电子镇流器中扼流线圈的设计

电子镇流器电子镇流器电子镇流器电子镇流器中扼流线圈中扼流线圈中扼流线圈中扼流线圈的的的的设计设计设计设计摘要摘要摘要摘要分享人分享人分享人分享人-----吴习文吴习文吴习文吴习文本文主要介绍本文主要介绍本文主要介绍本文主要介绍稳态下半桥稳态下半桥稳态下半桥稳态下半桥逆变逆变逆变逆变电路扼流电感的近似计算与扼流电感对磁性材电路扼流电感的近似计算与扼流电感对磁性材电路扼流电感的近似计算与扼流电感对磁性材电路扼流电感的近似计算与扼流电感对磁性材料的要求料的要求料的要求料的要求，，，，再根椐其特性要求具体讨论如何设计电子镇流器中电感线圈参数的选再根椐其特性要求具体讨论如何设计电子镇流器中电感线圈参数的选再根椐其特性要求具体讨论如何设计电子镇流器中电感线圈参数的选再根椐其特性要求具体讨论如何设计电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算方法择与计算方法择与计算方法择与计算方法，，，，包括选用磁芯尺寸大小包括选用磁芯尺寸大小包括选用磁芯尺寸大小包括选用磁芯尺寸大小，，，，气隙大小气隙大小气隙大小气隙大小，，，，线圈圈数和漆包线线径等线圈圈数和漆包线线径等线圈圈数和漆包线线径等线圈圈数和漆包线线径等。。。。1，，，，电子镇流器中电子镇流器中电子镇流器中电子镇流器中扼流线圈扼流线圈扼流线圈扼流线圈对对对对磁性材料的选用磁性材料的选用磁性材料的选用磁性材料的选用。。。。2，，，，电子镇流器与节能灯线路设计中扼流线圈感量的电子镇流器与节能灯线路设计中扼流线圈感量的电子镇流器与节能灯线路设计中扼流线圈感量的电子镇流器与节能灯线路设计中扼流线圈感量的计算方法计算方法计算方法计算方法。。。。3，，，，电子镇流器中扼流线圈的关键参数电子镇流器中扼流线圈的关键参数电子镇流器中扼流线圈的关键参数电子镇流器中扼流线圈的关键参数。。。。饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度，，，，磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗，，，，居里温度居里温度居里温度居里温度，，，，4，，，，电子镇流器中电子镇流器中电子镇流器中电子镇流器中扼流扼流扼流扼流电感参数的选择与计算电感参数的选择与计算电感参数的选择与计算电感参数的选择与计算方法方法方法方法。。。。包括选用磁芯尺寸包括选用磁芯尺寸包括选用磁芯尺寸包括选用磁芯尺寸、、、、气隙大小气隙大小气隙大小气隙大小、、、、线圈圈数和漆包线线径线圈圈数和漆包线线径线圈圈数和漆包线线径线圈圈数和漆包线线径。。。。1电电电电子镇流器中扼流线圈对磁性材料的选用子镇流器中扼流线圈对磁性材料的选用子镇流器中扼流线圈对磁性材料的选用子镇流器中扼流线圈对磁性材料的选用电子镇流器中常用的磁性材料是锰锌材料,锰锌铁氧体材料的特性和参铁氧体的种类很多，如镍锌铁氧体﹑锰锌铁氧体等，前者的初始磁导率较低，工作频率较高，可达150MHz；后者的初始磁导率较高。在电子镇流器中以应用锰锌铁氧体为多，它的工作频率不高，用锰锌铁氧体足够应用。磁芯形状的选择。磁芯的结构和形状的选择，必须以磁性元件的用途为依据。灯网络中的谐振电感，可供选择的磁芯结构有E型、EE型、EI型、PQ型及C型等，规格与尺寸根椐电感值与镇流器与节能灯外部结构而确定。磁芯形状磁芯形状磁芯形状磁芯形状EE、、、、EITYPEEER、、、、ETDTYPELP、、、、EEDTYPEPQ、、、、RM、、、、EP、、、、POTTYPET、、、、UT、、、、ET、、、、UUTYPE磁芯外形特点比较磁芯外形特点比较磁芯外形特点比较磁芯外形特点比较型式成型式成型式成型式成本考量本考量本考量本考量POTRMEEEERPQEPToroidal磁芯成磁芯成磁芯成磁芯成本本本本高高高高高高高高低低低低中中中中高高高高中中中中很低很低很低很低线架成线架成线架成线架成本本本本低低低低低低低低低低低低中中中中高高高高高高高高---绕线成绕线成绕线成绕线成本本本本低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