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傳感器

電子鎮(zhèn)流器的安全與電磁兼容探析

2025China.cn   2009年03月30日
1 前言

  目前,我國已成為世界最大的照明電器產品生產國,每年保持著高速穩(wěn)定的增長。由于我國有著人多地廣、資源豐富的優(yōu)勢,生產的照明電器產品質優(yōu)價廉,不但能夠滿足國家經濟建設與人民生活的需要,而且遠銷到海外許多國家和地區(qū),在國際市場占據(jù)相當大的份額。隨著我國成功加入WTO,我國的照明電器生產企業(yè)迎來了更大的發(fā)展機遇,逐漸成為世界照明產業(yè)的研發(fā)、制造、加工中心。

  電子鎮(zhèn)流器有著傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器無法比擬的諸多優(yōu)勢并因此獲得人們青睞,在近幾年得到迅猛發(fā)展。熒光燈配套用的電子鎮(zhèn)流器,具有高功率因數(shù)、重量輕、無閃爍、無噪聲等特點,用較低的電源電壓就可以啟動熒光燈,并可以在輸入電壓波動范圍較大的環(huán)境中正常工作,而且是電子式結構,易附加其它電路,如APFC(有源功率因數(shù)校正電路)技術通過提高電能利用率、降低諧波含量、避免對公共電網(wǎng)造成危害來達到節(jié)能環(huán)保功效,或增加PWM(脈沖寬度調制)、FM(頻率調制)等技術對熒光燈進行調光,或增加過壓、過流、超載等異常保護電路以提高使用的安全性。
  但限于技術、價格成本等因素,國內生產的大部分電子鎮(zhèn)流器均為技術含量低、附加功能少的產品,所以在國際市場上除了有價格優(yōu)勢外,缺乏創(chuàng)新競爭力。加入WTO后,歐美等發(fā)達國家和地區(qū)均設置市場準入貿易障礙和技術堡壘。為了與國際貿易接軌,我國的產品標準制訂也在向國際標準靠攏,因此國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局國家標準化管理委員會于2004年和2005年間相繼頒布了GB 19510《燈的控制裝置》系列安全標準(等效于IEC61347系列2003年版)及相應的性能標準,加上在2000年和2003年頒布的電磁兼容標準,使得電子鎮(zhèn)流器生產企業(yè)面臨加強技術創(chuàng)新、提高產品質量和技術水平難度增大的嚴峻考驗。

  為此,筆者就日常對電子鎮(zhèn)流器類產品的檢驗中常出現(xiàn)不合格項目的原因進行說明,并提出相應整改措施,希望能給企業(yè)或相關從業(yè)人員提供參考。

  2 電子鎮(zhèn)流器產品的安全及電磁兼容標準

  按照世界貿易組織“統(tǒng)一認證標志”的原則,同時也為了有利于我國產品的出口和進行國際認證,我國在加入WTO后依法對一百多種產品(其中包括電子鎮(zhèn)流器在內的照明電器類產品)實行強制性認證制度,即中國強制認證(CCC認證,也叫3C認證),只有通過安全與電磁兼容檢測并加貼3C標志的產品,方可出口、出廠銷售和在經營服務場所使用。3C中涉及到電子鎮(zhèn)流器產品的強制性認證標準包括:GB 19510.4 -2005《燈的控制裝置 第4部分:熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器的特殊要求》、GB 17743-1999《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》、GB 17625.1-2003《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值(設備每相輸入電流≤16A)》,這些標準內容都基本與最新版的IEC(國際電工委員會)、CISPR(無線電干擾特別委員會)所頒發(fā)的系列標準和出版物保持一致。

  3 GB 19510.4-2005標準要點及措施

  作為電器產品,在使用時其安全要求是國際上公認的最重要的方面。而電子鎮(zhèn)流器是燈具重要的組成部分,其安全性能的好壞直接影響到整個燈具的發(fā)光效率、發(fā)光穩(wěn)定性、使用壽命及使用安全等,其中,使用安全性更是直接關系到人們生命財產安全。所以,我國電子鎮(zhèn)流器安全標準GB 19510.4-2005(以下簡稱“新標準”)增加了若干新內容。

