整流器原理


热门范文 2019-08-05 21:12:55 热门范文
[摘要]整流器原理篇一:整流器工作原理桥式整流器原理电路桥式整流电路(如图5-5所示)是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成桥式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。 图5-5(a)为桥式整流电路图 (b)为其简化画法桥式整流电路的工作原理如下:

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整流器原理篇一:整流器工作原理


桥式整流器原理电路
桥式整流电路(如图5-5所示)是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。 
图5-5(a)为桥式整流电路图 (b)为其简化画法
桥式整流电路的工作原理如下:e2为正半周时,对D1、D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。以上两种工作状态分别如图5-6(a)和(b)所示。 
图5-6 桥式整流电路的工作原理示意图
如此重复下去,结果在Rfz,上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整流电路小一半。
桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同,变压器的利用率最高。现在常用的全桥整流,不用单独的四只二极管而用一只全桥,其中包括四只二极管,但是要标清符号,有交流符号的两端接变压器输出,+、-两端接入整流电路。需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。可以根据主要参数选择对应的二极管:
另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。 
 
图5-7示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时,由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大,R应选得越小。 
图5-8示出了二极管串联的情况。显然在理想条件下,有几只管子串联,每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同,会造成电压分配不均:内阻大的二极管,有可能由于电压过高而被击穿,并由此引起连锁反应,逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R,可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器,各个电阻器的阻值要相等。

整流器原理篇二:整流器的原理和维修技巧


    在采用交流发电机的电源系统中,整流器是该系统的重要组成部分。整流器实际上是一个硅二极管或由几个硅二极管组成,它的外形、结构和符号如图 1所示。硅二极管则由一个 PN 结加上电极引线和外壳所构成,它的两个电极,正极接 P 型区,负极接 N 型区。

    一、整流器的作用
    整流器用在交流发电机电源系统中,其作用一是将交流发电机产生的交流电变为直流电,以实现向用电设备供电和向蓄电池充电;二是限制蓄电池电流倒流回发电机,保护发电机不被逆电流烧坏。硅二极管具有单向导电的特性,即在硅二极管两端加上一定的电压(电源正极接二极管正极,电源负极接二极管的负极)时,二极管就导通,有电流流过,反之,二极管不导通,无电流通过。
    这样,电流只能从一个方向通过。人们利用二极管的这个特性,制成整流器。当给整流器加上交流电压时,只允许交流电的正半周通过,而负半周不通过,因此在整流器的负端便输出脉动直流电。
    二、整流器的种类及结构
    1. 单相半波整流器
    图2所示是单相半波整流电路图,它由磁电机、整流器、用电设备和蓄电池组成。当永久磁铁旋转时,产生旋转磁场,定子绕组切割磁力线后便产生交流电压,由一个硅二极管完成半波整流,整流后的直流(脉动)电供给用电设备和向蓄电池充电。铃木 A100 、 AX100 、 TR125 及雅马哈 DX100 等型号的摩托车均采用这种电路。这是最简单的整流电路。

    2. 单相全波桥式整流器
    幸福 XF250C 、D 型摩托车采用的电源电路为单相桥式整流电路,如图3所示。封装在散热片内的四只硅二极管组合成单相全波桥式整流器。当发电机输出交流电时,在交流电的正半周( A 正 B 负),电流从 A 端、二极管 VD3 、蓄电池正极、负极、二极管 VD2 到 B 端;在负半周时( A 负 B 正),电流从 B 端、二极管 VD1 、蓄电池正极、负极、二极管 VD4 到 A 端。幸福 XF250 系列摩托车用电设备均使用直流电,因此供电电流、电压要相应地提高一些,利用全波桥式整流器完全可以胜任这一点。

    3. 三相全波桥式整流器
    三相交流发电机配用的整流器是三相全波桥式整流器,电路如图4所示。整流器由六只大功率硅二极管( VD1 ~ VD6 )组成,其中三个正极管( VD1 ~ VD3 ),三只负极管( VD4 ~ VD6 ),分别用不同色点区分或管壳上有“ + ”、“ - ”标记。 VD7 、 VD8 、 VD9 为三只小功率硅二极管,专用于向发电机激磁绕组提供激磁电流,因此称为激磁二极管。 VD10 、 VD11 与发电机中性点相接,用以提高发电机输出功率。有些整流器未使用这两只小功率二极管。

