高频电子镇流器

高频电子镇流器（精选七篇）

高频电子镇流器 篇1

电子镇流器是光源领域技术上的一次重大突破。由于荧光灯的固有特性[1]——须有一个较大的电流在一定时间内给灯丝预热、一个 800～1000V的高电压来使灯点燃、一个稳定的工作频率使其工作在额定功率。这种特性的最大特点是有一个较长的给灯丝的预热时间,然后有一个点燃过程才能进入到正常工作。目前,集PF控制、可调光、灯丝预热启动、直流稳压和异常状态保护等功能于一体的控制 IC,即所谓的灵巧功率集成电路(Smart Power Integrated Circuit,缩写 SPIC)已成为电子镇流器发展的主流,例如IR公司的 IR215X 系列等。国产电子镇流器已经由自激式发展到软启动式,在一定程度上提高了电子镇流器的可靠性和使用寿命。但在实际中,电子镇流器在性能和可靠性上仍存在一些问题。主要表现在整个装置故障率过高,即没有很好地解决荧光灯预热启动与灯管匹配的问题,使得灯管寿命受到影响。为提高装置的性能和可靠性,对其进行相关电路设计时,有必要分析和讨论影响电子镇流器频率的相关因素。

1 负载对变频输入的响应分析

由于荧光灯的工作特点[2],我们可以把灯看作一个线性电阻R。负载输出回路结构形式如图1(a)、电压转移函数(灯两端的输出电压和输入电压之比)幅值与频率的关系如图1(b)所示。

其中,Q 值表示电路的品质因数;fstart、fph、figh、frun分别表示起始频率、预热频率、点燃频率和工作频率。从图1可以看出,灯 R 两端电压会随电路本身 Q 值变化及输入信号频率的变化而变化。当频率从起始频率下降,此时灯未启动,可忽略 R 的影响,电路为LC回路,求得预热频率fph如式(1):

当频率 f 移近 LC 谐振频率时,灯两电压会急剧上升到其点燃电压,使灯点燃,点燃频率见式(2):

灯点燃导通后,R不能忽略,回路变为RC并联再与 L 串连的电路,Q2值很低,当f降到灯的正常工作频率时,灯便工作在额定频率下,工作频率如式(3):

其中: R=U/Prun (4)

综上分析,满足灯工作条件的频率变化曲线如图2所示。图2中,纵坐标为电子镇流器输出给后端回路的方波频率,横坐标为时间。事实上,灯丝存有一个很小的电阻 Rf,在灯未启动前输出回路是一个LCRf回路,频率先从一个很高的起始频率点下降到预热频率点fph,灯两端电压UR(t)对频率为f(f大于fo)的输入正弦激励信号的瞬态零状态响应关系如式(5)。

式中,fo是LC串联谐振回路的固有频率点,f为输入信号频率。由于电路本身的影响,灯两端电压将是暂态到稳态的过程,要使UR(t)不致过大,即避免灯未经预热而发生冷启动,则f/fo应比1大。当f/fo值为2 或3时,UR(t)峰值约为Um或其一半,就可避免冷启动。故我们希望输入Uin 的频率开始时由很高的起始频率下降,在 t1时刻下到预热频率,经过 0.4～1S时间的预热后,在 t2到 t3时间内使频率逐渐过点燃点,最后使灯工作在额定功率下。

2 频率点与输出回路参数的关系

合理选择L、C参数以匹配荧光灯的电气特性是灯工作状况良好的重要因素,如Iphmax、Uphmax、Iignmax、Uignmax、Prun等。

2.1 电感L的确定

确定电感 L 的值,一般来说,应该根据荧光灯工作的功率来确定。即灯在正常工作时,在低 Q 值 LCR荧光灯回路的能量转换中,在荧光灯工作频率响应下,功率转换的最大值发生在电感电压为输入电压的一半,此时电子镇流器输出给 LCR 回路的输入功率Pin为:

由式(6)得出电感的表达式如下:

式中,η为转换效率,在选择合理的η时要考虑到半桥开关的的开关损耗、导通损耗及电感电阻和灯丝电阻的损耗等。

2.2 电容C的确定

为使荧光灯能够安全、可靠地工作,在输出回路中还有必要正确选择电容C的值。也就是说,我们希望电子镇流器能够满足以下三个条件:

(1)fph-fign>5kHz; (2)Iign

(3)Uph

Iign和Uph可根据以下公式推出:

Iigh=2πfignCUign (8)

依据上面的表达式,借助MATLIB工具软件,可得如图3所示的以电容 C 为横坐标的各变量的变化曲线。在这里,我们选定的参数为:frun=40kHz,η=0.95,Uin=110V,L=1mH。由图3我们可选择 C的值,再由 L、C 的值确定灯的三个频率点与灯管的电气特性是否匹配。

3 应用电路设计

采用荧光灯电子镇流控制器BL8301驱动双极型晶体管功率开关组成的半桥逆变器电路如图4所示。

电路工作时,首先由IC内的振荡器产生一高频信号,预热时间主要由6脚的外部电容来决定。当C3上的电压达到门限电平时,电路进入点火模式。预热电容C3开始放电,振荡器和半桥开始从预热频率沿向下的斜坡向工作频率扫描和偏移(如图2曲线3所示)。一旦扫描频率达到镇流器输出扼流圈L2和并接在灯管两端的启动电容Cs(通常容值为2.7～8.2nF)组成的LC串联电路的固有频率f0时,电路将发生串联谐振,以便在CS两端产生一个高压脉冲来对灯点火,只要灯管完好并且击穿,灯则被点燃。

