有无频闪、效率高、体积小、重量轻、可调光、不使用大量铜材和硅钢材料、适应供电电压范围宽和节能灯一系列优点，所以自20世纪70年代问世以来，受到了用户的欢迎。据统计，世界上照明用电占了世界上总发电量的1/4如仅将现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的电子镇流器灯泡，每年就可节省约200GW的电能。由于高频交流电子镇流器的节能和巨大的市场潜力，进入20世纪90年代后，各种负阻性气体放电灯采用高效、节能的高频交流电子镇流器已是大势所趋，形成了一个“绿色照明”的新兴产业。可以说，绿色照明工程是21世纪最具魅力的产业之一，并已成为各国政府大力推行的一项基本国策。用气体放电灯（低压放电灯荧光灯;高压放电灯汞弧灯、高压钠灯、金属卤化物灯等）取代耗电多、效率低的白炽灯渐成大趋势。关键词：绿色照明、节能、高频交流电子镇流器AbstractThe worlds developed countries and the developing countries have drawn up a Green Lighting Plan, China is also in October 1, 1997 officially launched the Green Lights Program. This is the field of lighting technology as one of the major policy decisions and initiatives, will Chinas energy, power source and lighting technology, environmental protection and other fields and even have an enormous impact, to ensure sustainable development of Chinas national economy has a very significant significance. Electronic ballast using high frequency switching method of transformation of electronic technology to achieve negative resistance of the gas discharge lamp ballast with no stroboscopic, high efficiency, small size, light weight, adjustable light, do not use a large number of copper and silicon steel materials to adapt to a wide range of supply voltage and energy-saving lamps are a number of advantages, so since the advent of the 20th century, since the 70s, has been welcomed by users.According to statistics, the worlds electricity lighting up the worlds total generating capacity of 1 / 4, such as is used in only 20 billion light bulbs in the five billion into energy-saving electronic ballast bulb, each year would save about 200GW power. As a result of the exchange of high-frequency electronic ballasts for energy saving and huge market potential, the beginning of the 20th century, after the 90s, all kinds of negative resistance of the gas discharge lamp using high-performance, energy-saving high-frequency electronic