  3.1 強制性標志的要求


  新標準除了保留舊標準的標志內容外,增加了U-OUT值(最大工作電壓有效值)作為強制性內容,在電子鎮(zhèn)流器產品上必須要標出。其U-OUT值還是檢驗介電強度、爬電距離、電氣間隙及關聯(lián)部件的保護措施是否符合標準要求的判斷依據(jù)。筆者在對此類產品的檢驗工作中發(fā)現(xiàn),大部分企業(yè)生產的該類產品都沒有標出U-OUT值或隨意標注。更有甚者,為了能夠通過標準中的關聯(lián)部件的保護措施條款的考核而標注較大值,筆者在檢驗中就發(fā)現(xiàn)有個別產品標注的U-OUT值竟為1.5kV。這種現(xiàn)象是由于條款規(guī)定沒有引起電子鎮(zhèn)流器產品生產企業(yè)或相關的從業(yè)人員的重視,或對標準理解不透徹所致。


  由于比T8、T10燈管更加高效節(jié)能的T4、T5細管徑燈管的出現(xiàn),電子鎮(zhèn)流器為了與此類燈管相匹配,必須提高啟動電壓和工作電壓。隨著熒光燈所需求的啟動電壓的提高,電子鎮(zhèn)流器輸出的高啟動電壓除了施加在燈管上,還要同時施加在燈座、連接器等部件的不同極性的電極之間,以及每一電極與燈具金屬外殼(接地金屬)之間。另外,這一啟動過程的高電壓也同時作用在電子鎮(zhèn)流器內部的電路與金屬外殼之間、電子鎮(zhèn)流器輸出電路的不同極性電極之間。因為鎮(zhèn)流器一般是裝在燈具內工作的,為了使燈具內的燈座以及相關的器具連接器內電極與燈具金屬部件之間的爬電距離和電氣間隙也能滿足使用安全性的要求,因而提出了U-OUT值的要求。


  新標準中規(guī)定,U-OUT值是指電子鎮(zhèn)流器的“輸出端之間以及適用的任意輸出端與地線之間的最大工作電壓(有效值)”。當此工作電壓小于或等于500V時,應以10V為一級做出標志;當工作電壓大于500V時,應以50V為一級做出標志。最大工作電壓的標志應參照以下兩種情況給出,一是鎮(zhèn)流器的輸出端之間的最大工作電壓;二是鎮(zhèn)流器的任意輸出端與地線之間的最大工作電壓。U-OUT值是由熒光燈的啟動峰值電壓值所決定的,而熒光燈啟動峰值電壓值就是電子鎮(zhèn)流器開路峰值的設計值。由公式Up-p=熒光燈最小開路電壓有效值×鎮(zhèn)流器開路電壓波峰比×保險系數(shù)×2(熒光燈最小開路電壓有效值可在標準IEC?。叮埃埃福焙停桑牛茫叮埃梗埃敝胁槌觯?zhèn)流器開路電壓波峰比一般?。保?,保險系數(shù)取1.5)算出。在計算出最大峰值后,參照GB 19510.4-2005中表1查出對應的工作電壓有效值就為該鎮(zhèn)流器的U-OUT值。正因為U-OUT值是這樣確定的,因而鎮(zhèn)流器的適配燈管型號理應加以明確,這也是標準中關于標志條款考核的內容之一。但筆者在檢驗中發(fā)現(xiàn),有大部分產品沒有標注此內容,此舉對企業(yè)來說是不利的。因為在此類產品檢測中,如果沒明確說明適配光源,一般檢驗機構都會以最嚴格的條件來考核,即可能會選用多種相應的光源進行測試。


