万能节能灯的电路设计与制造

【专家解说】：照明行业也不例外，国内很多厂家打出了“节能，环保，绿色，省电”等等宣传标语，去令消费者注目，其中，用得最多的，便是电子式自镇流荧光灯(即我们俗称的节能灯)。 确实，节能灯与白炽灯对比，其优点是非常突出的.例如光效，节能灯为50-60流明/瓦，有的甚至高达68流明/瓦，而白炽灯的光效只有10流明/瓦左右。所以,同样瓦数的节能灯和白炽灯，在转换效率方面，节能灯是非常出色的。也就是说，从省电的角度来分析：例如你的一间房子里需要一盏发光总光通量为1200流明的光源，选用白炽灯，以白炽灯光效10流明/瓦来算，则需要120瓦，而选用节能灯，以光效为60流明/瓦来算，只需20瓦就够了。再如色温，节能灯有2700K，4000K，6400K，或者其它单一色温选择。而白炽灯只有2500K-3000K范围内选择（视功率而定）。 但是，因国内生产节能灯的厂家比较多,大部分厂家的技术水平，研发设备,生产设备相对较单薄。另一方面,某些厂家为了降低成本，选用次品零部件。使质量难以保证.特别是功率稍大，用于需大面积照明的节能灯。因此，”节能灯节电不节钱”的观念在消费者的心目中已根深蒂固。其实，节能灯是可以省电又可以省钱的，一个优秀的节能灯，寿命可达到5000小时以上。如加装了预热启动装置，还可达10000小时以上。 为了解决目前道路及城市亮化工程的高耗能问题，中山市晶品科技有限公司(金莱照明)，成功研发出一系列适用于需大面积照明的大功率三基色节能灯。 以下以一个各项标准均能达标的65W节能灯电子镇流器说明，灯管采用全螺,φ19,5T三基色灯管。原理如下图所示，它是一种单泵式无源功率因数(PPFC)电子式电子镇流器。 具体指标如下： 额定工作电压:220V AC 电流总谐波:<25%符合GB17625中的L级标准 EMC:符合GB17743-1999标准 功率因数：>0.95 灯电流波峰比:<1.7 寿命:>8000小时 光效：>68流明/瓦 显色指数：>80% 总光通量：>4500Lm 在上图中,C1、L1、C2、L2组成双π型低通滤波器,它对几百赫兹以下的交流电流呈现低阻状态，对于镇流器产生的高频共模干扰信号和差模干扰信号,即EMC(电磁兼容,传导干扰),则呈现高阻状态，使高频干扰信号不能通过电源线向外辐射，影响其它电器设备的正常运行，特别是一些精密仪器，电脑等。 50Hz的220伏交流电源经双π型低通滤波器后，由D1-D4组成的桥式整流电路对其整流成脉动的100Hz准直流电，然后经D5，对C6充电，对100Hz准直流电滤波，输出约320V的平滑直流电给由B，Q1，Q2等其它零件组成的自激式串联正反馈振荡电路供电。 在图1中，开关晶体管Q1和Q2为桥路的有源侧，电容C11组成无源支路。灯负载则连接在桥路中有源支路和无源支路的两个点之间。负载电流的回复通路由C11提供。R1、C9和双向触发二极管（Diac）DB3等组成半桥式逆变器的启动电路。Q1,Q2既是振荡电路中的重要元件，同时又兼作功率开关。 当电子镇流器加电后，流经R1的电流对启动电容C9充电。当C9两端电压升高到DB3的转折电压（约35V）值后，DB3雪崩击穿，C9则通过Q2的基极-发射极网络放电，Q2因正向偏置而导通。在Q2导通期间，电流路径为：+VDC→C11→灯丝→C11,C12→扼流圈L3→初级线圈N1→Q2→地。Q2集电极电流的瞬时变化，通过N1在B两个次极绕组N2和N3两端产生一个感应电势，极性是各绕组同名端为负。其结果是使Q2的基极电位升高，基极电流和集电极电流进一步增大，连锁式的正反馈立即使Q2跃变到饱和导通状态。在Q2导通时，启动电容C9将通过二极管D6和晶体管放电,以阻止对Q2的基极产生进一步的触发脉冲。启动电路提供一个外部触发信号，高频振荡的建立与维持则借助于可饱和变压器B绕组之间的耦合，产生正反馈来实现。当B达到饱和后，各个绕组中的感应电势为零,Q2基极电位呈下降趋势,Ic2减小，N1中的感应电势将阻止Ic2减小，极性是同名端为正。于是，Q2基极电位下降，Q1基极电位升高，这种连锁式的正反馈迅速使Q2退出饱和跃变到截止状态，而Q1则由截止跃变到饱和导通。