电子镇流器中的电磁干扰抑制措施解析

1 电子镇流器

电子镇流器(Electricalballast),是镇流器的一种,是指采用电子技术驱动电光源,使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是     电感   式镇流器(或镇流器)。现代     日光灯   越来越多的使用电子镇流器,轻便小巧,甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起,同时,电子镇流器通常可以兼具起辉器功能,故此又可省去单独的起辉器。电子镇流器还可以具有更多功能,比如可以通过提高     电流   频率或者电流波形(如变成方波)改善或消除日光灯的闪烁现象;也可通过电源逆变过程使得日光灯可以使用直流电源。

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2 电子镇流器的组成

电子镇流器由抗干扰     滤波器   、整流滤波     电路   、功率因数调整器、高频变换、谐振电路、异常状态     保护电路   和荧光灯组成,各部分作用如下:

1) 抗干扰滤波器:防止电子镇流器产生的高频干扰信号进入到电网造成幅射。

2) 整流滤波电路:将220V的工频(50Hz或60Hz)交流电变换成310V的直流电,作为电子镇流器的电源。

3) 功率因数调整器:对本机的功率因数进行调整和补偿。

4) 高频变换电路:电子镇流器的心脏电路,将直流电源变换成20K~50KHz左右高频电源,去驱动荧光灯。本电路通常采用一对功率管(     三极管       场效应管   )组成的自激     振荡器   来实现。

5) 谐振电路:用来取代普通荧光灯的启辉器,它在荧光灯起辉前,可以等效为一个串联谐振电路,其振荡频率与高频变换电路的频率一致,谐振时,在     电容   C上产生一个很高的电压,确保灯管着火点亮。灯管点亮其等效     电阻   减小,此电阻与电容C并联,大大地降低了谐振电路的Q值,该电路又成为了一个RL串联电路,L变成了一个限流器。

6) 异常状态保护电路:当荧光灯不能正常点亮时,很高的谐振电压会使功率器件烧毁,本电路的作用是保护功率器件在异常状态时不会烧毁。

7) 荧光灯:作用是将20K~50KHz左右高频电能变换成光能。

3 电子镇流器中电磁干扰的来源及其影响

3.1 传导干扰的来源及其影响

电子镇流器工作时所产生的电磁噪声通过输入电源线传导到电网中,引发传导干扰,对周围环境造成     污染   并影响相关电子设备或系统的正常工作。电子镇流器的

传导干扰源主要来自以下几个方面:

(1)     元器件   的固有噪声。主要有热噪声、散粒噪声、接触噪声等。

(2)半导体     二极管   在开关过程中产生的电磁噪声。在快速开通和关断的同时,瞬时变化的电压和电流会形成很强的电磁噪声。

(3)功率半导体器件在开关过程中,会产生很高的瞬态电压或电流并引起振荡。开关速度越快,开关电流越大,所引起的瞬态电磁噪声也越大。功率半导体器件在交流电网上产生直接的传导干扰,这种噪声分差模与共模。

(4)在采用高频泵或双泵电路的无源功率因数校正结构中,功率开关管的高频开关信号通过反馈元件加到输入端,经过电源进线送入电网中,形成传导干扰。

3.2辐射干扰的来源及其影响

电子镇流器工作时,形成的磁场、电场通过输入、输出导线及负载或某些元器件以电磁波的形式向外辐射,与周边电子、电器设备之间以电磁波传播而形成的骚扰称为辐射干扰。辐射干扰主要以磁场的形式存在,是通过磁场产生的干扰,由导体间的互感引起的。当电路中电流发生突变时,交链到电路的磁通也随之发生变化,进而感应出干扰电压。

3.3谐波干扰的来源及其影响

由于电子镇流器的负载属非线性负载,工作时会产生谐波。另外,低功率因数电路或功率因数校正电路处置不当的电子镇流器,其输出电流波形将产生严重谐波畸变。谐波的影响和危害主要表现在:增加电路的损耗,提高温升,降低效率和使用寿命;增加绝缘中的介质损耗和局部放电量,加速绝缘老化;增加噪音等。

