隨著科技高速的發(fā)展,電子鎮(zhèn)流器在節(jié)能燈中應(yīng)用非常廣泛。例如:霓虹燈在各大商場里得到廣泛的應(yīng)用,為提高它的質(zhì)量,其中電子式鎮(zhèn)流器是一個核心部件,因此磁心組件選擇必須符合電子式鎮(zhèn)流器的特點和要求。
1 外觀構(gòu)造形狀
電子式鎮(zhèn)流器中的磁心部件包括電感器與脈沖變壓器兩大類,所以必須合理選擇它的磁心組件。經(jīng)常用于脈沖變壓器的磁心結(jié)構(gòu)為環(huán)形較多些,常用規(guī)格如:T12*6*4,T9*5*3,10*6*4,T8*4*4等等; 在半橋電路中當選用MOSFET管作開關(guān)時,磁環(huán)的內(nèi)徑要稍大些,以能纏繞足夠的圈數(shù)以得到足夠的電壓來驅(qū)動?xùn)艠O。EMI濾波電感、PFC升壓電感以及阻流器所用的磁心主要采用UU,EE,EI,PQ 等,適用35~100W電子式鎮(zhèn)流器使用的磁心型號較多,如EE19/16,E25,EF20,EF25,PQ26/20等等。當今國內(nèi)已有很多家合資或獨資生產(chǎn)磁心材料的企業(yè),品種型號也比較繁雜。在選用磁心時,應(yīng)把磁心的結(jié)構(gòu)與材料的材質(zhì)結(jié)合在一起考慮。規(guī)格型號相同但材質(zhì)不同的磁心,其特性差異相當大。當磁心材料材質(zhì)選定之后,結(jié)構(gòu)尺寸的大小則由燈管功率及電感值等參數(shù)來決定。
2 磁心材料材質(zhì)的選擇
不同的
磁性材料有著不同的特性和不同的適用范圍。大體上軟磁鐵氧體可分為:錳鋅鐵氧體,鎳鋅鐵氧體,非晶及合金類,通常適用開關(guān)電源的軟磁鐵氧體有PC40,PC30,PC44等。由于鎳鋅鐵氧體材料初始磁導(dǎo)率較低(一般μi<1000)但是它的居里溫度較高,工作頻率0.1MHz以上。如FERRITE KING的FK1 TC達400℃,工作頻率達10-150MHz,而μi僅為10-20;相反N10J材料的μi達10000,但是TC約120℃,工作頻率也較低僅為100KHz,即使同是錳鋅(Mn-Zn)的材料,不同的材質(zhì)其性能也是相差很大,如表1列出了幾種常用錳鋅鐵氧體標準電氣特性。
當電子鎮(zhèn)流器采用雙極型晶體管作為開關(guān)時,工作頻率達到55KHz;當采用MOSFET管作為開關(guān)時,工作頻率最高可達150 KHz,絕大多數(shù)磁心材料都可以達到電子鎮(zhèn)流器的要求,電子鎮(zhèn)流器磁心材料的選擇應(yīng)重點考慮對磁心材料下列幾點方面的要求:
(1)居里溫度TC應(yīng)足夠高。因為電子鎮(zhèn)流器特別是熒光燈罩殼內(nèi)溫度常達到80℃以上,磁心本身溫度可在90℃以上,如果磁心的居里溫度偏低,必然會使磁心自身的溫度接近居里溫度,導(dǎo)致初始磁導(dǎo)率μi、飽和磁通密度BS和電感值急劇下降及燈管的功率的猛增,致使電子鎮(zhèn)流器壽命縮短,因此為確保電子鎮(zhèn)流器罩殼內(nèi)的溫度遠遠低于磁心的居里溫度,最好選用居里溫度TC>180℃的磁心材料。
(2)磁心的初始磁導(dǎo)率μi應(yīng)適中。磁心的初始導(dǎo)率μi有許多規(guī)格,從100~10000以上,對磁心組件初始磁導(dǎo)率的選取,必須滿足居里溫度TC的要求,一般磁導(dǎo)率μi在4000以上的材料,其居里溫度大多低于150℃,甚至低于130℃,而磁導(dǎo)率μi低于3000的材料居里溫度一般可達到180℃以上。因此選用μi2000~3000的磁心制作阻流圈等電感器是比較合適的。而對于脈沖變壓器磁環(huán)自身發(fā)熱較少,環(huán)境溫度一般會達到90℃,因而磁環(huán)的居里溫度適當可以低些,磁導(dǎo)率盡可能要高些,以獲得足夠高的驅(qū)動信號以能推動晶體管迅速達到飽和。同時初始磁導(dǎo)率μi高些還可以減小繞組圈數(shù),從而減小漏感和分布電容,有利于改善驅(qū)動信號波形。
