基于單片機(jī)的電子節(jié)能燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于單片機(jī)的電子節(jié)能燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄引言4第一章 設(shè)計(jì)概述5第二章 方案的選擇與論證52.1 概述52.2總體方案論證62.2.1電感鎮(zhèn)流器工作原理62.2.2電子鎮(zhèn)流器工作原理72.2.3電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)92.2.4 磁環(huán)的選用92.2.5 三極管的選用122.2.6 PTC的作用14第三章 節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)153.1電路系統(tǒng)框圖153.2電路圖153.3 工作原理163.4 PCB布線17第四章 元器件參數(shù)的計(jì)算與選擇194.1 二極管的選擇194.2、三極管的選擇194.3、電感和電容的選擇194.4 配料單22第五章 整燈性能測(cè)試235.1 所用儀器235.2 低溫始動(dòng)235.3

2、 EMC測(cè)試245.3.1 EMC簡(jiǎn)介245.3.2EMC測(cè)試分析245.4 恒溫箱點(diǎn)燈試驗(yàn)255.5 電氣特性275.6 最低啟動(dòng)電壓和最大耐壓275.7 安裝調(diào)試中的問(wèn)題與考前須知275.7.1 考前須知275.7.2 遇到問(wèn)題29結(jié) 論29致 謝30參考文獻(xiàn)30摘要 節(jié)能燈又叫緊湊型熒光燈國(guó)外簡(jiǎn)稱CFL燈,是1978年由菲利普公司首先創(chuàng)造的，由于它具有光效高是普通燈泡的5倍，節(jié)能效果明顯，壽命長(zhǎng)是普通燈泡的8倍，體積小，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)人民和國(guó)家的重視和歡送，我國(guó)于1982年，首先在復(fù)旦大學(xué)電光源研究所成功研制SL型緊湊型熒光燈，二十年來(lái)，產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，質(zhì)量穩(wěn)步提高，國(guó)家已經(jīng)把它

3、作為國(guó)家重點(diǎn)開展的節(jié)能產(chǎn)品綠色照明產(chǎn)品作為推廣和使用。在設(shè)計(jì)節(jié)能燈時(shí)，電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)的好壞直接影響到節(jié)能的壽命，EMC特性等。關(guān)鍵字：緊湊型熒光燈；電子鎮(zhèn)流器；節(jié)能；EMC特性Abstract Also known as energy-saving compact fluorescent lamps (CFL lamps foreign short), the company in 1978, first invented by Philip, because of its high luminous efficiency (5 times the ordinary light bulbs),

4、 energy-saving effect, long life (an ordinary light bulb 8 times), small size, ease of use by all peoples and national attention and welcome in 1982 in China, the first success in the Lighting Research Institute of Fudan University, SL-type compact fluorescent lamps developed the past two decades, t

5、he rapid growth of output , quality has improved steadily, the state has put it as a national focus on the development of energy-saving products (green lighting products) as the promotion and use. In the design of energy-saving lamps, electronic ballast design a direct impact on the life energy, EMC

6、 characteristics.Keywords:compact fluorescentlamps;electronic ballasts;energy; EMC characateristics引言節(jié)能燈作為一種環(huán)保型的電源，在全世界得到了廣泛的應(yīng)用，而我們國(guó)內(nèi)在近幾年來(lái)的節(jié)能燈占市場(chǎng)的份額相較于其他的照明產(chǎn)品有了顯著的提高。然而在相當(dāng)一段長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，一些地方和廠家盲目的擴(kuò)大節(jié)能燈工程，在由于其在資金、技術(shù)、原材料以及工藝在沒(méi)有充分落實(shí)的情況下，匆匆上馬使得產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障，各企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量的不平衡，惡性競(jìng)價(jià)搞亂了市場(chǎng)，不按工藝要求生產(chǎn)，組裝廠選用不合要求的燈管和元器件拼湊組成，質(zhì)次價(jià)低

7、，嚴(yán)重?fù)p壞了節(jié)能燈的聲譽(yù)，光效低，壽命短，一致性差，造成社會(huì)上產(chǎn)生節(jié)能燈節(jié)能不節(jié)錢的說(shuō)法，給節(jié)能燈的推廣帶來(lái)了很大的負(fù)面影響。經(jīng)過(guò)將近二十年的不斷摸索和開展，我國(guó)的節(jié)能燈產(chǎn)品已經(jīng)有了很大的進(jìn)步與提高，很多產(chǎn)品已經(jīng)接近或到達(dá)國(guó)外的先進(jìn)水平，由于質(zhì)優(yōu)價(jià)低，國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力非常強(qiáng)，但是市場(chǎng)上還是存在很大局部的節(jié)能燈廠商，根本不顧國(guó)家的法律、法規(guī)，不顧消費(fèi)者的利益，還在大量生產(chǎn)不節(jié)能的節(jié)能燈，由于它的質(zhì)次價(jià)低，每只出廠價(jià)僅售45元左右，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的識(shí)別有限，在農(nóng)村及大局部城市，還有很大一局部的市場(chǎng)，由于市場(chǎng)上占大局部的市場(chǎng)由低檔產(chǎn)品占據(jù)著，使得好的節(jié)能燈產(chǎn)品比擬難進(jìn)入市場(chǎng)，這給綠色照明推廣帶來(lái)了一

