逆变器电压尖峰吸收电路

逆变器的工作原理

       桥式逆变电路的开关状态由加于其控制极的电压信号决定，桥式电路的PN端加入直流电压Ud，A、B端接向负载。当T1、T4打开而T2、T3关合时，u0=Ud;相反,当T1、T4关合而T2、T3打开时，u0=-Ud。于是当桥中各臂以频率 f（由控制极电压信号重复频率决定）轮番通断时，输出电压u0将成为交变方波，其幅值为Ud。重复频率为f如图2所示，其基波可表示为把幅值为Ud的矩形波uo展开成傅立叶级数得：uo=4Ud/π （sinwt+1/3 sin3wt+1/5 sin5wt+...）由式可见,控制信号频率f可以决定输出端频率，改变直流电源电压Ud可以改变基波幅值，从而实现逆变的目的。

cvcf系统逆变器是怎么样的逆变器

       IGBT综述　　1．1 IGBT的结构特点　　IGBT是大功率、集成化的“绝缘栅双极晶体管”(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它是80年代初集合大功率双极型晶体管GTR与MOSFET场效应管的优点而发展的一种新型复合电子器件，兼有MOSFET的高 输入阻抗和GTR的低导通压降的优点。图1所示为N沟道增强型垂直式IGBT单元结构，IGBT采用沟槽结构，以减少通态压降，改善其频率特性。并采用 NFT技术实现IGBT的大功率。IGBT用MOSFET作为输入部分，其特性与N沟道增强型。MOS器件的转移特性相似，形成电压型驱动模式，用GTR 作为输出部件，导通压降低、容量大，不同的是IGBT的集电极IC受栅一射电压UCE的控制，导通、关断由栅一射电压UCE决定。　　目前大部分逆变器都采用IGBT和IPM作为开关器件，由IGBT基本组合单元与驱动、保护以及报警电路共同构成的智能功率模块(IPM)已成为IGBT智能化的发展方向，将IGBT的驱动电路、保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一体的功率器件。35 kW等级的DC 600 V逆变器一般采用1 200 V／300 A模块，IGBT和IPM分为单单元和双单元，3只双单元模块可构成i相逆变器主电路，如图2所示。　　1．2 IGBT轨道车辆在供电系统中的应用　　轨道车辆中广泛采用IGBT模块构成牵引变流器以及辅助电源系统的恒压恒频(CVCF)逆变器。国外的地铁或轻轨车辆辅助系统都采用方案多样的 IGBT器件。德国针对机车牵引需开发适用于750 V电网的1．7 kVIGBT和用于1 500 V电网的3．3 kV IGBT模块，简化了牵引逆变器主电路的结构。日本的700系电动车组的三点式主变流器．采用大功率平板型IGBT(2 500 V／1 800 A)，整流器和逆变器的每个桥臂可用1个IGBT元件，从而使IGBT组件在得到简化的同时，功率单元总体结构也变得紧凑。　　我国引进法国Alstom公司的200 km／h动车组中，主变流器的开关使用耐压高达6 500 V／600 A的IGBT器件，辅助变流器采用开关频率为1 950 Hz的PWM技术，由3台双IGBT和相关反并联二极管组成，每台双IGBT组成三相中的一相；上海轨道交通3号线车辆是其辅助系统由电压等级为330 V的IGBT构成2点式逆变器直接逆变；广州地铁1号线车辆上的辅助系统采用IGBT双重直-直变换器带高频变压器实现电气隔离；深圳地铁一期采用6个用 作牵引逆变器的IGBT模块和2个用于制动斩波器的IGBT模块完成牵引逆变功能：天津滨海动车组主电路采用IGBT电压型三相直一交逆变器，辅助电源的 逆变器采用IGBT元件的逆变器，开关容量为3 300 V／800 A。　　2 IGBT在DC 600 V中的应用　　2．1 DC 600 V客车供电系统简介　　DC 600 V空调客车供电系统采用机车集中整流，客车分散逆变方式，构成了整个列车的交一直一交变流供电系统。工作过程为：电力机车将25 kV电网单相交流电降压、整流、滤波成DC 600 V后给客车供电，客车根据用电设备的需要，将机车提供的DC 600 V变换成单、三相交流电及DC 110 V。系统采用两套独立供电。具有一定的冗余，客车供电的基本原理图如图3所示。　　2．2 IGBT在DC 600 V供电系统逆变器中的应用　　空调客车使用2个由IGBT模块组成的35 kW逆变器供电，逆变器主电路原理如图4所示，主要由下功能模块构成：　　(1)由KMl、KM3电磁接触器组成的输入输出隔离电路，主要功能是在逆变器、输入电路或输出负载发生故障时实施隔离，防止故障扩散。　　(2)由滤波电容C1，C2组成的中间支撑电路，主要功能是滤平输入电路的电压纹波，当负载变化时，使直流电压平稳。