ballast exchange is the general trend has been to form a green lighting of the new industries. It can be said that the green lighting project is the 21st century, one of the most attractive industries, and has become one of the Government in carrying out the basic national policy. With gas discharge lamp (low pressure discharge lamp - fluorescent lamp; high-pressure discharge lamps - the mercury arc lamps, high pressure sodium lamp, metal halide lamp, etc.) to replace the multi-power, low efficiency of incandescent become the general trend.Keywords: green lighting, energy saving, high-frequency electronic ballast exchange.目录绪论（5）第一章电子镇流器1.1 电子镇流器的概述（6）1.2 电子镇流器的工作原理（6）1.3 电子镇流器的分类及产品介绍 （7）1.3.1 电子镇流器的分类（7）1.3.2 电子镇流器的产品介绍（7）1.4 电子镇流器的性能及工艺（8）1.5 电子镇流器的优点 （8）1.6 电子镇流器的主要功能 （11）1.7 高性能电子镇流器的电路结构（11）第二章荧光灯2.1荧光灯的结构及其工作原理（13）2.2荧光灯正常工作三要素及用途（14）2.3荧光灯的种类（14）2.4荧光灯对电子镇流器的基本要求（15）第三章节能灯的内部结构有哪些组成 3.1节能灯工作原理（17）3.2 3U型紧凑型节能灯内部结构（17）3.3紧凑型电子节能荧光灯的组成（18）第四章电子镇流器的主要电路型式4.1常用的镇流方法 （18）4.2电子镇流器的基本电路 （21）第五章电子镇流器的保护电路5.1电子镇流器中常用的保护电路（21）5.2电子镇流器的异常保护（24）致谢 （26）参考文献 （27）绪论当前，能源形势严峻，尤其是世界能源危机。据目前的开采速度，煤炭可供应169年，天然气仅仅可以供应65年，石油只可用到2050年。而我国的能源形势更为严峻，据1997年世界能源统计评论估计，中国的煤炭在以后的88年内，石油和天然气资源分别在20.2年和49.3年内将面临枯竭。节能历来为世界各国所重视在日本：节能已成为国民的生活方式，节能产品不断更新换代。在德国：节能和发展可再生能源是政府重要的能源政策，并且把节电作为节能重点。在美国：政府把旨在节能的“能源之星”计划推向普通家庭。可以看出，节能以及建设节约社会已成为发达国家的共识。我国政府非常重视节能和节约。1997年11月1日我国颁布了中华人民共和国节约能源法，节能已经是法律上的规定，是我国重要国策之一。我国于1995年制订了节约能源法，于1996年正式启动中国绿色照明工程。19962000年和20012005年分別为中国绿色照明工程的第一期工程和第二期工程。由于电子镇流器采用高频开关变换电子技术的方法实现负阻性气体放电灯的镇流，具有无频闪、效率高、体积小、重量轻、可调光、不使用大量铜材和硅钢材料、适应供电电压范围宽和节能灯一系列优点。所以，中国绿色照明工程的内容之一是大力推广应用CFL和T8、T12细管径直管荧光灯和电子镇流器。第一章电子镇流器1.1电子镇流器的概述20世纪70年代出现了世界性的能源危机，节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究，随着半导体技术飞速发展，各种高反压功率开关器件不断涌现，为电子镇流器的开发提供了条件，70年代末，国外厂家率先推出了第一代电子镇流器，是照明发展史上一项重大的创新。由于它具有节能等许多优点，引起了全世界的极大关注和兴趣，认为是取代电感镇流器的理想产品，随后一些著名的企业都投入了相当的人力、物力来进行更高一级的研究与开发。