8、定的難度，但隨著居民消費(fèi)意識(shí)的提高以及對(duì)節(jié)能燈產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，質(zhì)量好的節(jié)能燈產(chǎn)品的市場(chǎng)在一天天的擴(kuò)大，質(zhì)量差的節(jié)能燈市場(chǎng)一天天的萎縮，這同時(shí)又給我們帶來(lái)了希望與機(jī)遇。而本次的設(shè)計(jì)主要是提高消費(fèi)者對(duì)節(jié)能燈的認(rèn)識(shí)，杜絕那些質(zhì)次價(jià)低節(jié)能燈在市場(chǎng)上魚目混珠。設(shè)計(jì)的器件都是市場(chǎng)上常見(jiàn)的，廉價(jià)的器件組成的電子鎮(zhèn)流器，不僅能到達(dá)節(jié)能，而且又真正做到廉價(jià)的目的。 第一章 設(shè)計(jì)概述1 在節(jié)能燈所用電子元器件選擇上不緊性能要好，而且還要考慮本錢，合理應(yīng)用器件2 合理布置PCB板上各元器件所在位置，既要做到小巧，又要不影響節(jié)能燈的性能。3   電磁兼容性良好的節(jié)能燈。4 

9、0; 符合GB/T17262，GB/T17263，ROSH等標(biāo)準(zhǔn)第二章 方案的選擇與論證 概述節(jié)能燈節(jié)能主要是通過(guò)節(jié)能燈管的節(jié)能和電子鎮(zhèn)流器低功耗的表達(dá)，電子鎮(zhèn)流器不但要保障節(jié)能燈管在它的特性下提供啟動(dòng)電流和啟動(dòng)高壓，而且在正常工作時(shí)要提高燈管的高頻穩(wěn)定的交流電流。通常，25攝氏度是節(jié)能燈最正確的工作溫度。在實(shí)際的應(yīng)用中，環(huán)境的影響和節(jié)能燈工作時(shí)自身產(chǎn)生的熱量會(huì)令此最正確的溫度無(wú)法實(shí)現(xiàn)，從而影響了節(jié)能燈的亮度。針對(duì)這一問(wèn)題，我們?cè)谠O(shè)計(jì)節(jié)能燈時(shí)首先要對(duì)各個(gè)器件很熟悉，在器件的選擇上不緊要考慮到器件本身的特性，更要注意其它器件可能對(duì)它的影響。如三極管，它在工作時(shí)溫度比擬高，所以在PCB布

10、局的時(shí)候不能將對(duì)溫度比擬敏感的器件磁環(huán)等放到相鄰的位置，這樣會(huì)影響節(jié)能燈的性能?？傮w方案論證電感鎮(zhèn)流器工作原理電感鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵芯電感線圈，電感的性質(zhì)是當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，那么在線圈中將引起磁通的變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向與電流的方向相反，因而阻礙著電流變化。其工作原理是：當(dāng)開關(guān)閉合電路中施加220V，50HZ的交流電源時(shí)，電流流經(jīng)鎮(zhèn)流器、燈管燈絲、啟輝器給燈絲加熱，它開始是斷開的，由于施加了一個(gè)大于180V以上的交流電壓，使得啟輝器跳泡內(nèi)的氣體弧光放電，跳泡內(nèi)雙金屬片受熱膨脹變形，兩電極靠在一起，形成通路給燈絲加熱，當(dāng)啟動(dòng)器的兩電極靠在一起，由于沒(méi)有弧光放電，雙金屬片冷卻，兩電極

11、斷開，由于電感鎮(zhèn)流器呈感性，當(dāng)兩電極斷開的瞬間，電路中的電流突然消失，于是鎮(zhèn)流器產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖電壓，它與電源電壓疊加后加到燈絲兩端，使燈管內(nèi)惰性氣體電離而引起弧光放電。在正常發(fā)光過(guò)程中，鎮(zhèn)流器的自感起到穩(wěn)定電路中電流的作用。電感鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵心電感線圈，電感的性質(zhì)是當(dāng)線圈中的電流變化是，那么在線圈中引起磁通的變化，從而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其方向與電流的方向相反，因而阻礙了電流的變化，從而起到限制及穩(wěn)定電流的作用。電子鎮(zhèn)流器工作原理由于氣體放電燈如熒光燈、霓虹燈，金鹵燈等是一種具有如圖2.1示的V-I特性的負(fù)阻性電光源，即V/I為、負(fù)值，從圖可以看出，當(dāng)燈電流上升時(shí)，燈管的工作電壓下降，但是供電電