  3.2 介電強度的考核


  IEC標準中規(guī)定電子鎮(zhèn)流器的工作電壓是指鎮(zhèn)流器在工作時,包括正常狀態(tài)和異常狀態(tài)情況下任何接線端子間或接線端對地間產生的最大穩(wěn)態(tài)有效電壓值。而較多的電子鎮(zhèn)流器的輸出端在正常工作狀態(tài)或異常工作狀態(tài)下的電壓一般都高于電源電壓,所以在對鎮(zhèn)流器進行介電強度考核時的試驗電壓應為2U+1000V。其中U值應是鎮(zhèn)流器的最大工作電壓亦即U-OUT值,而不是電源電壓值,這與普通燈具做介電強度試驗有所不同。這個項目不合格的原因通常是跨地電容(Y電容)漏電流過大,應選取耐熱、耐壓高、漏電流小的安規(guī)電容作為跨地電容,以保證能通過該條款的考核。

  3.3 防潮與絕緣的要求


  在防潮與絕緣方面,新標準在舊標準原有的條款基礎上又增多高頻容性泄漏電流要求。設立這一條款的本意是預防人在高空換燈管時,電子鎮(zhèn)流器的電源沒斷掉而產生的高頻電流,這個電流會使人麻電而本能地閃避,從而引起高空跌傷的意外。要進行高頻容性泄漏電流測量時,鎮(zhèn)流器必須具有異常保護功能。因為在換燈管時一般會先裝好一頭再裝另一頭,這樣做使得鎮(zhèn)流器處于異常工作狀態(tài),本條款就是模擬這樣的情形進行測量的。對于串聯(lián)諧振預熱式電子鎮(zhèn)流器來說,這是比較嚴格的考驗,如果沒采取相應措施,鎮(zhèn)流器一般會在一分鐘內損壞。


  造成這一項目不合格的原因是由于鎮(zhèn)流器對燈管的預熱電流大、持續(xù)時間長。因為鎮(zhèn)流器啟動時的高頻容性泄漏電流與熒光燈管的預熱電流有關。所以在設計鎮(zhèn)流器時,應讓鎮(zhèn)流器在通電瞬間產生較大的預熱電流,并以足夠的預熱時間使燈管燈絲達到發(fā)射電子所需的溫度,達到電子發(fā)射狀態(tài)之前在燈絲周圍形成足夠的電子云,加到燈管兩端的電壓迅速下降到安全水平,避免出現(xiàn)輝光放電損傷燈絲。燈絲預熱溫度過低,會導致電子發(fā)射不足;而溫度過高,則說明預熱時間過長,勢必會造成高頻容性泄漏電流增大,使得鎮(zhèn)流器不能通過本條款的考核。

  目前比較流行的燈絲預熱電路,就是利用熱敏電阻具有開關作用的特性來對燈絲預熱。預熱時間一般都在0.4~2s之間,熱敏電阻直徑越大,預熱時間越長,反之亦然。這種預熱電路只要熱敏電阻選擇得當,一般都可以符合標準的要求。但選用熱敏電阻有增加功耗的缺點,可在熱敏電阻PTC串接一個觸發(fā)二極管或雙向穩(wěn)壓二極管組成無功耗預熱電路加以解決。

  3.4 故障狀態(tài)、異常狀態(tài)及關聯(lián)部件的考核


  國際上對鎮(zhèn)流器的壽命要求很高,通常要達到4萬小時以上。因此,作為獨立安裝、燈管可更換的鎮(zhèn)流器必須具備異常保護功能。當鎮(zhèn)流器出現(xiàn)故障或處于異常工作狀態(tài)時不應損壞,一旦消除異常狀態(tài)應仍能繼續(xù)正常工作。舊版的IEC標準中早就引入“異常狀態(tài)”這一條款,主要是模擬作為鎮(zhèn)流器負載的熒光燈出現(xiàn)從燈座上脫落、燈管漏氣、燈絲熔斷或陰極去激活(整流效應)等異常情況時,鎮(zhèn)流器能否避免被損壞。