    整流器的工作过程如图5所示。相位依次相差 120° 的三相交流电,在 0 ~ 1 时刻, C 相电动势为正, B 相为负, A 相为零到正,但很小,二极管 VD3 、 VD5 工作,电流从 C 相绕组流出,经过 VD3 、用电设备、 VD5 流回 B 相;在 1 ~ 2 时刻, A 相电动势为正, B 相为负, VD1 、 VD5 工作,电流从 A 相绕组流出,经 VD1 、用电设备、 VD5 流回 B 相;在 2 ~ 3 时刻, A 相电动势为正, C 相为负, VD1 、 VD6 工作,电流从 A 相绕组流出,经 VD1 、用电设备、 VD6 流回 C 相绕组。依此类推,可得出后几个时刻中整流器的工作情况。

    由以上分析可知,电路中的六只二极管( VD1 ~ VD6 )是成对轮流导通的,而且在某一时刻,只有两只二极管在工作,即一只正管,一只负管。三相交流电经过整流,变为脉动直流电,波形见图 6。但它的脉动很小,完全能够满足用电设备的要求。各种整流器所用的硅二极管,根据电路要求其型号各不相同,其额定整流电流、反向工作电压也不相同。单相半波整流器硅二极管的额定整流电流为 5A 以上,反向工作电压不得低于 100V 。单相全波桥式整流器中每个硅二极管的额定整流电流应大于 5A ,反向工作电压不得低于 200V 。三相全波桥式整流器的六只大功率硅二极管的型号为 ZQ15 ,其额定整流电流为 15A ,反向工作电压大于 200V ;其余五只小功率硅二极管的额定整流电流不应低于 1A ,反向工作电压应大于 400V ,如 2CZ85F 、 IN4007 等均可使用。硅整流二极管根据电路要求需严格选用,如果参数达不到要求,在使用中极易损坏,从而影响整个整流器以及电源电路的正常工作。

    三、整流器的常见故障
    整流器在使用过程中容易出现故障,即硅二极管短路、漏电或断路等。这些故障的产生,都会引起整流器工作不正常,甚至不能工作。
    1. 二极管短路二极管内部击穿短路,变为导体,磁电机工作时整流器没有直流输出,从而不能向用电设备供电和向蓄电池充电,同时会使蓄电池电流倒流回发电机,造成发电机绕组烧坏。
    2. 二极管漏电二极管正、反向电阻相差太小,会产生漏电现象,使整流输出的直流电压降低,因此达不到满意的整流效果。
    3. 二极管断路二极管内部断路,交流电正半周不能通过,从而起不到整流作用,整流器输出端无电压,致使蓄电池电压逐渐下降,用电设备不能正常工作。
    四、整流器的故障检查方法
    如果发现整流器出现故障,应对其进行检查。
    整流器的主要故障是二极管损坏。在检查二极管时,常用如下方法。
    1. 直观检查法用眼直接观察二极管外壳是否有烧焦、裂缝等现象。如有上述现象说明二极管损坏。
    2. 手摸检查法对可疑二极管用手指触摸其外壳,如果感觉管壳温度过高,甚至发烫,说明此二极管已击穿或严重漏电。
    3. 试灯检查法
    用蓄电池作电源,取一只仪表灯泡(灯泡额定电压应与蓄电池电压相等),对硅二极管进行单向导电性能检查。方法见图 7所示:在蓄电池正负极上各接一根导线,使其通过试灯交替地接在硅二极管的两电极上,这样测试两次。如果试灯一次亮一次不亮,说明这只硅二极管是良好的;如果两次都亮,说明硅二极管已击穿短路不能使用;如果两次测试试灯全不亮,说明硅二极管内部断路而损坏。

    4. 万用表检查法
    将万用表置于欧姆挡,测硅二极管的电阻值,然后将正负表笔对调一下再测一次。若两次测得的电阻一大一小,且大的那一次趋于无穷大,而小的那一次几乎接近零,那么这只二极管是好的,见图8 。在测量的同时还可以知道二极管两端的正负。当指针指示小阻值时负表笔接的那一端为二极管的正极。

