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电子镇流器的CE电磁兼容设计
点击次数:5707 发布时间:2010-08-26

 

一、电子镇流器的基本电路结构及骚扰特点
    电子镇流器是一种工作在高频(35kHz-50kHz)的半桥逆变外谐振AC/AC电源,用在荧光放电灯的供电上。由于荧光灯的U-I负阻特性,在灯的启动时要提供一个从弧光到辉光放电的高电压,以前的电源一般采用电感式镇流器,但由于其是一感性元件,存在电流滞后于电压的角度A,将产生无功功率的损耗,此时的功率因数为COS A,且由于要用铁芯也存在材料消耗过高及笨重等缺点,更不可接受的是镇流器的可听噪声及灯管频闪会形成不良的视觉影响。与电感镇流器相比电子镇流器主要有以下优点:适应电压宽;可方便地设计PFC电路,起到减小电网谐波污染,提高能效比的目的;加入预热电路可延长灯管的寿命;可方便加入异常状态(如灯管漏气等)保护电路,提高电子镇流器的可靠性;另外可加入调光控制电路,通过PWM(PFM)进行荧光灯光调节。所以电子镇流器电源的照明又称为绿色照明,但目前这一概念主要是从提高了能效比的角度提出的(能效比=总光通量/消耗电源功率)。但从电磁兼容的角度来看,由于EB工作在高频其会对电网产生高频谐波及传导骚扰,同时此时的PF的计算并不等于电流与电压不同步角的余弦,而含有高频部份。
       高频传导骚扰的定义:CE(dBμV)=20 log [U/1μV]   频率从150kHz-30MHz。
    谐波的构成I=I1+ΣAn sin nωt +ΣBn  cos nωt [n∈(2…40)]
    对于谐波,如果不加PFC电路EB的谐波将肯定不合格,原因很简单-由于直流   滤波电容的储电作用和整流二极管的导通特性决定其电流波形肯定是一个导通角很小的尖峰形状,从付里叶分析可以知道与SIN波的畸变将会使得其奇次谐波含量增加,随奇次数增加而快速下隆,所以其往往是三次谐波(150Hz)不合格。而加入了PFC电路后更要注意的是高次谐波部份,因为标准对高次谐波的限值是较低的。
而传导高频骚扰主要是由于电子镇流器的高频谐振波形的非正弦性使其谐波增加,此高频骚扰信号通过电路板的线路的直接耦合及电路中分布参数,如变压器分布电容、PCB线路的互容及互感、接地电阻等形成。
 
二、电子镇流器CE认证的标准略解
    电子镇流器由于是照明灯具的电源,在做CE认证时所用的标准如下; EN 55015-关于灯具产品的EMI要求;EN 61547 -是关于灯具产品的EMS的要求;EN 61000-3-2-关于小于等于16A产品的谐波要求,灯具属于此标准中的C类产品;EN 61000-3-3-是关于小于等于16A产品的电压闪烁和波动的要求。其中除了EN 61547是EMS标准外其它 的都属于EMI的标准。下面按不同标准分四个部份简要介绍一下针对电子镇流器的具体要求:
 
EN 55015      由于电子镇流器灯具是无启动器的且其提供的灯电流的频率大于100Hz,所以按本标准的要求(按EN 55015:2001)的测试项目有两个:电源线端传导骚扰电压和辐射电磁场骚扰。
 
 
 

频率范围
限值dBμV
准峰值
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

 
 
 
 
 
 
辐射电磁场骚扰限值及测试配置图:
 

频率范围
不同测试磁环天线及限值(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 对于电子镇流器的测试项目有6项:电快速瞬变脉冲群,浪涌,静电,电压跌落和中断、传导注入电流和射频电磁场抗扰度。由于电子镇流器工作在高电压条件下(相对于低压电子线路)及一般都安装在灯具内部所以实际测试中在以上的后个四项目中产品几乎都是合格的,这里不再过多描述,下面对前两个测试项目进行详细讲解:
 
电快速瞬变脉冲群电参数特性及测试配置:

单个脉冲上升时间
单个脉冲持续时间
脉冲频率
单串脉冲个数
每串间隔
每一配置测试时间
对地电压峰值
5nS
50nS
5kHz
75
0.3S
2m
1kV

 


 

浪涌电参数特性:

峰值电压
开路电压上升时间
开路电压持续时间
短路电流上升时间
短路电流
持续时间
脉冲间隔
每个配置测试脉冲数
L-N
L,N-PE
1kV
2kV
1.2μS
50 μS
8 μS
20 μS
1m
5

    浪涌测试配置与电快速瞬变脉冲群电只是CDN及产生器不同,强调一下电快速瞬变脉冲群只是对PE地的共模脉冲,而浪涌则包含了差模部分的脉冲(L-N间),从这里可以明白EB在EMS测试中主要是浪涌项不合格的原因,及可以端正一个认识:并不是通过了电快速瞬变脉冲群就一定能通过浪涌,因为它们性质不同。
EN  61000-3-2 对EB谐波的要求:

谐波次数
谐波含量的限值(与基波的比值百分数)
2
2%
3
(PF*30)%
5
10%
7
7%
9
5%
11-39
3%

EN 61000-3-3对EB的要求:

参数名
限值
Pst
1
dc
3.3%
dmax
4%
dt
3.3%(对大于500mS的波动)

 

三,EB电磁兼容设计要点
1,传导骚扰波电路设计
    首先要明白传导骚扰的两种模式:共模和差模,它们是以L,N线上的骚扰的不同回流通路来确定的,CM以共同地(PE或电路地)为骚扰电流汇合点,而差模则以供电电源(L,N)以回流形式汇合。
    CM滤波器设计时要注意两点:1,CM变压器的设计。为减小分布参数的影响应尽量采用高导磁材料作磁芯以在相同的电感量条件了减小线圈的匝数,并要注意额定电流的选择及气隙距离的设计,以避免出现磁饱和及温升过高。2,Y电容的参数的确定:Cymax=Imax/(Umax4πf)。Y电容:指接在L,N线对PE线间的电容,经过IEC的相关安全测试(在2KV下工作40小时,在二倍电源额定电压下工作100小时的电容)其介质主要是高耐压瓷质,Y电容一般在表面有安全认证的标识,在接入形式上一般是用两个电容共同对PE线接入,形成三端口网络,所以通常叫Y电容。
    DM滤波器设计时要注意以下问题:1,电感采用单个独立磁芯电感器而不要采用变压器形式的差模电感,因为变压器电感的分布电容模型较复杂给分析滤波器特性带来不必要的困扰,甚至会从根本上改变所加滤波器的电路类型。2,X电容在使用时要注意其残余电压的大小,CE安规测试的残余电压的测试方法是在断电1秒后测试L,N线间的电压,不能超过安全电压36V。X电容:指接在L,N线间的电容,经过IEC的相关安全测试,在1KV下工作40小时,在二倍电源额定电压下工作100小时的电容,其介质有金属化聚脂膜等,X电容一般在表面有安全认证的标识,在接入形式上可形成四端口网络,所以通常叫X电容。


 

        插入损耗IL(dB)=20log(Ui/Uo),zui大阻抗不匹配原则:应使得| Zs-Zi|&|Zl-Zo|尽量地大。
 
    谐波的控制方法:谐波设计的本质是使得EB的电流输入波形尽量与电压的正弦波形相似,从而提高线路的功率因数,所以也叫功率因数校正电路(Power Factor Correct Circuit),有两种电路方式:
    1,PPFCPassive power factor correction circuit),如逐流滤波电路,高频反馈补偿电路及泵电源电路。其优点是电路较简单,成本较低,但一般的PPFC电路也存在着输入电压适应范围较窄,需采用高耐压的电容等的不足。适当地采用几种PPFC电路的组合及合理选择元件的参数用PPFC电路PF也可达到0.99以上。
2,APFCActive power factor correction circuit ),是一种有源功率因数校正电路,基本电路组成包括:变压器,PFC专用IC,开关FET等.
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