荧光灯逆变电源设计.docVIP

1 绪 论 1.1荧光灯电子镇流器的发展与现状 荧光灯，俗称日光灯，自1938年问世以来，成为诸多气体放电灯中的最为成功和应用最广的一个。而问世后的40余年，人们一直采用电感式镇流器，并配合启辉器作为稳流和启动附件。电感镇流器的优点是可靠性较高，使用寿命较长。但是这种镇流器体积和重量大，而且自身的功耗大，约为荧光灯管消耗的25%左右，设计不太好时会产生低频振荡噪音。荧光灯工作在50Hz下，其工频闪烁现象对人身的敏感部位（眼睛、皮肤、大脑等）都有损害，工频下的荧光灯是形成近视眼的诱因之一。因此，在50年代，就开始了对其改进的研究，并提出了采用电子镇流器的设想。直到20世纪70年代出现了世界性的能源危机，才导致许多公司致力于新型节能电光源及荧光灯交流电子镇流器的研究。 荧光灯电子镇流器的发展可以说是伴随着功率因数校正（PFC）技术的发展而发展起来的。从发展时间上分，荧光灯电子镇流器的发展可划分为三个阶段： 第一阶段，是80年代中期到90年代中期。电力电子技术由低频向高频发展，出现了有源功率因数校正技术，谐波抑制技术也开始起步。此阶段开发的电子镇流器有两个明显特点:其一是镇流器的输入采用了不可控整流和大电容滤波，造成了输入电流的严重畸变、谐波失真严重、中线电流增加，甚至造成多起重大火灾事故，即节能引起了新的电网污染。而且，逆变器直流母线上有一个100Hz的交流成分，造成了频闪，缩短了灯的寿命。该产品为第一代电子镇流器；其二，是采用无源填谷式滤波技术，进行功率因数校正和谐波抑制，使PF0.9，THD30%，但是九次谐波超标。由于直流母线上的100Hz交流成分的影响，使得波峰因子CF=2，超过了规定的1.7的标准。这种为第二代电子镇流器。 第二阶段，是90年代初到90年代中期。这时，有源功率因数校正（APFC）技术己经成熟，一些大的集成芯片公司己推出专用芯片，典型的电路多采用的是两级功率变换器，即输入级由升压型PFC电路和D类功率逆变器组成，这类电路为第三代电子镇流器。由于采用了APFC技术，PF=0.99，THD及各次谐波均满足要求，但是由于采用两级功率变换器，电路的效率约为80~90%，甚至更低。还有制约其发展的就是其成本过高，只适合做高中档的产品，很难推广，造成省电不省钱的现象。 第三阶段，是从90年代中期到现在。其典型的电路是单级多功能电子镇流器。其一是由J. Qian等人提出的电荷泵电路，它是在D型功率变换器基础上发展起来的，主要的技术指标是PF0.995， THD5%， CF1.5。其二就是采用的Cuk等人提出的单管电子镇流器。其三就是随着对工作在不连续模式（DCM）下的变换器的功率因数校正技术的研究，而发展起来的工作在DCM下的单级高功率因数电子镇流器。另外，从这个时期开始，对可调光的电子镇流器的研究也逐渐发展起来。 目前，国外荧光灯电子镇流器的发展主要有以下几个方向： (1) 小型化、低成本化的单级高功率因数电子镇流器； (2) 带稳定调光功能，适应大幅度负荷变化的电子镇流器； (3) 系统化、智能化、网络化的电子镇流器解决方案； (4) 专用灯泡的电子镇流器，如灯管直径为25mm的FHF灯、比FHF灯更细的T5灯等细管径高压灯； (5) 小型化、低成本化的电子镇流器。 1.2 课题的提出与意义 据估算，中国目前每年照明用电约为2000亿kWh,占总发电量的12%。1997年10月1日我国“绿色照明工程”正式启动，如果绿色照明推广成功，那么每年就可节约用电300亿kWh，意味着可为国家节约200多亿元。故研制和大力推广应用电子镇流器具有可观的经济效益和社会效益。 我国对电子镇流器的研究开发起步较晚，技术起点又非常低，直到90年代初才真正开始。自“绿色照明工程”正式启动开始，电子镇流器的开发和生产水平有了迅速的发展和提高，但是与国外相比仍有很大的差距。目前市场上销售的荧光灯镇流器中电子镇流器仅占30%，其中还有1/5是普通型电子镇流器，普通型是淘汰型，其性能比电感镇流器还差；高功率因数电子镇流器占3/5，高性能电子镇流器只占1/5。 而在不需电子镇流器满功率工作的场合下，如办公室、住宅区、戏院和体育馆等场所，采用可调光电子镇流器能达到更好的节能效果。因此，对可调光电子镇流器的拓扑和控制方法开展研究，开发实用型高性能的可调光电子镇流器也将是推广绿色照明的重要方向之一。 当前国内也有单位研制出可调光电子镇流器，主要是分立元件构成的，以电子变压器型和脉冲调频型为主，结构复杂，很难实现1%~100%的宽范围调光；没有预热功能，故障保护功能也不完备，对延长灯管寿命和系统安全也很不利；也难以组成群控系统。因此国内至今仍未有单位研制出大型照明单位的调光控制系统。 本文在对电子镇流器的调光方法进行比较分析后，提出了一种基于移相控制的调光