(3)電阻率ρ應(yīng)比較高。當工作頻率一定時,磁心材料的渦流損耗與電阻率成比反。為降低磁心組件的損耗,宜選用電阻率ρ高一些的磁心。磁心材料的電阻率大多在0.15~108Ω.m 之間,其中錳鋅鐵氧體材料的電阻率ρ一般在0.1~100Ω.m 之間。選用磁心材料的電阻率并非越高越好,而必須兼顧材料的其它特性。如鎳鋅N3L材料ρ雖然達到1*107Ω.m,但居里溫度太低(TC100℃),這樣的材料是不適合在電子鎮(zhèn)流器中使用的,對于表1中幾種材質(zhì)的錳鋅鐵氧體材料當只考慮到μi,TC,BS幾個參數(shù)指標要求時,N2J,N3J材質(zhì)都可以選用,材料的電阻率最高(p6.5Ω.m)因而有較小的功率損耗。
(4)合適的溫度系數(shù)。 電子鎮(zhèn)流器中不同用途的磁性組件中要求有不同的溫度系數(shù),對于脈沖變壓器磁環(huán),要求具有負溫度系數(shù),亦即其磁導(dǎo)率或線圈電感量隨溫度升高而下降。在從室溫到100℃變化時,功率開關(guān)晶體管的電流增益Hef隨溫度升高約增加10%~15%,集電極電流也隨著增大。在此溫度范圍內(nèi)只要磁環(huán)具有負溫度系數(shù)的磁導(dǎo)率,剛好與晶體管Hef的正溫度系數(shù)相抵消或大部份抵消,基本上保持平衡,從而則可保證電子鎮(zhèn)流器穩(wěn)定工作。
EMI濾波器中電感器的磁心組件,磁心線圈電感量受溫升影響應(yīng)盡可能小些,使L-T特性曲線在總體保持平直,否則,如果電感值隨溫度升高變化比較大,那么在室溫下已調(diào)試好的濾波效果也就會變差。
高頻扼流圈磁心,其磁導(dǎo)率μi最好具有正溫度系數(shù),也就是說扼流圈的電感隨著溫度升高而增加,從而節(jié)能燈的功率隨溫度升高而減少,R2K的材料就具有這種溫度特性。毫無疑問,不論是扼流圈還是APFC升壓電感都最好選用負溫度系數(shù)的磁心。像μi R2.5k材料其功耗從25℃到80℃隨著溫度升高而減小,并且在80℃左右功耗最小,這類材料就比較符合要求。
對于
磁性材料溫度系數(shù)即使不能完全滿意,至少應(yīng)能保證電感量和功耗等參數(shù)隨溫度升高變化量盡可能小一些。
(5)飽和磁通密度BS與磁滯回線。電子鎮(zhèn)流器中磁性組件應(yīng)具有較高的飽和磁通密度,一般要求BS :450-550mT,以保證脈沖變壓器有足夠的驅(qū)動功率,防止高頻扼流圈或升壓電感因易進入磁飽和而溫升加劇,若BS值選取過低就不能保證足夠高的居里溫度。
由于磁心的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比,所以磁滯回線比較狹小的磁心對降低功耗是有利的,脈沖變壓器磁環(huán)必須具有近似矩形的磁滯回線,為保證在半橋逆變器的兩個晶體管能產(chǎn)生對稱的電流波形,要求磁環(huán)磁滯回線有較好的對稱性。
(6)磁心組件的測試,篩選和分檔。由于磁性組件出爐一段時間內(nèi)參數(shù)退化與衰減是比較嚴重的,如果馬上安裝在電子鎮(zhèn)流器,在過段時間之后就有可能不能正常工作。一般在磁心出爐一個月內(nèi)其自然減落比規(guī)格書的減落系數(shù)要大得多。只要保證磁心組件有不少于一個月的出爐存放時間,再對其進行測試分檔,參數(shù)退化就較小。磁性組件在受震動,沖擊和壓擠之后也會引起特性參數(shù)的減落,所以對測試分檔好后的磁心應(yīng)避免加壓,沖擊和跌落,在搬運和組裝過程中應(yīng)輕拿輕放。
當今國產(chǎn)磁心的一致性較差,同一家同一批生產(chǎn)批次的產(chǎn)品,參數(shù)的離散也較大。因此對磁心必須進行100%檢測篩選和分檔。例如一個脈沖變壓器磁環(huán),在批量生產(chǎn)中如不進行檢測篩選和分檔就裝機使用,有的電子鎮(zhèn)流器則不能產(chǎn)生振蕩,有的雖然可以啟動但很快就會出現(xiàn)故障。由于批量生產(chǎn)中磁心線圈數(shù)是固定的,因而對磁心的測試篩選和分檔工作是不可少的環(huán)節(jié)。