由于微电子技术突飞猛进，促进了电子镇流器向高性能高可靠性方向发展，许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品，1984年，西门子公司开发出了TPA4812等有源功率因数校正电器IC，功率因数达到0.99。随后一些公司相继推出集成电子镇流器，89年芬兰赫尔瓦利公司又成功推出可调光单片集成电路电子镇流器，电子镇流器目前在全世界特别是发达国家已全国推广应用。我国对电子镇流器的研究开发起步较晚，技术起点低，早期对这一产品的难度和复杂性认识不足，专用半导体器件开发未跟上，产品质量过不了关，而且市场极不规范，大量的低价劣质品被抛向市场，使消费者蒙受损失，严重损害了电子镇流器的形象。90年代后期，由于生产水平有了迅速发展和提高，从电路设计到了电子器件的配套都进入了较成熟阶段，优质产品进入建筑工程，随着我国绿色照明工程的实施，为电子镇流器推广应用铺平了道路，国产电子镇流器必将迅速赶上国际先进水平，在竞争的国际市场中占有一席之地。1.2电子镇流器的工作原理电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工作原理是：工频电源经过射频干扰（RFI）滤波器，全波整流和无源（或有源）功率因数校正器（PPFC或APFC）后，变为直流电源。通过DC/AC变换器，输出20KHZ-100KHZ的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，加在灯管两端，但使灯管放电变成导通状态，再进入发光状态，此时高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流，为了提高可靠性，常增设各种保护电路，如异常保护，浪涌电压和电流保护，温度保护等等。1.3电子镇流器的分类及产品介绍1.3.1电子镇流器的分类： A、按安装模式可分为：a、独立式 b、内装式 c、整体式B、按性能特点可分为：a、普通型 b、高功率因数型 c、高性能型d、 高性价比型 e、可调光型五大类序号 类型 性能 特点 功率因数 谐波含量 三次谐波 灯电流波峰比。1.普通型 0.6 120% 90% 1.41.6 高频化使之小型 、轻、有节电功能。2.高功率因数型H级 0.930% 18%1.72.1采用无源滤波和异常保护。3.高性能电子镇流器L级 0.95 20% 10% 1.41.7 有完善的异常保护功能，电磁兼容。4.高性价比电子镇流器L级 0.97 10% 5% 1.41.7 采用集成技术和恒功率电路设计，电压波动影响照度小。5.可调光电子镇流器 0.96 10% 5% 1.7 采用集成技术和有源可变频率谐振技术。1.3.2电子镇流器的产品介绍电子镇流器可分为4大系列15个品种：1、一拖一，普通型与灯箱型专用电子镇流器分为20W、30W、40W共6个品种 2、一拖二，普通型与灯箱型专用电子镇流器分为2 X 20W、2 X 30W、2 X 40W共6个品种3、环形灯用电子镇流器分为22W、32W共2个品种4、石英杀菌灯镇流器适用于35-60W共1个品种注：20W、40W是针对T10、T12管来说的，18W、36W是针对T8灯管来说的。所以有时我们讲20W，也可以理解为18W，同时T8管的36W我们也可以理解为T10、T12的40W，因为它们的镇流器是通用的。1.4电子镇流器的性能及工艺1）、高功率因数，功率因数0.92）、流明系数95%3）、工作温度 -15-+504）、最高温升155）、工作电压范围 160VAC-240VAC6) 、产品设计与加工程序严格按ISO9002的质量保证体系来运作,原材料层层把关,筛选,成品最终要全部检验、老炼，合格方可入仓。1.5电子镇流器的优点自1938年荧光灯问世以来,人们一直采用电感式镇流器与启辉器来使荧光灯工作.这种电感式镇流器存在重量重、体积大、自身耗能多、噪声大、荧光灯发光有严重的闪烁等缺点，而电子镇流器则可以克服电感式镇流器的这些缺点。电子镇流器主要具有一下的优点：1）电子镇流器的能耗低，工作效率高 电感的功耗较大，例如，一支40W的荧光灯所用是电感镇流器大约要消耗8W的功率，而用了电子镇流器只要消耗4W的功率，如果用一支电子镇流器驱动2或3支灯管，它所增加的功耗并不多，此时电子镇流器的效率会更高，节能的效果会更加明显。在大量采用照明灯具的场所如工厂、学校及机关等，通过采用高效节能灯管和电子镇流器，就可以大量节约用电，减少因发电而产生SO2、CO、CO2及NO2等废气和尘埃，达到减少污染、保护环境的目的可见绿色照明归根到底就是节能。2)气体放电灯的发光效率高，光色柔和荧光灯的发光效率（简称光效）和供电电源的效率有关，发光效率随工作频率的升高而升高。