利用變壓器實(shí)現(xiàn)電子鎮(zhèn)流器的局部整流效應(yīng)保護(hù)功能

1引言^[1]

現(xiàn)有電子鎮(zhèn)流器的異常情況有下列五種狀態(tài)，分別為：燈不接入狀態(tài)；燈的一個(gè)陰極損壞使燈處于不能啟動(dòng)的狀態(tài)；燈的陰極完好，但不能啟動(dòng)狀態(tài)（去激活狀態(tài)）；啟動(dòng)器開關(guān)短路狀態(tài)；燈尚能工作，但燈的2個(gè)陰極中有一個(gè)已去激活或損壞。

在現(xiàn)階段，一般電子鎮(zhèn)流器都已具有異常狀態(tài)保護(hù)電路，從而避免了燈和鎮(zhèn)流器各種安全故障的產(chǎn)生。上述前四種異常狀態(tài)都能很好的解決。

而第五種異常狀態(tài)就是IEC61347-2-3標(biāo)準(zhǔn)最新版的內(nèi)容，即所謂的局部整流效應(yīng)。電子鎮(zhèn)流器因局部整流效應(yīng)所造成的超功率輸出能量，有很大部分會(huì)使燈的陰極燈絲以及喇叭狀玻璃燒壞，燈頭溫升上升使燈座軟化變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生燈的玻管壁因驟熱而發(fā)生開裂。上述兩種現(xiàn)象都可能使燈管跌落發(fā)生傷人的現(xiàn)象，解決局部整流效應(yīng)尤為急迫。

2局部整流效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及現(xiàn)狀

局部整流效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理是：當(dāng)燈的壽命將終止時(shí)，往往某一陰極的電子發(fā)射量不足，而另一個(gè)陰極則還處于正常狀態(tài)，有一個(gè)燈電流從開始出現(xiàn)不對(duì)稱發(fā)展到最后只有半波電流的發(fā)展過程。這種局部整流效應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)的要求，可根據(jù)電子鎮(zhèn)流器不同的電原理圖以及與燈配合所表現(xiàn)的局部整流效應(yīng)的現(xiàn)象，用下述三種方法中適用的一個(gè)方法來檢驗(yàn)其合格性。試驗(yàn)方法詳見IEC61347-2-3。

⑴不對(duì)稱脈沖試驗(yàn)。模擬燈一會(huì)兒產(chǎn)生不對(duì)稱弧光放電，一會(huì)兒產(chǎn)生半波弧光放電和（或）半波輝光放電的現(xiàn)象。

⑵不對(duì)稱功率試驗(yàn)。模擬連續(xù)放電緩慢地產(chǎn)生局部整流效應(yīng)的現(xiàn)象。

⑶燈絲開路試驗(yàn)。

解決局部整流效應(yīng)的難處，就是對(duì)局部整流效應(yīng)故障的可靠檢測(cè)。在局部整流效應(yīng)發(fā)展過程中，燈電流中的波動(dòng)直流分量所造成的電子鎮(zhèn)流器超載現(xiàn)象，不足以使電子鎮(zhèn)流器內(nèi)的保護(hù)電路動(dòng)作。電子鎮(zhèn)流器內(nèi)的保護(hù)電路如果靈敏度太高，一般會(huì)使燈在低溫啟動(dòng)時(shí)尚未能啟動(dòng)就轉(zhuǎn)入保護(hù)狀態(tài)，使燈不能轉(zhuǎn)入正常工作。同時(shí)，由于電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的進(jìn)步，要求電子鎮(zhèn)流器有較好超負(fù)載的能力，這就讓局部整流效應(yīng)解決起來很是困難。

現(xiàn)有的解決方案無非是檢測(cè)輸出電壓峰值的變化，或者檢測(cè)輸出電感上電流的變化，進(jìn)行控制保護(hù)回路。這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品保護(hù)性能一致性很差，受不同型號(hào)燈管的影響也很大，無法可靠解決局部整流效應(yīng)。

3局部整流效應(yīng)保護(hù)電路的工作原理^[2]

3.1理論依據(jù)

圖1所示的是共模電感的濾波電路，Tr2a和Tr2b就是共模電感L的兩個(gè)線圈。這兩個(gè)線圈繞在同一磁芯上，匝數(shù)和相位都相同。這樣，當(dāng)電路中流過電流ia和ib的大小相同、方向相反時(shí)，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，磁芯中沒有交變的磁通量產(chǎn)生。