4 实验结果和结论

采用HB-3A测试启动特性,灯管两端经过0.39秒达到电压峰值,其峰值电压有效值为0.47A。通过以上测试数据可以知道,灯管无高电压冲击,灯丝在预热阶段施加能量足以使灯丝加热至发射温度,而后灯管自然启辉。这种以灯管电气特性的频率与电子镇流器相匹配的思路对于延长灯管寿命会带来较大益处。

参考文献

[1]Zhi Li,Philip Mok K T,Ki Wing-Hung,etal.Asimple method to design resonant circuit of electronicballast for fluorescent lamps[C].In:IEEE Interna-tional Symposium on Circuit and Systems,HongKong,1997.

[2]Thomas J.Ribarich and John J.Ribarich.A newprocedure for high-frequency electronic ballast de-sign[C]In:IEEE,Industry Applications SocietyAnnual Meeting,New Orleans,Louisiana,1997.

高压钠灯电子镇流器的研制 篇2

1)较高的功率因数(≥0.99);

2)适应温度范围-20～50℃，且防雨雪;

3)输出到灯的功率必须恒定;

4)为防电极极化，灯的电流必须是交流，而且须防声共振;

5)必须有2.5～4kV的点灯触发电压，灯点亮后高压须消除，不影响灯的正常工作;

6)较高的功率(一般人行道为75W，道路为250W，广场为400W，最高达1000W);

7)对各种故障(灯短路、灯开路或无灯、弧光不正常、灯过压、灯过流以及电路本身的故障)的识别及保护功能完善。

2 方案的选择

能够实现上述基本功能的方法有好多种，虽然许多厂商竞相研制生产，但能做到实用较为困难，因为，简单的电路难以满足要求，复杂的电路成本昂贵。通过对HPSL电子镇流器的大量研究，本文介绍采用美国UNITROD公司专门为HIDL控制器设计的专用芯片――UCC2305[2]制作的250W镇流器，其基本的框图如图1所示。

它主要由功率因数校正(PFC)电路、UCC2305控制电路、触发电路和辅助电源4部分组成，电路较为简单。

2.1 功率因数校正

实现功率因数校正的方法很多[1][2][3][4][5]，本案选择UC3854B作为控制芯片，建立了固定频率平均电流型有源功率因数校正电路，如图2所示。在图2中，整流桥B1、储能电感L1、功率开关器件S1、升压二极管D1、输出滤波电容C1和电流取样电阻R1组成了PFC主电路。

图2

跟UC3854一样，UC3854B提供了有源功率因数校正的全部功能，这些功能包括电压放大器、模拟乘法/除法器、电流放大器和固定频率PWM，另外，还含有功率MOSFET栅极驱动器、7.5V基准电压、总线预测器、加载赋能比较器、低电压检测器和过流比较器等。平均电流模式的控制使正弦化线电流稳定、低失真而不象峰值电流控制需要斜率补偿。

交流176～264V输入电压经B1整流成为100Hz的正弦半波电压，为了迫使线电流跟随电压变化，UC3854B的脚6经R5引入这个正弦半波线电压取样，内部乘法器将此信号(设为B)与输出电压放大器的输出(设为A)相乘，产生电流控制环的基准信号。同时正弦半波电压又经由R2，R3，C3，R4和C4组成的分压电路产生与线电压的均方根值成正比的电压值，这个电压送到UC3854B的脚8，在其乘法器中平方(此值设为C)。乘法器将实际线电流与电压放大器输出的乘积除以线电压的均方根值的平方，即乘法器的输出IM=AB/C。脚8的输入可对线电压的变化作出补偿，使PFC能够在85～255V的输入电压范围内工作。R1是线电流取样电阻，它的负端与乘法器的`输出一起接到电流放大器的正向端，正端接到电流放大器的反向端。该电流放大器有较高的低频增益，但控制环路的带宽很大，使线电流跟随线电压变化成为可能。

UC3854B相比于UC3854，提供了一个宽的带宽、低偏置的电流放大器、具有快速响应的“能使”比较器、判断基准好坏的比较器以及一个改进的乘法器/除法器，低电压保护改为10V，启动电压为10.5V，而不再是UC3854的16V，启动电流更低。

由于这方面的资料和文献极多，本文不再作更详细的叙述和计算表达。电路中主要元器件B1为4A/600V整流桥，L1=1.2mH，S1为IRFP840，D1为MUR086。

2.2 UCC2305控制器

UCC2305集成了控制和驱动HIDL所有的功能需要，它适用于金属卤素灯(如汽车大灯、放映机灯等)、高压汞灯和高压钠灯等高强度放电灯控制器的驱动和控制。它包含一个完全的电流模式脉宽调制器、一个灯功率调节器、灯温补偿器和所有故障保护。

