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          電子鎮流器的CE電磁兼容設計
          點擊次數:7026 發布時間:2010-08-26

           

          一、電子鎮流器的基本電路結構及騷擾特點
              電子鎮流器是一種工作在高頻(35kHz-50kHz)的半橋逆變外諧振AC/AC電源,用在熒光放電燈的供電上。由于熒光燈的U-I負阻特性,在燈的啟動時要提供一個從弧光到輝光放電的高電壓,以前的電源一般采用電感式鎮流器,但由于其是一感性元件,存在電流滯后于電壓的角度A,將產生無功功率的損耗,此時的功率因數為COS A,且由于要用鐵芯也存在材料消耗過高及笨重等缺點,更不可接受的是鎮流器的可聽噪聲及燈管頻閃會形成不良的視覺影響。與電感鎮流器相比電子鎮流器主要有以下優點:適應電壓寬;可方便地設計PFC電路,起到減小電網諧波污染,提高能效比的目的;加入預熱電路可延長燈管的壽命;可方便加入異常狀態(如燈管漏氣等)保護電路,提高電子鎮流器的可靠性;另外可加入調光控制電路,通過PWM(PFM)進行熒光燈光調節。所以電子鎮流器電源的照明又稱為綠色照明,但目前這一概念主要是從提高了能效比的角度提出的(能效比=總光通量/消耗電源功率)。但從電磁兼容的角度來看,由于EB工作在高頻其會對電網產生高頻諧波及傳導騷擾,同時此時的PF的計算并不等于電流與電壓不同步角的余弦,而含有高頻部份。
                 高頻傳導騷擾的定義:CE(dBμV)=20 log [U/1μV]   頻率從150kHz-30MHz。
              諧波的構成I=I1+ΣAn sin nωt +ΣBn  cos nωt [n∈(2…40)]
              對于諧波,如果不加PFC電路EB的諧波將肯定不合格,原因很簡單-由于直流   濾波電容的儲電作用和整流二極管的導通特性決定其電流波形肯定是一個導通角很小的尖峰形狀,從付里葉分析可以知道與SIN波的畸變將會使得其奇次諧波含量增加,隨奇次數增加而快速下隆,所以其往往是三次諧波(150Hz)不合格。而加入了PFC電路后更要注意的是高次諧波部份,因為標準對高次諧波的限值是較低的。
          而傳導高頻騷擾主要是由于電子鎮流器的高頻諧振波形的非正弦性使其諧波增加,此高頻騷擾信號通過電路板的線路的直接耦合及電路中分布參數,如變壓器分布電容、PCB線路的互容及互感、接地電阻等形成。
           
          二、電子鎮流器CE認證的標準略解
              電子鎮流器由于是照明燈具的電源,在做CE認證時所用的標準如下; EN 55015-關于燈具產品的EMI要求;EN 61547 -是關于燈具產品的EMS的要求;EN 61000-3-2-關于小于等于16A產品的諧波要求,燈具屬于此標準中的C類產品;EN 61000-3-3-是關于小于等于16A產品的電壓閃爍和波動的要求。其中除了EN 61547是EMS標準外其它 的都屬于EMI的標準。下面按不同標準分四個部份簡要介紹一下針對電子鎮流器的具體要求:
           
          EN 55015      由于電子鎮流器燈具是無啟動器的且其提供的燈電流的頻率大于100Hz,所以按本標準的要求(按EN 55015:2001)的測試項目有兩個:電源線端傳導騷擾電壓和輻射電磁場騷擾。
           
           
           

          頻率范圍
          限值dBμV
          準峰值
          平均值
          9kHz-50kHz
          110
          -
          50.01kHz-150kHz
          90-80
          -
          150.01kHz-500kHz
          66-56
          56-46
          500.01kHz-2.51MHz
          56
          46
          2.5101MHz-3.0MHz
          73
          63
          3.001MHz-5.0MHz
          56
          46
          5.001MHz-30MHz
          60
          50

           
           
           
           
           
           
          輻射電磁場騷擾限值及測試配置圖:
           

          頻率范圍
          不同測試磁環天線及限值(dBμA)
          2m
          3m
          4m
          9kHz-70kHz
          88
          81
          75
          70.01kHz-150kHz
          88-58
          81-51
          75-45
          150.01kHz-2.2MHz
          58-26
          51-22
          45-16
          2.2001MHz-3.0MHz
          58
          51
          45
          3.001MHz-30.0MHz
          22
          15-16
          9-12

           