由于逆变器功率较大，因此 滤波电容的容量较大，一般使用电解电容。由于电容自身参数的离散，使得串联的2只电容电压无法完全一致．采用电容两端并联均压电阻的方法，图4中的R1、 R2，其另一个作用是在逆变器停止工作时，放掉电容器的电荷。　　(3)由R0和KM2组成的缓冲电路，工作原理为：在输入端施加电压时，先通过缓冲电阻R0对电容充电。当电容电压充到一定值时(比如540 V)，KM2吸合，将R0短路。只有电阻R0短路，三相逆变电路才能启动工作。　　(4)由L1～L3和C1～C3，组成的交流滤波电路，可将逆变器输出的PWM波变成准正弦波。　　(5)由V1～V6组成的桥式三相逆变主电路是逆变器的核心电路。图4为三相逆变器的主电路图，输入端为A、B，输出为U、V、W。图5中V1～V6的导通顺序，阴影部分为各个IGBT的导通时间。每一格的时间为π／3，三相线电压的波形如图5所示。由图4看出，U、V、W三者之间的相位差为2π／3，幅值与直流电压Ud相等。由此可见，只要按照一定的顺序控制6个逆变器的导通与截止，就可把直流电逆变成三相交流电。　　(6)如果将方波电压按照正弦波的规律调制成一系列脉冲，即使脉冲系列的占空比按正弦规律排列，当正弦值为最大时，脉冲的宽度也最大；反之，当 正弦值为最小时．脉冲的宽度也最小，把脉冲的宽度调制的越细．即一个周期内脉冲的个数越多，调制后输出的波形越好，电动机负载的电流波形越接近于正弦波， 图6为负载波形。　　3 IGBT在DC 600 V供电系统中的保护　　由于IGBT的耐过压和耐过流能力较差，一旦出现意外就会损坏，因此必须对IGBT进行保护，客车DC 600 V供电系统逆变器的IGBT模块有过压、欠压保护，过流、过载、过热等保护功能。　　3．1 过压和欠压保护　　使用IGBT作开关时．由于主网路的电流突变，加到IGBT集电-发射问容易产生高直流电压和浪涌尖峰电压。直流过电压的产生是输入交流电或 IGBT的前一级输人发生异常所致。解决方法是在选取IGBT时进行降额设计；也可在检测m过压时分断IGBT的输入，IGBT的安全。目前，针对浪涌尖 峰电压采取的措施有：　　(1)在工作电流较大时，为减小关断过电压，应尽量使主电路的布线电感降到最小；　　(2)设置如图7所示的RCD缓冲电路吸收保护网络，增加的缓冲二极管使缓冲电阻增大，避免导通时IGBT功能受阻的问题。　　对于由接触网电压的波动而造成的输出欠压，逆变器可以不停止工作，而是采取降频降压的方式，即当输人电压低于540 V时，逆变器按照Y／F=C(常数)的规律降频降压工作。　　3．2 过流与过载保护　　空调客车的IGBT模块逆变器具备承受电动机负载突加与突减的能力：当输出侧和负载发生短路时，逆变器能立即封锁脉冲输出，并停止工 作，IGBT产生过电流的原因有晶体管或二极管损坏、控制与驱动电路故障或干扰引起的误动、输出线接错或绝缘损坏等形成短路、逆变桥的桥臂短路等。 IGBT承受过电流的时间仅为几微秒。通常采取的过流保护措施有软关断和降低栅极电压两种。　　软关断抗干扰能力差，一旦检测到过流和短路信号就关断，容易发生误动，往往启动保护电路，器件仍被损坏。降低栅极电压则是在检测到器件过流信号 时，立即将栅极电压降到某一电平，此时器件仍维持导通，使过电流值不能达到最大短路峰值，就可避免IGBT出现锁定损坏。若延时后故障信号仍然存在，则关 断器件；若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常工作状态．大大增强了抗干扰能力。　　当逆变器的输出超过其自身的输出能力，称为过载，逆变器的过载检测靠输出侧的电流或输入侧的直流电流传感器。一般情况下逆变器的过载保护为反时限特性。即设定过载电流为额定电流的1．5倍持续1 min后保护，而低于1．5倍可延长保护动作时间。而高于1．5倍时则保护动作的时间小于1 min。　　3．3 过热保护　　当逆变器的散热器温度超过允许温度时，散热器的热保护继电器给出信号让逆变器的控制电路自动封锁脉冲，停止工作。通常流过IGBT的电流较大， 开关频率较高，故器件的损耗较大。若热量不能及时散掉，器件的结温将会超过最大值125℃，IGBT就可能损坏。散热一般是采用散热器，可进行强迫冷却。 实际应用中，采用普通散热器与强迫冷却相结合的措施。并在散热器上安装温度开关，可在靠近IGBT处加装一温度继电器，以检测IGBT的工作温度。同时， 控制执行机构在发生异常时切断IGBT的输入，以保护其安全。　　4 结语　　IGBT模块开关具有损耗小、模块结构便于组装、开关转换均匀等优点。已越来越多地应用在铁路客车供电系统中。在应用IGBT时，应根据实际情况对过流、过压、过热等采取有效保护措施，以保证IGBT安全可靠地运行。