UCC2305的内部结构和功能如图3所示。其单端驱动脚19(PWMOUT)可驱动正激式、反激式、升压式、降压式等不同类型的电路。主输出脚9(QOUT)和脚15(QOUT)采用大电流推拉电路，可以驱动半桥和全桥电路。桥路输出采用低频交流，UCC2305内置分频器将单端驱动的频率(一般取100kHz)除以512，得到195Hz的低频，因此消除了声共振。声共振是HIDL在高频电源供电时出现的放电电弧不稳的现象，其机理是灯管内压力波的脉动从管内壁反射回来，如果与高频电流的脉动成分相位相同，则形成驻波，产生声共振，轻则灯光抖动，重则烧毁灯管和镇流器。

图3

图4给出了采用UCC2305作为控制芯片的250WHPSL电子镇流器的原理图。由于HIDL的阻抗非线性(其阻抗特性见图5)，在灯未点亮之前处于高阻，一旦外加高压触发点亮以后灯就导通，其两端电压迅速降低，灯电流增大，呈现负阻特性。如果还以平常的电压加于灯上，灯将烧毁。而HIDL在刚启动的冷态和长时间工作的热态的阻抗又有很大差别，因此，HIDL控制器必须是一个电流模式控制下的恒功率输出。在本方案中，单端采用了降压式Buck电路，将PFC输出的400V电压，在恒电流下降至HPSL所需的工作电压。由于是高端驱动，所以需将PWM信号电平移位，采用IR2117或者TLP250等IC均能实现。电流取样采用电流互感器T1，因为开关频率较高，因此只需很小的磁芯，初次级匝比为1：100。电流信号经D10整流后送到UCC2305的脚23(ISENSE端)。在UCC2305中HIDL功率的调节是计算灯电流和电压，指令适当的输入电流保持灯功率的恒定。而灯的电压由分压比为120：1的分压电阻R36与R37得到，送到芯片的脚11(VOUT-SENSE);灯的电流由取样电阻R18得到，这个信号送到芯片的脚5(LOADISENSE)。UCC2305的电流模式PWM类似于工业标准的UC3842和UCC3802电路，使用高增益开环放大器，LOADISENSE信号直接送入该放大器，放大器放大了预期灯电流和实际灯电流之差，并在反馈误差放大器脚LPOWER产生一个粗略地比例于灯功率的输出信号。开环放大器驱动一个高速PWM比较器，这个比较器将控制器的输入电流，即脚23的ISENSE信号跟开环放大器的输出电流比较，用这个信号设置占空比。因此，控制器的输出调节在恒定的功率，以使灯光的强度相对恒定。

S3、L2和C14的确定在文献[3]有详细的计算，对于一个250W的HPSL，S3采用IRFP840、L2选用EE30铁氧体磁芯,电感量1.5mH，C14为100μF、400V的电解电容。

控制器的输出采用全桥逆变器。逆变器工作在195Hz的低频，灯的平均电压为零。桥路的驱动由脚QOUT和QOUT输出，它们均以50%的占空比工作，相差180°。采用IR2110驱动高端和低端的MOSFET管。这样的方法成本较贵，也可以低端直接驱动，高端采用一个高压晶体管、一个上拉电阻以及正确的相位。灯在正常点燃时，需要变换灯的极性，但当灯还未点亮时交流电压将干扰启动。UCC2305有一个“NOTON”的逻辑输出，当灯还未点亮时为高电平，点亮后为低电平。将该输出连到脚DIVPAUSE，点灯时使低频逆变停止，直至灯彻底点亮。

图4

UCC2305的供电来自于一只6.8V的稳压管D8，它可以防止供电过电压及有可能出现的反向供电。6.8V电压接到VCC端，但器件工作的许多功能供电须来自于连接到脚BOOST的近似于10V的电压。将脚PUMPOUT当作一个交流信号和将外部的二极管当作开关器件，通过电压倍压器，在脚BOOST可得到这个10V供电，满足包括MOSFET驱动等在内的其它所有功能需要。用阻抗大于10kΩ的分压器从脚VCC接到脚BAT，对芯片具有可靠的保护。

UCC2305控制器PWM振荡器由脚ISET和脚OSC接地的电阻和电容决定振荡频率fOSC=2/R28C20。对于100kHz，R28应为100kΩ、C20应为200pF。UCC2305中所有电路均工作在R28所设置的偏置电流下，最佳工作状态时应在75～150kΩ之间。

UCC2305内部含有复杂的电路来预测灯温、补偿灯温，当灯处于冷态时，给灯较高的功率，当灯温升高时减少功率到一般的水平。这样可以满足象汽车大灯等需要开启时就很快达到满亮度的要求。这个功能的实现是在开灯时，通过检测连接于脚SLOPEC和脚WARMUPC上的电容CS和CW上的充电电压，预测灯温，关灯时，这两个电容以一个可控制的速度放电，放电电流通过UCC2305内的电流源所设定。控制这些电容放电的能量来自于连接到BYPASS的一个电容C22存储的能量。所需电容的值可以假定一个最大5μA的BYPASS电流、60s的放电时间以及5V最大可允许的下跌电压，估算，即C=IΔt/ΔV=5μA60s/5V=60μF。CS及CW必须是精密薄膜电容，与灯的“时间-温度”关系相匹配。