  而在新標準中增加了關聯(lián)部件的保護措施條款。條款主要考核鎮(zhèn)流器接上模擬電阻(阻值R=11.0/(2.1×In),其中In為燈的標稱工作電流)后,在0.9~1.1Un電源電壓處于正常工作狀態(tài)或異常工作狀態(tài)下,其輸出端對地的電壓不應大于標準中所對應的最大峰值電壓;當接通電源或開始啟動5s后,其任一輸出端對地或輸出端間的電壓(有效值)應不超出鎮(zhèn)流器所標稱的U-OUT值;當鎮(zhèn)流器處于整流效應下的異常狀態(tài)時,在接通電源或開始啟動30s后,其任一輸出端對地或輸出端間的電壓(有效值)應不超出鎮(zhèn)流器所標稱的U-OUT值。

  鎮(zhèn)流器能否通過以上兩條款的考核,關鍵是鎮(zhèn)流器是否設計有保護電路,以及保護電路啟動的時間調整是否合適。保護電路動作時間過早,會導致熒光燈點不亮或加速燈管燈絲老化而縮短壽命;時間過長,有可能會使鎮(zhèn)流器通不過關聯(lián)部件的保護措施條款的考核。


  電子鎮(zhèn)流器的保護電路一般包括過流保護電路、過壓保護電路及異常狀態(tài)保護電路。因為鎮(zhèn)流器接通電源電壓后,整流二極管開始對電解電容進行充電,在短時間內產生一個比正常工作電流大很多的浪涌電流,如果不采取措施有可能使鎮(zhèn)流器在通電瞬間損壞??稍谳斎牖芈反右粋€限流電阻或負溫度系數(shù)電阻NTC以減小浪涌電流。此外,當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)過大的波動或雷電干擾時,鎮(zhèn)流器也會因過壓而損壞。要解決這個問題,需在鎮(zhèn)流器輸入回路并聯(lián)一個壓敏電阻Z1,以消除所產生的尖脈沖。為了預防鎮(zhèn)流器的整流回路由于整流二極管和電解電容損壞而造成斷路或短路,還應該在電源輸入級中加裝保險絲或保險電阻F1,以加強鎮(zhèn)流器的使用安全性。


  而在電子鎮(zhèn)流器發(fā)生異常狀態(tài)時,其保護電路較為復雜。有些企業(yè)為節(jié)省成本,只在鎮(zhèn)流器輸出回路中串入一個可恢復的過流保護元件(聚合物開關)。這種元件是由特殊處理過的聚合樹脂及導體組成,在常態(tài)下其阻值很低,可視為短路導通。當流過聚合樹脂的電流在短時間內變大時,會產生很大熱量使其溫度在短時間內迅速升高,致使阻抗迅速增加,從而限制了異常電流的大小,以此來達到保護鎮(zhèn)流器的目的。但這種方式會使鎮(zhèn)流器始終處于保護、觸發(fā)、又保護的惡性循環(huán)中,使得采用這種方式保護的鎮(zhèn)流器雖然在異常狀態(tài)下能工作1小時以上(標準要求鎮(zhèn)流器需在異常狀態(tài)下工作1小時),可卻通不過關聯(lián)部件的保護措施條款的考核。筆者在檢驗中就常遇到這種情形,一些鎮(zhèn)流器產品的U-OUT值標得很高(500V),其實該鎮(zhèn)流器的最大工作電壓遠沒有這么大。在第一次測試時異常狀態(tài)工作5s后和整流效應工作30s后所測到的電壓超過400V(有效值),在重復進行第二次測試時卻超過500V電壓(有效值),出現(xiàn)第一次測試合格而第二次復測卻不合格的現(xiàn)象。

