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荧光灯管异常状态保护(上)
来源:戴泰初先生  时间:2015-06-10

  

 

  在实际使用过程中部分电子镇流器存在着故障率较高的缺点,产生上述问题的主要原因之一是部分电子镇流器制造商由于种种原因没有针对电子镇流器的异常状态采取可靠的保护措施,从而使电子镇流器随灯管寿命的终结而报废。目前灯管的异常状态保护虽然已经引起了各大厂家的重视,国际标准里也增加了此条款,但是可惜的是各大半导体生产商却并没有及时研发出具有EOL异常状态保护的镇流器芯片,或者有些芯片带有EOL异常状态保护也不是很完善,经常会发生误保护。还有现在大部分的镇流器还是用分立器件BiPolar三极管自激振荡的方式来实现,此类镇流器更是没有带EOL异常状态保护。

  电子镇流器异常状态

  按照IEC 61347-2-3标准,异常状态可以分有以下几种:

  a) 灯管或者其中一只灯管没有正常连接

  b) 由于两个灯丝的其中一个阴极损坏,灯管不能正常启动

  c) 灯管不能正常启动,由于灯管已经到了寿终阶段

  d) 灯管虽然启动了,但是其中一个阴极呈现镇流效应

  e) 起动器开关短路,或者有其他引起异常状态的情况

  同时规定电子镇流器在当灯管工作在异常或者故障状态时不得发生安全性故障并能够正常工作。上文提到的第三种异常状态是典型的EOL状态,它往往是由于灯管内部的电子粉消耗完毕造成的,专业的灯管制造商可以提供这样的灯管供测试。在灯管启动阶段,如果灯管不能成功点火,谐振回路里会流过很高的电流,同时在灯管两端会呈现危险的高压,尤其对于T5或者T4这样的细灯管,电压尤其高。这些大电流或者高电压不仅会对灯管的基座,同时也会对更换灯管的操作人员构成危险。

  上文提到的第四种情况指的是荧光灯管的整流效应。整流效指在荧光灯寿终时,由于一个阴极灯丝损坏或者发射电子能力不足,引起灯的弧光电流在连续半周期中经常不一致的效应。灯管管径的适当变细,虽然使灯的光效得到一定程度的提高,但同时也造成了在灯管寿命后期发生局部整流效应,使电子镇流器因整流效应所造成的超功率输出能量集中在体积很小的灯的阴极上,阴极处会产生很高的温度,灯头温度上升使灯座受热变形,甚至会发生灯管管壁玻璃融化,造成灯管脱落而发生事故,更严重的会发生火灾。为此,镇流器必须加整流效应异常状态保护。

  还有一种情况是arcing保护,arcing会发生在接触不良的地方,比如灯管内部接触不良,还有灯管和灯具接触不良,这都会导致灯管或者灯具过热,从而引起灯具烧毁或者火灾。由于arcing没有包括在IEC 61347-2-3标准里面,本文暂不涉及到它。

  为了模拟灯管寿命结束时效应的试验,IEC 61347-2-3规定了三项试验:不对称脉冲试验(17.2款);不对称功率损耗试验(17.3款);断开灯丝试验(17.4款)。三项试验中的任一项均可用于证明电子镇流器的合格性。在灯管寿命结束时,镇流器在额定电源电压的90%和110%之间任一电压下不应使灯头过度发热。镇流器制造商可以依据电子镇流器电路类型指定其中一项试验即可。

  电子镇流器异常状态保护方案

  目前,电子镇流器的保护措施会有以下几种:

  1. 在交流电路输入端串接一次性电流保险丝。人们往往认为在这个位置上串接电流保险丝会起到过流或异常状态的保护;然而实际上这样的保护方式一般不会在灯丝去激活等异常条件下提供保护,它往往在开关器件击穿后才会熔断,不能起到真正意义上的异常状态保护作用。

  2. 在谐振输出回路上采用以可控硅、双极型晶体管为核心的保护电路。这种电子线路保护方式存在着以下一些缺点,首先它容易发生误保护,其次这种保护方式还存在占用PCB 空间较大的缺点,这在一些板子集成空间很小的场合比如支架灯或者紧凑型荧光灯尤其明显。

  3. 笔者也曾经使用过用过功率保护(over power protection)的方法来实现异常状态的保护,其实更加确切的说,这种保护方法起初是针对上文讲的arcing保护的,但是现在也有些厂家用来实现异常状态保护,但是它受限于arcing检测的速度,在一些需要非常快速的arcing检测电路里就不合适了,所以这种过功率保护方法在一定程度上并不能很有效的防止灯丝的过热。

  4. 在谐振回路中和谐振电容串接TE connectivity的自恢复高分子PPTC 热敏电阻来实现异常状态保护。它的工作原理是当灯管正常时,电子镇流器接通电源后,电感、电容和PPTC热敏电阻组成的串联谐振电路使荧光灯正常启动工作,这时PPTC的低电阻不会影响谐振回路。如果灯管因灯丝老化或漏气等原因去激活而发生异常状态时,PPTC热敏电阻便会在数秒钟内动作(比如在IEC 61347-2-3规定,除了镇流效应之外的保护要在5S之内,镇流效应保护应该在30S之内),使得PPTC的电阻呈现几何级的增大,迫使LC串联谐振电路停振或者增加工作频率以降低故障电流,同时切断高压,保护了镇流器,同时镇流器在恢复正常状态时又可以工作。所以用PPTC来实现异常状态保护可以大大的节省了客户设计的时间以及节省客户宝贵的PCB空间。

  (后续)

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