12、壓不會(huì)下降，多出的這點(diǎn)電壓加到燈管后會(huì)使燈電流進(jìn)一步上升，如此循環(huán)，最終燒壞燈管或燈管熄滅，所以要使燈管正常工作，應(yīng)配以如圖2.2所示的鎮(zhèn)流元件，用于限制和穩(wěn)定燈電流。這個(gè)限流裝置叫做鎮(zhèn)流器。目前氣體放電燈常用的鎮(zhèn)流器有兩種：電感式鎮(zhèn)流器和高頻交流電子鎮(zhèn)流器。圖2.1 氣體放電負(fù)阻特性曲線 圖2.2 鎮(zhèn)流電路原理圖 在燈穩(wěn)定工作期間，燈管上的電壓是穩(wěn)定的，所以燈的功率主要取決于燈電流的大小，而燈電流的大小和鎮(zhèn)流器件的阻抗和電源供給電壓的上下有關(guān)，并且供電頻率對(duì)熒光燈的工作也有影響。如圖2.3所示。例如對(duì)電感鎮(zhèn)流，鎮(zhèn)流電感的阻抗Z=2fL,電感鎮(zhèn)流器的電感量和它的繞組扎數(shù)和鐵心的尺寸有關(guān)，所以當(dāng)

13、電源供電頻率較高時(shí)，鎮(zhèn)流器的 體積也會(huì)小些，這就是采用高頻交流電子鎮(zhèn)流電路后，鎮(zhèn)流電感的體積和尺寸會(huì)很小的原因。圖2.3 電子鎮(zhèn)流器工作特性曲線 圖2.4 發(fā)光效率和工作頻率的關(guān)系曲線 電感式和電子式鎮(zhèn)流器比照簡(jiǎn)明表熒光燈的供電頻率與燈發(fā)光效率之間的關(guān)系：氣體放電燈在交流供電情況下工作時(shí)，氣體或金屬蒸汽放電的特性取決于交流電的頻率和鎮(zhèn)流器件的類型。氣體放電燈在交流50HZ供電周期內(nèi)一直不停地變化，從而導(dǎo)致了燈的非正弦的電壓和電流波形，產(chǎn)生了諧波成分。當(dāng)氣體放電燈的工作頻率大約是1KHZ時(shí)，燈內(nèi)的電離狀態(tài)不再隨燈的工作電流而迅速變化，從而在整個(gè)工作周期內(nèi)形成幾乎恒定的等離子體密度和燈阻抗，這時(shí)燈

14、的V-I特性趨于線性。從圖2.4可以看出，當(dāng)氣體放電燈的交流供電頻率大于20KHZ時(shí)，熒光燈的發(fā)光效率值高，根據(jù)統(tǒng)計(jì)可以提高10%-20%，同時(shí)熒光燈工作在高頻交流電時(shí)，可以有效的克服閃爍現(xiàn)象電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)這兩種電子鎮(zhèn)流器的方案比擬可簡(jiǎn)要的概括為示2.2.4 磁環(huán)的選用2.2.4.1 磁環(huán)性能分析磁環(huán)在節(jié)能燈電路中素有心臟之稱，無(wú)論在節(jié)能燈電子電路的調(diào)試上,或者在生產(chǎn)上,磁環(huán)參數(shù)的變動(dòng)都影響較大,受其影響的參數(shù)有:節(jié)能燈的啟動(dòng)時(shí)間,三極管的開關(guān)性能,鎮(zhèn)流器的工作頻率,燈功率等.特別是在110V電壓條件下,電路設(shè)計(jì)時(shí)不用倍壓電路,對(duì)磁環(huán)的選用尤其敏感. 節(jié)能燈中,磁環(huán)一般都選用可飽和環(huán)形磁

15、芯,為使節(jié)能燈半橋逆變電路有良好的開關(guān)特性,產(chǎn)生良好的震蕩波形,要求磁環(huán)必須如圖2.6所示,有近似于矩型的磁滯回線,在S形的特性曲線中,以a點(diǎn)為起點(diǎn),從a點(diǎn)到b點(diǎn),再到c點(diǎn)和d點(diǎn),最后回到原始的a點(diǎn),這樣就得到一個(gè)完整的磁化周期.這樣的磁滯回線有明顯的飽和點(diǎn)和飽和段,而且具有良好的對(duì)稱性.近似于矩型的磁滯回線可使磁環(huán)線圈中的電流波形前后沿較陡,能較好的滿足三極管的驅(qū)動(dòng)要求.如果S形的磁滯回線在各點(diǎn)上不能完全對(duì)稱的話,都將嚴(yán)重影響節(jié)能燈半橋逆變電路的開關(guān)特性,導(dǎo)致?lián)p耗加大,三極管溫升加劇.圖2.6 溫度和初始磁導(dǎo)率的關(guān)系曲線通過(guò)圖2.6可以看出：曲線1為磁導(dǎo)率3K的B與溫度的曲線.由圖可見(jiàn)3K材

