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电子镇流器的安全与电磁兼容探析

   2009-04-09 1930

  新标准中规定,U-OUT值是指电子镇流器的“输出端之间以及适用的任意输出端与地线之间的最大工作电压(有效值)”。当此工作电压小于或等于500V时,应以10V为一级做出标志;当工作电压大于500V时,应以50V为一级做出标志。最大工作电压的标志应参照以下两种情况给出,一是镇流器的输出端之间的最大工作电压;二是镇流器的任意输出端与地线之间的最大工作电压。U-OUT值是由荧光灯的启动峰值电压值所决定的,而荧光灯启动峰值电压值就是电子镇流器开路峰值的设计值。由公式Up-p=荧光灯最小开路电压有效值×镇流器开路电压波峰比×保险系数×2(荧光灯最小开路电压有效值可在标准IEC 60081和IEC60901中查出,镇流器开路电压波峰比一般取1.7,保险系数取1.5)算出。在计算出最大峰值后,参照GB 19510.4-2005中表1查出对应的工作电压有效值就为该镇流器的U-OUT值。正因为U-OUT值是这样确定的,因而镇流器的适配灯管型号理应加以明确,这也是标准中关于标志条款考核的内容之一。但笔者在检验中发现,有大部分产品没有标注此内容,此举对企业来说是不利的。因为在此类产品检测中,如果没明确说明适配光源,一般检验机构都会以最严格的条件来考核,即可能会选用多种相应的光源进行测试。

  3.2 介电强度的考核

  IEC标准中规定电子镇流器的工作电压是指镇流器在工作时,包括正常状态和异常状态情况下任何接线端子间或接线端对地间产生的最大稳态有效电压值。而较多的电子镇流器的输出端在正常工作状态或异常工作状态下的电压一般都高于电源电压SOOQ.cn版权所有,所以在对镇流器进行介电强度考核时的试验电压应为2U+1000V。其中U值应是镇流器的最大工作电压亦即U-OUT值,而不是电源电压值,这与普通灯具做介电强度试验有所不同。这个项目不合格的原因通常是跨地电容(Y电容)漏电流过大,应选取耐热、耐压高、漏电流小的安规电容作为跨地电容,以保证能通过该条款的考核。

  3.3 防潮与绝缘的要求

  在防潮与绝缘方面,新标准在旧标准原有的条款基础上又增多高频容性泄漏电流要求。设立这一条款的本意是预防人在高空换灯管时,电子镇流器的电源没断掉而产生的高频电流,这个电流会使人麻电而本能地闪避,从而引起高空跌伤的意外。要进行高频容性泄漏电流测量时,镇流器必须具有异常保护功能。因为在换灯管时一般会先装好一头再装另一头,这样做使得镇流器处于异常工作状态,本条款就是模拟这样的情形进行测量的。对于串联谐振预热式电子镇流器来说,这是比较严格的考验,如果没采取相应措施,镇流器一般会在一分钟内损坏。

  造成这一项目不合格的原因是由于镇流器对灯管的预热电流大、持续时间长。因为镇流器启动时的高频容性泄漏电流与荧光灯管的预热电流有关。所以在设计镇流器时,应让镇流器在通电瞬间产生较大的预热电流工业自动化网版权所有,并以足够的预热时间使灯管灯丝达到发射电子所需的温度,达到电子发射状态之前在灯丝周围形成足够的电子云,加到灯管两端的电压迅速下降到安全水平,避免出现辉光放电损伤灯丝。灯丝预热温度过低,会导致电子发射不足;而温度过高,则说明预热时间过长,势必会造成高频容性泄漏电流增大,使得镇流器不能通过本条款的考核。 

  目前比较流行的灯丝预热电路,就是利用热敏电阻具有开关作用的特性来对灯丝预热。预热时间一般都在0.4~2s之间,热敏电阻直径越大,预热时间越长,反之亦然。这种预热电路只要热敏电阻选择得当,一般都可以符合标准的要求。但选用热敏电阻有增加功耗的缺点,可在热敏电阻PTC串接一个触发二极管或双向稳压二极管组成无功耗预热电路加以解决。

  3.4 故障状态、异常状态及关联部件的考核

  国际上对镇流器的寿命要求很高,通常要达到4万小时以上。因此,作为独立安装、灯管可更换的镇流器必须具备异常保护功能。当镇流器出现故障或处于异常工作状态时不应损坏,一旦消除异常状态应仍能继续正常工作。旧版的IEC标准中早就引入“异常状态”这一条款,主要是模拟作为镇流器负载的荧光灯出现从灯座上脱落、灯管漏气、灯丝熔断或阴极去激活(整流效应)等异常情况时,镇流器能否避免被损坏。

  而在新标准中增加了关联部件的保护措施条款。条款主要考核镇流器接上模拟电阻(阻值R=11.0/(2.1×In),其中In为灯的标称工作电流)后,在0.9~1.1Un电源电压处于正常工作状态或异常工作状态下,其输出端对地的电压不应大于标准中所对应的最大峰值电压;当接通电源或开始启动5s后,其任一输出端对地或输出端间的电压(有效值)应不超出镇流器所标称的U-OUT值;当镇流器处于整流效应下的异常状态时,在接通电源或开始启动30s后,其任一输出端对地或输出端间的电压(有效值)应不超出镇流器所标称的U-OUT值。

  镇流器能否通过以上两条款的考核,关键是镇流器是否设计有保护电路,以及保护电路启动的时间调整是否合适。保护电路动作时间过早,会导致荧光灯点不亮或加速灯管灯丝老化而缩短寿命;时间过长,有可能会使镇流器通不过关联部件的保护措施条款的考核。

  电子镇流器的保护电路一般包括过流保护电路、过压保护电路及异常状态保护电路。因为镇流器接通电源电压后,整流二极管开始对电解电容进行充电,在短时间内产生一个比正常工作电流大很多的浪涌电流,如果不采取措施有可能使镇流器在通电瞬间损坏。可在输入回路串接一个限流电阻或负温度系数电阻NTC以减小浪涌电流。此外,当电网电压出现过大的波动或雷电干扰时,镇流器也会因过压而损坏。要解决这个问题,需在镇流器输入回路并联一个压敏电阻Z1,以消除所产生的尖脉冲。为了预防镇流器的整流回路由于整流二极管和电解电容损坏而造成断路或短路,还应该在电源输入级中加装保险丝或保险电阻F1,以加强镇流器的使用安全性。

  而在电子镇流器发生异常状态时,其保护电路较为复杂。有些企业为节省成本,只在镇流器输出回路中串入一个可恢复的过流保护元件(聚合物开关)。这种元件是由特殊处理过的聚合树脂及导体组成,在常态下其阻值很低,可视为短路导通。当流过聚合树脂的电流在短时间内变大时,会产生很大热量使其温度在短时间内迅速升高,致使阻抗迅速增加,从而限制了异常电流的大小,以此来达到保护镇流器的目的。但这种方式会使镇流器始终处于保护、触发、又保护的恶性循环中,使得采用这种方式保护的镇流器虽然在异常状态下能工作1小时以上(标准要求镇流器需在异常状态下工作1小时),可却通不过关联部件的保护措施条款的考核。笔者在检验中就常遇到这种情形,一些镇流器产品的U-OUT值标得很高(500V),其实该镇流器的最大工作电压远没有这么大。在第一次测试时异常状态工作5s后和整流效应工作30s后所测到的电压超过400V(有效值),在重复进行第二次测试时却超过500V电压(有效值),出现第一次测试合格而第二次复测却不合格的现象。

 
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