    两次测量可能出现下面几种情况:
    ( 1 )一次接近无穷大( 10kΩ 以上),而一次较小( 10Ω 以下),说明这只二极管是良好的。
    ( 2 )两次都为无穷大(表针不动),说明这只二极管已断路。
    ( 3 )两次都很小(表针指示近似零),说明这只二极管已短路。
    ( 4 )两次阻值都一样(或大或小),说明这只二极管无整流作用。
    ( 5 )两次测量的电阻值相差不太大,即为反向漏电,说明这只二极管整流性能不好。
    ( 6 )测量时电阻值不稳定,说明这只二极管内部接触不良。在用万用表测量整流器二极管时,应拆开整流器与定子绕组及其他电气设备的连接线(尤其是蓄电池火线),以免测量时有误或将万用表烧坏。
    五、整流器的使用整流器结构简单,维修方便。
    若能正确使用,不但故障少且寿命长。如果使用不当,则会很快损坏。
    因此,在日常使用时应注意以下几点。
    ( 1 )使用硅整流器的电源电路,均为负极搭铁。蓄电池搭铁极性必须与此相同,否则,蓄电池将通过二极管放电,使二极管立即烧坏。
    ( 2 )发电机工作时,不要用试火的方法检查硅整流器,否则容易损坏硅二极管。
    ( 3 )发电机不充电或充电电流很小时,应及时排除故障,否则会因一个二极管损坏而造成其他二极管或发电机绕组损坏。
    ( 4 )在检查整流器故障时,不允许用兆欧表或 220V 交流电,否则会烧坏硅二极管。
    ( 5 )不允许在长时间拆除蓄电池或蓄电池接触不良的情况下让整流器工作。因为蓄电池拆除后,当断电器触点断开时,低压线圈会产生 300V 左右的自感电动势,这个电动势很容易击穿整流器。
    ( 6 )整流器必须在通风良好的条件下使用,并按规定装好散热片;经常保持整流器表面干净,不允许有油污、泥土等。
    ( 7 )在更换已损坏的硅二极管时,电烙铁功率不应大于 45W ,且焊接时间不宜太长,必要时需用镊子将二极管(引线)夹住以便散热,否则会损坏二极管。
    ( 8 )用其他型号的硅二极管代替损坏的硅二极管时,其额定整流电流、反向工作电压均不能低于原二极管的各项参数。
    ( 9 )更换三相全波桥式整流器的大功率硅二极管时,必须使所换硅二极管与原来的硅二极管极性相同。硅二极管装入座孔后,必须是紧配合,不应松动,以免与座孔接触不良影响散热而烧坏硅二极管。如果座孔太松,可用适当厚度的紫铜皮垫在硅二极管底座周围。如果太紧可用铰刀将座孔适当铰大一些。
    ( 10 )更换其他小功率硅二极管时要注意极性,应将二极管的正极接交流电,这时负极将输出直流电。
    六、整流器故障排除实例
    实例一:一辆铃木 AX100 型摩托车,前大灯亮度严重不足,且喇叭声音沙哑。根据现象分析:发电机发电不足、照明线路有故障及未使用规定规格的灯泡等,都会造成前大灯亮度不足。打开前大灯,检查灯泡正常,用万用表交流电压挡测灯泡底座电压,不足 4V 。从发电机照明线圈输出端(黄色导线)测电压,仍在 4V 以下,怀疑照明线圈有匝间短路现象,但经检查正常。结合喇叭声音沙哑现象继续分析检查,怀疑是发电机对蓄电池不充电。断开整流器的一条引线,这时发现大灯亮度增加,断定是整流器有问题。将整流器取下,测正、反向电阻值,发现硅二极管正向电阻值和反向电阻值均接近零,说明硅二极管短路。更换一新的整流器,故障排除。
    实例二:一辆幸福 XF250C 型摩托车不能启动,按电喇叭按钮无声音。经检查发现蓄电池电量严重不足。更换一新蓄电池后,启动发动机,使发动机转速在 2000r/min 左右(粗略估计)时,瞬间断开蓄电池一引线,发动机立即熄火。由此怀疑是发电机没有输出交流电或整流器有故障。将整流器各引线断开,测量整流器各二极管,发现有两个二极管已击穿。更换一新的整流器后,故障排除。
    实例三:一辆湘江 750 型边三轮摩托车,无论发电机转速高低,充电指示灯均不熄灭。
    湘江 750 型摩托车采用的是激磁式交流发电机,发动机刚启动时,发电机磁场电压由蓄电池经电压调节器,充电指示灯供给;发电机电压升高后,改经整流器和电压调节器供给。发动机以中、高速运转时,如果指示灯不熄灭,说明充电系统有故障。检查电压调节器,发电机均未发现问题。
    最后断定是整流器有故障。取下整流器,用万用表测整流器各硅二极管的正、反向电阻值,发现三个激磁二极管有两只击穿短路。激磁二极管击穿损坏后,发电机磁场电压为零,所以发电机不发电。将损坏的两只二极管取下,用 1N4007 整流二极管代替,故障排除。