  其實,最好的保護措施是當鎮(zhèn)流器出現(xiàn)異常狀態(tài)時,其電壓或電流會在短時間內有較大的波動,只要把這個異常的電壓或電流檢取出來,利用它設法使鎮(zhèn)流器的半橋逆變電路停止工作,啟動電路不再觸發(fā)即可。這種保護電路的取樣方式一般有兩種,一是在輸出電感增加一組副繞組,經積分、整流得到一個電壓來驅動可控硅,使得半橋逆變電路的開關三極管的基極與地短路而停止工作;二是直接在輸出電感端引出,再經積分、整流得到的電壓直接驅動可控硅,讓半橋逆變電路停止工作(見圖2,波浪線圈內為第一種取樣方式,虛線為第二種取樣方式)。其工作方式為:在取樣電路得到一個能夠使VD2導通的電壓,這個電壓經R7驅動Q4,使集電極和發(fā)射極導通到地,從而使開關管Q2停止工作;這個電壓同時還經R8驅動可控硅Q5動作使R3分流到的電流與地直接導通,從而積分電路不能再對C8充電,致使VD1無法獲得足夠的電壓使之導通,鎮(zhèn)流器不會再次啟動工作,起到保護作用。

  3.5 絕緣部件的耐熱和防火要求


  關于絕緣部件的要求,新標準和舊標準一樣,規(guī)定鎮(zhèn)流器所用塑料材質的絕緣部件應充分耐熱,還要能承受?。牵?T 9169.5規(guī)定的“針焰試驗”。只要是采用耐熱(150℃以上)、阻燃材料的塑料材料基本都可以通過標準中的耐熱和防火條款的考核。

 ?。?電子鎮(zhèn)流器產品的電磁兼容要求

  4.1 電磁兼容的基本概念及產品的電磁兼容問題整改思路

  在我國的3C認證體制中,電子鎮(zhèn)流器產品除了要進行安全認證外,還包括電磁兼容(EMC)認證。電磁兼容就是研究在有限的空間、時間及頻譜條件下,各種電氣設備可以共存而不至于引起降級的一門科學。它包含兩個方面的含義:一方面要求產品防止或減少產生電磁干擾,以免造成其它電氣設備性能下降或損壞;二是要求產品對外界的電氣設備所產生的電磁干擾有一定的抵抗能力,以免自身性能下降或損壞。以上要求說明,在設計產品時,在滿足預期所要求的功能和性能外,還必須考慮該產品要能在復雜的電磁環(huán)境中與其它電氣設備“和平共處”,既不會對其它設備產生干擾,也不會受到其它設備的干擾,這就是產品的電磁兼容性。

  電磁兼容性包括兩部分:電磁干擾(EMI)和電磁敏感性(EMS)。在我國境內生產或銷售的產品目前只強制性要求滿足電磁干擾性指標,對于電子鎮(zhèn)流器產品來說,只要能通過GB 17743-1999標準和GB?。保罚叮玻担保玻埃埃硺藴蕳l款的考核,就可以取得我國的3C電磁兼容認證證書。雖然我國早在2000年就頒布標準強制實施照明類產品的電磁兼容標準,但是我國生產的電子鎮(zhèn)流器產品大都沒能符合這一要求,這也是筆者在對該類產品檢驗中遇到的不合格最多的項目。

  鑒于組建一套電磁兼容測試系統(tǒng)的價格對于中小企業(yè)來說是難以承受的,而一般照明設計工程人員苦于缺乏關于電磁兼容方面的知識,不知如何設計出既能滿足性能要求又符合相關電磁兼容標準要求的電子鎮(zhèn)流器產品。因此,筆者就電子鎮(zhèn)流器的工作原理及其產生電磁干擾的原因進行分析并提出相應整改措施。

  首先,簡單了解關于電磁兼容的問題,或者叫電磁干擾問題。產生電磁兼容問題必須要同時具備三個條件:一是干擾源(產生干擾的電路或設備);二是敏感源(受這種干擾影響的電路或設備);三是耦合通道(能夠將干擾源產生的干擾能量傳遞到敏感源的途徑)。