4 电子镇流器电磁干扰的抑制措施

4.1传导干扰的抑制措施

1)合理接地

传导干扰是通过电子镇流器的公共接地线以及接地网络中的公共     阻抗   产生的。应该合理安排接地,地线尽量短,而且输入地和输出地分开,使用独立地线并联一

点的接地方式,这样可以防止各个地之间的传导     耦合   ,减少控制信号之间的干扰。

外壳接地可以实现对电场的屏蔽,用屏蔽削弱对内外电路的干扰。例如电源的相线及中线通过Y电容接外壳及大地,可以减小系统的传导干扰噪声。

2)在直流供电电路中加去耦电路

在开关管供电电路中加RC去耦电路,使开关管开通瞬间所需的电流不再由电源提供,而由去耦电容为器件提供一个电流补偿源,以减少电源及接地系统中所引

起的电流波动而形成的噪声。此外,在电子镇流器的半桥逆变电路中,半桥中点到地之间所接的电容,可以减小△U/△t及△I/△t,有助于抑制电磁干扰噪声。

3)采用无源滤波器

采用无源的E     MI   滤波器是抑制传导干扰最有效的办法。即在电路中插入一个带通滤波器,让50 Hz交流电畅通,其余频率的信号受阻。但要严格控制滤波器LC元

件的寄生参数,它们的制作工艺、安装位置、走线方式,都会影响EMI滤波效果。

加接图1所示的滤波电路,可以控制通过传导耦合进入电网的噪声电平。滤波器的输出端与噪声源相接,而输入端则与电网相接,目的是防止各种高频及瞬态噪声

通过传导方式进入电网。滤波器抑制电磁噪声的效果,可由插入损耗来衡量:插入损耗越大,滤波效果越好,对传导干扰的抑制作用越大。

传导干扰主要表现为差模干扰和共模干扰。

(1)共模干扰抑制

(2)差模干扰抑制

差模扼流圈是差模插入损耗中起主导作用的电感元件。它采用单个绕组结构绕制,其线上的信号电流在磁环中也产生一定量的磁通,故很容易达到饱和。因此差模扼流圈电感值较小,数量级一般在μH。共模扼流圈在一个磁心上采用两个相同绕组的结构,两个绕组电流方向相反,其信号电流在磁环中产生的磁通相互抵消,故不会存在磁饱和现象。因此其电感值可以较大,共模磁环的数量级一般在mH。

干扰需要产生较大的电感,而差模扼流圈产生的电感量较小,所以对共模干扰的抑制作用较小。

上述无源EMI滤波器是互易的,它既能抑制电子镇流器的电磁干扰送入电网,又能抑制电网内的电磁干扰进入电子镇流器中。

带共模电感的EMI滤波器的元件参数,不能按没有互感的滤波器所得到的公式进行计算。通常要先决定所采用的电路结构,然后利用共模等效电路,用网络分析理论,求出它的共模插入损耗。

4.2辐射干扰的抑制措施

1)屏蔽

电子镇流器虽然自身产生辐射干扰,并且输出导线和灯管也产生辐射电磁干扰,但可以通过将电子镇流器装进带有接地点的金属屏蔽外壳,连同灯具金属壳体可靠接地的方法解决。屏蔽是减少辐射干扰最有效的办法。

2)隔离

电子镇流器内部电路产生的辐射干扰,在电路周围以电 磁场的形式,通过电磁耦合对其它线路形成干扰。防止这种

干扰最简单有效的方法是将电子镇流器与其它线路隔离开来,切断或削弱它们之间的电磁耦合。隔离的原则和方法是:

(1)干扰线路和其它线路尽可能不要平行排列;

(2)敏感线路与一般线路如平行排列,其间距应大于50 mm;

(3)电源馈线与     信号线   应予隔离。

4.3 谐波干扰的抑制措施

抑制电流谐波含量与降低灯电流波峰系数往往是相互矛盾的,这两个参数之间的矛盾可以采用有源功率因数校正技术解决。但是,采用     PFC   的电子镇流器,当插

入EMI滤波器网络后,可能会对输入电流谐波总量(THD)、输入功率因数(PF)和灯电流波峰比(CF)等技术指标有一定影响。

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