16、料比擬快的到達(dá)第一個(gè)峰值,然后快速下降至谷點(diǎn)位置,約80度,后緩慢上升,一直到居里點(diǎn),約200度. 曲線2為磁導(dǎo)率2.5K的B與溫度的曲線.由圖中可見(jiàn)2.5K材料的磁導(dǎo)率一直隨溫度在上升,谷點(diǎn)極其短,并且谷點(diǎn)溫度比擬高,到達(dá)了180度左右,居里溫度約210度. 曲線3為磁導(dǎo)率2.3K的B與溫度的曲線.由圖中可以見(jiàn)2.3K材料隨溫度變化的B值變化并不大,谷點(diǎn)約150度,居里溫度約220度. 由圖分析可得：三種材料的居里溫度都可滿足節(jié)能燈的要求,節(jié)能燈殼內(nèi)最高溫度一般不會(huì)超過(guò)150度.三種曲線綜合分析,3K材料穩(wěn)定性能稍差,2.5K材料的谷點(diǎn)溫度偏高,如果遇到節(jié)能燈殼內(nèi)溫度超高,到達(dá)最大值150度

17、,而磁環(huán)在這個(gè)時(shí)候,B值不但沒(méi)有降低,還在一直升高的話,必將導(dǎo)致三極管過(guò)驅(qū),電流加大,最終導(dǎo)致災(zāi)難性的后果.2.3K材料由于其穩(wěn)定的溫度曲線,在節(jié)能燈中大受歡送.假設(shè)非有特殊要求,一般節(jié)能燈都會(huì)選用2.3K或者3K的磁環(huán). 完美的溫度曲線應(yīng)該是次峰平,幾乎看不見(jiàn),而谷點(diǎn)長(zhǎng),最好在70-150度,居里溫度只要有200度以上就可以了,可惜這樣的磁環(huán)至今仍沒(méi)有應(yīng)用在節(jié)能燈上.由于2.3K磁環(huán)的性能比其他的2款好，但是造價(jià)也比擬高，而本次設(shè)計(jì)的節(jié)能燈殼內(nèi)的最高溫度為137時(shí)才對(duì)其影響比擬大，所以本次設(shè)計(jì)我采用的是2.5K磁環(huán)，比擬廉價(jià)。2.2.4.2 選擇考慮為了提高節(jié)能燈的可靠性和平安性，磁環(huán)的選擇

18、必須符合節(jié)能燈的特點(diǎn)和要求1 外形和尺寸的選擇: 該款節(jié)能燈的塑件空間比擬小，所以選用的磁環(huán)是3*7*3的規(guī)格2 磁性材料的選擇:大類上來(lái)說(shuō),我們節(jié)能燈一般選用錳鋅鐵氧體,適用于節(jié)能燈的鐵氧體有:PC30,PC40和PC50等.在磁環(huán)磁性材料的選用上,應(yīng)重點(diǎn)考慮下面幾點(diǎn)要求:(1) 居里溫度應(yīng)足夠高 因?yàn)闊魵ば?，散熱不暢，器件都集中在小空間里，使殼內(nèi)溫度高達(dá)130-150，所以要確保選用居里溫度適合的磁環(huán)。(2) 初始磁導(dǎo)率應(yīng)適中 由于磁性材料的初始磁導(dǎo)率和居里溫度成反比，初始磁導(dǎo)率越高，居里溫度越低，我們的選擇空間就留在4K以下這段范圍了。(3) 電阻率應(yīng)比擬高 當(dāng)工作頻率一定時(shí),磁性材料的

19、渦流損耗與電阻率成反比，為降低磁環(huán)的自身?yè)p耗，應(yīng)選用電阻率適當(dāng)高一些的磁性材料。(4) 適宜的溫度系數(shù) 對(duì)于磁環(huán)，我們一般要求其具有負(fù)溫度系數(shù)，即其磁導(dǎo)率或磁芯線圈電感量應(yīng)隨溫度升高而下降，在溫度0-100度變化時(shí)，三極管的集電極電流約增加15%.在此溫度范圍內(nèi)，要是磁環(huán)具有負(fù)溫度系數(shù)，剛好與三極管的正溫度系數(shù)相抵消或大局部抵消，根本保持平衡，就保證了電子節(jié)能燈的穩(wěn)定工作。2.2.5 三極管的選用2.2.5.1 完整的功率容限曲線節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器三極管參數(shù)的要求定位是不清晰的.除了BVceo、BVcbo、Iceo、hFE、Vces、Ic等常規(guī)參數(shù)要求，還有完整的功率容限曲線，降低三極管的發(fā)熱