当荧光灯的工作频率由50HZ增加至20KHZ以上时，光效可以提高10%左右。美国“能源之星”要求节能灯的工作效率在40KHZ以上，其目的之一就是提高荧光灯的光效。3）电子镇流器的重量轻，发光无闪烁且无工作噪声电子镇流器一般工作在20KHZ以上的工作频率下，他没有电感式镇流器所特有的令人十分厌烦的“嗡嗡”噪声，提高了照明环境质量。由于电子镇流器的工作频率高只须用体积很小、重量很轻的铁氧体磁芯做成镇流电感，整个电子线路占用的空间很小，很容易实现荧光灯和电子镇流器的一体化，即所谓的紧凑荧光灯。这种荧光灯能直接代替白炽灯，安装与更换十分方便，并且发光效率很高，省电，发热少，外形美观，是家庭装修的一种理想电光源。如果电子镇流器的电路设计合理，灯电流就比较平滑，灯电流波峰系数（CF）就较小，不会出现闪烁现象，可以有效地避免人眼的视觉疲劳。4)电子镇流器电路有异常工作状态保护控制功能在灯负载出现异常工作状态，如灯丝断开、灯不启动、灯管不在位等时，电子镇流器都会得不到保护而不致损坏，从而延长了电子镇流器的使用寿命。5)电子镇流器易启动灯负载在启动时，装有电子镇流器的灯负载不会像装有电感式镇流器的灯负载那样出现闪烁、多次反复启辉的现象。在交流市电供电电压低或交流市电供电电压波动范围较大时，也能很容易将灯负载启动，对于电网电压波动较大的地区，这是很重要的。用电感式镇流器的灯负载，在冬天交流市电供电电压很低时往往不容易启动，而采用电子镇流器的灯负载就不会出现这种情况。如电子镇流器加有预热措施，则可以有效延长灯负载的使用寿命。6）电子镇流器可以实现调光和智能控制电子镇流器在采用调频、调宽、调节脉冲占空比和光控等技术的前提下，很容易实现可调光电子镇流器和智能化的照明系统。7）电子镇流器具有高功率因数电感式镇流器的功率因数一般只有0.40.85，而在电子镇流器中，只要采用功率因数校正电路或使用专用功率因数校正控制集成电路，其功率因数很容易做到0.95以上，甚至达到0.99。这是电感式镇流器难以比拟的。由于功率因数的提高，可以有效地提高供电系统的电网利用率，改善了电网供电质量，节约了电能。除此之外，它还能在电网电压波动的的情况下，保持灯功率和光输出的恒定，这也是电感式镇流器所不能做到的。表1-1对采用电子镇流器与采用电感镇流器的40W灯负载的性能进行了比较。表1-1 采用电子镇流器与采用电感镇流器的40W灯负载的工作性能比较 性能指标 电感式镇流器电子镇流器光照质量工作效率为5060HZ，有严重的频闪效应工作噪声大对视觉有害工作频率大于20KHZ，无频闪效应工作无噪声光照质量有所改善，保护 视力启动工作条件环境温度5501050电网电压电网电压低于180V时不能正常工作电网电压低于150V时仍能正常启动、工作 工作温度高达120工作温度高，易发生火灾50左右可以加过热保护和控制功能功 耗线路电流（A）0.430.2有功功率（W）4942（节电约14%）无功功率(W)功率因数约为0.5功率因数可以高达0.99后期维护低电压或低温时，不能一启动，多次启动易损坏灯阴极，降低灯管的使用寿命；启辉器的工作寿命短，需经常更换；维修频繁，已损坏灯具具有灯丝预热功能，一次启动，可以延长灯管的使用寿命；无需使用启辉器；可以加灯电路和灯负载工作异常保护电路，从而延长灯负载的工作寿命1.6电子镇流器的主要功能荧光灯的工作性能在很大程度上与相配套工作的电子镇流器性能有关，在使用中应使荧光灯的工作性能和电子镇流器的工作性能相匹配（如灯阻抗和灯的工作特性），以使荧光灯能工作在最佳状态，使用中电子镇流器应满足以下功能要求：1）能够限制和稳定荧光灯的工作电流。2）在交流市电过零时，也能正常工作。3）应能为灯的点火提供所需的点火电压。4）在灯点火工作期间，应能控制灯点火能量，使灯电极被适当预热，并确保灯丝电极保持正常工作温度。当然电子镇流电路的体积小、工作寿命长和低功耗也是很重要的技术要求。同时电子镇流器也应具备以下控制功能：1）有高的功率因数。2）能限制交流输入市电的总谐波失真3）能限制灯电路的短路工作电流或避免由于灯电极电流过大而热过载。4）能有效地抑制电磁辐射干扰，避免它干扰相邻电子设备的正常工作。5）当灯电路不能正常点火时能自动关断灯电路，这时电子镇流器电路是比较重要的。6）在交流市电供电电压变化时，能稳定灯的工作电压、电流和功率。以上几项基本要求，在电子镇流器产品标准GB15143（IEC928）和GB/T15144(IEC929)中都有明确的规定。它们对荧光灯交流电子镇流器的性能和安全要求是设计和生产电子镇流器的指南，是电子镇流器必须具有和达到的基本技术条件。