镇流器(ballast resistor)是日光灯上起限流作用和产生瞬间高压的设备,它是在硅钢制作的铁芯上缠漆包线制作而成,这样的带铁芯的线圈,在瞬间开/关上电时,就会自感产生高压,加在日光灯管的两端的电极(灯丝)上。这个动作是交替进行的,当启辉器(跳泡)闭合时,灯管的灯丝通过镇流器限流导通发热。
镇流器的作用:镇流器是用于启动和限流的控制器件,由于日光灯具有负伏安特性,要配以镇流器来启动灯的放电和限定灯内惰性气体电离升温并使水银蒸气压上升,当电子轰击汞蒸气放电后生成的紫外线激发荧光灯而发光,启动完成后镇流器起限流器的作用,使灯开始正常工作。
日光灯电子镇流器电路解析
电子镇流器是采用开关电源技术和谐振启辉技术,将50Hz的工频电流转换成20~60kHz的高频交流电,以满足点亮日光灯管的要求。
电子镇流器电路结构尽管与日光灯的功率有一定关系,但其工作原理也没太大区别。现以一款55W的电子镇流器来解析其工作原理。
KMH-YZ55 荧光灯电子镇流器
荧光灯电子镇流器印刷电路
只要是开关电源就必须有驱动电源。接入220交流电,D1~D4组成的桥式整流输出约198V(0.9*220)脉动直流电压,经电容(C1、C2)滤波输出约310V(√2*220)直流电。
C1、C2这样的滤波方式在电路板上很常见,之所以由两个串联分压电容组成,这是因为在半桥逆变器高频振荡电路中C1、C2还要兼作“隔直流、通交流”的作用。
在接通电源的瞬间,Q1和Q2中的某只晶体管优先导通。电路中独石电容C4具有隔直通交的作用,当C4通过R3//R4充电,电压上升到一定程度(约36V),双向稳压二极管DB就会导通,Q1基极B得电首先导通。
电流回路是:V+→C2→灯丝34→C5→灯丝12→L→绕组BT1→Q1ce→R9→V-,对谐振电容C5充电。
Q1导通后,集电极电流从零开始逐渐增大,磁环变压器初级绕组BT1会产生感应电动势,通过耦合,磁环变压器次级BT2和BT3也会产生感应电动势,这两个感应电动势的方向相反。
其中BT2上的感应电动势会使Q1基极电位逐渐升高,形成正反馈,基极电流和集电极电流进一步增大,使Q1迅速饱和导通。
Q1饱和的同时,磁环变压器也相应饱和,流过BT1的电流则逐渐减少,在BT1上产生与原来相反的感应电势,次级绕组BT2和BT3的电势也相应反转,即Q1因基极电位下降会迅速由饱和导通变为截止。
相反,Q2基极电位逐渐升高,Q2则由截止变为导通。电流回路是:V+→Q2ce→R8→BT1→L→灯丝12→C5→灯丝34→C1构成的放电回路。
Q2导通后,Q2集电极和基极也因正反馈作用,会从零逐渐增加,到最后饱和,而后截止。这样借助于高频磁环变压器BT的耦合和反馈作用下,使三极管Q1、Q2交替导通与截止,使高频振荡电路进入自激振荡状态,输出方波脉冲电压。
方波脉冲电流通过电感L,灯丝电阻,C5组成串联谐振,其电流变为接近正弦波,并在C5两端产生了一个很高的电压(约800V,其值由电感L的Q值及电容C5值决定)加到灯管上,灯管中的汞蒸气电离击穿而将灯管点亮。
日光灯管点亮后,其内阻急剧下降,振荡回路的高频电流基本上从灯管回路通过,LC串联振荡失谐,电感L形成的阻抗(ZL=2πfL,因为频率高,电感体积比较小)在电路中将起限流作用,维持日光灯管正常发光的电压(约60V~108V)。
凯美华荧光灯电子镇流器
电容C5与灯丝构成的回路也有微小电流通过,以维持灯丝上适当的温度,减少灯丝上的电子粉损耗。灯丝上的电子粉耗尽时,尽管灯丝未断,灯管也不能再点亮了。
D5用来隔离启动电路和振荡电路,使振荡电流不会经过C4到地。
C3为续流电容,当Q1、Q2在交替开关同时截止阶段,使灯丝有电流通过,并且R1、C3组成的放电网络可同时避免两个三极管电流重叠,提供一个死区时间。
D8、D9是并联在三极管的基极和发射极之间的续流二极管,实际上也是与BT2、BT3反向并联,用以释放BT2、BT3残余电动势,以保护三极管,提高三极管开关速度。
虽然电子整流器已逐渐退出市场,但这种分立元件组成的电路要比集成电路好理解得多,个人觉得把电子整流器的工作原理弄明白了,对弄懂其它开关电源也很有帮助。