20、損耗，放大倍數(shù)hFE和貯存時(shí)間ts，完整的功率容限曲線圖2.7。在選擇燈用三極管的過(guò)程中,一定要找到器件生產(chǎn)廠家提供的完整SOA曲線。2.2.5.2 三極管的發(fā)熱損耗目前,節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器普遍采用上下管輪流導(dǎo)通工作的線路，電感負(fù)載產(chǎn)生的自感電勢(shì)反峰電壓經(jīng)由導(dǎo)通管泄放，所以普遍感到三極管常溫下SOA值在節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器線路中不十分敏感。而降低三極管的發(fā)熱損耗卻引起了業(yè)界的普遍關(guān)注，這是因?yàn)槿龢O管的二次擊穿容限是隨著溫度的升高而降低的(圖2.8)三極管在電路中工作一段時(shí)間以后，線路元器件會(huì)發(fā)熱(包括管子本身的發(fā)熱)，溫度不斷上升導(dǎo)致三極管hFE增大,開關(guān)性能變差，二次擊穿特性下降，反過(guò)來(lái),進(jìn)一

21、步促使管子發(fā)熱量增大，這樣的惡性循環(huán)最終導(dǎo)致三極管擊穿燒毀。因此,降低三極管本身的發(fā)熱損耗是提高三極管使用可靠性的重要措施。 圖2.7 三極管功率容限曲線圖2.8 二次擊穿容限隨溫度變化曲線實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：晶體管截止?fàn)顟B(tài)的功耗很小，導(dǎo)通狀態(tài)的耗散占一定比例，但變化余地不大。晶體管耗散主要發(fā)生在由飽和向截止和由截止向飽和的過(guò)渡時(shí)期，而且與線路參數(shù)的選擇及三極管的上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf有很大關(guān)系。 綜上上所述選擇一個(gè)好的三極管對(duì)節(jié)能燈的性能影響很大。2.2.6 PTC的作用PTC也稱為熱敏電阻(正溫度系數(shù)熱敏電阻)是一種具溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻,一旦超過(guò)一定的溫度(居里溫度)時(shí),它的電阻值隨著溫度的

22、升高幾乎是呈階躍式的增高.PTC熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過(guò)PTC熱敏電阻的電流來(lái)獲得,也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來(lái)獲得. 由于燈的開關(guān)次數(shù)直接影響了節(jié)能燈燈管和電子整流器的壽命，所以就有必要在燈管的輸入端串一個(gè)適宜的PTC，這樣通過(guò)PTC的電流使PTC的阻值增大，使電路斷開，這樣就延遲了燈的啟動(dòng)時(shí)間，能夠保護(hù)電路，延長(zhǎng)節(jié)能燈的使用壽命。第三章 節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì) 圖3.2 電子鎮(zhèn)流器電路圖3.3 工作原理在圖3.2中，開關(guān)晶體管VT1和VT2為橋路的有源側(cè)，電容C3和C4組成無(wú)源支路。燈負(fù)載那么連接在橋路中有源支路和無(wú)源支路的兩個(gè)中間點(diǎn)之間。負(fù)載電流的回復(fù)通路由C3和C4提

23、供。R1、C2和雙向觸發(fā)二極管DB3組成半橋式逆變器的啟動(dòng)電路。VT1、VT2既是振蕩電路中的重要元件，同時(shí)又兼作功率開關(guān)，當(dāng)電子鎮(zhèn)流器加電后，流經(jīng)R1的電流對(duì)啟動(dòng)電容C2充電，當(dāng)C2兩端電壓升高到VD2的轉(zhuǎn)折電壓約32V值后，VD2雪崩擊穿，C2那么通過(guò)VT2的基極發(fā)射極網(wǎng)絡(luò)放電，VT2因正向偏置而導(dǎo)通。在VT2導(dǎo)通期間，電流路徑為： VDC C3 燈絲FL1 C5 燈絲FL2 扼流圈Ll T1初級(jí)線圈T1a VT2 地 。如圖3.3.1，VT2集電極電流的瞬時(shí)變化di / dt ) ，通過(guò)T1a在T1兩個(gè)次級(jí)繞組T1b和 T1c兩端產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，極性是各繞組同名端為負(fù)。其結(jié)果是使VT2