1.7高性能电子镇流器的电路结构高性能电子镇流器电路结构如图1-1所示。电路中RFI和EMI滤波器将来自电网的射频干扰和电磁干扰滤除，同时防止镇流器电路产生的射频干扰及电磁干扰进入电网，起到双向隔离作用。桥式整流电路将输入220V/50HZ市电变换成300V左右的直流电压，经功率因数校正后加至高频逆变电路。通过灯电路匹配网络将高频逆变电路输出的高频交流电供给荧光灯。灯电路匹配网络除了传递电功率之外，还要完成荧光灯灯丝的预热、灯管共组状态信号的取样、反馈及阻抗匹配变换等功能。灯工作状态的反馈信号取自灯电路匹配网络和调光信号，经控制电路完成逆变电路中开关器件的控制。交流市电输入EMI、RFI滤波器整流器灯电路匹配网络控 制 电 路功率因数校正逆变电路调光控制信号灯负载图1-1 高性能电子镇流器的电路结构高频逆变电路最主要的功能是将功率因数校正电路输出的300V左右的直流电压变换为供荧光灯使用的高频交流电。图2-2给出了电子镇流器中常用的推挽零电压开关谐振逆变电路及相关波形。图中功率开关推挽管（VT1和VT2）在占空比为50%的驱动脉冲控制下交替通断，并在由功率变压器初级电感和电容构成的并联谐振回路中的电流过零时换向，实现零电压开关，完成DC/AC高频变换。零电压开关能消除由开关管的输出电容和寄生电容充放电引起的开关损耗。图1-2右侧表示功率变压器初级的电压和电流波形。由于功率变压器次级耦合得到的高频交流电是直接馈送到灯电路网络中的，所以灯电流（即功率变压器次级电流）与逆变电路的输出电流（即功率变压器初级电流）同相位。 图1-2推挽零电压开关谐振逆变电路及相关波形第二章荧光灯2.1荧光灯的结构及其工作原理图2-1直管荧光灯结构示意图这里以直管荧光灯为例，它的结构如图2-1所示。在直玻璃管的两端各有一个灯丝，灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉，在交流电压作用下，灯丝交替地作为发射电子的阴极和接收电子的阳极电极。而在灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa（1mm Hg=133.3Pa）压力的氩气和少量的汞(一般气压在3104Pa以下者称为低压气体放电光源，31043105Pa者称为高压气体放电光源，3105Pa以上者则称为超高压气体放电光源)荧光灯属于低压气体放电光源。荧光灯的工作原理是这样的：通电后，液态汞蒸发成压力为0.8Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线 (主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70-80；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。2.2荧光灯正常工作三要素及用途三要素：灯管、启辉器、镇流器（或以电子镇流器取代启辉器、镇流器） 灯管：阴极预热启动式。 启辉器：控制灯丝加热时间。 镇流器：产生比电源电压高得多的电动势。荧光灯用途：荧光灯的发光效率与光管长度有关。增长光管长度有利于提高荧光灯的发光效率。为增长光管长度，紧凑型节能荧光灯的光管大都做成多U形、多U形、H形、多H形、形、多形、螺旋形、多螺旋形等形状。为了适应各种照明场合的需要，其标称功率也较多，常见的有5W、7W、9W、11W、13W、18W、20W、24W、26W、32W、36W、40W和50W。大功率单端紧凑型节能荧光灯的标称功率有65W、85W、105W。管径用9.0mm和12.0mm。2.3荧光灯的种类 直管形荧光灯 这种荧光灯属双端荧光灯。常见标称功率有4W，6W，8W，12W，15W，20W，30W，36W，40W，65W，80W，85W和125W。管径用T5，T8，T10，T12。灯头用G5，G13。目前较多采用T5和T8。T5显色指数30，显色性好，对色彩丰富的物品及环境有比较理想的照明效果，光衰小，寿命长，平均寿命达10000小时。适用于服装、百货、超级市场、食品、水果、图片、展示窗等色彩绚丽的场合使用。T8色光、亮度、节能、寿命都较佳，适合宾馆、办公室、商店、医院、图书馆及家庭等色彩朴素但要求亮度高的场合使用。为了方便安装、降低成本和安全起见，许多直管形荧光灯的镇流器都安装在支架内，构成自镇流型荧光灯。 彩色直管型荧光灯常见标称功率有20W，30W，40W。管径用T4，T5，T8。灯头用G5、G13。彩色荧光灯的光通量较低，适用于商店橱窗、广告或类似场所的装饰和色彩显示。