上虞人燈具和鎮(zhèn)流器論述
大家一起把照明燈具產(chǎn)品提高一個(gè)新水平
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電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)技術(shù)方案探討
照明電器電磁兼容(EMC)問(wèn)題,日益受到世界各國(guó)的高度重視,我國(guó)已將該項(xiàng)目作強(qiáng)制性認(rèn)證要求(3C認(rèn)證),但目前照明電器行業(yè)在執(zhí)行上卻相對(duì)缺乏全面性共識(shí),特別是在如何解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)問(wèn)題上,尚無(wú)成熟可靠的技術(shù)措施,現(xiàn)狀堪憂.本文謹(jǐn)就此提出一種用于電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)解決方案和EMC厚膜集成電路(已申請(qǐng)專(zhuān)利),供照明科研設(shè)計(jì)人員探討和供照明電器生產(chǎn)企業(yè)直接采用.
關(guān)鍵詞:電磁兼容(EMC)、輻射干擾(RFI)、傳導(dǎo)干擾、差模(DM)、共模(CM)、濾波器、無(wú)源功率因數(shù)校正電路(PPFC)、
高頻泵、厚膜集成電路(IC)、照明燈具、接地
1、前言
電子鎮(zhèn)流器按輸入整流濾波電路的不同,目前可歸納為三種類(lèi)型即:低功率因數(shù)電路(NPFC)、無(wú)源功率因數(shù)校正電路(PPFC)和有源功率因數(shù)校正電路(APFC).事實(shí)上無(wú)論何種電路類(lèi)型,由于設(shè)計(jì)采用的主要技術(shù)與開(kāi)關(guān)式(SMPS)電路基本相近,因此將不可避免的產(chǎn)生各類(lèi)電磁干擾(EMI).依據(jù)目前照明領(lǐng)域宏觀技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求和實(shí)際的技術(shù)水準(zhǔn)現(xiàn)狀,相對(duì)照明電器行業(yè)而言,當(dāng)務(wù)之急,既非僅是普及電子鎮(zhèn)流器電磁干擾(EMI)的基本概念和基礎(chǔ)理論,也非論述電磁干擾(EMI)對(duì)電氣環(huán)境所造成的危害,而是需要實(shí)在的檢測(cè)手段和具體技術(shù)措施.基于此,本文謹(jǐn)提出一種應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器的實(shí)用、高可靠、低成本并且兼容性廣的技術(shù)方案和EMC厚膜集成電路(已申請(qǐng)專(zhuān)利).
2、電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的特征
2.1 傳導(dǎo)干擾(conducted)
電子鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)干擾主要在“電源輸入線”和“大地”之間產(chǎn)生.這種干擾有兩種類(lèi)型即差模(DM)與共模(CM);差模(DM)信號(hào)以騷擾電壓的形式出現(xiàn)在“電源輸入線”之間,而與“地”無(wú)關(guān),共模(CM)干擾電壓則在“電源輸入線”與“大地”中間產(chǎn)生,共模信號(hào)電流從干擾源出發(fā),通過(guò)分布電容入地,沿地線傳播,再經(jīng)每一電源線返回.傳導(dǎo)干擾的主要特征集中在“路”上.相對(duì)而言,差模(DM)信號(hào)較共模(CM)信號(hào)容易控制些.
2.2輻射干擾(RFI)
電子鎮(zhèn)流器電路電流,通過(guò)自身磁場(chǎng)、電場(chǎng)或輸入、輸出導(dǎo)線及負(fù)載(燈管)與周邊電子、電器設(shè)備間以電磁波傳播形式而形成的騷擾稱(chēng)為輻射干擾(RFI).輻射干擾的主要特征體現(xiàn)在“場(chǎng)”上.
2.3輸入電流諧波畸變
低功率因數(shù)電路(NPFC)或功率因數(shù)校正電路處置不當(dāng)?shù)碾娮渔?zhèn)流器其輸入電流將產(chǎn)生嚴(yán)重諧波畸變,這種畸變同輻射干擾(RFI)一樣被認(rèn)為是電源的污染,在解決電子鎮(zhèn)流器EMI的同時(shí)必須同步兼顧處置,使之符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求.
3、電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的一般技術(shù)方案
3.1輻射干擾的技術(shù)方案
電子鎮(zhèn)流器雖然自身產(chǎn)生輻射干擾,并且輸出導(dǎo)線和燈管也產(chǎn)生輻射電磁干擾,但可以通過(guò)將電子鎮(zhèn)流器裝進(jìn)具有接“地”點(diǎn)的金屬外殼,連同燈具金屬殼體可靠接地的方法解決.一般說(shuō)來(lái),這種輻射電磁干擾對(duì)調(diào)幅(AM)無(wú)線電設(shè)施,例如收音機(jī)和調(diào)幅發(fā)射/接收設(shè)備影響較大,但由于燈具通常都安裝在較高位置,因此在有效解決好傳導(dǎo)干擾的基礎(chǔ)上,輻射干擾對(duì)電子鎮(zhèn)流器和照明燈具而言,不是解決EMI主要技術(shù)難點(diǎn).需要補(bǔ)充說(shuō)明的一點(diǎn)是,美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)將電子鎮(zhèn)流器的EMI分為“A”級(jí)(class A)和“B”級(jí)(class B),前者適用于工廠企業(yè)、商業(yè)和戶(hù)外;后者適用于辦公、住宅和家庭.由于辦公、住宅和家庭的照明電器可能距其它電子、電器裝置較近,因之更容易產(chǎn)生干擾,故“B”級(jí)比“A”級(jí)的電磁干擾限制更為嚴(yán)格(要求在EMC測(cè)試波形圖表允許值的蘭線以下).