从冷灯峰值电流到热灯峰值电流的额定值，通过脚ADJ的电压控制，从脚ADJ到地连接一个电阻来设置这个电压。冷灯的短路电流到热灯的短路电流的值，也被这个电阻设置。

脚VOUTSENSE的电压比例于灯的电压，UCC2305检测脚VOUTSENSE的电压，将它与内部83mV的低门槛电压和2V的高门槛电压进行比较，如果电压不在这个范围，说明灯还未点燃或者开路或者短路，IC将用接近250nA的电流拉升接在脚FLTC和地之间的电容C19的电压。如果故障的时间足够长，使C19的电压超过5V，表明有灾害性故障，并关断IC，直至从脚BOOST撤除供电。如果故障在C19达到5V之前查明，电容即被放电直至0V，进入正常工作状态。放电电流50nA，放电时间比充电时间长5倍。正常工作的灯电压在60～110V之间，短路时在10V，启动时最高限制在600V。

2.3 启动电路

普通荧光灯电子镇流器的LC谐振电路虽然也能使HIDL启动，但并不满足HIDL的需要。HPSL的启动需要3～4kV的触发电压，使电弧管击穿，并提供足够的能量，使辉光放电尽快转化为弧光放电。对于HPSL启动器，有很多电路都有专利保护，虽然电路不算复杂，但在电路设计和元器件的选取上，都有一些技巧。一般的启动电路，在文献[4]中有详述。

3 结语

高频电子镇流器 篇3

荧光灯用交流电子镇流器是二十世纪七十年代末发展起来的一种电子照明产品,由于具有节能效果显著、体积小、重量轻、无闪烁和高效率等特点,并且符合中国绿色照明发展的需要,因此得到了迅速的发展,目前已广泛应用在各个照明领域。交流电子镇流器的原理是利用开关电路将输入工频(50/60Hz)交流电变换为较高频率(20k Hz~50k Hz)输出交流电,并使一个或几个荧光灯正常启动和稳定工作,其核心就是高频变换器。但由于电子镇流器工作在较高频率,因此也带来了一些不同于工频电器的新的安全问题。例如,使用电子镇流器的灯具在接通时,人手若握住荧光灯两端更换光源,当接入荧光灯座,灯具内电子镇流器就开始为荧光灯阴极提供阴极预热电流,此时由于电子镇流器的高频输出,有可能由于高频电流的电容性感应通过人手产生流过人体的高频泄漏电流,使人体产生触电感觉,导致出现不安全因素。针对电子镇流器特有的高频泄漏电流问题,IEC61347-2-3/GB19510.4荧光灯交流电子镇流器安全标准中都对电子镇流器的高频泄漏电流的限值做了明确的规定,旨在保证电子镇流器中由于电容性感应产生的高频泄漏电流不超过相应的安全限值。

2 测试方法及原理

为了模拟人手在更换光源时可能触及的高频泄漏电流情况,GB19510.4(IEC61347-2-3)电子镇流器安全标准[1]中提出了如图1的试验方法[2]:

如图1连接好电路,每支灯只有一端与电路连接,两灯应平行(此种情况下会对地形成最不利的电流泄漏状态),灯之间的距离应保持在200mm以上,在木桌上用高75mm的木块把两支灯支撑起来,这样可防止灯互相之间以及灯和大地之间的容性感应。在一支灯的一端用宽为75mm的金属箔包一圈,该金属箔圈离灯头的金属封装帽边缘10mm,金属箔接在一个2kΩ的无感电阻的一端,无感电阻的另一端应可靠接地,通过测量无感电阻两端端电压来计算产生的泄漏电流值。在测试时为了得到最不利的泄漏电流状况,应对电子镇流器和两支灯的不同连接组合分别进行测量,以求得到最大电容性泄漏电流值作为判断依据。不同工作频率下的管形高频荧光灯的泄漏电流的极限值如图2所示:

该限值图的横坐标为容性泄漏电流持续时间,纵坐标为泄漏电流限值,不同曲线代表了镇流器从20k Hz~50k Hz的不同工作频率。从图中可以得出电子镇流器启动过程各个时间的泄漏电流限值。

3 计算机自动化测试方法的实现

传统的测试方法是利用示波器记录下电子镇流器整个启动过程,找出泄漏电流的持续时间段,然后对应泄漏电流限制图中的相应工作时间查出其限值,逐一判断是否符合标准要求。由此可见利用传统的测试方法进行试验时存在着费时费力且准确度不高,容易出现误判漏判等缺点,并且不同工作频率的镇流器对应了不同的泄漏电流限值,人工判断也极易出错。

本文利用计算机通过连接示波器实现对测试数据的实时采样、存储、分析和处理,最后由计算机自动判断出结果,以实现整个试验过程的自动化测试。其测试流程如图3所示:

本文测试系统采用Agilent 54642A示波器,该示波器拥有500MHz的带宽和高达200MSa/s的采样数率,能较好的满足本试验的要求,且该示波器自身带有RS-232接口,可通过数据线缆与计算机的RS-232接口实现数据通信。自动化测试程序界面如图4。

通过测试软件界面可设置连接示波器实时采集数据或导入示波器波形数据文件两种方式,可满足实验室现场测试和非现场数据存储分析的要求。图5为测试软件的程序流程图:

图6为某电子镇流器的高频泄漏电流实测结果图。从程序界面选定镇流器工作频率后,测试软件根据实测泄漏电流波形给出测试数据,并自动做出符合性判定。同时根据批量测试的需要,自动对测试样品进行编号并记录测试结果,极大的减轻了该项目的测试工作量,提高了测试效率。