荧光灯 环形荧光灯除形状外，环形荧光灯与直管形 这荧光灯没有多大差别。常见标称功率 有22W，32W，40W。灯头用G10q.。 主要提供给吸顶灯、吊灯等作配套光源， 荧光灯供家庭、商场等照明用。 单端紧凑型节能荧光灯这种荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地联成一体（镇流器放在灯头内），除了破坏性打击，无法把它们拆卸，故被称为“紧凑型”荧光灯。由于无须外加镇流器，驱动电路也在镇流器内，故这种荧光灯也是自镇流荧光灯和内启动荧光灯。整个灯通过E27等灯头直接与供电网连接，可方便地直接取代白炽灯。2.4荧光灯对电子镇流器的基本要求根据荧光灯的特性，当荧光灯与电子镇流器配套工作时，为保证灯能可靠启动和正常工作，对等的性能不造成损害，电子镇流器必须满足一下几个方面的基本要求。一是能为荧光灯在启动之前提供灯阴极预热。对于绝大多数阴极预热型荧光灯来说，在灯管启动之前对灯丝先进行预热是绝对必要的。灯阴极预热不仅可延长灯管的使用寿命，而且还能降低灯管的启动电压。灯阴极的预热时间通常不小于0.4S（大多0.72S），灯阴极预热电压和预热电流必须满足产品标注规定的要求。二是能为荧光灯提供可靠启动的高电压。对于不同类型和不同功率的荧光灯，其启动电压一般在6001500V之间。目前绝大多数电子镇流器是利用LC串联谐振电路来产生高压脉冲对灯管紧系点火的。高性能的电子镇流器在灯触发失败之后应能自动重新启动。若接连数次启动均失败，镇流器应能自动关闭。三是在灯管成功启动之后，能为灯管提供大小合适且稳定的工作电流。若灯管电流偏小，则会影响灯管亮度；若灯管电流偏大，高于灯管的额定值，则会影响灯管寿命。电子镇流器的输出电流和输出功率，必须与所驱动的灯管参数相匹配。四是应采取功率因数校正（PFC）技术，有效抑制输入电流谐波失真，提高线路的功率因数。如果交流电子镇流器的ACDC变换器只是采用桥式整流和电容滤波电路，则会使交流输入电流波形发生畸变，污染电网，成为一种“电力公害”，同时导致线路功率因数只有0.550.6的水平,严重影响节电效果。为此，当电子镇流器的功率较大时（如25W以上），必须采用PFC电路。由于电子镇流器一般在2545KHZ的高频下工作，还应对电磁干扰（EMI）和射频干扰(RFI)采取滤波措施，将其限制在可以接受的程度。五是具有较高的安全性和可靠性。电子镇流器的安全性和可靠性，是关系到能否取得用户认可及其推广应用的重要环节。对电子镇流器啊安全性与可靠性的基本要求是：在灯没有接入或灯不能启动等异常条件下，电子镇流器应不受损害；电子镇流器用绝缘材料应具有足够的耐热和耐火性能；电子镇流器中所用零部件应具有良好的防潮和防腐蚀性能；电子镇流器应具备防止意外接触带电体的保护功能，电子镇流器在故障状态下工作时不得产生易燃气体，不得喷出火焰或熔化金属，也不得使防止意外接触带电体的保护装置受到损伤。第三章节能灯的内部结构有哪些组成3.1节能灯工作原理节能灯又叫紧凑型荧光灯（国外简称CFL灯）它是1978年由国外厂家首先发明的，由于它具有光效高（是普通灯泡的5倍），节能效果明显，寿命长（是普通灯泡的8倍），体积小，使用方便等优点，受到各国人民和国家的重视和欢迎，我国于1982年，首先在复旦大学电光源研究所成功研制SL型紧凑型荧光灯，二十年来，产量迅速增长，质量稳步提高，国家已经把它作为国家重点发展的节能产品（绿色照明产品）作为推广和使用。节能灯的工作原理：节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160K温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2200K-2700K低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上。这种结构的灯具，将小型电子镇流器 安装于灯具全密封塑壳中。由于灯管的安装方式不同其应用场合亦不同。3.2节能灯的工作流程不管是分立元件的电子镇流器，还是集成电路的电子镇流器，其最基本的结构都是由整流电路、触发控制电路、振荡逆变电路、灯管负载电路及启动电路组成，见图3-1实线框内的部分防干扰电路整流电路功率因数校正电路触发控制电路振荡逆变电路灯管负载电路保 护电 路启动电路图3-1 节能灯的工作流程图为了改善节能灯电子镇流器的工作状态或工作性质，有些电子镇流器中还没有各种附加电路。如为了提高电能的利用率，减少无功电能的损耗，有些电子镇流器加有功率因数校正电路。