基于熒光燈簡易模型的電子鎮(zhèn)流器頻率特性分析

隨著綠色照明工程的推出，電子鎮(zhèn)流器的作用日益突出。但在實(shí)際中，電子鎮(zhèn)流器在性能和可靠性上仍存在一些問題，主要是熒光燈須有較大的電流在一定時(shí)間內(nèi)給燈絲預(yù)熱，600～800 V的高電壓使燈點(diǎn)燃，穩(wěn)定的工作頻率使其工作在額定功率狀態(tài)。
電子鎮(zhèn)流器是一個(gè)通過電子電路，將工頻電源變換成直流電源，再將直流電源變換成數(shù)十kHz甚至更高頻率，集點(diǎn)燃和限流于一體的逆變裝置，它給熒光燈提供一個(gè)較高較合適頻率的電源。頻率對其性能和可靠性的影響至關(guān)重要，為了提高裝置的性能和可靠性，解決熒光燈預(yù)熱啟動與燈管的匹配問題，對電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行相關(guān)電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要對熒光燈的頻率特性進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 頻率對電子鎮(zhèn)流器的影響
頻率對電子鎮(zhèn)流器性能和可靠性的影響可以分為以下幾個(gè)方面：
(1)光效。熒光燈的光效取決于其內(nèi)部參數(shù)和外部條件等多種因素。提高工作頻率，熒光燈的光效會隨之提高。
(2)損耗。元器件介質(zhì)的損耗與頻率有關(guān)。當(dāng)損耗太高時(shí)，不僅造成能量的浪費(fèi)，而且這些能量會轉(zhuǎn)化為熱量，使鎮(zhèn)流器的溫度升高，導(dǎo)致各種元器件的特性變壞，引起鎮(zhèn)流器的穩(wěn)定性和可靠性下降。
(3)噪音。在交變電場的作用下，電子鎮(zhèn)流器中的磁性元器件會產(chǎn)生噪音。如果頻率>20 kHz，人耳朵聽不到，有利于保護(hù)工作和生活環(huán)境。

2 電子鎮(zhèn)流器頻率的確定
熒光燈點(diǎn)亮前處于開路狀態(tài)，點(diǎn)亮后具有動態(tài)的負(fù)阻特性，是一種典型的非線性對象。當(dāng)在兩電極間加上電壓，燈管沒點(diǎn)亮前，流過燈管的電流非常小，熒光燈可視為開路，等效電路模型如圖1所示。圖中C0為高頻電子鎮(zhèn)流器的輸出電容，RL為電感L的等效電阻，尺f1和Rf2為熒光燈管的燈絲電阻，受溫度影響其阻值為幾到幾十Ω，Cres為諧振電容。鎮(zhèn)流器輸出V是峰值為200 V，占空比為50％的交流高頻方波。

設(shè)計(jì)電路時(shí)以Philips 40 W日光燈為例，日光燈的預(yù)熱時(shí)間為1 s，預(yù)熱電流的有效值0．6 A，觸發(fā)電壓的峰值范圍600～800 V，燈管兩端有效值電壓103 V，電流的有效值0．33 A。
根據(jù)燈管的額定參數(shù)及額定電壓和電流，計(jì)算燈管等效電阻R，本次設(shè)計(jì)中R=312 Ω。
實(shí)際測量燈絲電阻Rf1和Rf2，經(jīng)過測量多個(gè)燈管后，可以近似認(rèn)為Rf1=Rf2=7．7 Ω。
根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇諧振電容Cres=6 800 pF。
選擇期望的運(yùn)行頻率：為了燈管可靠的點(diǎn)火并正常進(jìn)入工作狀態(tài)，通常選擇fpre>fign>frun(fpre，fign分別為預(yù)熱頻率和點(diǎn)火頻率)，而點(diǎn)火頻率fign大于串聯(lián)諧振頻率fres，因此確定了fres也基本確定了frun的數(shù)值范圍。
2．1 預(yù)熱頻率fpre
電子鎮(zhèn)流器接通電源后，逆變電路工作頻率較高，而燈管兩端的電壓較低，在冷態(tài)下無法使燈管激活啟輝，避免燈絲因硬擊穿而受損。從電源接通時(shí)刻，在tpre時(shí)間內(nèi)振蕩頻率保持fpre不變，電路處于預(yù)熱階段。
確定預(yù)熱頻率fpre：此時(shí)預(yù)熱電流I=0．6 A，應(yīng)滿足式(1)。

設(shè)L=2 mH，C0=0．1μF，代入相關(guān)參數(shù)，求得fpre≈59．5 kHz。
2．2 觸發(fā)頻率fign
電路的固有諧振頻率由式(2)確定。

當(dāng)振蕩頻率移近電路的固有頻率fres時(shí)，燈兩端電壓會急劇上升到其點(diǎn)燃電壓，使燈點(diǎn)燃，設(shè)L=2 mH，Cres=6 800 pF，C0=0．1μF，代入式(2)，可求得fign=fres≈44．6 kHz，