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電子鎮(zhèn)流器的CE電磁兼容設(shè)計(jì)
點(diǎn)擊次數(shù):8680 更新時(shí)間:2010-08-26

 

一、電子鎮(zhèn)流器的基本電路結(jié)構(gòu)及騷擾特點(diǎn)
    電子鎮(zhèn)流器是一種工作在高頻(35kHz-50kHz)的半橋逆變外諧振AC/AC電源,用在熒光放電燈的供電上。由于熒光燈的U-I負(fù)阻特性,在燈的啟動(dòng)時(shí)要提供一個(gè)從弧光到輝光放電的高電壓,以前的電源一般采用電感式鎮(zhèn)流器,但由于其是一感性元件,存在電流滯后于電壓的角度A,將產(chǎn)生無(wú)功功率的損耗,此時(shí)的功率因數(shù)為COS A,且由于要用鐵芯也存在材料消耗過(guò)高及笨重等缺點(diǎn),更不可接受的是鎮(zhèn)流器的可聽(tīng)噪聲及燈管頻閃會(huì)形成不良的視覺(jué)影響。與電感鎮(zhèn)流器相比電子鎮(zhèn)流器主要有以下優(yōu)點(diǎn):適應(yīng)電壓寬;可方便地設(shè)計(jì)PFC電路,起到減小電網(wǎng)諧波污染,提高能效比的目的;加入預(yù)熱電路可延長(zhǎng)燈管的壽命;可方便加入異常狀態(tài)(如燈管漏氣等)保護(hù)電路,提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性;另外可加入調(diào)光控制電路,通過(guò)PWM(PFM)進(jìn)行熒光燈光調(diào)節(jié)。所以電子鎮(zhèn)流器電源的照明又稱(chēng)為綠色照明,但目前這一概念主要是從提高了能效比的角度提出的(能效比=總光通量/消耗電源功率)。但從電磁兼容的角度來(lái)看,由于EB工作在高頻其會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生高頻諧波及傳導(dǎo)騷擾,同時(shí)此時(shí)的PF的計(jì)算并不等于電流與電壓不同步角的余弦,而含有高頻部份。
       高頻傳導(dǎo)騷擾的定義:CE(dBμV)=20 log [U/1μV]   頻率從150kHz-30MHz。
    諧波的構(gòu)成I=I1+ΣAn sin nωt +ΣBn  cos nωt [n∈(2…40)]
    對(duì)于諧波,如果不加PFC電路EB的諧波將肯定不合格,原因很簡(jiǎn)單-由于直流   濾波電容的儲(chǔ)電作用和整流二極管的導(dǎo)通特性決定其電流波形肯定是一個(gè)導(dǎo)通角很小的尖峰形狀,從付里葉分析可以知道與SIN波的畸變將會(huì)使得其奇次諧波含量增加,隨奇次數(shù)增加而快速下隆,所以其往往是三次諧波(150Hz)不合格。而加入了PFC電路后更要注意的是高次諧波部份,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)對(duì)高次諧波的限值是較低的。
而傳導(dǎo)高頻騷擾主要是由于電子鎮(zhèn)流器的高頻諧振波形的非正弦性使其諧波增加,此高頻騷擾信號(hào)通過(guò)電路板的線(xiàn)路的直接耦合及電路中分布參數(shù),如變壓器分布電容、PCB線(xiàn)路的互容及互感、接地電阻等形成。
 
二、電子鎮(zhèn)流器CE認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)略解
    電子鎮(zhèn)流器由于是照明燈具的電源,在做CE認(rèn)證時(shí)所用的標(biāo)準(zhǔn)如下; EN 55015-關(guān)于燈具產(chǎn)品的EMI要求;EN 61547 -是關(guān)于燈具產(chǎn)品的EMS的要求;EN 61000-3-2-關(guān)于小于等于16A產(chǎn)品的諧波要求,燈具屬于此標(biāo)準(zhǔn)中的C類(lèi)產(chǎn)品;EN 61000-3-3-是關(guān)于小于等于16A產(chǎn)品的電壓閃爍和波動(dòng)的要求。其中除了EN 61547是EMS標(biāo)準(zhǔn)外其它 的都屬于EMI的標(biāo)準(zhǔn)。下面按不同標(biāo)準(zhǔn)分四個(gè)部份簡(jiǎn)要介紹一下針對(duì)電子鎮(zhèn)流器的具體要求:
 
EN 55015      由于電子鎮(zhèn)流器燈具是無(wú)啟動(dòng)器的且其提供的燈電流的頻率大于100Hz,所以按本標(biāo)準(zhǔn)的要求(按EN 55015:2001)的測(cè)試項(xiàng)目有兩個(gè):電源線(xiàn)端傳導(dǎo)騷擾電壓和輻射電磁場(chǎng)騷擾。
 
 
 

頻率范圍
限值dBμV
準(zhǔn)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

 
 
 
 
 
 
輻射電磁場(chǎng)騷擾限值及測(cè)試配置圖:
 

頻率范圍
不同測(cè)試磁環(huán)天線(xiàn)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 對(duì)于電子鎮(zhèn)流器的測(cè)試項(xiàng)目有6項(xiàng):電快速瞬變脈沖群,浪涌,靜電,電壓跌落和中斷、傳導(dǎo)注入電流和射頻電磁場(chǎng)抗擾度。由于電子鎮(zhèn)流器工作在高電壓條件下(相對(duì)于低壓電子線(xiàn)路)及一般都安裝在燈具內(nèi)部所以實(shí)際測(cè)試中在以上的后個(gè)四項(xiàng)目中產(chǎn)品幾乎都是合格的,這里不再過(guò)多描述,下面對(duì)前兩個(gè)測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)講解:
 
