➤01 荧光灯驱动电路(Electronic Ballast)

在如下两个博文中,对于小型的荧光灯进行的分析:

 

小功率荧光灯拆解分析

 

小功率电子镇流荧光灯相关实验

 

  • 小功率荧光灯拆解分析:
    https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108682930 小功率电子镇流荧光灯相关实验:
    https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109691783

 

其中驱动电路大都采用 高压小功率三极管 MFV13001 组成电感互感推挽振荡电路,在配置有外围的 LC 谐振电路驱动荧光管发光。

 

  • 高压小功率三极管 MFV13001:
    https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108679234

 

下面使用 MFV13001 组成实验电路进行测试。MFV13001 的电流放大倍数(hfe)大约在 30 左右,比起普通的 NPN 三极管小一个数量级。这是它能够工作在高压下的一个折中。

 

▲ MFV13001 基本参数

 

➤02 测试电路

使用在小功率电子镇流荧光灯相关实验[2]中的大部分的元器件进行实验。由于所使用的实验电路的电压较低(+15V),所以将 T1,T2 的偏置电阻由原来的 5.6M 欧姆减小到 360kΩ。

 

  • 小功率电子镇流荧光灯相关实验:
    https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109691783

 

1. 实验电路 SCH

 

▲ 实验电路

 

2. 面包板实验电路

 

▲ 实验电路

 

3. 电路振荡波形

下图显示了电感耦合之后的振荡波形。振荡频率大约:f=47.6kHz.

 

▲ T1 基极波形(蓝色),T1 发射极(青色)波形

 

注意:对于 T1 的基极电压,应该是在原来的其 T1 的 E 电极波形相互叠加后的电压波形。

 

电路分析:

  • T2 的基极电压变化非常小,远远小于 T1 基极的电压。

 

▲ 测量 T2 的基极电压波形(青色)

 

注:这是由于 T1 的基极波形是叠加了实际输出电压的波形。而 T2 的基极波形是对 GND 的电压波形。因此,这个波形应该属于正常的反馈的电压波形。而 T1 的基极电压波形具有“自举”电压信号特性。

 

  • 电路震荡频率:已知电路中主要的谐振器件是由 L1,C1,C4 组成的谐振电路。由于 C4,并联的谐振频率:

 

根据 LC 并联谐振公式,可以计算 L,C4 的并联谐振频率为:

 

 

这个频率与实际测量的振荡频率:47.6kHz 很接近了。

 

➤03 电路谐振

1. 修改 C1

在上面电路中,C1 取值偏大,所以在 C1 上的电压很小。下面将 C1 修改成 1.5nF,此时,在 C1,L1 就形成的谐振。下图中青色显示了在 C1 上的电压,其峰峰值过了 400V。

 

此时电路振荡呈现了间歇振荡的情况。

 

▲ 将 C1 修改成 1.5nF 之后的振荡波形

 

▲ T1,T2 间歇振荡的波形
T1 基极波形(蓝色)
C1 波形(青色)

 

间歇振荡的原因是由于 T1,T2 的基极呈现 b-e 整流特性所引起的。由于 T1,T2 的 b-e 之间的整流特性,这使得它们的 b 极的电压偏置随着振荡下降,直到 T1,T2 截止,停止震荡。然后随着偏置电阻对 C3,C4 的充电,进而它们的基极电压恢复,重新恢复进入放大状态,电路重新震荡。

 

根据原来电路图设计,在 T1、T2 的基极反向并联有二极管 -R 串联电路,用来抵消 b-e 的二极管整流特性。

 

2. 增加基极反向二极管

在原来电路的 T1,T2 的 b-e 之间增加反向二极管(1N4007),来消除 b-e 的整流特性,从而消除原来的间歇振荡的情况。

 

▲ 增加 D1,D2 后的电路

 

增加 D1,D2 之后,电路便可以持续振荡了。在 C1 上出现的谐振点电压大约 400V。

 

▲ 电路振荡波形
T1 基极波形(蓝色)
C1 电压波形(青色)

 

3. 点亮荧光管

下面是将工作电压提高到 25V 是,C1 上的电压:此时 C1 上的电压大约是峰峰值 650V。根据 小功率电子镇流荧光灯相关实验[2] 中测量荧光管的击穿电压大约 1200V。所以这个谐振电压还不足以点亮荧光管。

 

  • 小功率电子镇流荧光灯相关实验:
    https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109691783

 

▲ 电路振荡波形

 

将电路的工作电压提高到 50V。同时将 T1、T2 的基极电压偏置电阻由原来的 360kΩ提高的 1M 欧姆。将荧光管两端连接到 C1 的两端,可以看到荧光管可以被点亮。

 

注意:此时并没有将荧光管的电阻丝串联在谐振回路中,也就是此时荧光管点亮时,灯丝是冷的。

 

▲ 谐振电压点亮荧光灯管

 

下面是荧光管被电流之后,L1 上的电压,C1 上的电压波形。

 

▲ 点亮之后谐振电容波形(青色)

 

4. 将荧光管灯丝串入谐振回路

将灯丝串入谐振回路,可以看到荧光灯管的发光效率明显提高了:

 

  • 灯管明显变明亮;整个电路工作电流有最初的 60mA 降低到 23mA 左右。

 

▲ 灯管灯丝串入谐振回路

 

▲ 荧光灯丝串入谐振回路提高发光效率

 

从上面的动图可以看到荧光管在点亮过程中的两个阶段:第一阶段是灯丝还是冷状态,荧光管比较暗淡。过了一会儿,当灯丝变热之后,灯管发光明显变强了。

 

➤※ 结论

通过实验对于小型荧光电路工作原理进行验证。通过对比可以看到灯丝串入谐振电路,灯丝发热会明显提高电路的工作的效率。

 

实验电路对于实际电路进行了简化。