3.2傳導(dǎo)干擾的技術(shù)方案
探討電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)技術(shù)方案的本質(zhì),實(shí)際就是探討差模(DM)和共模(CM)傳導(dǎo)干擾的抑制方法,更具體地說(shuō)就是“濾波器”的設(shè)計(jì).濾波器技術(shù)方案是抑制傳導(dǎo)干擾最有效和最經(jīng)濟(jì)的手段,由于傳導(dǎo)干擾在電源輸入接口處最為嚴(yán)重,故EMI濾波器均插入到電子鎮(zhèn)流器的電源輸入端和整流電路之間(見(jiàn)圖1).
3.3 電流諧波畸變的技術(shù)方案
如何提高電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)和改善輸入電流諧波畸變,國(guó)內(nèi)外均有大量專(zhuān)著介紹,積累了相當(dāng)豐富的成功經(jīng)驗(yàn)和推出了不少成熟電路,在此不予贅述.需要提出的是,電子鎮(zhèn)流器特別是采用PPFC的電子鎮(zhèn)流器,當(dāng)插入EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)后,可能會(huì)在輸入電流諧波總量(THD),輸入功率因數(shù)(PF)和燈電流波峰比(CF)等技術(shù)指標(biāo)上造成一定影響,甚至是負(fù)面影響.
3.4 EMI傳導(dǎo)干擾濾波器
目前普遍采用的EMI濾波器有“L”型(一電感加一電容)、“T”型(二電感加一電容)、“π”型(一電感加二電容)和雙“π”型(共軛電感加二電容)等,典型的雙“π”型和復(fù)合型EMI濾波器電路分別如圖1(a)(b)所示.
圖1
關(guān)于經(jīng)典EMI濾濾器的工作原理、設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇,請(qǐng)參閱相關(guān)文獻(xiàn),但有一點(diǎn)應(yīng)特別注意,EMI濾波器所用濾波電容(C1、C2)由于要長(zhǎng)期、連續(xù)地承受電源電壓的作用,故宜使用“χ”級(jí)或“Y”級(jí)電容(方形電容),接“地”電容(C3、C4)在故障情況下,將流過(guò)一定量的“地”電流,并且在電子鎮(zhèn)流器耐壓測(cè)試時(shí)外殼接“地”點(diǎn)與“電源輸入線”間應(yīng)能承受“2倍電源電壓加500V、20mA 歷時(shí)1分鐘”而不擊穿的試驗(yàn).因此應(yīng)特別注意其耐壓和質(zhì)量.
4、解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)
4.1 關(guān)鍵技術(shù)
一般來(lái)說(shuō),解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的技術(shù)并不存在關(guān)鍵理論問(wèn)題,而是由于目前電子鎮(zhèn)流器現(xiàn)狀所帶來(lái)的;眾所周知,為了達(dá)到電子鎮(zhèn)流器提高輸入功率因數(shù)降低諧波限值,同時(shí)又不希望導(dǎo)致電子鎮(zhèn)流器制造成本大幅增加的目的,采用有源功率因數(shù)校正電路(APFC)技術(shù)方案明顯不符合國(guó)情.目前我國(guó)大量應(yīng)用和制造的電子鎮(zhèn)流器實(shí)際都是無(wú)源功率因數(shù)校正電路(PPFC),特別是“高頻泵”式電路,這種電路的一個(gè)主要技術(shù)措施就是將電子鎮(zhèn)流器輸出端的高頻電流反饋到電子鎮(zhèn)流器的輸入端,從而引起電子鎮(zhèn)流器差模(DM)和共模(CM)傳導(dǎo)騷擾電量明顯上升,再加上目前為了有效降低光源的“頻閃效應(yīng)”,克服照明環(huán)境“光污染”,已將電子鎮(zhèn)流器的振蕩頻率提高到40KHZ以上,這些均無(wú)異乎在解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性上“雪上加霜”,如果不能突破電子鎮(zhèn)流器的這項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵,而脫離實(shí)際泛泛探討電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性和局限常規(guī)EMI濾波器的設(shè)計(jì)觀念,要想在實(shí)際制作和市場(chǎng)銷(xiāo)售中有效、可靠地解決以及監(jiān)控電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性問(wèn)題,無(wú)疑將是“隔靴搔癢”難以解決具體問(wèn)題.
