基于逐流高頻反饋技術(shù)的電子節(jié)能燈

胡新福

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，福建龍巖364021）

基于逐流高頻反饋技術(shù)的電子節(jié)能燈

胡新福

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，福建龍巖364021）

普通電子節(jié)能燈通常采用不可控整流，使得輸入電流嚴(yán)重畸變，諧波含量多，功率因素低。針對(duì)這一現(xiàn)象，利用逐流高頻反饋技術(shù)設(shè)計(jì)了電子節(jié)能燈。結(jié)果表明，電子節(jié)能燈中應(yīng)用逐流高頻反饋技術(shù)，提高了節(jié)能燈輸入功率因素，降低了輸入電流總諧波畸變，是一種高性價(jià)比的電子節(jié)能燈設(shè)計(jì)方案。

功率因素；總諧波畸變；逐流技術(shù)；高頻反饋

引言

我國(guó)實(shí)施綠色照明工程包括使用高效節(jié)能電光源和高性能的電子鎮(zhèn)流器，電子節(jié)能燈作為新一代的電光源，具有節(jié)電、體積小、重量輕、照度高、易啟動(dòng)、無(wú)頻閃、功率因數(shù)高等突出優(yōu)點(diǎn)，并且給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。2011年11月1日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、商務(wù)部、海關(guān)總署、國(guó)家工商行政管理總局、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于逐步禁止進(jìn)口和銷售普通照明白熾燈的公告》，發(fā)布了中國(guó)逐步淘汰白熾燈的路線圖，為我國(guó)實(shí)施綠色照明工程又邁出重要一步。

電子節(jié)能燈主要包括節(jié)能熒光燈管和高效電子鎮(zhèn)流器兩個(gè)部分。節(jié)能熒光燈是采用三基色熒光粉制造，發(fā)光效率大大提高，光效是白熾燈的5～6倍，比普通日光燈提高40%左右。高效電子鎮(zhèn)流器采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)和諧振啟輝技術(shù)，工作頻率30～60 Hz，效率進(jìn)一步提高。電子鎮(zhèn)流器節(jié)能燈，不僅徹底消除了普通日光燈的頻閃和“嗡嗡”噪聲，而且功率因數(shù)可達(dá)0.9以上，比普通日光燈提高S0%左右［1］，所以，近幾年來(lái)人們普遍使用的熒光燈用電感式鎮(zhèn)流器正在逐步被電子鎮(zhèn)流器所替代。但是，電子節(jié)能燈不同于白熾燈和電感式熒光燈，它的工作原理比較復(fù)雜，生產(chǎn)技術(shù)要求比較高。普通型電子鎮(zhèn)流器價(jià)格低，但是其諧波指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，市面上無(wú)源改進(jìn)型或有源型節(jié)能燈產(chǎn)品雖然各項(xiàng)指標(biāo)都不錯(cuò)，但是其價(jià)格昂貴［2］。

1 普通節(jié)能燈電路

普通節(jié)能燈電路如圖1所示。使用二極管整流橋作為電網(wǎng)與用電設(shè)備的接口時(shí)，由于二極管導(dǎo)通角很小，因此電網(wǎng)僅在每個(gè)工頻周期的一小部分時(shí)間里給負(fù)載提供能量［3］。其中，一個(gè)大電容C1用來(lái)濾除低頻紋波后得到較為平滑的直流電壓。整流二極管的非線性和濾波電容的儲(chǔ)能作用，使得輸入電流成為一個(gè)時(shí)間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，這樣的電流波形包含豐富的高次諧波。

圖1普通節(jié)能燈電路

測(cè)量圖1所示電路的節(jié)能燈負(fù)載兩端，其電壓波形和電流波形如圖2所示?？梢钥闯觯斎腚娏鞯母叽沃C波的峰值很高，該高壓脈沖在實(shí)際供電網(wǎng)中是由各種電器的高次諧波疊加在一起的產(chǎn)生的，這對(duì)電容的耐壓提出了很高的要求。從波形圖可讀出電壓和電流波形的相位差θ1=S/20×1S0°=72°。

圖2普通節(jié)能燈電路的電壓和電流波形

由上面分析可知，這類電路的輸入側(cè)通常采用不可控整流，使得輸入電流嚴(yán)重畸變，電壓和電流的相位差大，功率因數(shù)很低，輸入電流中除含有基波外，還含有豐富的高次諧波分量，由于電子鎮(zhèn)流器的整流電路前面沒(méi)有電源變壓器與電網(wǎng)隔離，這些高次諧波倒流在電網(wǎng)，引起嚴(yán)重的諧波“污染”，造成嚴(yán)重危害［4］。

