电子镇流器的电磁干扰抑制

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  随着现代科学技术的发展,电子、电气设备或系统获得了越来越广泛的应用。运行中的这些设备或系统大多伴随着电磁能量的转换,高密度、宽频谱的电磁信号充满整个人类生存的空间,此外还有伴随着各种自然现象产生的电磁能量,由此构成了极其复杂的电磁环境。在这个环境中,任何能中断、阻碍、降低或限制电子、电气设备或系统有效性能的电磁能量被称之为电磁干扰(EMI)。电磁干扰根据传输方式的不同,可划分为传导性电磁干扰与辐射性电磁干扰,前者指经导线传输的无用的电磁能量,后者指从电子设备或其连接线中泄漏到空间的无用的电磁能量。电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中,必须具备按设计要求正常工作的能力,即一方面设备或系统应具有抵抗给定电磁干扰的能力,并且有一定的安全余量,二方面设备或系统不产生超过规定限度的电磁干扰。这是电子、电气设备或系统的一种重要的技术性能——电磁兼容性(EMC)。
    目前国内管形荧光灯用独立式电子镇流器与一体化节能灯电子镇流器的电路结构大多采用电压反馈半桥式准谐振电路,而电路中的功率对管又大多选用双极型晶体管。在这种情况下,为了提高电子镇流器的变换效率及可靠性,必须要求电路中的开关功率管开启时间与关断时间越短越好。具体说来：
1) 开关功率管的总功耗 (PC)=开启功耗(Pop)+导通功耗(Pon)+关断功耗(Pcl)+截止功耗(Poff)。见图1
一般饱和压降Uces、反向漏电流Iceo都很小,这样开关功率管功耗主要由开启和关断功耗所引起,因此要减小功耗Pc、提高变换器效率,同时也为了降低功率管的温升、提高器件的耐用性,必须要求功率管开启时间top、关断时间tcl尽可能小即开关速度要快。

2) 表征开关晶体管动态特征的四个参数是延迟时间td、上升时间tr、存储时间ts、下降时间tf,而开启时间top=td+tr、关断时间tcl=ts+tf。在理想的状态下,一对功率管Q1与Q2在各自的基极电压作用下,Q1立即关断同时Q2立即开通,从而构成DC-AC电源变换器。但是在实际情况中,由于开关管存在有存储时间ts,Q1并不立即关断而是延迟ts后才关断,与此同时Q2仅仅稍有延迟td就立即开通,即在ts+tf-td期间,Q1与Q2两管处于一种共通状态,此时直流高压作用于两只管子同时导通的电路上,该瞬间电流非常大,对管子的损害十分严重。实践证明,很多故障是由此而造成的。因此选择开关时间尽可能短的对称功率管,提高切换速度,使该瞬间尽可能缩短,对提高电路的可靠性是至关重要的。参见图2。由于电子镇流器高压逆变电路必须选择开 关功率管的开启时间和关断时间越短越好,而在实际应用中其开关时间一般为0.1～0.2μs,这样最高等效频率能达到几兆赫兹的数量级,这就是电子镇流器产生电磁干扰的主要原因。电子镇流器产生的电磁干扰一方面通过电路中的电感器、电容器、电阻器等元件以及引线以静电和磁场的形式向空间辐射,同时也沿着输电线传导高频电信号。虽然单只电子镇流器的功率并不算大,但是随着绿色照明的迅速实施与推广,该产品已经数量众多,并且往往在某一区域大规模集中安装,电子镇流器的电磁干扰已相当严重。我们简单地分别用一只使用电池的收音机与一只使用交流电的收音机来接收调幅广播,便能明显地觉察到它的空间干扰与电网干扰。数量较多且集中安装的电子镇流器产生的电磁干扰,当影响到模拟电路时,会使传输信号的信噪比变坏,甚至使要传输的信号被噪声淹没,当影响到逻辑电路的工作时,会导致错误的逻辑运行,使之产生错误的结果。因此,计算机、通讯、广播、医疗等设备都可能受到该产品的干扰。在对电子镇流器的性能要求、安全要求及一般要求的标准中,国家标准GB/T15144与GB15143,国际电工委员会标准IEC929与IEC928均未对电子镇流器的电磁兼容性作出要求。但在国际电工委员会却要求所有电气、电子仪表、设备(包括电子镇流器在内)自1996年1月1日起必须符合有关电磁兼容性的指导文件。这些指导文件中比较有权威的有:国际电工委员会(IEC)的下属机构国际无线电干扰特别委员会(CISPR)向世界各国推荐的CISPR15《电气照明及类似设备的无线电干扰特性的测量极限与方法》。美国联邦电信委员会(FCC)的FCC20780标准。欧洲共同体(EN)的EN60555和EN61547标准。我国在1981年由国家标准局召集有关部门和单位成立了“全国无线电干扰标准化工作组”,提出了制定包括国家级和部级共32项电磁兼容性标准和规范的计算。目前这个计划已经实施和完成。电子镇流器必须满足这些权威机构给予的限制,否则随着EMC越来越引起重视与关注以及EMC法规的强化,电子镇流器产品无论是出口外销还是国内推广,其EMC不合格将成为一个新的有力的受阻原因。