4.2 設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)
4.2.1成本難點(diǎn)
電子鎮(zhèn)流器在我國(guó)起步較早,但起點(diǎn)極低,市場(chǎng)低價(jià)格機(jī)制業(yè)經(jīng)形成,從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),留給解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的制作“成本空間”近乎為“零”,這就給照明電器行業(yè)提升電子鎮(zhèn)流器的品質(zhì)和執(zhí)行“3C”認(rèn)證帶來(lái)了一個(gè)幾乎無(wú)法逾越的障礙和形成了一個(gè)極大的“成本難題”.因此如何依靠“創(chuàng)新性”的技術(shù)手段以低成本實(shí)現(xiàn)電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性,是任何一個(gè)科研設(shè)計(jì)工作者無(wú)法否認(rèn)也無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)難題.
4.2.2體積難點(diǎn)
由于燈具設(shè)計(jì)的緊湊性、經(jīng)濟(jì)性和小型化及細(xì)管徑燈管(T8、T6、T5、T4等)的推廣,要求電子鎮(zhèn)流器同步向“小”“細(xì)”“緊”方向發(fā)展.因此電子鎮(zhèn)流器的EMI設(shè)計(jì)電路必須實(shí)現(xiàn)體積的小型化,而這恰恰與EMI濾波器濾波電感為避免磁飽和以及濾波電容增加容量需要體積增大形成尖銳的對(duì)立.
4.2.3 工藝制作難點(diǎn)
由于電子鎮(zhèn)流器體積限制和適應(yīng)燈具形狀要求,在電路設(shè)計(jì)排版時(shí),元器件特別是電感元件的相對(duì)位置,輸入\輸出回路、連接導(dǎo)線,甚至印刷線路板的銅箔,都將可能產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)感應(yīng)和電場(chǎng)感應(yīng),導(dǎo)致EMI傳導(dǎo)干擾的某些頻段超標(biāo),這時(shí)即使加大濾波器的電感和電容,也將收效甚微.
4.2.4可靠性難點(diǎn)
電子鎮(zhèn)流器如果不解決可靠性問(wèn)題、保障長(zhǎng)壽命(>30000h)工作,要想大面積推廣和扭轉(zhuǎn)“節(jié)能不節(jié)錢(qián)”的印象,即便各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)包括電磁兼容性在內(nèi)的測(cè)試數(shù)據(jù)再高水平,也終歸是“花瓶”一個(gè),或者充其量也只能稱(chēng)為科研樣品而已,明顯沒(méi)有實(shí)用意義,因此在設(shè)計(jì)電子鎮(zhèn)流器EMI電路時(shí)務(wù)必將可靠性牢牢擺在首位.
4.2.5兼顧性難點(diǎn)
嚴(yán)格說(shuō),電子鎮(zhèn)流器特別是PPFC電路的電子鎮(zhèn)流器畢竟是一種經(jīng)科學(xué)而巧妙的設(shè)計(jì)手段組合而成的電子產(chǎn)品,同時(shí)又要集強(qiáng)電、弱電、微電子、光學(xué)、電真空、電磁學(xué)等多學(xué)科高技術(shù)為一體.因此設(shè)計(jì)上的任何改變,均將導(dǎo)致其它性能指標(biāo)的改變,往往是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”.因此在設(shè)計(jì)探討電子鎮(zhèn)流器EMI濾波器時(shí)一定要全面、慎重并兼顧電子鎮(zhèn)流器的輸入電流諧波含量(THD)、輸入功率因數(shù)(PF)、燈電流波峰比(CF)、燈啟動(dòng)特性、電能轉(zhuǎn)換效率、匹配特性、燈功率、異常狀態(tài)保護(hù)、振蕩頻率、高低溫特性、安全性能和高可靠性等方面,切不可顧此而失彼.
5、電子鎮(zhèn)流器技術(shù)方案探討
5.1 SY/EMC203A厚膜集成電路(IC)簡(jiǎn)介
電子鎮(zhèn)流器專(zhuān)用厚膜IC(均為已申請(qǐng)或已授權(quán)專(zhuān)利)
PPFC電子鎮(zhèn)流器的專(zhuān)用厚膜IC分別為電磁兼容厚膜IC(SY/EMC203A)、功率因數(shù)校正厚膜IC(SY/PF193B)和異常狀態(tài)保護(hù)厚膜IC(SY/BF183C).可適應(yīng)功率范圍:單燈(T8/T5)8~150W,雙燈(T8/T5)2×8W~2×70W,外形尺寸見(jiàn)圖2.
圖2
5.2 采用SY/EMC203A的EMI濾波器
5.2.1電原理圖
采用SY/EMC203A厚膜IC組成的EMI濾波器在適當(dāng)調(diào)整外圍濾波電感和電容的基礎(chǔ)上,可全面適用于APFC、PPFC、NPFC各類(lèi)電子鎮(zhèn)流器,相應(yīng)指標(biāo)符合IEC61000-3-2(3)、GB17625、GB17743及歐盟EN55015、EN55022、EN55025和美國(guó)FCC(class B)等標(biāo)準(zhǔn)要求.電原理圖見(jiàn)圖3.
