利用變壓器實(shí)現電子鎮流器的局部整流效應保護功能

1引言^[1]

現有電子鎮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(kāi)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。

在現階段，一般電子鎮流器都已具有異常狀態(tài)保護電路，從而避免了燈和鎮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標準最新版的內容，即所謂的局部整流效應。電子鎮流器因局部整流效應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，嚴重時(shí)甚至會(huì )發(fā)生燈的玻管壁因驟熱而發(fā)生開(kāi)裂。上述兩種現象都可能使燈管跌落發(fā)生傷人的現象，解決局部整流效應尤為急迫。

2局部整流效應的產(chǎn)生機理及現狀

局部整流效應的產(chǎn)生機理是：當燈的壽命將終止時(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(kāi)始出現不對稱(chēng)發(fā)展到最后只有半波電流的發(fā)展過(guò)程。這種局部整流效應按標準的要求，可根據電子鎮流器不同的電原理圖以及與燈配合所表現的局部整流效應的現象，用下述三種方法中適用的一個(gè)方法來(lái)檢驗其合格性。試驗方法詳見(jiàn)IEC61347-2-3。

⑴不對稱(chēng)脈沖試驗。模擬燈一會(huì )兒產(chǎn)生不對稱(chēng)弧光放電，一會(huì )兒產(chǎn)生半波弧光放電和（或）半波輝光放電的現象。

⑵不對稱(chēng)功率試驗。模擬連續放電緩慢地產(chǎn)生局部整流效應的現象。

⑶燈絲開(kāi)路試驗。

解決局部整流效應的難處，就是對局部整流效應故障的可靠檢測。在局部整流效應發(fā)展過(guò)程中，燈電流中的波動(dòng)直流分量所造成的電子鎮流器超載現象，不足以使電子鎮流器內的保護電路動(dòng)作。電子鎮流器內的保護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)就轉入保護狀態(tài)，使燈不能轉入正常工作。同時(shí)，由于電子鎮流器設計和制造技術(shù)的進(jìn)步，要求電子鎮流器有較好超負載的能力，這就讓局部整流效應解決起來(lái)很是困難。

現有的解決方案無(wú)非是檢測輸出電壓峰值的變化，或者檢測輸出電感上電流的變化，進(jìn)行控制保護回路。這樣設計出來(lái)的產(chǎn)品保護性能一致性很差，受不同型號燈管的影響也很大，無(wú)法可靠解決局部整流效應。

3局部整流效應保護電路的工作原理^[2]

3.1理論依據

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(xiàn)圈。這兩個(gè)線(xiàn)圈繞在同一磁芯上，匝數和相位都相同。這樣，當電路中流過(guò)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(xiàn)圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，磁芯中沒(méi)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(xiàn)圈Trc，形成一個(gè)采樣變壓器的次級（如圖2所示），初級為T(mén)r2a和Tr2b，當流過(guò)初級Tr2a和Tr2b的電流ia和ib的大小相同、方向相反時(shí)，磁芯中沒(méi)有交變的磁通量產(chǎn)生，Tr2c上沒(méi)有感應電壓，換句話(huà)說(shuō)，采樣線(xiàn)圈Tr2c檢測不到電信號。

圖2采樣變壓器

3.2局部整流效應保護電路

基于上述理論所設計的具有局部整流效應保護功能的電子鎮流器原理圖如圖3所示。變壓器Tr2實(shí)現對異常信號的檢測，共有三個(gè)繞組Tr2a、Tr2b和Tr2c。變壓器Tr1對燈管兩側的燈絲供電、起到燈絲預熱的效果，共有三個(gè)繞組Tr1a、Tr1b、Tr1c；Tr1b、Tr1c為匝數完全相同的兩個(gè)次級繞組。變壓器Tr2的兩個(gè)初級繞組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電路的啟動(dòng)信號輸入端連接。

Io1=Is1+Il1(1)

Io2=Is2+Il2(2)

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

當燈管正常工作時(shí)，燈管兩側的電路完全對稱(chēng)，下列關(guān)系式成立。

Il1=－Il2

由式（1）和式（2）可知：Is1=－Is2。即流過(guò)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上檢測不到電信號，保護電路不動(dòng)作。

當燈管出現局部整流效應時(shí)，兩側燈電流不對稱(chēng)，即Il1≠－Il2。由式（1）和式（2）可知：Is1≠－Is2。即流過(guò)繞組Tr2a、Tr2b的電流不相等，兩者產(chǎn)生的磁通變化量無(wú)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)生感應電壓。對這感應電壓進(jìn)行整流濾波后送至保護控制回路，實(shí)現保護功能。

圖3變壓器實(shí)現局部整流效應保護的原理圖

4結論

在IEC61347-2-3標準的最新修訂本中，只給出了T5和T4燈的局部整流效應要求，但實(shí)際的使用中T8燈也已發(fā)生了因為局部整流效應而發(fā)生燈管熔化、爆裂、燈座熔化及跌落現象。對T8燈用的電子鎮流器也進(jìn)行考核試驗，以保證當燈出現局部整流效應時(shí)，不發(fā)生上述危及使用安全的現象?；谏鲜龇治鑫覀兦宄闹?，該原理解決局部整流效應與燈管的管徑粗細及燈管長(cháng)短無(wú)關(guān)，同時(shí)很好的解決了燈的其它異常狀態(tài)的保護功能，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。該原理已申請了發(fā)明專(zhuān)利。

參考文獻

[1]瑜安琪.燈的控制裝置系列國家標準及金屬鹵化物燈相關(guān)能效國家標準宣貫教材.中國標準出版社.2005

[2]毛興武.祝大衛電子鎮流器原理與制作.人民郵電出版社.2004■