24、的基極電位升高，基極電流和集電極電流進(jìn)一步增大，連鎖式的正反應(yīng)立即使VT2 躍變到飽和導(dǎo)通狀態(tài)。在VT2導(dǎo)通時(shí)，啟動(dòng)電容C2將通過(guò)二極管VD1和晶體管VT2放電，以阻止對(duì)VT2的基極產(chǎn)生進(jìn)一步的觸發(fā)脈沖。啟動(dòng)電路提供一個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)，高頻振蕩的建立與維持那么借助于可飽和變壓器T1繞組之間的耦合，產(chǎn)生正反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)T1到達(dá)飽和后，各個(gè)繞組中的感應(yīng)電勢(shì)為零，VT2基極電位呈下降趨勢(shì)，IC2減小，T1a中的感應(yīng)電勢(shì)將阻止IC2減小，極性是同名端為正。于是，VT2基極電位下降，VT1基極電位升高，這種連鎖式的正反應(yīng)迅速使VT2退出飽和躍變到截止?fàn)顟B(tài)，而VT1那么由截止躍變到飽和導(dǎo)通。在VT1飽和導(dǎo)通

25、時(shí)，電流路徑是： VT1 T1a L1 燈絲FL2 C5 燈絲FL1 C4 地。如圖3.3.2，當(dāng)脈沖變壓器T1磁芯進(jìn)入飽和之后，連鎖式的正反應(yīng)很快又使VT2再次飽和異通，而VT1 由導(dǎo)通躍變?yōu)榻刂?。如此周而?fù)始，VT1和VT2輪流導(dǎo)通，使并聯(lián)于燈管兩端的燈啟動(dòng)電容C5上的電流方向不斷改變，迅速引起由L1和C5等組成的LC網(wǎng)絡(luò)發(fā)生串聯(lián)諧振，在C5兩端產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖施加到燈管上，使燈點(diǎn)火啟動(dòng)。扼流圈L1在燈點(diǎn)火過(guò)程中是輔助啟動(dòng)元件，在燈啟動(dòng)之后對(duì)燈電流起限制作用。由于電子鎮(zhèn)流器工作頻率達(dá)幾十千赫， L1只需使用非常小的磁性元件即可以滿足要求。40W熒光燈用電感式鎮(zhèn)流器的電感值約達(dá)80mH，而2

26、0W熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器中的阻流圈L1僅約1.5mH。3.4 PCB布線節(jié)能燈中PCB布線是一個(gè)很重要的過(guò)程，一個(gè)好的布線不僅能夠做出美觀的燈，更重要的是能夠很好地減少電磁干擾，每個(gè)元器件的布局和位置都會(huì)影響其它器件，特別是那些對(duì)電磁干擾反映明顯的器件尤其要注意。綜合以上要求，我第四章 元器件參數(shù)的計(jì)算與選擇4.1 二極管的選擇Vo=AC 電壓約為300V 考慮到電網(wǎng)的波動(dòng)所以二極管的耐壓值應(yīng)當(dāng)大于400V又因?yàn)闊舻墓β适?0W，效率是60%，所以P220這里選取的4007 耐壓值1000V、額定電流為1A，足夠了。4.2、三極管的選擇Vo300V 所以三極管的耐壓值應(yīng)當(dāng)大于300V 這里選4

27、00V又因Il=0.15A三極管的額定電流應(yīng)可以確定1A符合要求。0=25KHZ 所以三極管的工作頻率應(yīng)當(dāng)大于25KHZ4.3、電感和電容的選擇如果LC串聯(lián)電路的等效直流電阻為R，電路的總阻抗Z可表示為： 4-3-1公式中，L為電感器的電感值， C為電容器的容量值。對(duì)于圖3.2所示的電路，由于L1LT Ia ，C5C3 = C4 ，發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)的頻率主要由L1和C5的數(shù)值決定。圖3.3.1和圖 3.3.2分別為功率開關(guān)VT1關(guān)斷、VT2導(dǎo)通和VT1導(dǎo)通、VT2關(guān)斷時(shí)的電流路徑。圖中，RL為熒光燈然點(diǎn)時(shí)的等效電阻。由圖可知，在VT1關(guān)斷、VT2導(dǎo)通，VT1導(dǎo)通、VT2關(guān)斷兩種狀態(tài)下，通過(guò)燈負(fù)載

28、RL的電流方向是相反的。VT1、VT2輪流導(dǎo)通，通過(guò)熒光燈的電流那么為高頗交變電流。LC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)的頻率f0由下式?jīng)Q定： 4-3-2發(fā)生串聯(lián)諧振的條件是電感元件的感抗與電容器的容抗相等，而且R2f 0L=1/2f 0C，諧振頻率f 0與R無(wú)關(guān)。這個(gè)條件可表示為： 1 4-3-3 公式中，Q定義為諧振電路的品質(zhì)因素，將式43-2代人到式43-3，可得： 4-3-4在發(fā)生諧振時(shí)，ZR，即LC串聯(lián)電路的總阻抗最小，電流增大。在發(fā)生諧振時(shí)的電流I 0為： 4-3-5式中，Vin為L(zhǎng)C串聯(lián)電路的電源電壓。電容上的電壓在發(fā)生諧振時(shí)的值VC0可表示為：VC0I 0XCI 0XLI 0.2f 0L=V