圖3
5.2.2器件的設(shè)計(jì)和選擇
5.2.2.1 EMI濾波電感
L1、L2為共軛繞制的兩組線圈,共用一套磁芯,磁隙為0.1~0.2mm,電感量范圍40~80mh,繞制線圈線徑及磁芯的大小,依據(jù)電子鎮(zhèn)流器的功率大小確定,基本原則是既能滿(mǎn)足抑制EMI共模(CM)干擾信號(hào)的要求,同時(shí)功耗又不明顯增加.
L3、L4為兩個(gè)采用“I”字形磁柱獨(dú)立繞制的線圈,電感量范圍5~15mh,主要用于抑制差模(DM)干擾信號(hào),制作原則同L1、L2.
5.2.2.2 EMI濾波電容
濾波電容C1,容量取值為0.1~0.33μf,選用耐壓為交流275V的“X2”級(jí)方形電容.
5.2.2.3其它器件
RV為壓敏電阻,當(dāng)電源電壓為AC220-240V 50HZ時(shí)選用10D561,電源電壓為AC110-120V 60HZ時(shí),選用10D301.R1為泄放電阻,數(shù)值為1MΩ 1W.
6、由厚膜IC組成的全性能PPFC電子鎮(zhèn)流器
6.1電原理框圖
電原理框圖如圖4所示
圖4
6.2結(jié)構(gòu)示例
見(jiàn)圖片5,圖中為單燈36W和雙燈2×36W電子鎮(zhèn)流器,外形尺寸分別為275×27×21mm及155×42×26mm和320×35×28mm及130×65×32mm.
圖5
6.3測(cè)試數(shù)據(jù)
電磁兼容(EMC),輸入、輸出特性分別見(jiàn)圖6的4個(gè)圖表(單燈36W).電磁兼容性檢測(cè)采用杭州伏達(dá)測(cè)試技術(shù)研究所“EMC300A電磁兼容·傳導(dǎo)干擾測(cè)試系統(tǒng)”;輸入、輸出特性檢測(cè)采用杭州遠(yuǎn)方儀器有限公司“HB-3電子鎮(zhèn)流器測(cè)試系統(tǒng)”.
圖6
6.4照明燈具組裝
組裝照明燈具時(shí),為保障燈具電磁兼容特性下述幾點(diǎn)應(yīng)妥加掌握:
a、電子鎮(zhèn)流器的接地點(diǎn)或接地線應(yīng)與照明燈具的接地點(diǎn)可靠連接,當(dāng)燈具為塑料體時(shí),必須將電子鎮(zhèn)流器的接地點(diǎn)或線連同電源線一起引出(三芯線).
b、當(dāng)照明燈具為多燈組合并采用多個(gè)電子鎮(zhèn)流器時(shí),應(yīng)分別將各電子鎮(zhèn)流器的接地或線單獨(dú)與燈具接地點(diǎn)連接,切勿串接.
c、照明燈具內(nèi),輸入電源線,盡量不要與電子鎮(zhèn)流器輸出至燈管的導(dǎo)線并行或過(guò)份靠近.
d、照明燈具的外電源輸入引線不宜超過(guò)1.5M,否則將導(dǎo)致EMI測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差.
7、結(jié)論
7.1電子鎮(zhèn)流器是照明電器中最重要的基礎(chǔ)部件之一,在我國(guó)全面實(shí)施強(qiáng)制認(rèn)證(3C)制度的形勢(shì)下,解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC),已成為照明電器行業(yè)刻不容緩的一項(xiàng)重要工作和課題.
7.2電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)問(wèn)題的關(guān)鍵并非理論問(wèn)題,也非技術(shù)問(wèn)題,而是照明行業(yè)現(xiàn)狀和市場(chǎng)機(jī)制現(xiàn)實(shí)所決定的,依據(jù)我國(guó)國(guó)情,電子鎮(zhèn)流器電磁兼容(EMC)的一項(xiàng)實(shí)際而又關(guān)鍵的技術(shù)是解決PPFC電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性.
7.3電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)所面臨的“關(guān)鍵技術(shù)”以及“成本”、“體積”、“工藝制作”、“可靠性”、“兼顧性”等五大難題,只能依靠“創(chuàng)造性”技術(shù)方案才可望解決.
7.4本文所涉及的技術(shù)方案和SY系列厚膜集成電路(IC)僅是一種發(fā)明性探討,目的是在電子鎮(zhèn)流器科研領(lǐng)域“拋磚引玉”和直接與生產(chǎn)企業(yè)合作,期望在創(chuàng)新性技術(shù)設(shè)計(jì)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和宏觀戰(zhàn)略合作的科學(xué)基礎(chǔ)上,擺脫“弄虛作假”“打擦邊球”及單純“價(jià)格手段”模式,全面提升我國(guó)電子鎮(zhèn)流器的品質(zhì)和技術(shù)含量,從而形成“公平競(jìng)爭(zhēng)”格局,增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.
