節能燈磁性材料選用方法

在節能燈電子電路中,磁環(huán)素有節能燈心臟之稱(chēng),無(wú)論在節能燈電子電路的調試上,或者在生產(chǎn)上,磁環(huán)參數的變動(dòng)都影響較大,可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身,受其影響的參數有:節能燈的啟動(dòng)時(shí)間,三極管的開(kāi)關(guān)性能,鎮流器的工作頻率,燈功率等.特別是在110V電壓條件下,電路設計時(shí)不用倍壓電路,對磁環(huán)的選用尤其敏感.下面我分兩部分來(lái)說(shuō)明磁環(huán)的各項參數以及選擇考慮。

一、各項參數曲線(xiàn)分析

見(jiàn)下圖:

圖一為磁環(huán)的磁化曲線(xiàn);

圖中:

B為磁感應強度.

BS為飽和磁感應強度.

BM為最高磁感應強度.

H為磁場(chǎng)強度.

Br為磁場(chǎng)感應強度H=0時(shí)的剩余磁通.

He與Hc為矯頑(磁)力.

節能燈中,磁環(huán)一般都選用可飽和環(huán)形磁芯,為使節能燈半橋逆變電路有良好的開(kāi)關(guān)特性,產(chǎn)生良好的震蕩波形,要求磁環(huán)必須如圖所示,有近似于矩型的磁滯回線(xiàn),在S形的特性曲線(xiàn)中,以a點(diǎn)為起點(diǎn),從a點(diǎn)到b點(diǎn),再到c點(diǎn)和d點(diǎn),最后回到原始的a點(diǎn),這樣就得到一個(gè)完整的磁化周期.這樣的磁滯回線(xiàn)有明顯的飽和點(diǎn)和飽和段,而且具有良好的對稱(chēng)性.近似于矩型的磁滯回線(xiàn)可使磁環(huán)線(xiàn)圈中的電流波形前后沿較陡,能較好的滿(mǎn)足三極管的驅動(dòng)要求.如果S形的磁滯回線(xiàn)在各點(diǎn)上不能完全對稱(chēng)的話(huà),都將嚴重影響節能燈半橋逆變電路的開(kāi)關(guān)特性,導致?lián)p耗加大,三極管溫升加劇。

我們用另外一幅圖來(lái)說(shuō)明節能燈常用的幾種磁環(huán)的磁性材料初始磁導率的溫度特性曲線(xiàn).

圖二中: 曲線(xiàn)1為磁導率3K的B與溫度的曲線(xiàn).由圖中可見(jiàn)3K材料比較快的達到第一個(gè)峰值,然后快速下降至谷點(diǎn)位置,約80度,后緩慢上升,一直到居里點(diǎn),約200度.

曲線(xiàn)2為磁導率2.5K的B與溫度的曲線(xiàn).由圖中可見(jiàn)2.5K材料的磁導率一直隨溫度在上升,谷點(diǎn)極其短,并且谷點(diǎn)溫度比較高,達到了180度左右,居里溫度約210度.

曲線(xiàn)3為磁導率2.3K的B與溫度的曲線(xiàn).由圖中可以見(jiàn)2.3K材料隨溫度變化的B值變化并不大,谷點(diǎn)約150度,居里溫度約220度. 由上面三種材料的溫度曲線(xiàn)可見(jiàn),三種材料的居里溫度都可以滿(mǎn)足節能燈的要求,節能燈殼內最高溫度一般不會(huì )超過(guò)150度.三種曲線(xiàn)綜合分析,3K材料穩定性能稍差,2.5K材料的谷點(diǎn)溫度偏高,如果遇到節能燈殼內溫度超高,達到最大值150度,而磁環(huán)在這個(gè)時(shí)候,B值不但沒(méi)有降低,還在一直升高的話(huà),必將導致三極管過(guò)驅,電流加大,最終導致災難性的后果.2.3K材料由于其穩定的溫度曲線(xiàn),在節能燈中大受歡迎.若非有特殊要求,一般節能燈都會(huì )選用2.3K或者3K的磁環(huán). 完美的溫度曲線(xiàn)應該是次峰平,幾乎看不見(jiàn),而谷點(diǎn)長(cháng),最好在70-150度,居里溫度只要有200度以上就可以了,可惜這樣的磁環(huán)至今仍沒(méi)有應用在節能燈上.