4 结束语

电子镇流器高频泄漏电流的测试是电子镇流器安全标准中测试难点之一。本文利用计算机实现对电子镇流器高频泄漏电流的自动化测试较好的解决了这一问题,并且改善了传统测试方法的费时费力,容易误判漏判的不足,提高了测试效率和测试准确度,同时也为如何在日常检测工作中运用自动化的测试手段做了一点有益的尝试。

参考文献

[1]国家质检总局和国家标准化委员会.GB19510.4-2009灯的控制装置第4部分荧光灯用交流电子镇流器的特殊要求[S].2009:15

高频电子镇流器 篇4

摘要：上海贝岭生产的专利电子镇流器控制器BL8301可为电子镇流器半桥LC谐振逆变器提供所有必需的控制和保护功能，可用于设计80W以下中高端荧光灯交流电子镇流器。文中介绍了BL8301的基本结构特点和功能原理，给出了BL8301的应用电路。

关键词：BL8301 镇流器驱动芯片 预热启动 保护

1 概述

自20世纪90年代之后，国外很多著名的半导体巨商(如美国IR公司、摩托罗拉公司、意法半导体公司、飞利浦公司、安森美公司及飞兆公司等)都相继推出了电子镇流器控制/驱动器IC。但在我国，此类ASIC几乎是一片空白。最近，上海贝岭股份有限公司也推出了自己的荧光灯交流电子镇流器控制/驱动器BL8301，并已获得国家专利保护。这种高端镇流器控制IC的问世为相关设计人员提供了很大的.便利。

BL8301的主要特点如下：

●可驱动由双极型晶体管(如MJE13005)组成的镇流器半桥逆变器，并可产生约1μs的死区时间，从而避免了半桥高、低端晶体管的“直通”;

●具有灯丝预热启动功能，其预热频率、预热时间及常态下的灯燃点工作频率都可通过外部元件进行设置;

●可提供半桥过流保护、灯管开路保护、灯丝烧断保护、灯点火(启动)失败保护、灯寿终检测与保护等故障保护功能;

●内置11.4V稳压电路，可微功率启动(启动电流<600μA);

●外围电路简单，元件数量少，成本较低;

●采用14脚DIP或SOP封装，所有引脚均有ESD保护功能。

2 引脚功能、内部结构及推荐工作条件

采用14脚DIP或SOP封装的BL8301引脚排列如图1所示。

BL8301内部集成有电源管理、压控振荡器(VCO)、预热准备、过流检测、窗口电平检测故障保护、控制逻辑及输出驱动器等电路，其内部功能框图如图2所示。

BL8301的推荐工作条件如下：

●电源电压VCC：15～25V;

●预热频率设定脚(Rpre)电压Vrpre：4～7V;

●振荡器输出脚(Rt)电流Irt：20～200μA;

●电流检测输入脚(Pro)电压Vpro：0～Vcc;

●窗口检测输入1脚(LD1)电压VLD1:0～Vcc;

高频电子镇流器 篇5

近年来我国选煤技术得到快速发展, 基本上形成了以粗粒煤重介旋流器分选、煤泥浮选为主的成熟分选工艺。发展趋势是重介旋流器向大型化方向发展, 煤泥浮选则向着提高煤泥选择性的方向努力。伴随着重介旋流器大型化发展, 其分选粒度下限不断上升, 在浮选中高效浮选设备的广泛使用使得浮选粒度上限下降。其结果导致煤泥粒径在0.25~2mm, 处于重选粒度下限和浮选粒度上限之间[1]的粗煤泥得不到有效分选。并且重选、浮选对其单独分选得不到理想的分选效果。它的特点是:粒度处于重选的分选下限附近, 灰分比重选精煤灰分高2%~4%, 煤与矿物的解离比较充分。如果粗精煤进入精煤产品则会污染精煤, 是精煤灰分偏高;进入中煤或矸石, 则又损失精煤。影响选煤厂综合经济效益。只有解决粗煤泥处理环节的有效分选问题, 才能减少对精煤的污染, 保证全粒级精煤质量和产率的最大化。

2 工艺流程

2.1 水力旋流器及高频筛联合工艺流程。

2.2 流程特点。 (1) 末精煤筛下水、离心液或磁选尾矿全部进入水力旋流器, 流程简单, 设备少; (2) 水力旋流器结构简单, 无运动部件, 处理量大, 工艺效果良好, 可用于分级, 浓缩, 脱泥等; (3) 能减小高灰细泥对精煤的污染; (4) 有效防止粗颗粒物料进入下一道工序。特别注意旋流器与筛下水都去浓缩机。

3.1 水力旋流器结构及原理。

如图2 (a) 所示, 水力旋流器由给矿管、筒体、锥体、底流管组成。图2 (b) 则显示了水力旋流器分选原理:矿浆在一定压力下由给矿管切向给入旋流器, 在旋流器内形成一个回转流。旋流器中心处矿浆回转速度最大, 离心力也最大。因此, 矿浆向周围扩展运动, 使中心轴周围形成低压带。作用在矿粒上的离心力与矿粒质量成正比, 当矿粒密度接近时可按粒度大小分级 (密度不同则得到等降颗粒) 。