照明電器電磁兼容(EMC)問(wèn)題,日益受到世界各國(guó)的高度重視,我國(guó)已將該項(xiàng)目作強(qiáng)制性認(rèn)證要求(3C認(rèn)證),但目前照明電器行業(yè)在執(zhí)行上卻相對(duì)缺乏全面性共識(shí),特別是在如何解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)問(wèn)題上,尚無(wú)成熟可靠的技術(shù)措施,現(xiàn)狀堪憂.本文謹(jǐn)就此提出一種用于電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)解決方案和EMC厚膜集成電路(已申請(qǐng)專(zhuān)利),供照明科研設(shè)計(jì)人員探討和供照明電器生產(chǎn)企業(yè)直接采用.
關(guān)鍵詞:電磁兼容(EMC)、輻射干擾(RFI)、傳導(dǎo)干擾、差模(DM)、共模(CM)、濾波器、無(wú)源功率因數(shù)校正電路(PPFC)、
高頻泵、厚膜集成電路(IC)、照明燈具、接地
1、前言
電子鎮(zhèn)流器按輸入整流濾波電路的不同,目前可歸納為三種類(lèi)型即:低功率因數(shù)電路(NPFC)、無(wú)源功率因數(shù)校正電路(PPFC)和有源功率因數(shù)校正電路(APFC).事實(shí)上無(wú)論何種電路類(lèi)型,由于設(shè)計(jì)采用的主要技術(shù)與開(kāi)關(guān)式(SMPS)電路基本相近,因此將不可避免的產(chǎn)生各類(lèi)電磁干擾(EMI).依據(jù)目前照明領(lǐng)域宏觀技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求和實(shí)際的技術(shù)水準(zhǔn)現(xiàn)狀,相對(duì)照明電器行業(yè)而言,當(dāng)務(wù)之急,既非僅是普及電子鎮(zhèn)流器電磁干擾(EMI)的基本概念和基礎(chǔ)理論,也非論述電磁干擾(EMI)對(duì)電氣環(huán)境所造成的危害,而是需要實(shí)在的檢測(cè)手段和具體技術(shù)措施.基于此,本文謹(jǐn)提出一種應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器的實(shí)用、高可靠、低成本并且兼容性廣的技術(shù)方案和EMC厚膜集成電路(已申請(qǐng)專(zhuān)利).
2、電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的特征
2.1 傳導(dǎo)干擾(conducted)
電子鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)干擾主要在“電源輸入線”和“大地”之間產(chǎn)生.這種干擾有兩種類(lèi)型即差模(DM)與共模(CM);差模(DM)信號(hào)以騷擾電壓的形式出現(xiàn)在“電源輸入線”之間,而與“地”無(wú)關(guān),共模(CM)干擾電壓則在“電源輸入線”與“大地”中間產(chǎn)生,共模信號(hào)電流從干擾源出發(fā),通過(guò)分布電容入地,沿地線傳播,再經(jīng)每一電源線返回.傳導(dǎo)干擾的主要特征集中在“路”上.相對(duì)而言,差模(DM)信號(hào)較共模(CM)信號(hào)容易控制些.
2.2輻射干擾(RFI)
電子鎮(zhèn)流器電路電流,通過(guò)自身磁場(chǎng)、電場(chǎng)或輸入、輸出導(dǎo)線及負(fù)載(燈管)與周邊電子、電器設(shè)備間以電磁波傳播形式而形成的騷擾稱(chēng)為輻射干擾(RFI).輻射干擾的主要特征體現(xiàn)在“場(chǎng)”上.
2.3輸入電流諧波畸變
低功率因數(shù)電路(NPFC)或功率因數(shù)校正電路處置不當(dāng)?shù)碾娮渔?zhèn)流器其輸入電流將產(chǎn)生嚴(yán)重諧波畸變,這種畸變同輻射干擾(RFI)一樣被認(rèn)為是電源的污染,在解決電子鎮(zhèn)流器EMI的同時(shí)必須同步兼顧處置,使之符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求.
3、電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的一般技術(shù)方案
3.1輻射干擾的技術(shù)方案
電子鎮(zhèn)流器雖然自身產(chǎn)生輻射干擾,并且輸出導(dǎo)線和燈管也產(chǎn)生輻射電磁干擾,但可以通過(guò)將電子鎮(zhèn)流器裝進(jìn)具有接“地”點(diǎn)的金屬外殼,連同燈具金屬殼體可靠接地的方法解決.一般說(shuō)來(lái),這種輻射電磁干擾對(duì)調(diào)幅(AM)無(wú)線電設(shè)施,例如收音機(jī)和調(diào)幅發(fā)射/接收設(shè)備影響較大,但由于燈具通常都安裝在較高位置,因此在有效解決好傳導(dǎo)干擾的基礎(chǔ)上,輻射干擾對(duì)電子鎮(zhèn)流器和照明燈具而言,不是解決EMI主要技術(shù)難點(diǎn).需要補(bǔ)充說(shuō)明的一點(diǎn)是,美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)將電子鎮(zhèn)流器的EMI分為“A”級(jí)(class A)和“B”級(jí)(class B),前者適用于工廠企業(yè)、商業(yè)和戶(hù)外;后者適用于辦公、住宅和家庭.由于辦公、住宅和家庭的照明電器可能距其它電子、電器裝置較近,因之更容易產(chǎn)生干擾,故“B”級(jí)比“A”級(jí)的電磁干擾限制更為嚴(yán)格(要求在EMC測(cè)試波形圖表允許值的蘭線以下).