电力电子器件的缓冲电路有哪些主要作用

       1、 缓冲电路的作用与基本类型

       电力电子器件的缓冲电路(snubber circuit)又称吸收电路，它是电力电子器件的一种重要的保护电路，不仅用于半控型器件的保护，而且在全控型器件(如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等)的应用技术中起着重要的作用。

       晶闸管开通时，为了防止过大的电流上升率而烧坏器件，往往在主电路中串入一个扼流电感，以限制过大的di/dt，串联电感及其配件组成了开通缓冲电路，或称串联缓冲电路。晶闸管关断时，电源电压突加在管子上，为了抑制瞬时过电压和过大的电压上升率，以防止晶闸管内部流过过大的结电容电流而误触发，需要在晶闸管的两端并联一个RC网络，构成关断缓冲电路，或称并联缓冲电路。

        GTR、GTO等全控型自关断器件在实际使用中都必须配用开通和关断缓冲电路;但其作用与晶闸管的缓冲电路有所不同，电路结构也有差别。主要原因是全控型器件的工作频率要比晶闸管高得多，因此开通与关断损耗是影响这种开关器件正常运行的重要因素之一。例如，GTR在动态开关过程中易产生二次击穿的现象，这种现象又与开关损耗直接相关。所以减少全控器件的开关损耗至关重要，缓冲电路的主要作用正是如此，也就是说GTR和功率MOSFET用缓冲电路抑制di/dt和du/dt，主要是为了改变器件的开关轨迹，使开关损耗减少，进而使器件可靠地运行。

        没有缓冲电路时GTR开关过程中集电极电压uCE和集电极电流iC的波形，开通和关断过程中都存在uCE和iC同时达到最大值的时刻;因此出现了瞬时的最大开关损耗功率Pon和Poff，从而危及器件的安全。所以，应采用开通和关断缓冲电路，抑制开通时的di/dt，降低关断时的du/dt，使uCE和iC的最大值不会同时出现。

        GTR开关过程中的uCE和iC的轨迹，其中轨迹1和2是没有缓冲电路的情况，开通时uCE由UCC(电源电压)经矩形轨迹降到0，相应地iC由0升到ICM;关断时iC由ICM经矩形轨迹降到0，相应地uCE由0升高到UCC。不但集电极电压和电流的最大值同时出现，而且电压和电流都有超调现象，这种情况下瞬时功耗很大，极易产生局部热点，导致GTR的二次击穿而损坏。加上缓冲电路后，uCE和iC的开通与关断轨迹分别如3和4所示，由可见，其轨迹不再是矩形，避免了两者同时出现最大值的情况，大大降低了开关损耗，并且最大程度地利用于GTR的电气性能。

       GTR的开通缓冲电路用来限制导通时的di/dt，以免发生元件的过热点，而且它在GTR逆变器中还起着抑制贯穿短路电流的峰值及其di/dt的作用。GTO的关断缓冲电路不仅为限制GTO关断时再加电压的du/dt及过电压，而且对降低GTO的关断损耗，使GTO发挥应有的关断能力，充分发挥它的负荷能力起重要作用。

       IGBT的缓冲电路功能更侧重于开关过程中过电压的吸收与抑制，这是由于IGBT的工作频率可以高达30~50kHz;因此很小的电路电感就可能引起颇大的LdiC/dt，从而产生过电压，危及IGBT的安全。PWM逆变器中IGBT在关断和开通中的uCE和iC波形。在iC下降过程中IGBT上出现了过电压，其值为电源电压UCC和LdiC/dt两者的叠加。

        为开通时的uCE和iC波形，增长极快的iC出现了过电流尖峰iCP，当iCP回落到稳定值时，过大的电流下降率同样会引起元件上的过电压而须加以吸收。逆变器中IGBT开通时出现尖峰电流，其原因是由于在刚导通的IGBT负载电流上叠加了桥臂中互补管上反并联的续流二极管的反向恢复电流，所以在此二极管恢复阻断前，刚导通的IGBT上形成逆变桥臂的瞬时贯穿短路，使iC出现尖峰，为此需要串入抑流电感，即串联缓冲电路，或放大IGBT的容量。

        综上所述，缓冲电路对于工作频率高的自关断器件，通过限压、限流、抑制di/dt和du/dt，把开关损耗从器件内部转移到缓冲电路中去，然后再消耗到缓冲电路的电阻上，或者由缓冲电路设法再反馈到电源中去。此缓冲电路可分为两在类，前一种是能耗型缓冲电路，后一种是反馈型缓冲电路。能耗型缓冲电路简单，在电力电子器件的容量不太大，工作频率也不太高的场合下，这种电路应用很广泛。