二:選擇考慮(為提高節能燈的可靠性和安全性,磁環(huán)的選用必須適應節能燈的特點(diǎn)和要求)

1、外形和尺寸的選擇:

適用于電子節能燈的磁環(huán)一般有這些規格,∮10*6*5;∮10*6*3.5;∮10*6*3;∮9*5*3;∮12*6*4;∮13*7*4.當節能燈塑件空間小,或者PCB面積小的時(shí)候,可以選用∮9*5*3磁環(huán).不受節能燈塑件空間和PCB面積影響的時(shí)候,我們一般選用∮10*6*5;∮10*6*3.5;∮10*6*3這些規格的磁環(huán).當電路中選用MOSFET作為開(kāi)關(guān)管時(shí),我們一般選用∮12*6*4;∮13*7*4這些規格的磁環(huán),由于MOSFET要求柵極驅動(dòng)電壓比較高,所以磁環(huán)的次極圈數會(huì )比較多,對于磁環(huán)而言,就需要有足夠大的內徑,來(lái)繞過(guò)這些次極線(xiàn)圈。

2、磁性材料的選擇:

不同的磁性材料有著(zhù)不同的特性和不同的適用范圍.大類(lèi)上來(lái)說(shuō),我們節能燈一般選用錳鋅鐵氧體,適用于節能燈的鐵氧體有:PC30,PC40和PC50等.在磁環(huán)磁性材料的選用上,應重點(diǎn)考慮下面幾點(diǎn)要求:

(1) 居里溫度應足夠高,由于節能燈內空間狹小,散熱不暢,殼內溫度通常都在80度以上,要是工作環(huán)境溫度過(guò)高或者是帶罩燈,殼內溫度更高,最高可達130-150度.為確保節能燈殼內溫度低于磁環(huán)居里溫度,磁環(huán)宜選用居里溫度高于200度的磁性材料.

(2) 初始磁導率應適中,由于磁性材料的初始磁導率和居里溫度是成反比的,初始磁導率越高,居里溫度越低,我們的選擇空間就留在4K以下這段范圍了.當然對于那些殼內溫度不高于80度,燈管實(shí)際功率低于70%的節能燈,或者是110V輸入在電路上沒(méi)有采取倍壓的.為獲得較高的驅動(dòng)信號,可以適當選擇初始磁導率高的磁性材料.

(3) 電阻率應比較高.當工作頻率一定時(shí),磁性材料的渦流損耗與電阻率成反比.為降低磁環(huán)的自身?yè)p耗,應選用電阻率適當高一些的磁性材料,雖然磁環(huán)自身?yè)p耗在整個(gè)節能燈電路損耗中是微乎其微的,但其產(chǎn)生的不良反應是不容小詡的.

(4) 合適的溫度系數.對于磁環(huán),我們一般要求其具有負溫度系數,即其磁導率或磁芯線(xiàn)圈電感量應隨溫度升高而下降.在溫度0-100度變化時(shí),三極管的集電極電流約增加15%.在此溫度范圍內,要是磁環(huán)具有負溫度系數,剛好與三極管的正溫度系數相抵消或大部分抵消,基本保持平衡,就保證了電子節能燈的穩定工作.

(5) 飽和磁通密度與磁滯回線(xiàn).電子節能燈中的磁環(huán)應具有較高的飽和磁通密度,以保證磁環(huán)次級有足夠高的驅動(dòng)功率,防止電感因容易進(jìn)入飽和而溫升加劇.由于磁環(huán)的磁滯損耗與磁滯回線(xiàn)所包圍的面積成正比,所以應選用磁滯回線(xiàn)比較狹小的磁環(huán),這樣有利于降低功率損耗,磁環(huán)必須有如前文講到的,近似矩形的磁滯回線(xiàn).并且要求磁滯回線(xiàn)有比較好的對稱(chēng)性,這樣能保證電路中兩個(gè)三極管產(chǎn)生對稱(chēng)的電流波形,防止兩個(gè)三極管溫度偏差.

簡(jiǎn)單的磁環(huán)可靠性試驗方法,熱試驗方法:將磁環(huán)測試分檔(一般測試磁導率和單圈電感量),記錄數據,然后將磁環(huán)置于溫度100度的烘箱內,烘48小時(shí)后從烘箱里拿出來(lái)自然存放24小時(shí).再一次測試磁環(huán)的參數,如果變化不大,可以選用,如果變化過(guò)大,則不可以選用.測試時(shí),磁環(huán)最少不得少于100只.這種方法用于判斷磁環(huán)的一致性是否過(guò)關(guān),在長(cháng)時(shí)間的高溫下,磁環(huán)的參數是不是會(huì )產(chǎn)生大的變化,影響節能燈的壽命.

當然其他的和節能燈相近的照明產(chǎn)品,如:電子鎮流器.電子變壓器等,也都可以參照本選用方法進(jìn)行選擇,除了工作環(huán)境,溫度等有不同外,電子鎮流器,電子變壓器與節能燈基本相同。