低高高高高绕线难绕线难绕线难绕线难易度易度易度易度容易容易容易容易容易容易容易容易很容易很容易很容易很容易很容易很容易很容易很容易容易容易容易容易容易容易容易容易难难难难组合组合组合组合简单简单简单简单简单简单简单简单简单简单简单简单中中中中简单简单简单简单简单简单简单简单---散热效散热效散热效散热效果果果果很差很差很差很差好好好好很好很好很好很好好好好好好好好好很差很差很差很差好好好好屏蔽效屏蔽效屏蔽效屏蔽效果果果果很好很好很好很好好好好好很差很差很差很差很差很差很差很差尚可尚可尚可尚可很好很好很好很好好好好好电子镇流器特别是紧凑型一体化电子节能灯，受灯管热量的烘烤及电路元件自身损耗的发热，会使壳内温度达到很高的温度，如果是将节能灯装于灯筒内，整个热量散发不出去，灯内磁心和线圈的温度就很高。对磁心材料的选择，必须从各方面因素综合地加以考虑。第一，我们希望所用的磁心的磁导率具有正温度系数，电感量随温度的升高而增加节能灯的功率随电感感抗的增加而下降。第二,磁心的磁导率不宜太高而应适中，如R2K或R2K5材料。因为磁心磁导率高的材料其居里温度都比较低，例如R5K材料的居里温度只有130～150℃,假如磁心的温升接近于其居里温度，必将导致初始磁导率及电感值急剧下降，引起整灯的功率上升，最终使节能灯烧坏。因此，一般要求磁性材料的居里温度远大于灯壳内的温度，通常选取磁心材料的居里温度TC＞180℃。在电子镇流器中，作为线圈的磁心材料都选用R2K或R2K5的材料。第三，磁心材料的功率损耗密度（单位质量或体积内的功率损耗）要小，以使其在工作时磁心本身发出的热量较少。磁心材料的涡流损耗随其电阻率加大而减小，但电阻率并不是越大越好，因为有的材料虽然电阻率很高，但其居里温度很低，这种材料也不可选用的。第四，要求材料的功率的损耗具有负温度系数的温度特性，在正常工作温度下随温度升高，它的功率损耗反而下降，起码不增加，或是增加不多。至于选用多大尺寸的磁心，如果发现在磁心的温度高于线圈温度则应减小气隙，减少安匝数，或选用较大的磁心尺寸。如果线圈温度高于磁心温度，则应选用较大线径的漆包线，或加大磁心的气隙，并重新计算线圈的匝数。后续对计算有祥细的介绍。2电子镇流器与节能灯线路设计中扼流电子镇流器与节能灯线路设计中扼流电子镇流器与节能灯线路设计中扼流电子镇流器与节能灯线路设计中扼流电感电感电感电感感量的感量的感量的感量的计算方法计算方法计算方法计算方法1,稳态下半桥逆变电路电感量的近似计算方案。在灯管启辉后，灯管在稳态下可等效为一个电阻，在分析电路工作时，可认为：由灯管，电感L2及启动电容C6所组成的RLC负载电路跨接于两个半桥中点这间。考虑到C6容抗远大于灯管电阻，因此可简化为RL电路（并且忽略电感L2的损耗），其输入电压幅度为E/2（E=VDC）的方波，如图所示。RLA=ULA/ILAL为与灯管串联的扼流线圈电感用脉冲电路中分析一阶RL电路的三要素法，可以得出电感电流或灯管电流的变化规律，其表达式为i(t)=IO-(Î+IO)e-t/τ=IO-IO(1+tanhα)e-t/τ（1）式中，α=T/4τ=1/4fτ,是一个参变数。时间常数τ=L/RLA，RLA=ULA/ILA为灯管等效电阻，L为图1中线圈L2的电感量，IO为计算值IO=E/2RLA，其中E为整流后电容C3上的直流电压，Î=IO*tanhα根据电感电流，不难算出灯的功率为PLA为：PPPPLALALALA=EI=EI=EI=EIOOOO（（（（1111----tanhtanhtanhtanhαααα////αααα））））/2/2/2/2（2）因据以上公式推断可以得出。在设计一个电子镇流器之初可以粗略的确定电感感量。例如，某一节能灯的实测数据如下：P1=14.2（输入整灯功率）电解电容输出直流电压E=310v,ULA=90.6VILA=0.140A,PLA=12.2W（灯管功率），C6谐振电容为2.2nf,灯工作频率47.8kHz验算情况如下：灯电阻：RLA=ULA/ILA≈647Ω谐振电容容抗：XC≈1514Ω可见，它比RLA大得多，当灯管启辉后，C6可以忽略不计，并视为开路。