矿浆在旋流器内既做切向回转运动, 又做向内的径向运动, 而靠近中心的矿浆沿轴向上 (溢流管) 运动, 外围矿浆则向下 (底流管) 运动。在旋流器空间内形成近似锥形面的零速包络面。细小颗粒离心沉降速度小, 被向心的液流推动进入零速包络面由溢流管排出成为溢流产物;较粗颗粒在较大的离心力作用下, 保留在零速包络面外, 最后由底流管排出, 成为沉物。

3.2 水力旋流器分选效果。

旋流器入料粒度为0.5~1.0mm, 入料浓度为100g/L, 处理能力为80m3/h。表1显示了A选煤厂分选粗煤泥的分选效果。

由表1分析得, 粗煤泥实际分选密度1.52g/cm3, 分选0.5~1.0mm粒级粗煤泥时, 取得了较好的分选效果, 说明水力旋流器在分选粗煤泥方面具有可行性。

3.3 高频筛结构及工作原理。

如图3所示。在高频振动作用下, 筛机作高频和高振动强度往复运输, 按作用不同, 沿筛面全长分为预脱水、滤层形成和过滤脱水三个工作区域。在高频筛振动力和物流离心力作用下, 进入预脱水区的流体紧贴弧形筛面运动, 靠近筛面的水和部分小于筛缝极细颗粒透筛, 而较粗颗粒在被筛面上, 沿筛面向下运动, 脱除绝大部分的水。

在滤层形成区, 物料在弧形和直段筛面的过渡处发生速度突变, 而形成特殊的“水池”, 来自预脱水区的糊状物进入“水池”后, 较粗颗粒沉降而接近筛面, 形成一层薄的滤层, 阻挡细颗粒透筛。

在筛面振动下, 物流不断输送到过滤脱水区, 由于筛面负倾角和物料沉降脱水作用, 筛上物料运动速度依次递减, 形成物料层内部间的挤压, 料层上表面的薄游离水层返流回“水池”, 而料层下部水透过滤层和筛缝而透筛。

3.4 高频筛脱水效果。

高频筛对粗颗粒煤泥有很好的脱水效果, 柴春玲已经在之前的研究中有明确的结论:筛机工作时要保证足够大的入料浓度, 否则会造成跑水;对于粒度小于0.125mm的细颗粒煤泥无法实现固液分离。

4 结论

利用水力旋流器对煤泥进行分级并浓缩达到高频筛入料浓度, 在通过高频筛对粗煤泥进行回收, 提高了回收效率, 且降低粗煤泥水分、灰分。该工艺简单, 能耗小, 使用操作维护简单。

摘要：本文通过简述水力旋流器及高频筛联合工艺流程, 对水力旋流器及高频筛的结构及工作原理的介绍, 证实水力旋流器及高频筛工艺回收粗煤泥的可行性。

高压钠灯电子镇流器的研究 篇6

1 电子镇流器的有源功率因数校正技术

电子镇流器本身, 实际上是一种AC/DC/AC的特种电源。采用二极管整流、电容滤波的整流环节的输入电流会严重畸变。为消除大量使用时对电网产生严重的谐波污染, 提高功率因数, 最理想的方法是采取功率因数校正措施, 从根本上消除谐波源。对于多极电子镇流器, 有源功率因数校正 (APFC) 技术被认为是合适的选择, 这里分两种情况, 一种是采用专门的有源功率因数校正 (APFC) 级的多极电子镇流器, 另一种是通过单级结构的电子镇流器获得高功率因数。

交流对直流转换器的基本电路结构根据储能主电感的相对位置可分为降压式、升压式、升降压式、邱克式、Sepic式及Zeta式六种, 理论上来讲, 这些电路都可以作为功率因数校正电路。因为Boost电路结构简单, 功率开关管源端对地易于驱动、输入端的噪音少等很多的优点, 实际应用中Boost变换器是最普遍使用的。

目前很多公司都推出了成熟的功率因数校正芯片, 如临界导电模式的Motorola公司的MC33262、ST公司的L6561、Fairchild的FAN7527、TI公司的UCC28050等, 它们都可以用于恒导通时间控制技术的乘法器方式Boost有源功率因数校正电路, 但芯片内部的结构设计有所不同, 特别是误差放大器环节。L6561和FAN7527是电压型的误差放大器, MC33262和UCC28050是跨导型的误差放大器, 因此在设计时稍有差别。而连续导电模式有4981、3 8 5 4等芯片, 其电路结构和调试相对复杂。

鉴于临界导电模式boost电路相对于连续模式电路简单, 易于调试, 本文课题中的两极式电子镇流器采用准断续模式、不定频率、峰值电流控制型的A P F C升压式变换器, 构成两级式电子镇流器的前级, 以获得高功率因数, 其主要作用包括: (1) 解决高压钠灯电子镇流器输入电流畸变问题, 迫使输入电流为正弦波; (2) 当输入电压或负载在大范围内波动时, 可以获得稳定的直流电压, 提高电子镇流器的可靠性和安全性。由于介绍临界导电模式boost电路的资料很多, 其原理在这里不再详述, 图1为M C 3 3 2 6 2构成的临界导电模式A P F C升压式变换器电路, 作为电子镇流器的前级。

