基于荧光灯的电子镇流器解析

　　电子镇流器是镇流器的一种，是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器。现代日光灯越来越多的使用电子镇流器，轻便小巧，甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起，同时，电子镇流器通常可以兼具起辉器功能，故此又可省去单独的起辉器。电子镇流器还可以具有更多功能，比如可以通过提高电流频率或者电流波形改善或消除日光灯的闪烁现象；也可通过电源逆变过程使得日光灯可以使用直流电源。

　　1 频率对电子镇流器的影响

　　频率对电子镇流器性能和可靠性的影响可以分为以下几个方面：

　　（1）光效。荧光灯的光效取决于其内部参数和外部条件等多种因素。提高工作频率，荧光灯的光效会随之提高。

　　（2）损耗。元器件介质的损耗与频率有关。当损耗太高时，不仅造成能量的浪费，而且这些能量会转化为热量，使镇流器的温度升高，导致各种元器件的特性变坏，引起镇流器的稳定性和可靠性下降。

　　（3）噪音。在交变电场的作用下，电子镇流器中的磁性元器件会产生噪音。如果频率>20 kHz，人耳朵听不到，有利于保护工作和生活环境。

　　2 电子镇流器频率的确定

　　设计电路时以Philips 40 W日光灯为例，日光灯的预热时间为1 s，预热电流的有效值0.6 A，触发电压的峰值范围600～800 V，灯管两端有效值电压103 V，电流的有效值0.33 A。

　　根据灯管的额定参数及额定电压和电流，计算灯管等效电阻R，本次设计中R=312 Ω。

　　实际测量灯丝电阻Rf1和Rf2，经过测量多个灯管后，可以近似认为Rf1=Rf2=7.7 Ω。

　　根据工程设计经验，选择谐振电容Cres=6 800 pF。

　　选择期望的运行频率：为了灯管可靠的点火并正常进入工作状态，通常选择fpre>fign>frun，而点火频率fign大于串联谐振频率fres，因此确定了fres也基本确定了frun的数值范围。

　　2.1 预热频率fpre

　　电子镇流器接通电源后，逆变电路工作频率较高，而灯管两端的电压较低，在冷态下无法使灯管激活启辉，避免灯丝因硬击穿而受损。从电源接通时刻，在tpre时间内振荡频率保持fpre不变，电路处于预热阶段。

　　确定预热频率fpre：此时预热电流I=0.6 A，应满足式（1）。

　　设L=2 mH，C0=0.1μF，代入相关参数，求得fpre≈59.5 kHz。

　　2.2 触发频率fign

　　电路的固有谐振频率由式（2）确定。

　　当振荡频率移近电路的固有频率fres时，灯两端电压会急剧上升到其点燃电压，使灯点燃，设L=2 mH，Cres=6 800 pF，C0=0.1μF，代入式（2），可求得fign=fres≈44.6 kHz，

　　2.3 运行频率frun

　　当荧光灯正常发光时，其运行电压和电流也确定了，此时荧光灯可等效为电阻R，等效电路模型如图2所示。此时R不能忽略，由正常工作的管电压和管电流确定。

　　电路中灯丝电阻Rf1和Rf2与谐振电容Cres串联，然后与灯管电阻R并联，当频率降到灯的正常工作频率时，灯便工作在额定频率下，此时电流I=0.33 A，满足式（3）。

　　设L=2 mH，C0=0.1μF，R=312 Ω，V=180 V，RL=1 Ω，由ω=2πf，求得frun≈39.5 kHz。

　　由计算可得频率和时间的关系曲线如图3所示。

　　在灯未启动前，输出回路是一个LCR回路，频率先从一个很高的起始频率下降到预热频率点，经过0.4～1 s的预热后，使频率逐渐过点燃点，使灯在额定功率下工作。

　　为了使荧光灯能够安全，可靠地工作，在输出回路中正确合理地选择L和C的数值，再由L和C的值确定灯的3个频率点与灯管的电气特性是否匹配。

　　3 应用电路设计

　　采用荧光灯电子镇流器控制器IR2520驱动双极型晶体管功率开关组成的逆变器电路如图4所示。

　　电路工作时，首先由IC内的振荡器产生一个高频信号，然后在IR2520的6脚输出电压驱动MOSFET管导通，经过LC谐振电路，产生一个高压脉冲，只要灯管完好并且击穿，日光灯即可被点燃。

　　灯管正常启动后，对其两端的电压和电流波形进行测量。如图5所示，灯电压与灯电流的实验波形可见，设计的镇流器使灯的电压和电流基本接近标准工作电压103 V，电流0.33 A。

　　本文以Philips 40 W日光灯为例，介绍了电子镇流器从预热、启动到正常运行的频率特性。当电子镇流器与灯管达到参数匹配时，日光灯可以从电子镇流器中获得电能，从而提高系统的光效和可靠性，延长灯管的使用寿命。

  

参考文献:

[1]. Rf1 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Rf1_1190180.html.
[2]. Rf2 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Rf2_1190133.html.
[3]. IR2520 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/IR2520_406989.html.