3.2傳導(dǎo)干擾的技術(shù)方案
探討電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)技術(shù)方案的本質(zhì),實(shí)際就是探討差模(DM)和共模(CM)傳導(dǎo)干擾的抑制方法,更具體地說(shuō)就是“濾波器”的設(shè)計(jì).濾波器技術(shù)方案是抑制傳導(dǎo)干擾最有效和最經(jīng)濟(jì)的手段,由于傳導(dǎo)干擾在電源輸入接口處最為嚴(yán)重,故EMI濾波器均插入到電子鎮(zhèn)流器的電源輸入端和整流電路之間(見(jiàn)圖1).
3.3 電流諧波畸變的技術(shù)方案
如何提高電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)和改善輸入電流諧波畸變,國(guó)內(nèi)外均有大量專(zhuān)著介紹,積累了相當(dāng)豐富的成功經(jīng)驗(yàn)和推出了不少成熟電路,在此不予贅述.需要提出的是,電子鎮(zhèn)流器特別是采用PPFC的電子鎮(zhèn)流器,當(dāng)插入EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)后,可能會(huì)在輸入電流諧波總量(THD),輸入功率因數(shù)(PF)和燈電流波峰比(CF)等技術(shù)指標(biāo)上造成一定影響,甚至是負(fù)面影響.
3.4 EMI傳導(dǎo)干擾濾波器
目前普遍采用的EMI濾波器有“L”型(一電感加一電容)、“T”型(二電感加一電容)、“π”型(一電感加二電容)和雙“π”型(共軛電感加二電容)等,典型的雙“π”型和復(fù)合型EMI濾波器電路分別如圖1(a)(b)所示.
圖1
關(guān)于經(jīng)典EMI濾濾器的工作原理、設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇,請(qǐng)參閱相關(guān)文獻(xiàn),但有一點(diǎn)應(yīng)特別注意,EMI濾波器所用濾波電容(C1、C2)由于要長(zhǎng)期、連續(xù)地承受電源電壓的作用,故宜使用“χ”級(jí)或“Y”級(jí)電容(方形電容),接“地”電容(C3、C4)在故障情況下,將流過(guò)一定量的“地”電流,并且在電子鎮(zhèn)流器耐壓測(cè)試時(shí)外殼接“地”點(diǎn)與“電源輸入線”間應(yīng)能承受“2倍電源電壓加500V、20mA 歷時(shí)1分鐘”而不擊穿的試驗(yàn).因此應(yīng)特別注意其耐壓和質(zhì)量.
4、解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)
4.1 關(guān)鍵技術(shù)
一般來(lái)說(shuō),解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的技術(shù)并不存在關(guān)鍵理論問(wèn)題,而是由于目前電子鎮(zhèn)流器現(xiàn)狀所帶來(lái)的;眾所周知,為了達(dá)到電子鎮(zhèn)流器提高輸入功率因數(shù)降低諧波限值,同時(shí)又不希望導(dǎo)致電子鎮(zhèn)流器制造成本大幅增加的目的,采用有源功率因數(shù)校正電路(APFC)技術(shù)方案明顯不符合國(guó)情.目前我國(guó)大量應(yīng)用和制造的電子鎮(zhèn)流器實(shí)際都是無(wú)源功率因數(shù)校正電路(PPFC),特別是“高頻泵”式電路,這種電路的一個(gè)主要技術(shù)措施就是將電子鎮(zhèn)流器輸出端的高頻電流反饋到電子鎮(zhèn)流器的輸入端,從而引起電子鎮(zhèn)流器差模(DM)和共模(CM)傳導(dǎo)騷擾電量明顯上升,再加上目前為了有效降低光源的“頻閃效應(yīng)”,克服照明環(huán)境“光污染”,已將電子鎮(zhèn)流器的振蕩頻率提高到40KHZ以上,這些均無(wú)異乎在解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性上“雪上加霜”,如果不能突破電子鎮(zhèn)流器的這項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵,而脫離實(shí)際泛泛探討電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性和局限常規(guī)EMI濾波器的設(shè)計(jì)觀念,要想在實(shí)際制作和市場(chǎng)銷(xiāo)售中有效、可靠地解決以及監(jiān)控電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性問(wèn)題,無(wú)疑將是“隔靴搔癢”難以解決具體問(wèn)題.