尖峰吸收电路的原理是什么

       尖峰吸收电路是一种电力电子器件，它的主要功能是将电源输入端的瞬态电压尖峰值吸收，从而保护其他电子设备免受电压尖峰的损害。

       这种电路通常由一个可充电电容器、一个二极管或三极管、以及一些附加元件组成。当输入电压出现尖峰值时，二极管或三极管将电流导向电容器充电，电容器储存电能，在尖峰值消失后，电容器再将电能释放到电路中，这样就可以平均输入电压，避免电子设备受损。

       在尖峰吸收电路中，二极管或三极管的工作原理是当输入电压升高超过二极管或三极管的反向压降值时，它就会导通，把电流导向电容器。当电压下降时，二极管或三极管就会断开，把电流从电容器中释放出来。

       附加元件，如欠压保护电路、过流保护电路、热保护电路等可以用来保护电路和设备免受其他类型的损害。

       尖峰吸收电路通常应用于电源线路、驱动器、逆变器等电力电子应用中。

       尖峰吸收电路的应用范围非常广泛，并且在电源领域得到了广泛的应用。常见应用如下：

       1.工业控制系统中，为了保护贵重设备免受电压尖峰损害，尖峰吸收电路常常被用于保护电源线路。

       2.在逆变器中，尖峰吸收电路可以用来平均输入电压，保护设备免受损害。

       3.交流驱动器中，尖峰吸收电路可以用来保护电路和设备免受过电流的损害。

       4.供电线路中，尖峰吸收电路可以用来减少电网负载，避免电网超负荷。

       5.供电系统中，尖峰吸收电路可以用来提高系统的电能利用率。

       尖峰吸收电路可以保护电子设备免受电压尖峰的损害,并且在电源领域得到了广泛的应用。可以根据不同应用需求，设计合适的尖峰吸收电路。

逆变器电路

       交流电变直流电.用电元件直流电进行关.变交流电.

       工作程般整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路四程

       1. 整流电路

       整流电路功能交流电源转换直流电源整流电路般都单独块整流模块.

       2. 平波电路

       平波电路整流器、整流直流电压含电源6倍频率脉电压外逆变器产脉电流使直流电压变抑制电压波采用电电容吸收脉电压(电流)般通用变频器电源直流部主电路言余量故省电采用简单电容滤波平波电路

       3. 控制电路

       现变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP控制核实现全数字化控制

       变频器输电压频率调调速装置提供控制信号路称主控制电路控制电路由电路构:频率、电压运算电路主电路电压、电流检测电路电机速度检测电路运算电路控制信号送至驱电路及逆变器电机保护电路

       变频器采取控制式即速度控制、转拒控制、PID或其式

       4 逆变电路

       逆变电路同整流电路相反逆变电路直流电压变换所要频率交流电压所确定间使桥、桥功率关器件导通关断输端U、V、W三相相位互差120°电角度三相交流电压

求电子镇流器资料

       浅谈电子镇流器的工作原理

       关键词 高频交流电子镇流 半桥逆变 buck-boost PFC 单级变换

       一、高频交流电子镇流

       由于气体放电灯（如荧光灯、霓虹灯、卤素灯、金卤灯等）是一种负阻性电光源(特性曲线如图1所示)要使其正常稳定工作，需加一个限流装置。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯使用的镇流器有两种：（1）电感式镇流器；（2）高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在市电频率，体积大、笨重，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料，散热困难、效率低、有频闪，所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法，而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。

       电子镇流采用高频开关变换电子线路的方法实现镇流，具有无频闪、效率高、体积小、重量轻、可调光，不使用大量铜材和硅钢材料的特点，所以自20世纪70年代以来，高频交流电子镇流器一问世，由于它的体积小、发光效率高（发光效率与工作频率关系曲线如图2 所示）无频闪效应，适应供电电压范围宽、节能的一系列优点，受到了用户的欢迎。

       据统计，世界上照明用电占了世界上产生的总电量的1/4，如仅将现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的电子镇流灯泡，就可节省200GW的电能，从而少建几十个电站。由于高频交流电子镇流器节能和巨大的市场潜力，进入20世纪90年代后，各种气体放电照明灯广泛采用高频电子镇流器，形成一个"绿色照明"的新兴产业。

       "绿色照明"是90年代初国际上对节约电能、保护环境照明系统的形象说法。美、英、法、日等主要发达国家和部分发展中国家先后制定了"绿色照明"的计划，并已经取得明显效果。事实上，照明的质量和水平已成为衡量社会现代化的一个重要标志，成为人类社会可持续发展的一项重要标志。

       目前，我国已成为照明器具的生产大国，现有照明器具生产企业1000家，电光源产品有60多个门类3500多个品种规格，灯具产品30多个门类500多个品种规格。我国照明节能大有潜力可挖。目前，荧光灯、稀土三色紧凑型荧光灯已生产出适合家用的H、双H、O、D、双D、SL型等多种产品。这种灯与照度相同的管型荧光灯相比约节电27%，与白炽灯相比，可节电70%。2001年，按每户仅用一只节能灯计算，全国4亿只节能灯就可节电2000万千瓦电力，投资只需120亿元，而要生产2000万千瓦的电力，即需投资500亿元。所以在我国照明节能是一项很重要的课题。