IO=(E/2)RLA=155/647≈0.3291-tanhα/α=12.2/(155×0.239)≈0.329α=1.28τ=1/(4×α×f)≈4.08(μs)L=τRLA=2.64mH第一，在一阶近似下，在灯管较短，管径较粗时，其等效电阻较小，把灯管看作是电阻与电感L相串联跨接于两个半桥之间，用来分析灯的工作是可行的，误差不大。上述分中所得到的电感电流和灯管电流均为一个指数形曲线，这同用示波器实际观测到波形也是致的。第二，通常，灯在启辉过程及其以后的点燃过程中，人们观察到镇流器的工作频率会发生变化，这一现象也很容易得到解释，因为灯在启辉过程中，灯管电压逐渐由小变大，因而灯管等效电阻由小变大，时间常数τ由大变小，灯的工作频率由低变高。以后管压又由大变小，灯的工作频率由高变低，此后趋于稳定。这表明工作频率的变化是由灯管电压变化引起的。3，，，，电子镇流器中扼流电子镇流器中扼流电子镇流器中扼流电子镇流器中扼流线圈的关键参数线圈的关键参数线圈的关键参数线圈的关键参数(饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度，，，，磁性材磁性材磁性材磁性材料的功率损耗料的功率损耗料的功率损耗料的功率损耗，，，，居里温度居里温度居里温度居里温度，，，，)饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度饱和磁通密度是一个很重要的参数，对镇流器是否能可靠地工作关系很大。当电流（或磁场）增加到某一数值后，磁芯就会饱，磁通密度不再增加，如图2的曲线所表示的那样。此时，磁导率很低，该磁通密度称为饱和磁通密度,以Bs表示之。Bs不是固定的，随温度的升高而下降，在80-100度下，比室温下低得很多。由图2可以查出，在节能灯中常用的PC30，PC40材料在25度时，Bs只有390Mt,下降了20%多。应该指出的是，磁芯工作时允许的磁感应强度要比上述的390mT低得多，一方面因为在100度时接近300mT附近磁芯的磁导率已开始降低，另一方面，如工作时磁芯的磁感应强度较大，则磁芯损耗亦较大（见图4）。所以在工程计算中均取B为200-230mT作为磁芯工作时允许的最大磁感应强度值，由于灯启动电流最大，磁芯磁感应强度应小于450-500mT磁芯的最大饱和值，远离磁饱和。在一体化节能灯与电子镇流器中所用磁性材料，如果由于工作温度升高，则其磁芯的Bs值下降，造成磁导率及电感量减少，流过电感的电流上升，在电流的峰值附近出现很大的尖峰，如图3所示。这种情形是很危险的，它会导致电感量进一步减少及电流进一步加大，最终使电感失磁，L=0，三极管因电流过大，管子结温过高而损坏。磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗图3电感饱各后电感线圈中电流波形磁性材料的功率损耗是一个很重要的参数，它反映磁芯工作时发热的程度，损耗大，发热就厉害。带有磁芯的线圈，其功率损耗包括线圈电阻的功率损耗（谷称铜耗）和磁芯材料的功率损耗（俗称铁耗）。磁芯材料的功率损耗包包括磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗三部分。磁芯中磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，并呈现出出封闭的磁通会产生涡流，涡流亦产生功率损耗。它与磁通变化的频率，磁性材料的电阻大小有关。一般磁芯材料的电阻愈大、工作频率愈低，涡流损耗愈小；反之亦然。可见,磁芯损耗随其工作磁感应强度的增加而增加。同一种材料和尺寸的磁芯，在保持电感不变时，增加气隙，能减小其磁感应强度，对于降低功率损耗是有利的。在同样的气隙下，减少电感量，就会减少磁感应强度，也能降低磁芯的损耗。当然，如采用大一号的磁芯，也会大大降低磁芯的磁感应强度和它的发热程度。不过，增加气隙，虽然能减少磁芯损耗，但线圈的圈数要增加，铜损会增大，而且窗口的面积会容纳不下线圈。所以，气隙的增加也是有限度的，并非愈大愈好，应对铜损和铁损两者结合综合加以考虑才对。居里温度居里温度居里温度居里温度居里温度TC