4.2 設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)
4.2.1成本難點(diǎn)
電子鎮(zhèn)流器在我國(guó)起步較早,但起點(diǎn)極低,市場(chǎng)低價(jià)格機(jī)制業(yè)經(jīng)形成,從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),留給解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性的制作“成本空間”近乎為“零”,這就給照明電器行業(yè)提升電子鎮(zhèn)流器的品質(zhì)和執(zhí)行“3C”認(rèn)證帶來(lái)了一個(gè)幾乎無(wú)法逾越的障礙和形成了一個(gè)極大的“成本難題”.因此如何依靠“創(chuàng)新性”的技術(shù)手段以低成本實(shí)現(xiàn)電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性,是任何一個(gè)科研設(shè)計(jì)工作者無(wú)法否認(rèn)也無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)難題.
4.2.2體積難點(diǎn)
由于燈具設(shè)計(jì)的緊湊性、經(jīng)濟(jì)性和小型化及細(xì)管徑燈管(T8、T6、T5、T4等)的推廣,要求電子鎮(zhèn)流器同步向“小”“細(xì)”“緊”方向發(fā)展.因此電子鎮(zhèn)流器的EMI設(shè)計(jì)電路必須實(shí)現(xiàn)體積的小型化,而這恰恰與EMI濾波器濾波電感為避免磁飽和以及濾波電容增加容量需要體積增大形成尖銳的對(duì)立.
4.2.3 工藝制作難點(diǎn)
由于電子鎮(zhèn)流器體積限制和適應(yīng)燈具形狀要求,在電路設(shè)計(jì)排版時(shí),元器件特別是電感元件的相對(duì)位置,輸入\輸出回路、連接導(dǎo)線,甚至印刷線路板的銅箔,都將可能產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)感應(yīng)和電場(chǎng)感應(yīng),導(dǎo)致EMI傳導(dǎo)干擾的某些頻段超標(biāo),這時(shí)即使加大濾波器的電感和電容,也將收效甚微.
4.2.4可靠性難點(diǎn)
電子鎮(zhèn)流器如果不解決可靠性問(wèn)題、保障長(zhǎng)壽命(>30000h)工作,要想大面積推廣和扭轉(zhuǎn)“節(jié)能不節(jié)錢(qián)”的印象,即便各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)包括電磁兼容性在內(nèi)的測(cè)試數(shù)據(jù)再高水平,也終歸是“花瓶”一個(gè),或者充其量也只能稱(chēng)為科研樣品而已,明顯沒(méi)有實(shí)用意義,因此在設(shè)計(jì)電子鎮(zhèn)流器EMI電路時(shí)務(wù)必將可靠性牢牢擺在首位.
4.2.5兼顧性難點(diǎn)
嚴(yán)格說(shuō),電子鎮(zhèn)流器特別是PPFC電路的電子鎮(zhèn)流器畢竟是一種經(jīng)科學(xué)而巧妙的設(shè)計(jì)手段組合而成的電子產(chǎn)品,同時(shí)又要集強(qiáng)電、弱電、微電子、光學(xué)、電真空、電磁學(xué)等多學(xué)科高技術(shù)為一體.因此設(shè)計(jì)上的任何改變,均將導(dǎo)致其它性能指標(biāo)的改變,往往是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”.因此在設(shè)計(jì)探討電子鎮(zhèn)流器EMI濾波器時(shí)一定要全面、慎重并兼顧電子鎮(zhèn)流器的輸入電流諧波含量(THD)、輸入功率因數(shù)(PF)、燈電流波峰比(CF)、燈啟動(dòng)特性、電能轉(zhuǎn)換效率、匹配特性、燈功率、異常狀態(tài)保護(hù)、振蕩頻率、高低溫特性、安全性能和高可靠性等方面,切不可顧此而失彼.
5、電子鎮(zhèn)流器技術(shù)方案探討
5.1 SY/EMC203A厚膜集成電路(IC)簡(jiǎn)介
電子鎮(zhèn)流器專(zhuān)用厚膜IC(均為已申請(qǐng)或已授權(quán)專(zhuān)利)
PPFC電子鎮(zhèn)流器的專(zhuān)用厚膜IC分別為電磁兼容厚膜IC(SY/EMC203A)、功率因數(shù)校正厚膜IC(SY/PF193B)和異常狀態(tài)保護(hù)厚膜IC(SY/BF183C).可適應(yīng)功率范圍:單燈(T8/T5)8~150W,雙燈(T8/T5)2×8W~2×70W,外形尺寸見(jiàn)圖2.
圖2
5.2 采用SY/EMC203A的EMI濾波器
5.2.1電原理圖
采用SY/EMC203A厚膜IC組成的EMI濾波器在適當(dāng)調(diào)整外圍濾波電感和電容的基礎(chǔ)上,可全面適用于APFC、PPFC、NPFC各類(lèi)電子鎮(zhèn)流器,相應(yīng)指標(biāo)符合IEC61000-3-2(3)、GB17625、GB17743及歐盟EN55015、EN55022、EN55025和美國(guó)FCC(class B)等標(biāo)準(zhǔn)要求.電原理圖見(jiàn)圖3.