在Q1饱和导通时，电流路径是：C11→D5→Q1→N1→L3→灯丝→C12,C13→C11。当脉冲变压器B磁芯进入饱和之后，连锁式的正反馈很快又使Q2再次饱和导通，而Q1由导通跃变为截止。如此周而复始，Q1和Q2轮流导通，使并联于灯管两端的灯启动电容C12,C13上的电流方向不断改变，迅速引起由L3和B等组成的LC网络发生串联谐振，产生一个高压脉冲施加到灯管上，使灯点火启动。 由于LC电路产生的高频谐波经D5,C8反复对C7充电,令C7有足够的能量补给，故其两端电压的脉动系数较小，灯电流波峰比小于1.7。 在设计中要注意工作频率要与L3，C12，C13，C10组成的LC串联谐振电路的固有频率匹配，LC串联谐振电路的固有频率可由下式求得： Fo=1/2π√L3*C11*（C12+C13）/C11+C12+C13 只要求得LC的固有频率，便可以调整B的匝比就可以改变灯的工作频率了，一般调在28K-35K便行了。 零件的选择 所有的电容均要选用最高耐温为105℃以上.C1,C2,C11可选用400V以上的CBB无极电容,电解电容需选用最高耐压为450V以上的优质铝电解电容.C3-C6,C8-C10,C12C13可选用1000V以上的涤沦电容.C3-C6,C8的大小将直接影响功率因数，电流总谐波，EMC等，建议不要把功率因数苛求得太高，达标就可以了，不然，EMC是很难通过的。C12，C13的选择尤其重要，一方面要兼顾灯在低温(-25℃)能正常启动,另一方面要兼顾灯的整体性能,包括三极管的温升,功率因数等. 磁性材料在整个灯中是非常重要的,一般有JPP-3,PC-30,PC-40等材料可供选择.变压器B的磁性材料的居里温度必须大于160℃,磁导率可选用2.5K或3K的磁环,温度变化曲线要平滑.L3要选用居里温度必须大于180℃的EE型或EI型磁芯. D1-D5,D9-D10要选用高压,高速快恢复二极管,如FR107,FR157等. 场效应管Q1,Q2要选用Vds大于500V以上,Rds(on)小于1.5Ω的场效应管，如IR的IRF830,IRF840等。 R1,R2阻值不宜太小,一般比R=320V*320V/W稍大就行了，W为该电阻的额定功率，否则，该电组容易击穿。若R1,R2阻值太大了，则会引发启动问题。 塑料灯壳要选散热条件好一点的灯壳,防止散热不良,引致电子镇流器的元件的环境温度过高,影响灯寿命. PCB排版布线 PCB排版布线问题在全部工序中显得尤为重要,有很多质量问题都出自于它.首先,就是爬电距离,若相邻两线电位相差得太大,而两线又相隔太近的话,很容易引起打火放电现象,令整支灯烧死,一般在此电路中,毗邻两线间距大于0.8mm便行了.其次,自身发热量大的元件,不能与自身发热量小的元件贴近, 特别是电容,否则,该电容很快爆裂或过早失效.还有,变压器B更应离热源远些,因为它对温度更敏感.为免产生一些不必要的寄生振荡,输入端跟输出端应相隔远些.另外,各焊点应离开足够的距离,以免在生产过程中产生连焊现象,拖慢生产.元件排布尽量不要太靠边,以免塑料灯壳在压装时压断元件管脚.还有些在你设计时产生的实际问题排版时应引起注意. 可靠性老化试验 所开发的新产品必须经过严格的老化试验.一般以10支为待试样品.首先,便是常温常压试验,即20℃,220V试验,若连续4小时工作正常,则可通过.紧接着是高温高压试验,考虑到此灯会装在密闭的IP65类型灯具里应用，固此试验的条件要苛刻些，须用85℃,265V试验,此试验为4小时,中途还要明灭几次,以试验此灯的高温启动特性,若不能启动,则要调整元件.紧接着是低温试验,把灯放在一个零下25℃的空间里,冰冻1小时,然后迅速拿出,通以额定电压,看是否能启动,若不能启动,则重新调整.若能通过,则可靠性老化试验已基本完成,接下来可以做些其它试验,如1000小时光衰试验,开关寿命实验,1000小时高温试验等. 应用情况。 本灯已应用于很多综合性场所，客户反映良好，典型的应用有：中山市小榄镇工业大道，路长9.5公里，每50米设一支灯杆，每支灯杆装2支，65W全螺旋节能路灯与传统的250W纳灯相比，高度相同（同为6米），在地面上用照度计检测，钠灯的照度为30Lux，节能灯的照度为28Lux，照度已基本上接近。