電快速瞬變脈沖群電參數(shù)特性及測(cè)試配置:

單個(gè)脈沖上升時(shí)間
單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間
脈沖頻率
單串脈沖個(gè)數(shù)
每串間隔
每一配置測(cè)試時(shí)間
對(duì)地電壓峰值
5nS
50nS
5kHz
75
0.3S
2m
1kV

 


 

浪涌電參數(shù)特性:

峰值電壓
開(kāi)路電壓上升時(shí)間
開(kāi)路電壓持續(xù)時(shí)間
短路電流上升時(shí)間
短路電流
持續(xù)時(shí)間
脈沖間隔
每個(gè)配置測(cè)試脈沖數(shù)
L-N
L,N-PE
1kV
2kV
1.2μS
50 μS
8 μS
20 μS
1m
5

    浪涌測(cè)試配置與電快速瞬變脈沖群電只是CDN及產(chǎn)生器不同,強(qiáng)調(diào)一下電快速瞬變脈沖群只是對(duì)PE地的共模脈沖,而浪涌則包含了差模部分的脈沖(L-N間),從這里可以明白EB在EMS測(cè)試中主要是浪涌項(xiàng)不合格的原因,及可以端正一個(gè)認(rèn)識(shí):并不是通過(guò)了電快速瞬變脈沖群就一定能通過(guò)浪涌,因?yàn)樗鼈冃再|(zhì)不同。
EN  61000-3-2 對(duì)EB諧波的要求:

諧波次數(shù)
諧波含量的限值(與基波的比值百分?jǐn)?shù))
2
2%
3
(PF*30)%
5
10%
7
7%
9
5%
11-39
3%

EN 61000-3-3對(duì)EB的要求:

參數(shù)名
限值
Pst
1
dc
3.3%
dmax
4%
dt
3.3%(對(duì)大于500mS的波動(dòng))

 

三,EB電磁兼容設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1,傳導(dǎo)騷擾波電路設(shè)計(jì)
    首先要明白傳導(dǎo)騷擾的兩種模式:共模和差模,它們是以L(fǎng),N線(xiàn)上的騷擾的不同回流通路來(lái)確定的,CM以共同地(PE或電路地)為騷擾電流匯合點(diǎn),而差模則以供電電源(L,N)以回流形式匯合。
    CM濾波器設(shè)計(jì)時(shí)要注意兩點(diǎn):1,CM變壓器的設(shè)計(jì)。為減小分布參數(shù)的影響應(yīng)盡量采用高導(dǎo)磁材料作磁芯以在相同的電感量條件了減小線(xiàn)圈的匝數(shù),并要注意額定電流的選擇及氣隙距離的設(shè)計(jì),以避免出現(xiàn)磁飽和及溫升過(guò)高。2,Y電容的參數(shù)的確定:Cymax=Imax/(Umax4πf)。Y電容:指接在L,N線(xiàn)對(duì)PE線(xiàn)間的電容,經(jīng)過(guò)IEC的相關(guān)安全測(cè)試(在2KV下工作40小時(shí),在二倍電源額定電壓下工作100小時(shí)的電容)其介質(zhì)主要是高耐壓瓷質(zhì),Y電容一般在表面有安全認(rèn)證的標(biāo)識(shí),在接入形式上一般是用兩個(gè)電容共同對(duì)PE線(xiàn)接入,形成三端口網(wǎng)絡(luò),所以通常叫Y電容。
    DM濾波器設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問(wèn)題:1,電感采用單個(gè)獨(dú)立磁芯電感器而不要采用變壓器形式的差模電感,因?yàn)樽儔浩麟姼械姆植茧娙菽P洼^復(fù)雜給分析濾波器特性帶來(lái)不必要的困擾,甚至?xí)母旧细淖兯訛V波器的電路類(lèi)型。2,X電容在使用時(shí)要注意其殘余電壓的大小,CE安規(guī)測(cè)試的殘余電壓的測(cè)試方法是在斷電1秒后測(cè)試L,N線(xiàn)間的電壓,不能超過(guò)安全電壓36V。X電容:指接在L,N線(xiàn)間的電容,經(jīng)過(guò)IEC的相關(guān)安全測(cè)試,在1KV下工作40小時(shí),在二倍電源額定電壓下工作100小時(shí)的電容,其介質(zhì)有金屬化聚脂膜等,X電容一般在表面有安全認(rèn)證的標(biāo)識(shí),在接入形式上可形成四端口網(wǎng)絡(luò),所以通常叫X電容。


 

        插入損耗IL(dB)=20log(Ui/Uo),zui大阻抗不匹配原則:應(yīng)使得| Zs-Zi|&|Zl-Zo|盡量地大。
 
    諧波的控制方法:諧波設(shè)計(jì)的本質(zhì)是使得EB的電流輸入波形盡量與電壓的正弦波形相似,從而提高線(xiàn)路的功率因數(shù),所以也叫功率因數(shù)校正電路(Power Factor Correct Circuit),有兩種電路方式:
    1,PPFCPassive power factor correction circuit),如逐流濾波電路,高頻反饋補(bǔ)償電路及泵電源電路。其優(yōu)點(diǎn)是電路較簡(jiǎn)單,成本較低,但一般的PPFC電路也存在著輸入電壓適應(yīng)范圍較窄,需采用高耐壓的電容等的不足。適當(dāng)?shù)夭捎脦追NPPFC電路的組合及合理選擇元件的參數(shù)用PPFC電路PF也可達(dá)到0.99以上。
2,APFCActive power factor correction circuit ),是一種有源功率因數(shù)校正電路,基本電路組成包括:變壓器,PFCIC,開(kāi)關(guān)FET等.
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