          EN 61547 對于電子鎮流器的測試項目有6項:電快速瞬變脈沖群,浪涌,靜電,電壓跌落和中斷、傳導注入電流和射頻電磁場抗擾度。由于電子鎮流器工作在高電壓條件下(相對于低壓電子線路)及一般都安裝在燈具內部所以實際測試中在以上的后個四項目中產品幾乎都是合格的,這里不再過多描述,下面對前兩個測試項目進行詳細講解:
           
          電快速瞬變脈沖群電參數特性及測試配置:

          單個脈沖上升時間
          單個脈沖持續時間
          脈沖頻率
          單串脈沖個數
          每串間隔
          每一配置測試時間
          對地電壓峰值
          5nS
          50nS
          5kHz
          75
          0.3S
          2m
          1kV

           


           

          浪涌電參數特性:

          峰值電壓
          開路電壓上升時間
          開路電壓持續時間
          短路電流上升時間
          短路電流
          持續時間
          脈沖間隔
          每個配置測試脈沖數
          L-N
          L,N-PE
          1kV
          2kV
          1.2μS
          50 μS
          8 μS
          20 μS
          1m
          5

              浪涌測試配置與電快速瞬變脈沖群電只是CDN及產生器不同,強調一下電快速瞬變脈沖群只是對PE地的共模脈沖,而浪涌則包含了差模部分的脈沖(L-N間),從這里可以明白EB在EMS測試中主要是浪涌項不合格的原因,及可以端正一個認識:并不是通過了電快速瞬變脈沖群就一定能通過浪涌,因為它們性質不同。
          EN  61000-3-2 對EB諧波的要求:

          諧波次數
          諧波含量的限值(與基波的比值百分數)
          2
          2%
          3
          (PF*30)%
          5
          10%
          7
          7%
          9
          5%
          11-39
          3%

          EN 61000-3-3對EB的要求:

          參數名
          限值
          Pst
          1
          dc
          3.3%
          dmax
          4%
          dt
          3.3%(對大于500mS的波動)

           

          三,EB電磁兼容設計要點
          1,傳導騷擾波電路設計
              首先要明白傳導騷擾的兩種模式:共模和差模,它們是以L,N線上的騷擾的不同回流通路來確定的,CM以共同地(PE或電路地)為騷擾電流匯合點,而差模則以供電電源(L,N)以回流形式匯合。
              CM濾波器設計時要注意兩點:1,CM變壓器的設計。為減小分布參數的影響應盡量采用高導磁材料作磁芯以在相同的電感量條件了減小線圈的匝數,并要注意額定電流的選擇及氣隙距離的設計,以避免出現磁飽和及溫升過高。2,Y電容的參數的確定:Cymax=Imax/(Umax4πf)。Y電容:指接在L,N線對PE線間的電容,經過IEC的相關安全測試(在2KV下工作40小時,在二倍電源額定電壓下工作100小時的電容)其介質主要是高耐壓瓷質,Y電容一般在表面有安全認證的標識,在接入形式上一般是用兩個電容共同對PE線接入,形成三端口網絡,所以通常叫Y電容。
              DM濾波器設計時要注意以下問題:1,電感采用單個獨立磁芯電感器而不要采用變壓器形式的差模電感,因為變壓器電感的分布電容模型較復雜給分析濾波器特性帶來不必要的困擾,甚至會從根本上改變所加濾波器的電路類型。2,X電容在使用時要注意其殘余電壓的大小,CE安規測試的殘余電壓的測試方法是在斷電1秒后測試L,N線間的電壓,不能超過安全電壓36V。X電容:指接在L,N線間的電容,經過IEC的相關安全測試,在1KV下工作40小時,在二倍電源額定電壓下工作100小時的電容,其介質有金屬化聚脂膜等,X電容一般在表面有安全認證的標識,在接入形式上可形成四端口網絡,所以通常叫X電容。


           

                  插入損耗IL(dB)=20log(Ui/Uo),zui大阻抗不匹配原則:應使得| Zs-Zi|&|Zl-Zo|盡量地大。
           
              諧波的控制方法:諧波設計的本質是使得EB的電流輸入波形盡量與電壓的正弦波形相似,從而提高線路的功率因數,所以也叫功率因數校正電路(Power Factor Correct Circuit),有兩種電路方式:
              1,PPFCPassive power factor correction circuit),如逐流濾波電路,高頻反饋補償電路及泵電源電路。其優點是電路較簡單,成本較低,但一般的PPFC電路也存在著輸入電壓適應范圍較窄,需采用高耐壓的電容等的不足。適當地采用幾種PPFC電路的組合及合理選擇元件的參數用PPFC電路PF也可達到0.99以上。
          2,APFCActive power factor correction circuit ),是一種有源功率因數校正電路,基本電路組成包括:變壓器,PFCIC,開關FET等.
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