       目前，世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心（VPEC），李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在IEEE功率电子学学刊刊出，并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念，美国加州理工大学（UCT）的S.CUK教授关于单级高功率因数电子镇流器，一种用于紧凑型荧光灯的E类电子镇流器，西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员进行开发。同时，国内一些著名科研院所、大学也投入了较大力量进行科研开发。这点可从国内相关科技文献看出。勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国，我国有较多的公司、企业从事这种"绿色电光源"产品的生产。

       特别是自20世纪80年代末、90年代初，IEC928（1990）、GB15143（1994）《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及IEC929（1990）、GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》等技术标准相继颁布与实施，使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。

       由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低，并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标严格，所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰，使用安全可靠的高频交流电子镇流器并非件易事，所以往往让人感到：看似简单的一个电子产品，但是技术含量很高，是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关（ZVS、ZCS）、LC串并联谐振、功率因数校正、电磁干扰抑制（EMC、EMI）、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术的方方面面。同时，如何测量高频交流电子镇流器的技术参数，如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰（EMI），也是高频交流电子镇流器的研究热点。

       实践证明，要做出一只高性能的高频交流电子镇流器，还需对它的负载--灯的技术特性、灯对电源的技术要求有所了解，否则要做出高性能的高频交流电子镇流器是不现实的。

       由于对电网供电质量的要求不断提高，国际电工技术委员会1982年分别制定了IEC555-2《家用设备及类似电器设备对供电系统的干扰》标准，和IEC1000-3-2《电磁兼容性标准》，分别对相关电器设备的功率、谐波成分、电磁辐射干扰等技术指标做出了要求，对高频交流电子镇流器而言也相应增加了电路的设计难度和制造难度。

       二、常用高频交流电子镇流器电路与改进

       （一）单级半桥谐振式

       由于半桥谐振式逆变电路工作可靠，对开关管耐压要求较低，所以采用半桥谐振式逆变电路为灯负载供电的功率变换电路使用最为广泛。它主要由：交流市电供电整流电路（滤波）、启动电路、串联谐振高频逆变电路、保护电路、灯负载几部分组成。

       这是一个典型的、自激振荡、自启动的LC串联谐振半桥逆变的高频交流电子镇流器电路，谐振主要由L、、C3、C4完成，利用谐振时C4上的高频电压点亮灯负载，当灯负载电流发生变化时，会影响谐振回路Q值，从而影响谐振电容C4上的谐振电压，来实现稳定灯负载电流的作用。

       由于这种电路采用元件少、造价低，所以目前国内市场上见到的高频交流电子镇流器大多采用类似的这种电路。

       但这种电路存在以下缺点：（1）无灯丝预热功能，易产生灯丝电极溅射作用，而降低灯丝的使用寿命，使用时间一长易造成灯管一端发黑的现象；（2）由于采用市电整流后直接给半桥逆变级供电，所以会产生很强的高次谐波干扰，降低交流市电输入侧的功率因数，并降低电源供电效率,采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时，会造成三相四线供电电网的地电位偏移，因而造成用电设备的损坏；（3）由于半桥逆变级工作在高频开关逆变状态，所以产生的高次谐波，会产生相应的电磁幅射干扰，影响其它用电设备的正常工作；（4）由于电路没有设保护电路，所以一旦市电电源供电发生故障（如电网电压升高过多）或灯负载发生破裂等故障时，易造成电路损坏，严重时还会发生火灾事故。

       （二）双级谐振式高频交流电子镇流器

       针对单级半桥谐振式高频交流电子镇流器电路存在的以上缺陷，人们又开发设计出了双级谐振式高频交流电子镇流器电路。它主要在普通的单级谐振高频交流电子镇流器的基础上，再加了一级有源功率因数校正（APFC）电路，用以进行交流市电输入整流滤波的功率因数校正，并限制高次谐波成分，从而达到减小电磁幅射干扰，提高输入侧功率因数的目的。并且由于有源功率因数校正（APFC）还有预稳压的作用，同时还可以调光（调节APFC输出电压），所以既可提高电子镇流器的电性能，又可提高电子镇流器的可靠性。

       有源功率因数校正按电路构成可分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式等几种。按控制市电输入电流的工作原理可分为：平均电流型、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型几种。按功率因数校正电路中电感电流的工作方式又可分为：电流连续型（CCM）、电流不连续型（DCM）。

       由于升压式有源功率因数校正电路具有PF值高、THD小、效率高，但需输出电压高于输入电压，适用于75W-2KW的应用场合，所以目前应用最为广泛。

       由于DCM型APFC电路简单，开关管应力小的优点，所以在电子镇流器中应用广泛。

       两级式具有APFC功能的高频交流电子镇流器电路由于增加了一级有源功率因数校正电路，所以增加了电路的复杂性，使成本提高许多，虽然双级式高频交流电子镇流器性能好，但由于成本、体积等原因也很难于大范围推广使用。