  這就是電磁兼容的三要素。只要將這三個要素中的一個消除或采取措施加以抑制,電磁干擾就會消失或減小。因此,電磁兼容技術都是圍繞這三個要素進行研究的。


  4.2 電子鎮(zhèn)流器的工作原理

  對于電子鎮(zhèn)流器來說,它是由整流電路、半橋逆變電路和LC諧振電路三部分組成(見圖2)。其工作原理是:整流電路(二極管D1~D4組成橋式整流)首先把工頻交流電(220V)轉化成直流電,經電解電容(C7)濾波得到穩(wěn)定的直流電壓(約300V以上)輸出,然后經過高頻變壓器(N1、N2和N3)驅動開關三極管(Q1和Q2)使其通斷,產生得到受控的高頻電壓,再通過輸出電感(L2)將燈管點亮并持續(xù)發(fā)光。


  4.3 諧波的產生及改進措施

  由于整流二極管的單向導電性和電解電容的儲能作用,只有當輸入電壓超過C7兩端的電壓時,D1~D4才會得到正偏而導通。整流回路電流除了供給半橋逆變電路工作外,還同時對C7進行充電。但輸入電壓瞬時值低于C7端的電壓時,整流管就會由導通變?yōu)榻刂苟V箤Γ茫烦潆姡挠桑茫废虬霕蚰孀冸娐饭┙o電流以維持其工作。而C7容量一般都較大(一般為15~22μF),當負載電流較小時,致使C7充電時間短而放電時間過長,整流管的導通時間變短,使得輸入電壓只在正弦波峰值很短的一段時間內才有電流對C7充電,這個電流是一個很窄但峰值又很高的周期性尖脈沖電流。除了基波外,這種畸變的輸入電流還含有很豐富的高次諧波分量,這些過高的諧波分量會對公共電網(wǎng)造成嚴重影響,從而形成諧波干擾。


  有人認為,完全可以采用小容量的電解電容來代替C7,這樣既可以降低諧波含量,又可降低成本(筆者接觸的很多工程技術人員在對諧波項目整改中都是采取這種辦法)。其實這個方法是不可取的。C7如果取值過低,濾波效果變差。因為使C7放電時間大為縮短,充放電間隙周期更短,流入C7的周期性尖脈沖電流則更窄,會使直流脈動電壓起伏變大,使燈電流的波峰系數(shù)變大,對燈管極為不利。同樣,燈的光通量起伏也加大,對人的視力造成較大損害。直流脈動電壓起伏變大也會使得Q1和Q2不能處于最佳工作狀態(tài),容易發(fā)熱而導致?lián)p壞,鎮(zhèn)流器的使用壽命將大大縮短,得不償失。


  綜上所述,抑制諧波的改進措施就是盡可能提高其功率因數(shù),減小輸入電流的諧波失真。要達到這個目的,就必須提高整流管的導通率(即延長輸入電流的導通時間),使得電源電流的波形接近電壓的正弦波,減小電流的波形失真;同時又要保證電源濾波電容能平滑地向負載連續(xù)供電(即減小輸入電流與輸入電壓間的相位差)。這就是我們通常所說的功率因數(shù)校正電路工作原理。功率校正電路分無源校正(PPFC)和有源校正(APFC)。目前,我國生產的電子鎮(zhèn)流產品限于成本價格因素,大都采用改進型逐流電路組成的無源諧波抑制電路。這種技術發(fā)展得比較成熟,只要調試得當,鎮(zhèn)流器的諧波含量基本可以得到有效的抑制。但這種電路存在調試難度高,在大量生產時難以控制產品質量的問題,而且基本上無法同時滿足電磁兼容標準和性能標準要求,只在一些低功率鎮(zhèn)流器或節(jié)能燈中使用。而有源校正則是采用三極管等分立有源器件組成的諧波抑制電路,或采用專用集成電路的諧波抑制電路,后者調試要比前者簡單,可靠性更高,但成本也更高。圖2所示的就是一種比較典型的分立有源器件組成的有源功率校正電路,其電路特性就是由Q3負責控制C7的充電和放電。功率因數(shù)校正專用集成電路(APFC控制器)大都是利用這一原理研制的。


