一款14WT2普通節(jié)能燈設(shè)計(jì)實(shí)列
提供一普通節(jié)能燈設(shè)計(jì)實(shí)列以供初學(xué)者入門(mén)學(xué)習(xí)之用,當(dāng)你能成功做出
自己的東東時(shí)會(huì)有一種成就感的,好了廢話不多說(shuō)我們開(kāi)始吧.
輸入信息:
      輸入額定電壓220V50Hz,輸入工率>85%額定功率,輸入功率因數(shù)λ>0.6
      輸出效率η>90%,工作頻率33kHz,燈電流波峰比<1.7.
根據(jù)節(jié)能燈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求輸入工率>85%額定功率,既
Pin>14*0.85=11.9W
要求輸出效率>90%,既
Pout>11.9*0.9=10.71W

線路的選取:考慮到緊湊型節(jié)能燈體積小,溫升較高所以線路不能過(guò)於複雜
故此燈選取變異形半橋逆變電路.如圖1所示

     圖1
電參數(shù)的計(jì)算:
      輸入整流電流濾波電路的計(jì)算:
橋式整流電容慮波

輸入電流:Iin=Pin/Vin/λ=14/220/0.6=0.106(A),
峰值為Iinpk=1.414(2的開(kāi)方)*0.106=0.15(A)
當(dāng)輸入功率因數(shù)為0.6時(shí)二極管的導(dǎo)通的角只有θ=50度左右.所以流過(guò)二極管的峰值電流
Idpk=Iinpk/θ*180/2=0.15/50*180/2=0.27(A)
當(dāng)輸入電壓為250V(用電低谷時(shí))其峰傎
Vkp=1.414(2的開(kāi)方)*250=353.5V
既C3電壓會(huì)使達(dá)到353.5V(此參數(shù)用于選取電容的耐壓)同時(shí)會(huì)也加在二極管的負(fù)極,當(dāng)輸入壓負(fù)半周時(shí)
同樣也有負(fù)的353.5V加在二極管的正極所以二極管的反向耐壓
Vr>353.5V+353.5V=707V
根據(jù)流過(guò)二極管的電流0.106A峰值0.27A, 二極管的耐壓Vr>707V選取二極管
1N4007 參數(shù)Id=1A,Ipk=2.5A,Vr=1000-1400V,因低頻整流不考慮反向恢復(fù)時(shí)間.
之所以選取Vr>1000V是因?yàn)橛行┒O管在高溫時(shí)耐反向電壓特情變小的緣故,
有條件應(yīng)做二極管的高溫特性實(shí)驗(yàn).
當(dāng)輸入電壓220V時(shí)橋式整流慮波電路輸入電壓Vdc=Vin*(1.2-1.4)=220*1.3=286V
故直流電流為
Idc=pin/Vdc/η=14/286/0.9=0.054(A)
為了達(dá)到燈電流波峰比小于1.7要求輸入直流電壓的波峰比應(yīng)小于1.7,在此我們選1.6既紋波電壓
ΔVdc<286*0.6=171(V)
紋波的形成是因?yàn)殡娊怆娙莘烹娨?此時(shí)電容的放是周期是輸入電壓周期的一半既
t=0.5T=0.5*1/50=0.01(S)=10(mS)
根據(jù)電容的定義C=It/U
C=It/U=Idc*t/ΔVdc=0.054*0.01/171=0.00000315(F)=3.15(uF)
依據(jù)上邊求得的電容的最高電壓353V和電容的容量3.15uF結(jié)合電容的應(yīng)力要求選取電解電容為:
3.3uF/400V高品質(zhì)電解電容.
己知輸入電流Iin=0.106A, 同時(shí)是電解電容濾波,所以初時(shí)輸入峰值電流會(huì)達(dá)10倍的Iin,達(dá)1.06A
又因入力電壓220V 所以應(yīng)選取保險(xiǎn)管:
1A250V慢熔型或者1.5A250V慢熔型的.
      半橋逆變器的計(jì)算:
原理描述:

     直流電壓經(jīng)過(guò)R1,R2向C3充電,當(dāng)C3電壓上升到DB3的擊穿電壓28-35V,DB3因雪崩擊穿導(dǎo)通,把電流注入Q2
Q2導(dǎo)通,集電極電流增加,增加的集電極電流T1的初級(jí)(此時(shí)Q1是沒(méi)有通的)L1,燈管的陰極,C5,燈管的另一個(gè)陰極,C4.
增加的電流流過(guò)T1的初級(jí)時(shí)使T1的兩次級(jí)感生一個(gè)電壓,這個(gè)兩個(gè)電壓一個(gè)使Q2加速導(dǎo)通,集電極電流更大,一個(gè)使Q1關(guān)閉,
這一過(guò)程會(huì)Q2完全導(dǎo)通進(jìn)入飽和,并吏T1磁芯也進(jìn)入飽和,飽和的結(jié)果是Q2的集電極電流不再增加.
因?yàn)門(mén)1初級(jí)電流不再加增,使得初級(jí)感生電壓變小,并且改變電壓的極性方向,這一過(guò)程會(huì)使Q2的基極電流減小,同時(shí)Q2的基極電流減小Q2的集電極電流也
加速減小,結(jié)果是Q2走向關(guān)閉.此時(shí)Q1的電壓的極性方向改變,由原來(lái)的關(guān)閉走向開(kāi)通,當(dāng)Q1開(kāi)成集電極電流時(shí),同樣流過(guò)Q2的集電極走過(guò)的線路,只是方向變了,
次級(jí)感生的電壓使得Q1變?yōu)閷?dǎo)通,此時(shí)Q1跟Q2一樣也進(jìn)入飽和,使得次級(jí)電壓極性變反,接下來(lái)又輪到Q2的開(kāi)通,如此反復(fù),形成高頻震蕩......
觸發(fā)線路的計(jì)算:

     通常三極管的放大倍數(shù)選得較小(5-40)這要求觸發(fā)電路提供較大的電流,一般0.2-1mA
所以R1,R2支路應(yīng)能提些電流,所以
R1+R2=286/0.3(這里我們選0.3mA)=953KΩ
根據(jù)電阻功率計(jì)算公試
Pr=Ur*Ur/R=286*286/953K=0.08W
所以R1,R2選取功率為0.25W的兩個(gè)碳膜電阻.
相位電路的計(jì)算:
    C2和R1同時(shí)相位電路,當(dāng)三極進(jìn)入死區(qū)時(shí)間時(shí),兩三極管關(guān)閉(原理描述中沒(méi)經(jīng)細(xì)說(shuō))此電感L1及燈管中的電流流過(guò)C2使燈管繼續(xù)點(diǎn)亮.
所以C2也稱(chēng)為續(xù)流電容其容抗一般設(shè)計(jì)得較小.
一般R1,C2的時(shí)間常數(shù)設(shè)為震蕩周期的10-20倍(這里我們選11),己知地f=33kHz,所以
T=1/33kHz=30.3uS,
所以
τ=0.7R1*C2=11*T=11*30.3uS=333uS所以有
R1*C2=333/0.7=476uS
通常R1的阻抗是C2容抗的100倍左右所以
R1=100*Xc既R1=100/(2*3.14*f*C2)
聯(lián)立上邊的方程成方程組,求解方程組得:
R1=1030pF
C2=475000Ω
已知R1+R2=953KΩ,所以R2=953KΩ-475KΩ=478KΩ
所以R1,R2選標(biāo)準(zhǔn)中的470KΩ1/4w碳膜電阻,C2選1200PF/630V(1KV).
三極管的計(jì)算:
查資料得知T214W全螺熒光燈毛管參數(shù):啟動(dòng)電壓>400V管壓降120V,電流110mA.
些時(shí)燈電流峰值:IlKP=1.41421*110=155mA
半橋中點(diǎn)電壓150V,為了達(dá)到正常啟動(dòng),LC諧振時(shí)的Q值應(yīng)>400/150=2.67,此處設(shè)為3
所以諧振時(shí)L,C中的電流峰值為Ickp=3*IlKP(燈管電流峰值)=3*155=465mA
三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間(主要指存貯時(shí)間)一般<20%T(T正常工作時(shí)諧振周期)所以:
Ts<0.2/f=0.2/33000=6uS
結(jié)合上邊的參數(shù)選取開(kāi)關(guān)管:13003-TO92   其參數(shù)Vceo>=400V,Ic=1A(一般13003電流1.3A,但TO92三極管應(yīng)當(dāng)1A應(yīng)用)芯片1.18,Ts=2-5uS,β=15.
脈沖變壓器的計(jì)算:

脈沖變壓器,用于驅(qū)動(dòng)三極管,要求驅(qū)動(dòng)波形速率快,因此應(yīng)選用可飽和磁芯,磁滯回線成矩形的磁芯,
在此選初始磁導(dǎo)率ui為5000磁芯規(guī)格為外徑10mm內(nèi)徑6mm厚5mm的環(huán)形磁芯,
其參數(shù)查資料:Hs(飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度)=0.7A/cm Bs(飽和磁通密度)=0.3T ιe(磁路長(zhǎng)度)=1.7cm,Ae=0.2cm平方.
根據(jù)飽和磁場(chǎng)的公式:Hs=(Np*Ip)/ιe得
NP=Hs*ιe/Ip=0.7*1.7/0.11=10.8(Ts)(Ip為流過(guò)初級(jí)的電流峰值,也就是燈管的電流峰值,上邊算了得155mA,為了保證變器和三級(jí)管進(jìn)入飽和,此處取半峰值既Ip=155/2=78mA)
頻率的計(jì)核算:通常脈沖變初級(jí)電壓在7-15V 之間根據(jù)變壓的電磁感應(yīng)定律:V=4*N*Bs*Ae*f*10000得:
f=Vp*10000/(4*Np*Bs*Ae)=(9*10000)/(4*10.8*0.3*0.2)=34.7kHz接近設(shè)定目標(biāo)
當(dāng)開(kāi)關(guān)管集電極電流110mA進(jìn)入飽和時(shí),其基極電流峰值應(yīng)為ib>ic/β=155/15=10.33mA,并且實(shí)際ib略大于10.3mA.既變壓器的次級(jí)電流Is>10.3mA
根據(jù)變壓器變比: Np:Ns=Vp:Vs=Is:Ip得:
Ns<(Np*Ip)/Is=10.8*78/10.3=81Ts此匝數(shù)無(wú)法繞下磁環(huán),并且此匝數(shù)是在開(kāi)關(guān)管基極無(wú)限流電阻情況下算得,當(dāng)Ns<<81Ts時(shí),根據(jù)變比關(guān)系Is=Ib>>10.33mA
于是可以在三極管基極中串入限流電阻把電流限制在10.3mA左右,從而可以減少脈沖變器的次級(jí)匝數(shù).
基極電阻值一般選取4.7-33Ω,變壓器次級(jí)2-5Ts,為了使鎮(zhèn)流器耐沖擊,在開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極串入0.5-3.3Ω的電阻形成負(fù)反饋起到耐沖擊的作用.
以上次級(jí)匝數(shù),開(kāi)關(guān)管的基極,發(fā)射極的電阻應(yīng)在調(diào)試中確定,以使三極管工作在淺飽和區(qū),工作頻正確為宜.
本機(jī)脈沖變壓器變比為:10:3基極電阻22Ω,發(fā)射極電阻2.2Ω.
續(xù)流二極管D6,D7,基極二極管D8,D9的選取:
    D6,D7是在開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)用來(lái)續(xù)流電感L1中的電流的,所以D6,D7工作頻率也是30KHz以上,電流在155mA左右,由此D6,D7應(yīng)選快速恢復(fù)二極管,耐比三極管的Vceo高.
本機(jī)選FR107,查其參數(shù)能滿足要求.
    D8,D9是保護(hù)開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極的,主要用來(lái)消除脈沖變壓器次級(jí)的負(fù)半周形成的過(guò)反偏擊穿EB結(jié),一般出現(xiàn)過(guò)反偏的機(jī)會(huì)不大所以選用慢速管,耐壓>100V就可以.
本機(jī)選取1N4007.
    D5選取D5用于給C3放電,由于鎮(zhèn)流器觸發(fā)后能自行震蕩工作,不再需要DB3觸發(fā)了,這時(shí)就要把C3的電荷放掉,D5就是起到這個(gè)作用.設(shè)計(jì)時(shí)(R1+R2)C3的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)
大于鎮(zhèn)流器工作周期才能使C3充不起電壓.當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)D5承受大經(jīng)約250V的電壓.所以D5也選用1N4007.
諧振電路的計(jì)算:


己知半橋中點(diǎn)直流電壓150V,當(dāng)三極管開(kāi)通時(shí),峰值電壓286V,燈管電壓120V,燈管電流110mA
所以電感L1的電壓Ul=286-120=166(V),流過(guò)電感的電流就是燈管的電流,所以感抗Xl=166/0.11=1509(Ω)
根據(jù)電感抗的公式:Xl=2*3.14*f*L得:
L1=Xl/(2*3.14*f)=1509/(6.28*33000)=0.00728H=7.28(mH)
磁芯選取:根據(jù)磁芯的面積乘積法計(jì)算規(guī)格.(過(guò)于復(fù)雜不再給出計(jì)算方法)
    通過(guò)計(jì)算選取EE13,PC30的磁芯規(guī)格和磁芯材料和繞線骨架.計(jì)算氣隙0.5-0.8mm,本機(jī)選取0.6mm,通過(guò)查參數(shù),得單匝電感量Al=3.74e-5mH/(N*N)
己知本機(jī)電感量7.28mH通過(guò)AL,算得N=441Ts
    漆包線:己知燈管電流110mA,一般繞線用的漆包線載流能力2.5-4(A/mm*mm)折算線徑D=0.187mm,
上邊算得啟動(dòng)諧振時(shí)電路的Q值應(yīng)>400/150=2.67,根據(jù)諧振電路品質(zhì)因數(shù)計(jì)算方法Q=(L/c)的開(kāi)方,得:
C設(shè)計(jì)諧振頻率為50K左右.根據(jù)LC諧振計(jì)算公式得,
C5=1/(4*3.14*3.14*fo*fo*L1)=1.39*10e-9(F)=1390(pF)   *科學(xué)計(jì)數(shù)法
由于諧振時(shí)Q值較高所以電容C5的電壓也很高,應(yīng)選用耐較高的電容
本機(jī)選1250V/1500PF的膜式電容.

隔直電容C4的選取,C4只是用于隔直作用所以它的容抗應(yīng)較小,并以發(fā)熱小為宜,耐壓應(yīng)大于整流輸出電壓.
本機(jī)選取400V/47000pF.
以下是電實(shí)測(cè)電參數(shù):

以下是實(shí)測(cè)光參數(shù):

以下是實(shí)物:

以下是BOM (物料清單)
碳膜電阻RT-1/4W-680KΩ22 碳膜電阻RT-1/4W-2.2Ω23 碳膜電阻RT-1/4W-22Ω24 保險(xiǎn)管1A-250V15 電解電容CD11GA(精品)3.3UF/400V(10*16)聚脂膜電容CL11 223J-100V17 聚脂膜電容CL11 102J-630V18 聚脂膜電容CL21 473J-400V19 聚脂膜電容CL11 152J-1000V110 整流二極管1N4007711   觸發(fā)二極管DB3112 三極管13003E1D/TO-92 β=20-25 線路板RXD1736A   跳線鍍錫祼銅線Φ0.4/8cm脈沖變壓器3T:10T:3T1套16磁環(huán)Φ10*6*5噴漆 5檔A  AL=1.4-1.7mH 磁環(huán)線AV-1*1/0.30鍍錫450mm 電感420T±3T 電感量:6.4-6.7mH  磁芯PC30-EE13  雙邊氣隙0.5mm1付 骨架E13立式(4P)     漆包線QA-1 ф0.17 (420T±3T)3.1克彩膠帶 5mm23CM  插針鍍錫祼銅線Φ0.4/8cm     電解腳套管Φ1玻璃纖維套管 20mm225電源線AWM-1007/24AWG 8cm  電源線AWM-1007/24AWG  7cm  輔料(錫條/錫絲/免洗助焊劑) 燈管液態(tài)汞φ7全螺14W  4*38D三基色A級(jí)粉(2700-6400K)  燈頭E27132 外殼FC137    包裝盒4.6*4.6*10.5Cm包裝箱48*48*12.5Cm輔料

網(wǎng)址點(diǎn)這里有實(shí)詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)