2 高压钠灯的启动

对于较大功率的高强度气体放电灯电子镇流器, 为保证进线的高功率因数, 一般采用两级结构, 前级为PFC, 一般采用Boost型功率因数校正电路, 后级为逆变电路, 逆变电路是电子镇流器电路中最基本同时也是最关键的组成部分。对于中小功率级H P S灯电子镇流器来说, 逆变电路通常采用Class-D类电压型半桥式逆变结构, 对于大功率级H P S灯电子镇流器, 由于灯的稳态电压较高, 在前级P F C极输出母线电压不提高的情况下, 输出半桥结构不能提供足够的电压给灯端, 所以通常采用全桥式逆变结构。

C L A S S D型半桥结构的L C C谐振变换器由谐振电感L、串联谐振电容C s和并联谐振电容C p与半桥逆变器组成, 是一种电子镇流器中普遍应用的电路拓扑。其结构简单、便于设计, 而且所用开关器件少、成本低, 特别适合在荧光灯、高压钠灯等电子镇流器使用。但是现有的电子镇流器大多采用传统的P W M集成控制芯片来控制半桥的工作, 这种电路功能单一, 而且结构复杂, 芯片外围辅助元件多, 易受元件精度和温漂的影响, 系统的稳定性不够理想。

本课题采用这一电路拓扑, 半桥逆变器的工作由微控制器控制。通过合理的L C C参数设计和驱动频率控制, 可以同时满足高压钠灯的启动、过渡和稳态工作等阶段的工作要求, 同时, 微控制器可以实时检测谐振变换器负载的工作状态, 出现不正常时可立即停止半桥逆变器的工作, 进入保护状态。其基本电路见图2。

3 分段功率控制策略

根据H P S灯自身的电气特性, 可以近似地将H P S灯从启动之后的工作过程划分为两个阶段:预热和稳态阶段。为了确保镇流器能够很好地与高压钠灯自身的特性匹配, 实现稳态灯功率恒定控制, 本文采取了的分段控制策略:在预热阶段采用恒频开环控制, H P S灯向稳态自然过渡;在稳态阶段采用功率闭环控制, 具体思想如下。

预热阶段:高压钠灯启动后, 灯泡工作电压很低, 电流很大。随着放电过程的继续进行, 电弧温度渐渐上升, 灯电阻的逐渐升高。在此阶段内, 半桥逆变器工作在恒频状态, 镇流器输出近似线性增加的高频能量, 使放电灯逐渐向稳态过渡。

稳态阶段:在灯达到稳定的弧光放电后, 为了满足功率调节要求, 兼顾H P S灯的寿命、色温及不同灯泡之间的离散性, 特别是对于老灯, 因其灯电压比正常值要高很多, 如果没有功率闭环的控制, 其功率就会上升很多, 大大超过其额定值, 导致其寿命减小。因此, 需要采用功率闭环控制。

4 结语

本章基于对数字镇流器系统后级L C C负载串并联谐振电路的分析, 实现了高压钠灯的变频带滑频启动方法。该方法可以自动地适应不同灯的启动电压, 避免过高的电压对灯极的冲击与损害。同时实现了启动完成后的分段功率控制策略, 完成了半桥逆变器输入平均功率闭环控制方法和相应检测电路的设计, 采用功率闭环控制可以很好的控制灯的功率不超过其额定值过多, 有效地保护灯, 延长其使用寿命。

摘要：电子镇流器除具有十分重要的经济和社会效益外, 还具有相当的理论价值。作为电力电子技术应用的一个典型产品, 许多电力电子新技术, 诸如功率因数校正、谐波抑制、软开关、多重保护等都可以在其中得到应用。本文就高压钠灯电子镇流器的相关问题进行了理论研究。

关键词：电子镇流器,启动,功率控制

参考文献

[1]张卫平, 等.绿色电源——现代电能变换技术及应用[M].科学出版社, 2001:239～242.

[2]毛兴武, 祝大卫.电子镇流器原理与制作[M].人民邮电出版社, 1999:263～287.

[3]周太明.光源原理与设计[M].复旦大学出版社, 1993:77～86, 118～127, 173～275.

线性调光电子镇流器的参数计算 篇7

日光灯是现今日常生活中最主要的照明产品之一, 商业、办公照明等大多采用日光灯, 日光灯因此也消耗着大量的电能。日光灯管如果能够依据不同的环境需求进行调光控制, 改变灯管的输出亮度, 就能够节省不必要的功率损失。但是目前调光控制最大的问题在于电子镇流器的设计者对日光灯管在调光过程中呈现的负增量电阻特性的掌握不够充分, 造成灯管在调光控制时, 不能够线性化的功率调整, 形成灯管亮度的大幅度变动, 造成人眼感受上的不适应。

2 灯具模型选择

根据IEC的安全规范, T8型FL36瓦日光灯管的安全规范范围, 如表1所示。

依照上表的安全规范标准, 可以订定本论文所需的各项重要参数。预热时间的标准范围为0.5秒到1.5秒, 本文选择1.3秒。具体参数如表2所示:

镇流器电路所需的参数规格, 如表3所示。

3 镇流器电路参数计算

灯管的点灯步骤, 会经过预热、点灯以及稳态运转三个阶段[1]。预热以及点灯的阶段中, 灯管等效电阻近似于开路;稳态运转时, 灯管等效电阻相当于一个定电阻[2]。当选定了灯管的参数规格以及谐振组件值后, 从电子镇流器的输出级等效电路中, 就可以先利用基本电路模型作数学的定量分析设计。