  4.4 傳導干擾、輻射干擾及相應措施

  在圖2中,Q1和Q2在導通瞬間都會在高頻變壓器的線圈產生很大的浪涌電流,從而形成較高的浪涌峰值電壓;在Q1和Q2斷開的瞬間,由于高頻變壓器中的磁芯在脈沖電流的作用下,其磁通量發(fā)生變化形成蓄積部分能量,這部分能量沒能及時傳遞出去,與Q1和Q2本身的極間電容、電阻形成很高的瞬態(tài)電壓或電流,并會產生寄生振蕩。當Q1和Q2重復頻率越高、開關速度越快,所引起的干擾脈沖電壓就越大,這個電壓疊加在Q1和Q2在導通、斷開瞬間所產生的電壓上,形成更高的脈沖電壓,再反饋到輸入回路,從而形成傳導干擾(電磁干擾)。高頻變壓器與Q1、Q2和C7構成的高頻開關電流環(huán)路也可能產生較大的空間輻射,而且熒光燈管的輝光放電和弧光放電也會引起電磁干擾,這些干擾就形成了輻射干擾。所以,高頻變壓器和開關三極管既是電子鎮(zhèn)流器的核心部件,同時也是產生電磁干擾的主要部件(干擾源),是直接導致電子鎮(zhèn)流器不能通過EMI考核的主因。高頻變壓器和開關三極管所產生的高頻脈沖電壓干擾既有共模干擾(與信號本身電位相同,方向相同的外加干擾),也有差模干擾(與信號幅度相同,相位相反的干擾)。

  在經過對電子鎮(zhèn)流器進行傳導測試的大量數(shù)據(jù)分析后我們知道,電子鎮(zhèn)流器產品所產生的電磁干擾中,在9~150kHz頻率范圍主要以差模干擾為主;150kHz~30MHz頻率范圍主要以是共模干擾為主。找到干擾源,又知道其產生干擾原因,只需采取相應措施加以抑制其干擾,使通過該條款的考核并非難事。

  要抑制傳導干擾,一般都是PCB板布線盡量短,電源線(即輸入端)應遠離帶有高頻電流的導線(即輸出端)。由于電子鎮(zhèn)流器本身構成的元器件并不多,布線難度不高。對產品加強對外界的屏蔽,以削弱外界噪聲引起的干擾。采用合理的接地方式,不但可以保證鎮(zhèn)流器的安全,可以防止因鎮(zhèn)流器發(fā)生漏電而引起使用者觸電的危險,還可以減小鎮(zhèn)流器的傳導干擾噪聲。

  要使電子鎮(zhèn)流器產品順利通過EMI條款的考核,重點應放在濾波器方面。根據(jù)干擾源的類型,只需在電源輸入端與整流回路加裝EMI濾波電路,基本都可以通過該條款考核。EMI濾波電路主要是由串聯(lián)電感和并聯(lián)電容組成雙向網(wǎng)絡的低通濾波器,利用阻抗失配原理抑制電路產生的脈沖干擾,其濾波范圍通常在9kHz~30MHz之間。我們從濾波器頻率特性曲線知道,它的特性,也就是技術指標之一是插入損耗值。要使濾波器對干擾信號有最佳的衰減性能,則濾波器阻抗應與電源阻抗失配,失配越厲害,實現(xiàn)的衰減越理想,得到的插入損耗越大;插入損耗越大,其濾波效果越好,對傳導干擾的抑制作用就越大。

 ?。牛停蔀V波器的插入損耗主要取決于銅線的質量、繞法以及所用的磁芯質量。磁芯是由磁性材料制成,所以磁性材料是濾波器不可缺少的部件。磁性材料種類繁多,不同的磁性材料具有不同的電特性、電阻率、頻寬、阻抗等,對傳導干擾的抑制效果也不相同。要抑制不同頻率段的干擾就要選擇適合該頻率段的磁性材料,因為從材料的觀點看,濾波器的作用就是阻隔不需要的信號,并以發(fā)熱的形式消耗掉有害的干擾信號,讓有用的信號無衰減或幾乎無衰減地通過。筆者在實際整改工作中發(fā)現(xiàn),即使濾波器用同樣的銅線、同樣的繞法,所繞的圈數(shù)一樣,采用不同的磁芯對抑制傳導干擾信號的差別是很大的,尤其是高頻變壓器。在抑制低頻干擾信號時,采用金屬磁性材料要比采用鐵氧體磁性材料好得多。