29、in/R2f 0L 4-3-6公式中，XC、 XL分別是電容的容抗和電感的感杭。將式43-3代人式4-3-6得到： VC0QVin 4-3-7 從式4-3-7可知，當(dāng) LC 串聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)，在電容和電感上的電壓比電源電壓要高得多，在數(shù)值上均為電源電壓的Q倍。雖然電容與電感上的諧振電壓相位是相反的，可以互相抵消，但單個(gè)元件上電壓幅值是非常可觀的。LC 串聯(lián)諧振電路的諧振阻抗曲線如圖4.3所示。從圖4.3可以看出，在諧振頻率f 0處，L / R值越大，阻抗那么越小，電流也就越大。反之，L / R值越小，阻抗就越大，電流就越小。LC串聯(lián)諧振電路中的直流電阻，應(yīng)將燈絲電阻考慮在內(nèi)，在電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

30、中，適中選取L和C的數(shù)值，使Q值控制在3左右。圖4.3 串聯(lián)諧振電路諧振阻抗特性曲線電子鎮(zhèn)流器工頻市電220V及220V以上的國(guó)家或地這如中國(guó)及歐洲，應(yīng)用最為普遍。在這種電路結(jié)構(gòu)中，一個(gè)開關(guān)晶體管所承受的電壓為交流電源電壓有效值的倍。如果鎮(zhèn)流器采用了升壓式有源功率因數(shù)校正電路，開關(guān)晶體管承受的電壓那么為升壓變換器的直流輸出電壓值。4.4 配料單3U，20W節(jié)能燈物料清單EE13mm磁芯，骨架 ,0.2mm,235T,mH 1套10mm，PC40，3*7*3，磁環(huán) 1套05A保險(xiǎn)管 1只IN4007二極管 5只DB3觸發(fā)二極管 1只13001三極管 2只1/4W，1 Ohm電阻 2只1/4W，4

31、70K電阻 1只1/4W，22hm電阻 2只400V，4.7uF電解電容 1只100V，223滌綸電容 1只400V，333滌綸電容 1只630V，152滌綸電容 1只1000V，222滌綸電容 1只PTC 1只PCB電子板 1只燈頭 1只外殼 1套燈管 1只第五章 整燈性能測(cè)試5.1 所用儀器1 標(biāo)準(zhǔn)電源，能將電壓從0V調(diào)到400V，能50HZ和60HZ 之間切換頻率 1臺(tái)2 萬(wàn)用表 1臺(tái)3 電子鎮(zhèn)流器輸入輸出電氣特性儀 1臺(tái)4 數(shù)字顯示溫度表 1臺(tái) 5 示波器 1臺(tái)6 恒溫箱 1臺(tái) 7 EMC測(cè)試儀 1臺(tái)8 電腦含有節(jié)能燈測(cè)試必須的軟件 1臺(tái)5.2 低溫始動(dòng)節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的性能直接受其所

32、在環(huán)境的影響，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須將那些環(huán)境影響考慮在內(nèi)。在溫度低的情況下會(huì)影響PTC的工作，因?yàn)闊崦綦娮柙跍囟鹊偷那闆r下會(huì)影響其工作特性，使它的啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)于室溫更快，使燈更快亮起來(lái)。為使到達(dá)更好的效果，我們選擇電壓為220V交流電壓的90%、0和95%、5條件下測(cè)其啟動(dòng)瞬間的時(shí)間T198V電壓 環(huán)境溫度0209V電壓 環(huán)境溫度5始動(dòng)時(shí)間Tms812886 在常溫狀況下，啟動(dòng)時(shí)間延遲900-1200毫秒為正常狀況，而在低溫始動(dòng)時(shí)，通常為延遲1秒以內(nèi)。所以可以說(shuō)這款節(jié)能燈低溫始動(dòng)效果良好。5.3 EMC測(cè)試5.3.1 EMC簡(jiǎn)介EMC是電磁兼容性，是指電子設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有一定的抵抗電磁干擾的

33、能力，同時(shí)不能產(chǎn)生過(guò)量的電磁輻射。也就是說(shuō)，要求該設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠在比擬惡劣的電磁環(huán)境中正常工作，同時(shí)有不能輻射過(guò)量的電磁波干擾周圍其它設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的正常工作。EMC測(cè)試分析在節(jié)能燈設(shè)計(jì)中，電磁干擾是不可防止的，我們必須考慮哪里的電磁輻射大，哪里元件功率大，怎樣布線干擾最小，怎樣搭配電磁干擾才能降到最低，稍微有點(diǎn)不一樣就有可能影響電磁兼容性。所以要求設(shè)計(jì)者對(duì)電子元器件特別熟悉，電路原理特別精通，干擾和被干擾分的特別清楚。為此我還特意參考了一些節(jié)能燈公司所做燈的PCB布線圖，和元器件分布位置進(jìn)行更細(xì)致的了解。然后針對(duì)自己所選擇器件進(jìn)行有目的的湊在一起，效果還是很好的。我所用的EMC測(cè)試儀器是一家