       (三)无源功率因数校正

       针对两级式有源功率因数校正电路的缺点，人们又试图探讨用无源功率因数校正的方法来提高高频交流电子镇流器的性能，如经常提到的有采用三只二极管和二只电容器的逐流电路的无源功率因数校正和高频复合能量反馈等方法，虽然在理论分析上可行，并有相应的实验结果、结论，但是至今未见广泛使用。还需进一步提高技术性能，但无疑这是一个很好的发展方向。

       （四）常用高频交流电子镇流器调光

       由于高频交流电子镇流器具有节能的优点，特别是在不需电子镇流器满功率进行的场合下，采用调光控制节能效果会更加明显。

       调光控制有一个用户可控制的调光控制输入端并应具有以下基本功能：能检测灯电流、灯电压、灯功率；利用反馈电路来调节用户设定的亮度。

       常用的调光方法主要有以下四种：占空比调光法、调频调光法、调节高频逆变器供电电压调光法、 脉冲调相调光法。

       1、占空比调光法

       这种调光控制法利用调节高频逆变器中功率开关管的脉冲占空比，实现输出功率调节，对半桥逆变的最大占空比为0.5，以确保半桥逆变器的两个开关管有一个死时间，以免两个开关管共态导通损坏。

       这种调光方法存在的问题是：如果电感电流连续并滞后于半桥电压Uxy，则开关可能导通时工作在零电压状态，关断瞬间需采用吸收电容达到ZCS工作条件，这样可进入ZVS工作方式，这是优点，EMI和开关管应力可明显降低。然而，如果占空比太小，以至电感电流不连续，将失去ZVS工作特性，并且由于供电直流电压较高，而使开关管上的应力加大，这种不连续电流导通状态将导致可靠性降低和加大EMI幅射。

       除了小的脉冲占空比，当灯管发生故障时，也会出现不连续电流工作状态，当灯为开路故障时，电感电流将流过谐振电容，由于这个电容的容量较小，所以阻抗较大。除非两个开关管有吸收电路保护，否则开关管将承受很大的电压应力。2004-3-17 11:24:04 angel

       2、调频调光法

       调频调光法也是常用的调光方法。如果高频交流电子镇流器的开关频率增加，则电感的阻抗增加，这样，电感电流就会下降。

       调频调光法的局限性：

       A．调光范围由调频范围决定，如果调频范围不大，则功率调节范围也不大。

       B．为了实现在低灯功率工作条件下实现调光，则调频范围应很宽（即从25KHZ--50KHZ）。磁芯的频率范围、驱动电路、控制电路可能限制调光范围。

       C．在整个调频范围内不易实现软开关。轻载时，不能实现软开关，并使开关管上的电压应力加大。硬开关的瞬态过渡是EMI幅射的主要来源。

       D．如果半桥逆变器不工作在软开关状态，则导致逆变器的损耗加大，导致效率降低。

       E．当开关频率在红外遥控的频率范围内时，荧光灯将发射低电平的红外线，如果调频范围很大，其它的红外遥控装置如电视机将会受到影响。

       F．灯电流近似反比于逆变器开关频率，调光与开关频率间不是线性关系。

       G．当灯管发生开路故障时，将出现DCM工作状态，特别是当开关频率很低时。

       3、改变半桥逆变器供电电压调光法

       利用改变半桥逆变器供电电压法实现调光有以下优点：

       A．调节半桥逆变器供电电压来实现调光。

       B．采用固定占空比（约0.5）的方法，使半桥逆变器工作在软开关电感电流连续的宽调光范围调光（这也可使开关控制电路简化）。

       C．由于开关频率固定，所以可以针对给定的灯型号简化控制电路设计。

       D．由于开关频率刚好大于谐振频率，所以可以降低无功功率和提高工作效率。

       E．由于开关频率固定，所以可以较方便的确定无源器件的参数。

       F．在较宽的灯功率范围内（5%--100%）保持ZVS工作条件。

       G．在很低的半桥逆变器供电电压下，将会失去软开关特性，将会出现电感电流不连续的工作状态。然而在直流供电电压很低的情况下，这种工作状态不再是个问题，这时的开关管应力和损耗将很小，即使硬开关在低直流供电电压情况下（如20V），也不会产生太多EMI幅射。