   在圖2中是由共模濾波器(T1)和差模濾波器(T2/T3)以及電容(C1~C4)組成的EMI濾波電路,C5為跨地電容。只要選擇合適參數(shù)的元件及適當?shù)拇判圆牧?,一般都可以通過標準中對EMI條款要求的考核。

  除了在鎮(zhèn)流器的輸入端(電源端)加串EMI濾波器外,還可以在鎮(zhèn)流器產生干擾的部件上下功夫。從前面的分析知道,開關管Q1和Q2在其導通和斷開瞬間會產生幅度較高的脈沖電壓或電流,只要把這個脈沖電壓或電流消除或減弱即可降低鎮(zhèn)流器的干擾電壓。可分別在Q1和Q2基極和發(fā)射極之間并一個瓷片電容C15/C16(0.01μF)降低晶體管的深飽和,有助于降低脈沖電壓的幅度,而且還可防止Q1和Q2的共態(tài)導通,不致于損壞開關管;或在Q1和Q2集電極和發(fā)射極之間加入阻尼網(wǎng)絡(D14、R18、C20和D15、R19、C21組成),以吸收其通斷間產生的浪涌電流,對開關管起保護作用,并能有效降低干擾強度(見圖2)。不過在這個電路中,C20和C21不宜取值太大,否則會增加鎮(zhèn)流器的功耗。

  這些措施對抑制共模干擾的作用相當明顯,尤其對那些緊湊的電子節(jié)能支架進行整改,因其空間有限不能采用電感量較大的濾波器時,不失為一種較好的選擇。圖3和圖4就是筆者對這種支架整改前后的測試曲線圖,其EMI濾波器相同。

   由于GB 17743-1999規(guī)定照明電器類產品的測試頻率范圍在9kHz~30MHz之內,而一般容易產生天線效應的頻率范圍是在30MHz以上,所以,只要電子鎮(zhèn)流器產品傳導干擾幅度不超過標準的限值要求,通常也能符合標準對輻射電磁干擾限值的要求。

  5 結束語

  在科技日新月異的今天,新光源不斷推出,如LED照明、光纖照明等,用戶在選擇照明電器有了更大的空間。但LED或光纖等光源限于目前的技術及生產工藝水平,其價格高昂,功率及光通量還遠遠不能滿足人們的需要。在現(xiàn)階段還是以白熾燈、熒光燈和放電燈為主體照明器具。尤其是在我國廣大農村地區(qū),大都采用白熾燈作為照明光源,而白熾燈耗電、光通量低,大量使用白熾燈會造成很大的電能浪費。熒光燈在目前來說是代替白熾燈比較理想的照明光源。如果大量用熒光燈代替白熾燈作照明光源,節(jié)省下來的電能則相當可觀,對保護我國的自然環(huán)境、增強我國的可持續(xù)發(fā)展大有好處。與熒光燈配套的電子鎮(zhèn)流器擁有很大的市場,研制新型、高效、可靠的電子鎮(zhèn)流器產品是廣大科研人員義不容辭的責任。


  參考文獻:
  1 《燈的控制裝置 第4部分:熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器的特殊要求》 GB 19510.4-2005
  2 《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》 GB 17743-1999
  3 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國國家標準化管理委員會發(fā)布.《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值(設備每相輸入電流≤16A)》 GB 17625.1-2003
  4 全國照明電器標準化技術委員會.中國綠色照明工程項目辦公室編.中國標準化研究院發(fā)布.《燈的控制裝置系列國家標準及金屬鹵化物燈相關效能國家標準宣貫教材》
  5 毛光武.祝大衛(wèi)編著.《電子鎮(zhèn)流器的原理與制造》
  6 俞安琪著.《電子鎮(zhèn)流器設計中應關注的要點》

 

(轉載)

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