圖3
5.2.2器件的設(shè)計(jì)和選擇
5.2.2.1 EMI濾波電感
L1、L2為共軛繞制的兩組線圈,共用一套磁芯,磁隙為0.1~0.2mm,電感量范圍40~80mh,繞制線圈線徑及磁芯的大小,依據(jù)電子鎮(zhèn)流器的功率大小確定,基本原則是既能滿(mǎn)足抑制EMI共模(CM)干擾信號(hào)的要求,同時(shí)功耗又不明顯增加.
L3、L4為兩個(gè)采用“I”字形磁柱獨(dú)立繞制的線圈,電感量范圍5~15mh,主要用于抑制差模(DM)干擾信號(hào),制作原則同L1、L2.
5.2.2.2 EMI濾波電容
濾波電容C1,容量取值為0.1~0.33μf,選用耐壓為交流275V的“X2”級(jí)方形電容.
5.2.2.3其它器件
RV為壓敏電阻,當(dāng)電源電壓為AC220-240V 50HZ時(shí)選用10D561,電源電壓為AC110-120V 60HZ時(shí),選用10D301.R1為泄放電阻,數(shù)值為1MΩ 1W.
6、由厚膜IC組成的全性能PPFC電子鎮(zhèn)流器
6.1電原理框圖
電原理框圖如圖4所示
圖4
6.2結(jié)構(gòu)示例
見(jiàn)圖片5,圖中為單燈36W和雙燈2×36W電子鎮(zhèn)流器,外形尺寸分別為275×27×21mm及155×42×26mm和320×35×28mm及130×65×32mm.
圖5
6.3測(cè)試數(shù)據(jù)
電磁兼容(EMC),輸入、輸出特性分別見(jiàn)圖6的4個(gè)圖表(單燈36W).電磁兼容性檢測(cè)采用杭州伏達(dá)測(cè)試技術(shù)研究所“EMC300A電磁兼容·傳導(dǎo)干擾測(cè)試系統(tǒng)”;輸入、輸出特性檢測(cè)采用杭州遠(yuǎn)方儀器有限公司“HB-3電子鎮(zhèn)流器測(cè)試系統(tǒng)”.
圖6
6.4照明燈具組裝
組裝照明燈具時(shí),為保障燈具電磁兼容特性下述幾點(diǎn)應(yīng)妥加掌握:
a、電子鎮(zhèn)流器的接地點(diǎn)或接地線應(yīng)與照明燈具的接地點(diǎn)可靠連接,當(dāng)燈具為塑料體時(shí),必須將電子鎮(zhèn)流器的接地點(diǎn)或線連同電源線一起引出(三芯線).
b、當(dāng)照明燈具為多燈組合并采用多個(gè)電子鎮(zhèn)流器時(shí),應(yīng)分別將各電子鎮(zhèn)流器的接地或線單獨(dú)與燈具接地點(diǎn)連接,切勿串接.
c、照明燈具內(nèi),輸入電源線,盡量不要與電子鎮(zhèn)流器輸出至燈管的導(dǎo)線并行或過(guò)份靠近.
d、照明燈具的外電源輸入引線不宜超過(guò)1.5M,否則將導(dǎo)致EMI測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差.
7、結(jié)論
7.1電子鎮(zhèn)流器是照明電器中最重要的基礎(chǔ)部件之一,在我國(guó)全面實(shí)施強(qiáng)制認(rèn)證(3C)制度的形勢(shì)下,解決電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC),已成為照明電器行業(yè)刻不容緩的一項(xiàng)重要工作和課題.
7.2電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)問(wèn)題的關(guān)鍵并非理論問(wèn)題,也非技術(shù)問(wèn)題,而是照明行業(yè)現(xiàn)狀和市場(chǎng)機(jī)制現(xiàn)實(shí)所決定的,依據(jù)我國(guó)國(guó)情,電子鎮(zhèn)流器電磁兼容(EMC)的一項(xiàng)實(shí)際而又關(guān)鍵的技術(shù)是解決PPFC電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容性.
7.3電子鎮(zhèn)流器電磁兼容性(EMC)所面臨的“關(guān)鍵技術(shù)”以及“成本”、“體積”、“工藝制作”、“可靠性”、“兼顧性”等五大難題,只能依靠“創(chuàng)造性”技術(shù)方案才可望解決.
7.4本文所涉及的技術(shù)方案和SY系列厚膜集成電路(IC)僅是一種發(fā)明性探討,目的是在電子鎮(zhèn)流器科研領(lǐng)域“拋磚引玉”和直接與生產(chǎn)企業(yè)合作,期望在創(chuàng)新性技術(shù)設(shè)計(jì)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和宏觀戰(zhàn)略合作的科學(xué)基礎(chǔ)上,擺脫“弄虛作假”“打擦邊球”及單純“價(jià)格手段”模式,全面提升我國(guó)電子鎮(zhèn)流器的品質(zhì)和技術(shù)含量,從而形成“公平競(jìng)爭(zhēng)”格局,增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.
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