荧光灯电子驱动器:如何完成DC-AC转换?


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荧光灯的几乎所有电子镇流器(有些称呼不正确)都来自直流电压,必须将其转换为交流电压才能操作灯。

直流电源可以来自整流的交流电源(如在标准紧凑型荧光灯中所见),也可以来自低压总线或电池(如在露营车的内部灯,笔记本电脑屏幕背光或应急灯中所见)。

如何构建实现直流到交流转换的电路?

Answers:


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Elektor出版的《实用生态电子家用电力电子产品》一书介绍了CFL逆变器,其中包含一些反向工程逆变器的电路图,以及有关其工作原理的工程解释。参见实用的生态电子家用电力电子设备 Elektor出版的《设备》。

荧光灯在点亮和熄灭时具有不同的电路模型,它们对应于逆变器在其设计中必须适应的两种不同的谐振模式。拆开多个CFL之后,我发现设计已按照上一个电池供电照明的答案进行了标准化,并且是用于线操作CFL的半桥(有时是倍压器)。

所有这些逆变器都是谐振的,当灯泡不亮时,取决于其电容来设置谐振频率。灯泡一旦点亮,其电阻值就会降低,并且与灯泡串联的电容器将确定串联谐振频率。


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所使用的绝大部分电路是谐振转换器(又称Royer转换器;参见Bright,Pittman和Royer,“晶体管作为饱和核心电路中的开/关开关”,电气制造,1954年12月)。流经变压器的脉冲电流通过同一变压器上的辅助绕组反馈到驱动晶体管的基极连接。

这个答案为AA 关于这些谐振转换器中使用的特种变压器问题提供了大量的链接,进一步阅读的良好来源。紧凑型荧光灯(CFL)使用这些电路的一种非常简单而优雅的类型,其中核心的饱和特性决定了输出到该灯的功率,而计算机监视器或笔记本电脑的大多数LCD背光电路都使用这种电路并通过电子方式由Jim Williams(1948-2011)设计并记录为美国专利第5,408,162和6,127,785号,以及Linear Technology应用笔记AN49AN55AN65。这个概念被进一步发展为使用压电变压器。AN81

还有一些电路使用一个以固定频率运行的振荡器和一个变压器,以使电压升至灯的要求。通常,一个555(定时器IC)用作基本的低频振荡器,为切换变压器初级线圈的晶体管提供脉冲序列,从而从次级线圈提供交流输出。这种电路的一个例子在这里很喜欢

注意:我是从Madmanguruman 对现在关闭的维修问题回答中借用此信息,不是因为我想窃取他的名声/声誉,而是因为我认为该信息很有价值,应该保留在一个未解决的问题中。

另外,存在谐振和固定频率振荡器概念之间的电路。通过查看市售应急灯的面板,... 应急灯板的图片

...我试图提取此原理图。请注意,它还不完整,仅涵盖了振荡器IC(555计时器)和变压器之间的组件: 荧光灯逆变器原理图

如果将使用互补的晶体管对(npn和pnp),或者如果一个矩形驱动电压将流向一个npn功率晶体管,并由另一个小晶体管反相,再传递至第二npn功率晶体管,则输出级将看起来更简单,但是似乎设计者决定只使用一种类型的晶体管,或者不使用额外的反相晶体管,但代价是在变压器上使用额外的绕组。这是电路的作用:

IC的集电极开路输出通过2k4电阻驱动晶体管Q6。我假设Q6的集电极上的电压设计为矩形,即从高到低再到高的过渡不应太慢。当IC内部的晶体管仍处于关断状态时,Q6处于关断状态,因为其基极被拉高。一旦IC中的晶体管导通,Q6也导通,并将基极电流馈入Q8。这导致发生两件事:电流流经变压器的第一绕组(S1相对于F1变低),并且由于S1低于F1,S3低于F3,所以Q7保持截止状态。因此,在Q8的基极变高的同时,Q7的基数变低。

如果所有这些操作之后,IC的输出再次变高,则Q6关闭,并且流过Q8的集电极电流也将关闭。但是,存储在变压器中的能量想流到某个地方,这将导致所有(!)绕组的极性反转:S1相对于F1开始为高电平,S3相对于F3也开始为高电平,Q7接通,因为通过S3-F3将基极驱动为高电平,F2将下降到S2以下,并且当然,输出绕组(S4-F4)也将反转其电压,从而为灯创建AC输出。

这种状态似乎被存储在变压器,初级电感器上方的电感器和初级绕组下方的电容器中的能量所保持。

从那里开始,当计时器IC启动交流输出信号的下一个周期时,该过程又重新开始。看来,IC输出的频率应设计成与变压器及其周围组件的设计匹配。

看起来该电路在纯脉宽驱动模式和纯谐振模式之间工作,纯模式由脉冲宽度驱动,在该模式下,定时器IC将是功率晶体管Q7和Q8导通或关断的唯一部分。变压器及其周围的电容器有权驱动Q7和Q8,因为那样的话,我们将需要另一个绕组来驱动Q8的基极。我的理解是,555会启动每个周期,并且谐振组件(L,C,变压器)会确定周期何时停止,以防万一IC速度不快。使用LT Spice,我发现该电路可能在500 Hz ... 3 kHz的频率下工作。

注意:虽然从传统的问答网站的角度来看很奇怪,但是SE鼓励创建和回答您自己的问题,以使有用的信息进入维基网站。


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