电子节能灯制造关键技术研究
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作者: 郑军超
一、节能灯元器件的选择
1.毛管是电子节能灯的重要部件。技术指标主要有光电参数,其次有外形尺寸和外观以及机械强度等,再次是低温启动性能和热态参数稳定特性等。光通量是否合格将直接关系到节能灯的能效等级能否达到标准的要求,光通维持率是产品申请“能源之星”认证时必须要考核的指标,要求节能灯燃点至有效寿命40%时,其光通量不得小于额定值的80%。还有相关色温、显色性、色坐标和色容差等指标,也是应该重视。
2.整流二极管。选择整流二极管时,应注意以下参数。最大正向整流电流该参数与灯功率有关,所选二极管的额定电流值至少应是交流母线中峰值电流的3倍以上。对大功率灯而言,整流二极管不可直接并联使用,二极管的热电阻有差异,会使可靠性降低,最好用一组电流大的二极管。峰值反向截止电压,因工作温度高,一般要选用1200V的产品。滤波电解电容器,电解电容因会受到高频脉动电流的冲击和工作温度升高,选用高性价比的电解电容器就显得很重要。电容量及容差、额定电压、耐纹波电流、串联等效电阻(ESR)、允许温度等都是重要的技术指标,质量的好坏直接关系到使用寿命。
电解电容的耐纹波电流值应越大越好,如果电解电容的耐纹波电流值达不到线路要求,会严重影响其使用寿命。纹波电流流经ESR,会产生热量引起电解内部温度升高,目前制造商对电容器在额定工作温度下工作的纹波电流的确定,一般均遵循5℃原则。电容量的选择与输入电流中的谐波含量和灯电流的波峰因数以及镇流器的效率有关。电解电容的标记温度,必须大于实际工作温度,并留出一定的差值。
3.功率晶体管。功率晶体管工作在开关状态,选择的原则是:开关速度要快,饱和压降要小,集电极电流要大,在不增加成本的条件下,功率和二次击穿耐量越大越好。集电极额定电流应依据阴极导人电流峰值并留存足够的安全余量。开关时间要小,应重点关注存贮时间ts,从理论上讲ts小则开关功率损耗也小,更重要的是上、下两管ts值的对称。如果同一电路板上的两个管子的ts严重偏离,会使正负两个波形的面积严重不对称,导致管子过热损坏。
4.振荡变压器。 振荡变压器通常是在环形铁氧体磁芯上绕线制成,实际上是一个电流互感器。对磁环的要求是:首先磁导率应有负温度特性,转折温度在95'C左右;其次磁滞回线左右要对称并且近似为矩形;再次磁导率参数的离散性要小。要与供应商预约电感系数,并做到分档包装,否则,成灯功率的偏差不易把握。
5.滤波电感。灯功率在25w或以下时,通常在直流电路中插入L与C,组成简单的滤波回路。对于串模滤波电感,因其中流过直流电流,故要求磁芯应在不饱和状态下工作。又因灯内温度高,又要求电感量随温度变化要尽可能小。电感量不能随频率的升高而下降。灯功率大于25w时,一般要在交流电路中插入共模电感。共模电感是在同一磁芯上绕有两个相同匝数的线圈,往复的负载电流在磁芯内部产生的磁场相互抵消,磁芯不会饱和。灯功率大于45w时,产生的传导干扰会更大,当单纯使用共模滤波仍然不能解决问题时,还要加入差模电感。
二、 EMC滤波电路调试
分析传导干扰噪声源,可以发现共模噪声与差模噪声是相互独立的。辐射干扰起源于传导干扰。抓住传导噪声的抑制,产品就容易符合EMC要求。为满足标准要求,必要时可对两个噪声分量单独设计合适的滤波器。共模干扰信号主要是通过灯内元器件和线路的分布电容构成回路传输,共模干扰信号基本上都是属于高频信号。共模电感参数的选择,取决于开关频率以及所要求的衰减量,选用不同的电感参数,对应衰减共模干扰信号的频率也不一样。在输入功率较大的电路中,仅用一个共模电感不能达到标准要求时就要用两个共模电感了,其中一个可用环形磁芯电感。
三、开关晶体管的设计
开关晶体管的驱动信号有一个最佳值。基极电流Ib最理想的数值是集电极电流Ic的1/10左右,不过该电流的最优化值也是随晶体管不同而不同的。采用电流互感器驱动时,Ib应始终保持为Ic的1/10左右,无论Ic大小如何,均保持这个关系,就不会出现Ic小时,驱动功率过大;Ic大时,驱动功率不足的现象。按hfe合理设计驱动电流及其匝数比?使开关晶体管在导通时始终处于浅饱和状态。这样可以提高开关管的响应速度,并可最大限度地减少驱动功率的浪费和损耗。
驱动信号不仅有幅度的要求,还有波形的要求,即晶体管的开关渡越时间要短。开关渡越时间既与开关晶体管的开关时间有关,又与磁滞回线的角形比有关,还与电路参数的调试有关。取存贮时间ts相同的开关管制作镇流器,用半导体点温度计检测两开关管的表面温度,如果两管的温度差别较大,就可适当或加或减磁环的初级匝数,使之趋于平衡。开关晶体管的功率容限,即安全工作区SOA。有时灯电路中会有同时出现大电流和高电压的情况,尤其是灯在热态做开关试验时。用SOA值高的管子就不容易损坏。在无条件直接测试管子的SOA值时,可选用BVceo高的晶体管,BVceo高的管子一般SOA也高。
参考文献
[1]戴学标,强巍,刘慧慧.高效节能LED医用观片灯的研制[J].医疗卫生摹备.2009(2)
[2]谢菡.节能灯相关专利简介[J].中国照明电器.2009(3)
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