2 改進(jìn)后的節(jié)能燈電路

帶逐流技術(shù)的節(jié)能燈電路示意圖如圖3所示。逐流技術(shù)是以熒光燈電子鎮(zhèn)流器為工程背景提出的一種無(wú)源PFC技術(shù)，其基本思想是采用兩個(gè)串聯(lián)電容作為濾波電容，適當(dāng)?shù)嘏浜蠋字Ф埽蛊潆娙荽?lián)充電，并聯(lián)放電，以增加整流二極管的導(dǎo)通角，改善輸入側(cè)的功率因數(shù)，其代價(jià)是直流母線電壓大約是在輸入電壓最大值和最小值的一半之間脈動(dòng)［5］。

圖3帶逐流技術(shù)的節(jié)能燈電路示意圖

2.1 逐流高頻反饋節(jié)能燈電路

實(shí)際設(shè)計(jì)的逐流高頻反饋節(jié)能燈電路如圖4所示。帶有逐流電路的節(jié)能燈電路采用的是高頻能量反饋式無(wú)源濾波技術(shù)［6］。其反饋輸入端從燈絲和C9處引出，經(jīng)二極管VD6反饋到電容C2的正極，電子鎮(zhèn)流器輸出信號(hào)經(jīng)二極管VD6對(duì)電容C2充電，只要全波整流輸出電壓UDC高于C2上的電壓UC2，二極管VD5則截止。當(dāng)交流市電瞬間值低于UDC時(shí)，C2則通過(guò)VD5和電子鎮(zhèn)流器的功率網(wǎng)絡(luò)放電，與直接在全橋整流輸出端接濾波電容器相比，鎮(zhèn)流器輸入交流電流不再是寬度約為3 ms尖鋒脈沖，而是大體跟蹤交流電壓軌跡且趨于連續(xù)，因此高次諧波得到抑制，系統(tǒng)的功率因數(shù)也得到顯著提高。

圖4逐流高頻反饋節(jié)能燈電路圖

圖4中，虛線框內(nèi)元件組成異常狀態(tài)保護(hù)電路，常態(tài)下，扼流圈L2的次級(jí)繞組W2感應(yīng)電壓經(jīng)VD10、R9、C10整流濾波，C10上的電壓不足以使穩(wěn)壓二極管VD11導(dǎo)通，VD12和V3均截止。一旦電路出現(xiàn)異常情況，W2中會(huì)產(chǎn)生變電動(dòng)勢(shì)，使得C10上的電壓升高，如果C10上的電壓達(dá)到VD11的穩(wěn)壓電壓值，VD11導(dǎo)通，VD12的控制極就有電流流過(guò)使之導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)晶體管V3則立即飽和，導(dǎo)致振蕩中的開(kāi)關(guān)管V2截止，從而使振蕩電路停振，不再產(chǎn)生高頻電壓。當(dāng)異常狀態(tài)解除，才會(huì)重新建立振蕩。

2.2 電路測(cè)試

測(cè)量圖4電路的節(jié)能燈負(fù)載兩端，其電壓波形和電流波形如圖5所示。

圖5逐流高頻反饋節(jié)能燈的輸入電壓和輸入電流波形

比較圖5和圖2可以看出，普通電子節(jié)能燈的輸入電壓和輸入電流波形的相位差θ1=72°，而逐流高頻反饋節(jié)能燈的輸入電壓和電流波形的相位差為θ2= 1.S9/20×1S0°=17°，θ2?θ1，即cos17°?cos72°，電路的功率因數(shù)得到很大的提高。另外明顯看出，改進(jìn)電路的電流基波分量有了較大的提高，高次諧波的峰值則明顯降低。

3 數(shù)值分析

RVO4100/4050系列虛擬示波器包含了數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析和李沙育圖形三大功能。特別是頻譜分析功能，使時(shí)域分析與頻域分析得以同時(shí)進(jìn)行，提供了在時(shí)域觀測(cè)中得不到的獨(dú)特信息。應(yīng)用頻譜分析儀可以方便測(cè)量信號(hào)的頻率、頻率響應(yīng)、諧波失真和頻譜純度等參數(shù)。