34、節(jié)能燈公司的儀器：該儀器的頻率為250KHz，一般的，開關(guān)電源在20次諧振后就開始衰減.加濾波器的時(shí)候，應(yīng)該考慮最高的諧振頻率，加適當(dāng)?shù)臑V波器，可提高開關(guān)電源的效率。測(cè)試EMC傳導(dǎo)測(cè)試曲線如圖5.3.2其中紅線表示峰值測(cè)試曲線，藍(lán)線表示平均值測(cè)試曲線。而兩條直線是限度，超過(guò)那兩條線就是不合格的。通過(guò)圖5.3.2的EMC特性曲線可以看出該款燈的電磁兼容性能到達(dá)EMC標(biāo)準(zhǔn),都在限度范圍之內(nèi)。圖5.2.3 EMC曲線5.4 恒溫箱點(diǎn)燈試驗(yàn)節(jié)能燈是將20幾個(gè)元器件集中在一個(gè)空間狹小的塑件上，不僅氣流不暢通，而且發(fā)熱高的器件會(huì)對(duì)其它元件有影響，所以在恒溫箱內(nèi)點(diǎn)燈，將各個(gè)元器件用溫度線經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換接到電腦

35、，總共需要測(cè)3種電壓，220V的±10%，環(huán)境溫度35，以下數(shù)據(jù)必須燈溫度曲線穩(wěn)定后才能記錄數(shù)據(jù)，通常每次電壓要點(diǎn)1小時(shí)以后才能記錄。隨著溫度的上升，功率上升的速度比擬慢，因?yàn)闇囟仍礁?，?duì)電子鎮(zhèn)流器的影響就越大 ，其功率也上升的比擬緩慢。本次設(shè)計(jì)磁環(huán)T1是采用的2.5K的，其磁導(dǎo)率一直隨溫度在上升，谷點(diǎn)極其短，并且谷點(diǎn)溫度比擬高，到達(dá)了180左右,居里溫度約210。在150時(shí)就開始對(duì)燈有影響了，而這在環(huán)境溫度為35，電壓為242V時(shí)最高溫度才到達(dá)137，所以在通常溫度和電壓下殼內(nèi)溫度遠(yuǎn)低于150，所以能在滿足條件下工作。電壓V198220142功率WQ1Q2C1C2C3C4C5C6T

36、1L1D1D2D3D4D55.5 電氣特性電氣特性包括：回路功率,燈管功率，燈絲功率，電流，電壓回路電流A回路功率W燈管功率W燈絲功率(W)154回路效率=燈管功率回路功率+燈管功率+燈絲功率*100%=55%5.6 最低啟動(dòng)電壓和最大耐壓 最低啟動(dòng)電壓的測(cè)試方法：先將燈的電壓調(diào)到0V，然后開通燈的電源，從0V開始上調(diào)電壓，燈完全點(diǎn)亮詩(shī)的電壓就是最低啟動(dòng)電壓。通過(guò)測(cè)試，該燈的最低啟動(dòng)電壓是170V，性能不是很好。最大耐壓也是一個(gè)很重要的參數(shù)，測(cè)試方法是先將電壓調(diào)到250V，開3秒，關(guān)27秒，然后以5V的方式逐漸增加電壓，又開3秒，關(guān)27秒。通過(guò)測(cè)試，最大耐壓值為305V。5.7 安裝調(diào)試中的問(wèn)

37、題與考前須知5.7.1 考前須知 進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)，為了更好的把握各元件特性及相互匹配性，粗調(diào)應(yīng)遵循由淺入深的規(guī)那么：（1） 先做大體調(diào)整，把常壓損耗，常壓三極管溫升降下來(lái)。（2） 再進(jìn)行細(xì)致綜合調(diào)試，主要調(diào)試高、低、常壓的電路損耗及三極管的溫升。（3） 最后做一次微調(diào)，使參數(shù)符合客戶和國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，某些元器件參數(shù)適當(dāng)減小，以到達(dá)減低本錢的目的。綜合調(diào)試：-33-47為好。最后確定參數(shù)后，假設(shè)功率偏小，可以用減小電感的方法了提高2-3W的功率，這對(duì)于新參數(shù)不會(huì)產(chǎn)生什么大的影響。假設(shè)功率偏大，同樣可以通過(guò)增大電感的方法來(lái)減低點(diǎn)功率。對(duì)于新參數(shù)也不會(huì)有大的影響。還有，要注意參數(shù)變動(dòng)規(guī)那么。由于在電子鎮(zhèn)流器中，磁環(huán)與磁心的磁特性以及三極管的參數(shù)都對(duì)鎮(zhèn)流器影響較大，因此在