(1) 预热阶段

在预热阶段中, RLamp近似于无限大, 相当于开路, 电路形成谐振组件值与灯丝电阻的串联, 灯管电压即为Cr两端上的电压, 如图1所示。此时假设镇流器的工作频率为fph (Hz) , 利用电容的阻抗公式可得到下列公式:

由图1, 可以推导出输出电压与输入电压的电压增益为:

上两式组合, 得到:

其中, Vin代表输入方波的电压峰值 (Volts) , Vph代表灯管的预热电压峰值 (Volts) , Iph代表灯丝上的预热电流峰值 (Amperes) , Lr、Cr代表谐振电感 (Henry) 以及谐振电容 (Farads) 。V阶段中的灯管开路电压值为241.083Vpk, 符合低于灯管预热时的最大开路电压Vph max, 确保灯管不会因为开路电压过高而误点亮。求出开路电压值后, 利用 (1) 式求出预热阶段的操作频率fph为56.356KHz, 并且由 (2) 式推导出输出电压对输入电压的转移函数方程式, 并且画出预热阶段的电压增益大小波形图, 如图2所示, 图中的虚线为灯管电阻值固定时的电压增益随操作频率变化的曲线。

(2) 点燃阶段

在点灯阶段中, 由于灯管仍然未被点亮, 因此依然等效于开路, 等效电路如图1所示。此时操作频率假设为fign (Hz) , 一样由电容阻抗公式可推得以下公式:

其中, Vign代表灯管的点灯电压峰值 (Volts) 。

此时流过电感电流的最大电流可以表示为点灯电流Iign, 并且作为电感饱和最大电流以及功率开关额定电流的依据, Iign可以额通过以下公式求得:

依据本文所设定的参数规格, 就可以由 (4) 式求出点灯时的操作频率fign为48.282KHz, 并且画出电压增益大小波形图, 如图3所示, 图中的虚线为灯管电阻值固定时的电压增益随操作频率变化的曲线。

得知点灯时的操作频率后, 根据 (5) 式可以推算出点灯时流过电感的最大电流Iign为1.2Apk, 可以作为设计谐振电感时的依据参考。

(3) 稳态运转阶段

灯管点亮后, 灯管等效电阻会瞬间下降, 此时输出级等效电路会变成低质量因子的RLC串联谐振并联负载电路, 如图4所示。

因此可得到电压增益的公式如下式:

其中, Vrun代表的是灯管的稳态电压峰值 (Volts) , ω代表的是操作角频率 (rad) , RLamp代表的是灯管的稳态电阻 (Ω) 。

假设稳态阶段的操作频率为frun (Hz) , 可由 (6) 式推导得出下式:

其中, 灯管的稳态电阻值可在单一操作点的状态, 利用灯管的输出功率以及灯管的稳态电压作线性化的运算求解, 得到下列公式:

其中, Prun代表灯管的稳态功率 (Watts) 。

依据本文所设定的参数规格, 先由 (8) 式求出灯管的等效电阻值为315Ω, 代入 (7) 式求出灯管的稳态操作频率frun为44.258KHz, 并且由 (6) 式画出电压增益大小波形图, 如图5所示, 图中的虚线为灯管电阻值固定时的电压增益随操作频率变化的曲线。

(4) 调光阶段

调光时, 再回到输出级等效电路, 将灯丝电阻忽略, 如图6所示。从而可以推导出输入阻抗的转移函数公式, 见式 (9) 。

由 (9) 式可以画出灯管在满载驱动时, 输入阻抗的相位波形图, 如图7所示, 图中的虚线为灯管电阻值固定时的阻抗相角随操作频率变化的曲线。

由图7可知, 在稳态操作频率时的输入阻抗相角为62.728°。因此在稳态操作时, 以输入电压为0°为基准, 输入电流的角度即为-62.92°, 此角度就是灯管在满载功率操作时的设定相位角ψ100%。而ψ1%的相位角设定就是设定在-90°角, 代表调光至最小功率时的相位角。

通过以上公式的步步推导, 可以得到表3所示的设计参数规格。

4 结论

由本文所模拟计算的电路结果得知相位调整日光灯调光控制电路要使电路的输出功率呈现线性化的变化, 必须精准的设计相位角的变化范围, 使电路的最小功率输出时, 输入电流的相位角刚好达到90°角的锁定输出, 才可以使灯管能够达到全功率的线性调整范围, 因此在设计电路时, 必须选定误差较小的设计组件, 调整所设定的最大与最小的相位角度, 使操作频率能够落在合理的设计范围内, 才能够避免造成灯管非线性的变化。

摘要：线性调光电子镇流器设计中日光灯的特性参数计算对电子镇流器的设计起着决定性的作用, 本文根据IEC:1997中规定的36瓦日光灯管的各项额定参数, 分析了电子镇流器在日光灯管预热、点灯、稳定运行几个阶段的电路模型, 根据电路模型来对电子镇流器所需的参数进行分析计算。

关键词：线性调光,电子镇流器,日光灯,电路模型

参考文献

[1]毛兴武/祝大卫编著.电子镇流器原理与制作[M].人民邮电出版社, 1999