3.1 普通節(jié)能燈電路的輸入電流諧波分析

實(shí)測(cè)普通節(jié)能燈得到的電流波形如圖6所示，其輸入電流諧波含量如圖7所示。

3.2 逐流高頻反饋節(jié)能燈的輸入電流諧波分析

實(shí)測(cè)逐流高頻反饋節(jié)能燈的輸入電流，得到如圖S所示電流波形圖，其輸入電流諧波含量如圖9所示。

圖6普通節(jié)能燈的輸入電流波形

圖7普通節(jié)能燈的輸入電流諧波含量

圖8逐流高頻反饋節(jié)能燈的輸入電流波形

圖9逐流高頻反饋節(jié)能燈的輸入電流諧波含量

3.3 兩種電路諧波含量比較

根據(jù)前面所測(cè)，列出兩種電路的諧波含量（表1）。

表1兩種電路諧波含量比較

根據(jù)表1，計(jì)算諧波畸變和功率因數(shù)。

3.3.1 普通節(jié)能燈的數(shù)值計(jì)算

總諧波畸變：

功率因數(shù)：

PF=Kd·cosθ=Kd·cos72°=0.2S

3.3.2 逐流高頻反饋節(jié)能燈的數(shù)值計(jì)算

總諧波畸變：

電流波形畸變因子：

功率因數(shù)：

3.3.3 數(shù)值比較分析

從計(jì)算數(shù)值上比較，普通節(jié)能燈的總諧波畸變THD=44.54%，而逐流高頻反饋的節(jié)能燈的總諧波畸變THD=23.62%。因逐流高頻反饋節(jié)能燈的相移因數(shù)大大提高，也就大大提高了電路的輸入功率因數(shù)，功率因數(shù)可達(dá)到0.93。逐流高頻反饋輕而易舉地解決功率因數(shù)及電流諧波含量問(wèn)題，PF＞0.9，電源電流諧波含量THD在23%左右，達(dá)到國(guó)標(biāo)中規(guī)定的H級(jí)水平［7］。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用逐流高頻反饋技術(shù)，使得節(jié)能燈不僅能夠獲得較高的輸入功率因數(shù)，還降低了諧波分量，而且這種電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單又有一定的可靠性，尤其是原材料的成本較低，這樣顯著降低了生產(chǎn)研制費(fèi)用。

［1]羅志會(huì)，毛澤容.可調(diào)壓調(diào)光型節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)［J].照明工程學(xué)報(bào)，2012，23(4):107_111.

［2]張英.淺談高效電子節(jié)能燈項(xiàng)目開(kāi)發(fā)關(guān)注要點(diǎn)［J].中國(guó)照明電器，2007(12):14_19.

［3]董慶源.新型螺旋三基色電子節(jié)能燈特性及原理分析［J].電子世界，2013(13):37_39.

［4]張學(xué)軍，陳娟，邱飚，等.4U節(jié)能燈電路工作原理分析及工作參數(shù)測(cè)試［J].湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，19(4):40_44.

［5]高巖，傅振銘，劉杰.高頻電子鎮(zhèn)流器的PFC設(shè)計(jì)［J].今日電子，2013(8):56_59.

［6]馬忠科，劉文生，李延新.逐流電路改進(jìn)［J].儀器儀表用戶，2007(2):97_98.

［7]楊慶江，劉曉紅.提高無(wú)源逐流電路功率因數(shù)的一種方法［J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(1):200_206.

Electronic Energy_saving Lamp Based on the Valley Filland the High_frequency Feedback Technology

HU Xinfu
（DePartment of Electrical Engineering，Minxi Vocational and Technical College，Longyan 364021，China）

The ordinary electronic energy_saving lamP usually uses uncontrollable rectifier.The inPut line currents have significant distortion，high harmonic content and low Power factor.In resPonse to this Phenomenon，the electronic energy_ saving lamP is designed by using the valley fill and the high_frequency feedback technology.The results show that the inPut Power factor of energy_saving lamP is imProved and the total harmonic distortion of inPut current is suPPressed by using this technology.It is a cost_effective design of electronic energy_saving lamPs.

Power factor；total harmonic distortion；valley fill technology；high_frequency feedback

U463.65+1

A

1673_1549(2014)02_0043_04

10.11863/j.suse.2014.02.9

2013_11_05

胡新福（197S_），男，福建龍巖人，講師，碩士，主要從事電子與通信工程方面的研究，（E_mail）xinfuhu@tom.com