       H．可实现平滑和几乎线性的灯功率控制特性。

       I．可得到低功率解决方案，半桥逆变器的供电电压可以选得很低（如5%--100%的调光范围对应30-120V），这样可采用低电压电容和MOSFET。

       J．调光控制仅通过控制SEPIC变换器输出电压实现。由于半桥逆变器工作在恒频工作状态，所以可采用简单的AC/DC控制即可实现调光。

       K．灯电流近似和DC变换器的电压成正比，调光几乎和SEPIC DC变换器的输出直流电压成正比。调光曲线如图6所示。

       4、脉冲调相调光法

       利用调节半桥逆变器中两支开关管的导通相位的方法来调节输出功率，从而达到输出调光的目的。调相法调光曲线图如图7所示。

       相控调光法主要有以下特点：⑴可调光至此1%；⑵可在任意调光设定值下启动；⑶可应用于多灯应用场合；⑷调光相位灯功率关系线性好。

       （五）两级高功率因数电子镇流器常用IC及特点

       由于高频交流电子镇流器的巨大市场和经济效益，国际上许多有实力的半导体厂商纷纷开发相应的集成电路，以方便用户、生产厂商使用，大批量生产。有的半导体厂商还给出了相关的电子镇流器设计软件。世界上主要生产、开发高频交流电子镇流器的主要生产厂商有：美国国际整流器公司（IR）、莫托罗拉公司（MC）、美国微线公司（ML）、韩国三星公司等。下面以美国IR公司为例，介绍其主要电子镇流器用控制集成电路、相关设计软件。

       美国国际整流器公司（IR）主要有以下型号的新型高频交流电子镇流器控制集成电路，它们分别为： IR21571、IR2159/IR21591、IR2167、IR2153、IR2156等型号。它们分别用于以下场合：

       ①IR21571：驱动600V MOSFET的荧光灯和高强度放电灯（HID）的电子镇流器驱动控制集成电路。

       ②IR2159/IR21591：调光控制和600V MOSFET驱动控制功能合一的电子镇流器控制集成电路。

       ③IR2167：具有PFC功能的高集成度，600V MOSFET驱动控制集成电路，常用于荧光灯和高强度放电灯（HID）的驱动控制。

       ④IR2153：IR2153/IR2151驱动控制集成

       电路的改进型，用以驱动半桥功率变换级。

       ⑤IR215振荡频率可偏程和用于高压半桥驱动。

       ⑥IR2153、IR2156：常用于卤素灯的控制驱动。

       下面以IR21571、IR2159/IR2157为例介绍其主要功能。如表1所示。2004-3-17 11:25:03 angel

       表1 常用IR 电子镇流器IC特点

       特 点 型 号

       IR21571 IR2159/IR2157

       启动功率低 √ √

       电源供电稳压二极管保护 √ √

       600V半桥驱动 √ √

       工作频率可编程控制 √ -

       死时间控制 √ 固定

       闭环调光 √ -

       模拟调光接口 √ -

       过流保护 √ √

       故障保护 √ √

       过温保护 √ √

       邻近谐振保护near resonance protection √ √

       自动再启动关断 √ √

       功率因数校正 - -

       电源供电电压稳压 - -

       DIP和SOLC封装 16 16

       （六） IR公司的相关设计软件

       美国IR公司为了方便它的IC使用和高频交流电子镇流器电路设计，它推出了相关设计软件，软件具有以下特点：

       IR公司的相关电子镇流器设计软件具有以下功能和相应设计步骤：

       1、设计步骤：

       (1)对给定的电路类型和输入电压范围，可生成相应的电路图、元件表和印刷电路板图。

       (2)良好的图形设计界面，可给出电子镇流器的电参数、元件值和整个电子镇流器的相关文件。

       2、主要特点：⑴三步设计流程；⑵灯型号流览；⑶设计流览；⑷良好的显示界面；⑸电子镇流器工作点的计算；⑹电子镇流器工作点的图形表示；⑺Windows的图形显示界面；⑻ LC谐振腔元件参数计算；⑼PFC元件参数计算；⑽IR21571外围相关元件参数计算；⑾电路图；⑿元件清单；⒀PCB图；⒁电参数图；⒂元件参数表。

       灯的选择和电路基本设计选择主要包含：

       灯的选择含以下内容：灯型号、灯功率、灯管工作电压、最大灯管预热电压、灯管最小点火电压、预热电流、预热时间（秒）。

       基本设计选择含以下内容：最低电源电压、最大电源电压、预热直流总线电压、启动点火直流总线电压、直流工作总线电压、PFC工作频率、镇流器工作频率。并且BDA软件有两种工作方式：

       1．标准3步法（含以下步骤）：选灯型、选择电路形式、自动生成设计结果。

       2．高级工作方式（含以下设计步骤）：

       ①工作点计算和IR21571外围元器件计算；

       ②允许预先设定所要求参数值；

       ③设计灵活，方便。2004-3-17 11:28:22 angel

       三、单级高性能、高功率因数高频交流电子镇流器

       由于双级式高频交流电子镇流器使用元件多，价格较高。所以尽管性能指标好，但也难于大批量生产、使用，为了进一步简化电路，提高电子镇流器的性能指标，国内外的一些科研院所、高等院校、大公司纷纷提出了单级新型、高功率因数高频交流电子镇流的新概念、新电路，下面分别加以介绍。

       （一）高功率因数、低电磁幅射、具有宽调光范围的电子镇流器

       这种电路由香港城市大学的S.Y.Ron Hui教授（Ph.D）提出。

       这种镇流器具有以下特点：(1)低电磁幅射，传导干扰低，可调光范围宽；(2)功率调节范围为10%--100%；(3)采用SEPIC DC/AC变换调压；(4)低EMI，低电压应力；(5)可用于单管、多管荧光灯照明。

