- 節能燈磁環各項參數曲線分析
- 節能燈磁環選擇考慮
- 外形和尺寸的選擇
- 磁性材料的選擇
在節能燈電子電路中,磁環素有節能燈心臟之稱,無論在節能燈電子電路的調試上,或者在生產上,磁環參數的變動都影響較大,可謂牽一發而動全身,受其影響的參數有:節能燈的啟動時間,三極管的開關性能,鎮流器的工作頻率,燈功率等.特別是在110V電壓條件下,電路設計時不用倍壓電路,對磁環的選用尤其敏感.下面我分兩部分來說明磁環的各項參數以及選擇考慮。
一、各項參數曲線分析
見下圖:
圖一為磁環的磁化曲線;
圖中:
B為磁感應強度.
BS為飽和磁感應強度.
BM為最高磁感應強度.
H為磁場強度.
Br為磁場感應強度H=0時的剩余磁通.
He與Hc為矯頑(磁)力.
節能燈中,磁環一般都選用可飽和環形磁芯,為使節能燈半橋逆變電路有良好的開關特性,產生良好的震蕩波形,要求磁環必須如圖所示,有近似于矩型的磁滯回線,在S形的特性曲線中,以a點為起點,從a點到b點,再到c點和d點,最后回到原始的a點,這樣就得到一個完整的磁化周期.這樣的磁滯回線有明顯的飽和點和飽和段,而且具有良好的對稱性.近似于矩型的磁滯回線可使磁環線圈中的電流波形前后沿較陡,能較好的滿足三極管的驅動要求.如果S形的磁滯回線在各點上不能完全對稱的話,都將嚴重影響節能燈半橋逆變電路的開關特性,導致損耗加大,三極管溫升加劇。
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我們用另外一幅圖來說明節能燈常用的幾種磁環的磁性材料初始磁導率的溫度特性曲線.
圖二中:曲線1為磁導率3K的B與溫度的曲線.由圖中可見3K材料比較快的達到第一個峰值,然后快速下降至谷點位置,約80度,后緩慢上升,一直到居里點,約200度.
曲線2為磁導率2.5K的B與溫度的曲線.由圖中可見2.5K材料的磁導率一直隨溫度在上升,谷點極其短,并且谷點溫度比較高,達到了180度左右,居里溫度約210度.
曲線3為磁導率2.3K的B與溫度的曲線.由圖中可以見2.3K材料隨溫度變化的B值變化并不大,谷點約150度,居里溫度約220度.由上面三種材料的溫度曲線可見,三種材料的居里溫度都可以滿足節能燈的要求,節能燈殼內最高溫度一般不會超過150度.三種曲線綜合分析,3K材料穩定性能稍差,2.5K材料的谷點溫度偏高,如果遇到節能燈殼內溫度超高,達到最大值150度,而磁環在這個時候,B值不但沒有降低,還在一直升高的話,必將導致三極管過驅,電流加大,最終導致災難性的后果.2.3K材料由于其穩定的溫度曲線,在節能燈中大受歡迎.若非有特殊要求,一般節能燈都會選用2.3K或者3K的磁環.完美的溫度曲線應該是次峰平,幾乎看不見,而谷點長,最好在70-150度,居里溫度只要有200度以上就可以了,可惜這樣的磁環至今仍沒有應用在節能燈上.
二:選擇考慮(為提高節能燈的可靠性和安全性,磁環的選用必須適應節能燈的特點和要求)
1、外形和尺寸的選擇:
適用于電子節能燈的磁環一般有這些規格,∮10*6*5;∮10*6*3.5;∮10*6*3;∮9*5*3;∮12*6*4;∮13*7*4.當節能燈塑件空間小,或者PCB面積小的時候,可以選用∮9*5*3磁環.不受節能燈塑件空間和PCB面積影響的時候,我們一般選用∮10*6*5;∮10*6*3.5;∮10*6*3這些規格的磁環.當電路中選用MOSFET作為開關管時,我們一般選用∮12*6*4;∮13*7*4這些規格的磁環,由于MOSFET要求柵極驅動電壓比較高,所以磁環的次極圈數會比較多,對于磁環而言,就需要有足夠大的內徑,來繞過這些次極線圈。
2、磁性材料的選擇:
不同的磁性材料有著不同的特性和不同的適用范圍.大類上來說,我們節能燈一般選用錳鋅鐵氧體,適用于節能燈的鐵氧體有:PC30,PC40和PC50等.在磁環磁性材料的選用上,應重點考慮下面幾點要求:
(1)居里溫度應足夠高,由于節能燈內空間狹小,散熱不暢,殼內溫度通常都在80度以上,要是工作環境溫度過高或者是帶罩燈,殼內溫度更高,最高可達130-150度.為確保節能燈殼內溫度低于磁環居里溫度,磁環宜選用居里溫度高于200度的磁性材料.
(2)初始磁導率應適中,由于磁性材料的初始磁導率和居里溫度是成反比的,初始磁導率越高,居里溫度越低,我們的選擇空間就留在4K以下這段范圍了.當然對于那些殼內溫度不高于80度,燈管實際功率低于70%的節能燈,或者是110V輸入在電路上沒有采取倍壓的.為獲得較高的驅動信號,可以適當選擇初始磁導率高的磁性材料.
(3)電阻率應比較高.當工作頻率一定時,磁性材料的渦流損耗與電阻率成反比.為降低磁環的自身損耗,應選用電阻率適當高一些的磁性材料,雖然磁環自身損耗在整個節能燈電路損耗中是微乎其微的,但其產生的不良反應是不容小詡的.
(4)合適的溫度系數.對于磁環,我們一般要求其具有負溫度系數,即其磁導率或磁芯線圈電感量應隨溫度升高而下降.在溫度0-100度變化時,三極管的集電極電流約增加15%.在此溫度范圍內,要是磁環具有負溫度系數,剛好與三極管的正溫度系數相抵消或大部分抵消,基本保持平衡,就保證了電子節能燈的穩定工作.
(5)飽和磁通密度與磁滯回線.電子節能燈中的磁環應具有較高的飽和磁通密度,以保證磁環次級有足夠高的驅動功率,防止電感因容易進入飽和而溫升加劇.由于磁環的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比,所以應選用磁滯回線比較狹小的磁環,這樣有利于降低功率損耗,磁環必須有如前文講到的,近似矩形的磁滯回線.并且要求磁滯回線有比較好的對稱性,這樣能保證電路中兩個三極管產生對稱的電流波形,防止兩個三極管溫度偏差.
簡單的磁環可靠性試驗方法,熱試驗方法:將磁環測試分檔(一般測試磁導率和單圈電感量),記錄數據,然后將磁環置于溫度100度的烘箱內,烘48小時后從烘箱里拿出來自然存放24小時.再一次測試磁環的參數,如果變化不大,可以選用,如果變化過大,則不可以選用.測試時,磁環最少不得少于100只.這種方法用于判斷磁環的一致性是否過關,在長時間的高溫下,磁環的參數是不是會產生大的變化,影響節能燈的壽命.
當然其他的和節能燈相近的照明產品,如:電子鎮流器.電子變壓器等,也都可以參照本選用方法進行選擇,除了工作環境,溫度等有不同外,電子鎮流器,電子變壓器與節能燈基本相同。