电子镇流器在灯管负载电路出现断路、短路的情况下，逆变输出电压或电流将会成位增加，很容易烧坏电路元件，因此有些电子镇流器中设有过压，过流保护电路，当负载电路出现异常时，迫使逆变输出电路停止工作，避免烧坏电子元件。经过振荡逆变电路输出的高频交流电必然反射干扰市电网，为了防止交流信号干扰，电子镇流器电路中，还设有防干扰电路等，如图3-1虚线框内部分所示。3.3 紧凑型电子节能荧光灯的组成紧凑型电子节能荧光灯是由异形节能荧光灯管、电子节能镇流器所组成的。为做到安装使用方便，这种电子节能荧光灯均配用了螺纹灯头，以与普通螺纹灯口相配合。由于小型电子镇流器外壳采用了密封形式，电子镇流器内部所产生的热量要求进一步降低，并且内部的连接引线均选用阻燃型塑料引线。第四章电子镇流器的主要电路型式4.1常用的镇流方法（1）电阻镇流电阻镇流器工作原理如图4-1所示。电阻镇流的工作效率低，要确保电阻镇流电路正常工作，应使电源供电电压不低于2倍的灯工作电压。实用中应用不多。（2）电容镇流电容镇流只有在很高的供电频率下才能很好地工作，如果交流供电频率太低，则会在交流供电的每半个供电周期内产生很大的峰值电流，具有镇流工作效率高的优点。电容镇流器工作原理如图4-2所示。（3）电感镇流电感镇流是一种得到广泛应用的镇流方法，但它的损耗比电容镇流要大，但是灯电流在50Hz交流供电频率下的失真较电容镇流要小得多，使用时需配用启动器。电感镇流器工作原理如图4-3所示。电感镇流几乎可以应用于所有的气体放电灯应用场合。电感镇流具有以下特点：相对电阻镇流损耗低。电路简单。但是也有以下的缺点：由于电路中有一个电感，所以灯电压、灯电流之间有一个相位差，从而造成电路的功率因数较低（一般在0.5左右）。灯的启动点火电流较大，一般是灯额定工作电流的1.5倍。灯工作电流对电源供电电压的变化较敏感，故镇流效果不太稳定。电感镇流器的体积和质量较大。（4）电容、电感镇流电容、电感镇流电路工作原理如图4-4所示。在电容、电感镇流电路中，要求电容的容抗要比电感的阻抗要大，这种镇流电路和电感镇流电路时的工作情况不同，这时灯的工作电压（电流）超前电源电压一定的相位，所以又被称为超前型镇流电路。电容、电感镇流电路有较好的稳定特性，但是重复点火能力较差。这是为何当灯的电流过零时，电源电压的峰值和灯电压的方向正好相反的原因。（5）高频交流电子镇流器在以上4种镇流方法中，目前电感镇流式电子镇流器得到了广泛的应用。但是采用高频交流电子镇流器可以提高灯管的发光效率，没有电感镇流器特有的50Hz工频噪声，减小了镇流器的体积和质量。高频交流电子镇流器和普通电感镇流器在使用时可以互换，易于实现智能控制（如DALI），在工厂、办公楼、家庭等应用场合，高频交流电子镇流器有很大的市场。 一个性能优良的高频交流电子镇流器电路的工作原理框图如图4-5所示。从电子镇流器的噪声角度而言，电子镇流器的工作频率应大于20kHz，但是从降低镇流电感磁芯的高频损耗的角度而言，电子镇流器的工作频率又不能选得太高，一般不应大于100kHz，并且这个工作频率的大小还和具体的灯管型号有关，同时还应考虑到电子镇流器在高频工作时产生的高频干扰信号对工作于红外工作频段的家用电器等的影响。例如对工作于RC5系统的红外遥控电路它工作于36kHz，所以电子镇流器的工作频率不应工作在18kHz或36kHz，现在3040kHz这个频率范围已基本被红外遥控系统使用，所以在设计电子镇流器时，不应选择这个工作频率范围。4.2电子镇流器的基本电路从工作原理而言，电子镇流器是一个电源变换电路，它将交流输入市电电源的波形、频率和幅度等参数进行变换，为灯负载提供供电电源，并且要求这个灯负载供电电源电路应能满足灯负载对灯丝预热、点火、正常工作和在灯负载电路有故障状态的保护功能要求。常用的电子镇流器直流/交流变换电路（DC/AC）如图4-6所示。第五章电子镇流器的保护电路5.1电子镇流器中常用的保护电路（1）保护电路的基本工作原理为确保电子镇流器安全可靠地工作，最简单的办法就是在电源输入回路中串联一只保险丝，以防止电子镇流器由于过载而发生故障。另一种更有效的方法就是采用自动复位的热开关电路，一旦电子镇流器的工作温度超过安全值，保护电路动作，切断电子镇流器的直流供电。一般这个安全工作温度范围为85100，但是电路要复杂些。 在电子镇流器的启动期间，必须确保电子镇流器已正确地安装了灯负载，否则有可能因为连续工作在谐振启动状态而损坏电子镇流器电路。这种联系谐振启动的电流可能很大，并且会以迅速超过功率开关管的电流额定值而损坏功率开关管。