电子镇流器中磁性元件的选择及设计

1、1999年8月灯与照明第23卷第4期文章编号:1008-5521(1999)04-0022-04电子镇流器中磁性元件的选择及设计虞慧丽(江苏省通用机械研究所)摘要该文从设计、居里温度和温度系数,并对其饱和性进行了讨论。关键词磁性元件磁导率居里温度中图分类号TM923161B,紧凑型。但据有关部门调查,目前市场上的节能灯大都质量较差“,星期灯”现象时有出现。损坏的原因是多种多样的,除工艺方面的原因外,磁性元件的选择、设计不当,造成电路电流过大,引起烧毁的现象比较普遍。笔者根据自己实践,对磁性元件的选择和设计提出看法,供同行们参考。节能灯中的磁性元件通常有两个:驱动磁环和输出电感,它们是电子镇流器

2、的关键磁性材料的选择主要考虑以下参数:材元件。国内市场上的电子镇流器大都采用串料的磁导率、居里温度和温度系数。联谐振电路,其驱动电路常用磁环电路(如图1所示)。由于磁环离散性较大,有的电路则图1电子镇流器常用电路采取了去除磁环而从输出电感中直接抽头进行驱动。磁性材料通常是由铁氧体Fe3O4和一些微量元素掺和在一起,在高温下烧结、压制而成。由于成份的微小差别、烧结温度以及磁元件在炉腔中的位置的不同,即使是同一炉生产的磁性元件,其磁导率的离散性依然很大,给产品质量的控制带来一定的困难。如在磁性材料的所有参数中磁导率无疑是期损坏。因此磁性材料的筛选显得尤为重最重要的,它是衡量铁氧体转换效率高低的参数

3、,也是影响灯功率大小的参数之一。以要。果材料选择不当,磁芯会发烫,引起整灯的早© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2输出电感与输入功率及灯电流的关系第23卷第4期虞慧丽:电子镇流器中磁性元件的选择及设计232U-9W灯为例,取同一只电子镇流器同一感量愈大,即磁导率愈高,输入功率愈小,灯只磁环,测量不同的输出电感即不同的磁导电流也愈小。而磁环的磁导率愈高,输入功率对灯功率和电流的影响。图2表示了这种率则愈大,相应的灯电流也愈大。二者对功关系的曲线。图3

4、则表示了不同的磁环(同率和电流的影响是相反的。从图形和坐标上一输出电感)对灯功率和电流的影响。看,显然输出电感对功率的影响更大。据此推断要获得恒定的输出功率,如果输出电感的磁导率高,则与之配合的磁环的磁导率也必须高。分析图1电路,输出电感和磁环的输出电感,则磁环。为了,必须提高磁环的转换效率(在不改变其它参数的前提下),即提高磁环图3的磁导率。笔者仍用同一只灯作了输出电感和磁环由此可得出这样的结论,输出电感的电磁导率的关系试验。结果见表1。表1输出电感的电感量(mH)磁环的电感量(uH)磁环的磁导率输入功率(W)工作频率(kHz)3.573112658.937.23.785522459.237

5、.33.804217149.036.04.24719189.131.34.676928169.029.24.986626948.828.7从以上数据也可以得出这样的结论:在输入功率保持恒定的情况下,输出电感的电感量或磁导率愈高,磁环的磁导率也必须高,工作频率则有所下降,这与理论分析的情况完全一致。因此,从该意义上说,磁性元件的磁导率略选高一点为好,可以降低工作频率,减少磁性元件和开关管的高频损耗,二者正是电子镇流器的主要损耗。图4初始磁导率的温度特性影响磁导率的因素有很多:环境温度、工作频率、时间、直流偏磁场都会影响其大小。图4展示了某种材料的磁导率与温度的关温度的上升而上升,上升的幅度由温度

6、系数来决定。当温度上升到一定值即居里温度系。从图中可看出,在起始阶段磁导率随着时,磁导率会立即下降。由于节能灯的工作© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 灯与照明1999年24表2材料R6hAR2KBR2KDR5KR7KR10K初始磁导率u600200025005500700010000)居里温度(>200>180>200>140>125>120居里温度的关系。从表中可看出磁导率越高,居里温度越低,故不宜选择太高磁导率

7、的材料。此外,材料的温度系数也是一个重要的参数,如果温度系数过高,磁导率上升过高,引起灯功率尤其是大功率灯(13W、15W、18W)的灯功率下漂,严重时可下降10%15%,使光通量迅速下降,所以在选择磁性材料时必须要考虑温度系数,至可达120左右,。非常重要环境较为恶劣,图5从图中看,频率在10kHz100kHz范围内,磁导率较高且稳定,几乎不随频率变化,而磁损耗则以接近线性的曲线逐步上升。频率超过120kHz后,磁导率开始下降,而且磁导率愈高,其开始下降的频率(称截止频率)愈低,损耗上升速率也愈快。综合考虑电子镇流器的高频损耗、材料的居里温度、温度系数和截止频率,磁性材料的磁导率取20003

8、000,居里温度最好在式中N:匝数180以上,工作频率设计为30kHz。Bs:材料的饱和磁感应强度由于磁性元件处于高频交直流状态,如Sc:磁芯的截面积果通入线圈的电流过大,磁导率将急剧下降,磁元件处于饱和状态。所以设计时必须考虑它们是否会饱和。H d l=I对于输出电感采用引入气隙的方法,可显著降低其磁导率,大大减少磁芯损耗,缩小离散性,提高稳定性,这样磁芯也不易饱和。测试表明,气隙愈大,磁导率的离散性就愈小。如果将气隙加大到0.5mm,电感值的离散值可控制在5%的范围内。对于磁环,根据电磁学原理,材料允许的最大磁通变化量max=2s=2NBsSc对于封闭的磁环,根据安培环路定律©

9、1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第23卷第4期虞慧丽:电子镇流器中磁性元件的选择及设计25Hl=IN是不变的,即磁阻是恒定的。=t2H=INRmt1Idt=2Rmt2Vdtt1=SRm式中H:平均半径处的磁场强度l:磁路的平均周长Rm:磁阻按上述方法对其峰2峰值进行校核。正确选择磁性元件是保证节能灯质量的关键之一。正确选择是在50、242V的恶劣条件下,经测试磁性元件自身的温度在100左右,它们仍不会饱和,。反之,电路为了确保磁环不饱和,磁通量的变化应,难以判断

10、其而且即使是磁导率为2000的材即:料,其化学成分也有多种,所以经常出现这种mmax现象:磁环磁导率合格(电感量),但接入电路:后,电流严重超标,磁芯发烫,电路很快烧毁。感强度来决定磁环的工作电流和匝数,即最现在大多数生产整灯的厂家一般只有简单的大安匝数。电感测试仪,还没有磁性材料的专门检测设经示波器观测,磁环初级线圈上的电压备,这就需要整灯厂与磁性材料厂密切合作,的包络波和振荡波形如图6所示,可近似算共同把好材料关,使磁性材料的性能达到设作正弦波。计要求,从而为整灯质量的提高提供可靠的保证。本文的完成得到了原南京电子管厂朱佩钦厂长的大力协助,在此表示衷心的感谢!参大学出版社,1989考文献1过壁君1磁芯设计及应用1成都:成都电子科技2张纪纲1射频铁