圖1共模濾波電路

基于此考慮，在共模電感上增加一個(gè)線圈Trc，形成一個(gè)采樣變壓器的次級(jí)（如圖2所示），初級(jí)為Tr2a和Tr2b，當(dāng)流過初級(jí)Tr2a和Tr2b的電流ia和ib的大小相同、方向相反時(shí)，磁芯中沒有交變的磁通量產(chǎn)生，Tr2c上沒有感應(yīng)電壓，換句話說，采樣線圈Tr2c檢測(cè)不到電信號(hào)。

圖2采樣變壓器

3.2局部整流效應(yīng)保護(hù)電路

基于上述理論所設(shè)計(jì)的具有局部整流效應(yīng)保護(hù)功能的電子鎮(zhèn)流器原理圖如圖3所示。變壓器Tr2實(shí)現(xiàn)對(duì)異常信號(hào)的檢測(cè)，共有三個(gè)繞組Tr2a、Tr2b和Tr2c。變壓器Tr1對(duì)燈管兩側(cè)的燈絲供電、起到燈絲預(yù)熱的效果，共有三個(gè)繞組Tr1a、Tr1b、Tr1c；Tr1b、Tr1c為匝數(shù)完全相同的兩個(gè)次級(jí)繞組。變壓器Tr2的兩個(gè)初級(jí)繞組Tr2b、Tr2c分別串聯(lián)在熒光燈燈管兩端的供電回路中，變壓器Tr2的次級(jí)繞組Tr2c的一端與整流電路的一端連接，另一端接地。所述整流電路的另一端與保護(hù)電路的啟動(dòng)信號(hào)輸入端連接。

Io1=Is1+Il1(1)

Io2=Is2+Il2(2)

式中，Io1、Io2分別表示負(fù)載的輸入電流與輸出電流；Is1、Is2分別表示兩側(cè)燈絲電流；Il1、Il2表示燈兩側(cè)的燈電流。由戴維南定律可知：Io1=－Io2。

當(dāng)燈管正常工作時(shí)，燈管兩側(cè)的電路完全對(duì)稱，下列關(guān)系式成立。

Il1=－Il2

由式（1）和式（2）可知：Is1=－Is2。即流過Tr2a、Tr2b的電流大小相同、方向相反。兩者產(chǎn)生的磁通變化量互相抵消，從而繞組Tr2c上檢測(cè)不到電信號(hào)，保護(hù)電路不動(dòng)作。

當(dāng)燈管出現(xiàn)局部整流效應(yīng)時(shí)，兩側(cè)燈電流不對(duì)稱，即Il1≠－Il2。由式（1）和式（2）可知：Is1≠－Is2。即流過繞組Tr2a、Tr2b的電流不相等，兩者產(chǎn)生的磁通變化量無法相互抵消，從而變壓器Tr2中有交變的磁通量產(chǎn)生，繞組Tr2c就產(chǎn)生感應(yīng)電壓。對(duì)這感應(yīng)電壓進(jìn)行整流濾波后送至保護(hù)控制回路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

圖3變壓器實(shí)現(xiàn)局部整流效應(yīng)保護(hù)的原理圖

4結(jié)論

在IEC61347-2-3標(biāo)準(zhǔn)的最新修訂本中，只給出了T5和T4燈的局部整流效應(yīng)要求，但實(shí)際的使用中T8燈也已發(fā)生了因?yàn)榫植空餍?yīng)而發(fā)生燈管熔化、爆裂、燈座熔化及跌落現(xiàn)象。對(duì)T8燈用的電子鎮(zhèn)流器也進(jìn)行考核試驗(yàn)，以保證當(dāng)燈出現(xiàn)局部整流效應(yīng)時(shí)，不發(fā)生上述危及使用安全的現(xiàn)象?；谏鲜龇治鑫覀兦宄闹?，該原理解決局部整流效應(yīng)與燈管的管徑粗細(xì)及燈管長(zhǎng)短無關(guān)，同時(shí)很好的解決了燈的其它異常狀態(tài)的保護(hù)功能，如：燈不接入狀態(tài)；一個(gè)陰極損壞使燈處于不能啟動(dòng)的狀態(tài)；燈的陰極完好、但燈不能啟動(dòng)的狀態(tài)（去激活狀態(tài)）等異常情形。該原理已申請(qǐng)了發(fā)明專利。

參考文獻(xiàn)

[1]瑜安琪.燈的控制裝置系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及金屬鹵化物燈相關(guān)能效國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)宣貫教材.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2005

[2]毛興武.祝大衛(wèi)電子鎮(zhèn)流器原理與制作.人民郵電出版社.2004■