当然启动电路还应提供足够的延时，以确保能预热灯丝和启动灯负载。一般采用使自激振荡电路停振的方法来实现电子镇流器电路的保护控制，这可以采用使半桥变换电路下面的功率开关管基极驱动电路接地的办法来实现。具体可采用图5-1所示的电路，通过和基极回路相连接的晶闸管VS或一只小信号三极管来实现。也可利用晶闸管来同时关断VT1、VT2的基极驱动电路来实现保护功能，具体实现电路如图5-2所示。图中由于晶闸管VS的饱和导通，VT1、VT2的基驱动信号通过变压器短路到地，从而实现保护功能。如需重新启动，只需断开电源供电后使电路复位，在重新通电，电路即可重新开始工作。 如图5-3所示是另一种采用断开VT2开关管发射极对地通路的办法来实现保护的电路，但这种保护电路较复杂，造价也较高。（2）交流输入市电过电压保护如果采用在电子镇流器的交流市电输入回路中并接一个氧化锌压敏电阻RV的方法，也可以进行电子镇流器的输入过电压保护。当电子镇流器的交流市电供电输入出现高电压尖峰脉冲或错接入380V电压时，压敏电阻RV由高电阻变为低电阻（通过大电流），从而完成过电压吸收、削波和限幅的控制功能，保护电子镇流器电路免于受损。5.2电子镇流器的异常保护（1）电子镇流器电路的异常工作状态保护电路电子镇流器电路的异常工作状态一般指灯负载开路、短路、过载、不启动等。灯负载开路时，由于谐振电容两端产生持续700V以上的高电压和大谐振电流，极易损坏功率开关管。当灯负载的两个阴极发射电子不对称时，形成单向导电，使输出电流正、负半周出现失配，形成大电流，易损坏电子镇流器。灯负载座引线较长，线间分布电容增大（约100pF）,也会使电路产生振荡，损坏电子镇流器。电子镇流器异常工作状态保护电路的设计原则与要求如下： 保护应快速、准确，使电路停振或切断主电路电源。 起控灵敏度适中。起控灵敏度过高，会影响电子镇流器的正常启动；起控灵敏度过低，电子镇流器电路无保护作用或保护范围窄。 在电子镇流器电路中，为了防止交流市电输入电压过低或过高，保护电路的起控电压一般取160260V。电子镇流器异常工作状态保护电路的实现方法如下： 峰值检测型。分别用双极型晶体管、MOSFET和可控硅等器件作为控制器件。 幅度与相位检测型。由高速电压比较器实现。 继电器控制型等。（2）电子镇流器的过电流保护电路电子镇流器过电流保护电路的实现方法如下： 利用有源功率因数校正电路的浪涌电流抑制电路。 采用分立元器件组成限电流电路。（3）电子镇流器的过热保护电路电子镇流器中的热量产生源有： 工作在高频开关状态下的功率开关管。 LC串联谐振电路中的镇流电感线圈。 脉冲变压器中的磁环。 滤波电解电容器。过热保护实现办法如下： 给功率开关管加装一定形状和尺寸的散热器。 给功率开关管和磁芯加接温度保险丝（作为过热保护器），一般保护温度为+85。 由热敏电阻或保护控制集成电路组成过热保护电路。致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，是很难完成这个设计的。 在这里首先要感谢我的指导老师赵家才老师。赵老师平日里虽工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。在此谨向赵老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！其次要感谢和我工作岗位上的叶师傅以及一起工作的同事，他们在本次设计中都给了我很大的帮助，在此向他们表示衷心的感谢！然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下自动化专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。再次感谢所有支持和帮助过我的老师、领导、同事、同学们和亲朋好友。参考文献（1）黄忠琴. 电工电子实验实训教程. 苏州大学出版社,2005（2）柳 涌. 建筑安装工程施工图集. 中国建筑工业出版社（3）邹天汉. 照明器具及其应用电路. 电子工业出版社,2002（4）路秋生. 电子镇流器的设计与调光控制. 科学出版社, 2005（5）路秋生. 高频交流电子镇流技术与应用. 人民邮电出版社,2004（6）路秋生. 高频交流电子镇流技术与典型应用电路. 人民邮电出版社,2007（7）陈传虞. 电子节能灯与电子镇流器的原理与制造. 人民邮电出版社,2004（8）赵红顺蔡大华. 电工技术基础. 苏州大学出版社,2004（9）毛兴武祝大卫. 新型电子镇流器电路原理与设计. 人民邮电出版社,2007（10）网上资料共27 页第28页