       （二）一种改进电荷泵功率因数校正（CPPFC）的电子镇流器

       这种电路由美国李泽元教授领导的VPEC的Jin Rong Qian教授（Ph.D）和李泽元教授提出。

       主要有以下特点：(1)引入了电荷泵的概念、工作原理、电路；(2)提高功率因数的工作原理分析；(3)波峰比为1.6，200V交流电压输入，效率为80%；(4)只用一个电感，由于电荷泵采用了一个电容，而电容又比电感在电路上好处理。

       （三）一种用于紧凑型荧光灯的新型自激E类电子镇流器

       由美国（CIeveland State University的Louis Robert Nerone 教授（Ph.D）提出。论文和实验对点火和灯电路稳态运行进行了分析、讨论，并给出了实验结果。有限流保护功能，可适用于任何Q值和占空比，价格低。

       （四）一种改进单级电子镇流器起动特性的新方法

       由我国台湾National Chung Cheng University的Tsai-fu Wu教授（Ph.D）和他的学生Yong－Jing Wu提出，并给出了实验结果。

       这种方法主要有以下特点：

       1、利用同步开关技术（Synchronous Switch Technique,SST）来改进电子镇流器的启动特性。

       2、利用变形单级电子镇流器技术实现镇流（Single-Stage Inverter、SSI）。

       3、讨论了PFC半级和逆变电路半级间功率不平衡而引入的较高电压应力对开关器件的影响。

       4、讨论了电子镇流器的工作状态、控制策略和元件电压应力间的相互关系。

       5、讨论了利用热阻检测电路来减小灯丝溅射的问题，并通过实验证明了这种电路灯管开关工作18000次后灯丝无明显溅射。

       6、论文和实验电路对单级镇流电路的变化特性进行了分析，并给出了实验结果。

       （五）采用反激推挽集成变换器的电子镇流器

       该电路和实现主要由巴西federal University of Minas Genais的Ricardo Nedersondo Prado教授（Ph.D）等人完成。

       这种电子镇流器具有以下特点：(1)由于采用反激式电路，所以电路简单，使用灵活；(2)具有隔离、自启动、单开关的电路特点；(3)可实现短路保护；(4)反激式APFC，所以具有不必使输出电压高于输入直流电压，可在DCM工作方式下，在固定导通时间控制方式下得到功率因数近似为1的效果；(5)由推挽变换器实现灯的高频交流供电、镇流；(6)仅用一级电路就可实现PFC和高频变换，实现了单开关变换，简化了电路；(7)通过占空比控制可实现调光。

       （六）基于单级高功率因数的电子镇流器

       该工作由巴西Federal University of Espirito SantO,Vitoria的Marcio Aimeida Co教授（Ph.D）及他的同事完成的。

       它具有以下特点：(1)单功率级，高功率因数，半桥功率逆变器工作在谐振状态；(2)自激振荡式，功率因数校正工作在DCM模式，输入、输出隔离；(3)由于工作在自激振荡方式，所以具有保护作用；(4)实验模型：40W荧光灯、40KHZ、220V交流市电供电；(5)给出了实验结果和模型分析。

       （七）一种新型单级恒功率高功率因数电子镇流器

       这项工作由西班牙的University of Oviedo,Gijon大学的Manuel Rico－Secades教授（Ph.D）和他的几个同事共同完成的。该电子镇流器具有以下特点：(1)由buck－boost和半桥LC谐振共同组成单级高频交流电子镇流器；(2)具有可调光和恒功率特性；(3)高功率因数（0.98）；(4)给出了实验电路、稳态分析、低频电路模型；(5)给出了设计实例、方法；(6)给出了实验结果。

       （八）基于反激变换器的单级高功率因数电子镇流器

       该项工作由西班牙的3.7部分的科研课题组完成。

       该项工作具有以下特点：

       1、将反激变换PFC和半桥变换合为一体，作为单级高频交流电子镇流。

       2、反激工作于恒频、恒占空比。

       3、由于在PFC中引入了一个变压器，所以逆变器的输入电压可以设定，从而优化了逆变器的设计。

       4、给出了实验电路、稳态分析、实验结果。

       四、总结

       通过以上的分析讨论可以看出，貌不惊人的高频交流电子镇流器的设计、制作是一个涉及电路拓扑、电子元器件选择、电路动态静态分析，电光源等多学科的一个知识密集性电子产品。它主要要求在电路尽可能简单的条件下实现高效率、高可靠、低谐波成分、低电磁幅射干扰、高功率因数。所以对电路设计、选型、生产提出了较高的要求。随着电子技术、电子元器件、电路拓扑水平的不断提高，高频交流电子镇流器的质量、性能会不断提高。回顾自20世纪70年代世界上第一只高频交流电子镇流器的面市，到今天高频交流电子镇流器广泛进入家庭、楼堂馆所的照明，印证了高频交流电子镇流器的不断发展，质量、性能不断提高的过程。

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