整流器原理篇三:电子镇流器线路图大全及工作原理


 1、振达牌一拖二电子镇流器的实绘电路:
2、9w电子镇流器电路图:
       13001管为NPN型管,高反压(也就是耐压450V以上)。大多用在大功率电子镇流器里和电瓶车充电器里,另外还有13003与13005相应耗散功率更大一些!        对于用万用表检测,只能大致判断(如要配对用最好用图示仪),简单讲就是将万用表打到R*1K档,黑表笔任意测一个管脚,红表笔测剩下的另外两管脚,比较读数,交换表笔找出黑表笔接的脚与红表笔另外测的两脚的电阻最小时,大约5—10K时,黑表笔所接的脚为基极,另外两脚为集电极、发射极。在找出基极的情况下,分别将两表笔用手指捏在另外两极上,用舌头舔一下基极,交换两表笔再舔一下基极,将两次测量时表针偏转较大的一次,做为基准、黑表笔所接的脚为集电极,另一边的脚为发射极。
3、实用电子镇流器电路:13005*2
5、40W日光灯电子镇流器电原理图
6、用MJE13005×2的20W日光灯电子镇流器
7、
8、32w交流电子镇流器电路
上图电路由整流滤波电容、高频振荡电路以及输出负载屯路三部分构成。交流220V经整流滤波输出约300V直流为振荡电路提供电源。开机后,电源经R5对C3充电,使Vc3迅速升高,从而使VT2迅速达到饱和导通;此时由于T的反馈作用使VTI截止。VT2一旦导通,则Vc3下降,流过L2的电流减小,引起L2两端一个上负下正的电压。据同名端原则,L1得到上正下负的反馈电压,从而使VTI迅速饱和导通,同时T的正反馈作用又使VT2迅速截止,如此周而复始形成振荡方波(R6D6、R3D5起续流作用)。负载回路由L3、L4、C4构成。VTI、VT2产生的高频振荡方波由L3加给负载作激励源。灯管点亮前,由C4、L4等形成很大的谐振电梳流过灯丝,使管内氢气电离,进而使水银变为水银蒸汽,C4两端的高电压又使水银蒸汽形成弧光放电,激发管壁荧光粉发光。灯管点亮后,C4基本上不起作用,此时L4则起阻流作用。台灯电子镇流器电路图 ,也可供参考。
常见故障1. VTl、VT2击穿进而导致D1-D4被击穿,此时将引起电源短路;2.R4偏置损坏; 3.振荡电路中L5.L6易损坏;4.负载电路中C4因高压易被击穿。最后特别说明,目前市场上所见的各种40W、32W节能日光灯以及各种环形灯,均可参考此电路进行分析。
9、荧光灯电子镇流器电路图
该荧光灯电子镇流器电路由电源电路、高频振荡器和LC串联输出电路组成。电路中,电源电路由熔断器FU、电子滤波变压器T1、电容器C1、C2、压敏电阻器RV和整流二极管VD1 - VD4组成;高频振荡器电路由晶体管V1、V2,二极管VD5、V D6、电阻器R1一R6、电容器C3一C5和高频变压器TZ组成;LC串联输出电路由限流电感器L、电容器C6、C7和荧光灯管EL组成。接通电源,交流220V电压经T1和C1高频滤波、VD1一VD4整流及C2平滑滤波后,为高频振荡器提供300V左右的直流工作电压。在刚接通电源的瞬间,V1和V2中某只晶体管优先导通,在高频变压器T2的藕合和反馈作用下,V1和V2交替导通与截止,使高频振荡电路进人自激振荡状态,并通过L和C6为EL提供启辉电压。当C7两端电压达到EL的放电电压时,EL启辉点亮。
10、85w紧凑型节能日光灯电路图
图中二极管全部采用1N4007,电容除15u,400v为电解电容其余都是涤纶电容,L1L2L3为同磁芯感应线圈L4为大体积电感,220v交流输入端2A保险未画出。
此为我家的85w紧凑型节能灯,打开灯头,保险坏,桥式整流的2个二极管击穿,2个13005击穿损坏,2个1欧电阻开路,2个10欧电阻严重变质一个1千欧一个10千欧,15u电解电容完全失容容量为0,一算共损坏10个零件,全部更换。09年10月31日再次投入使用,至10年5月21日再次烧坏。
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编者按:近年来,电子镇流荧光灯行业持续大发展,产品水平不断提高,中国在世界上作为节能灯大国的地位已经确立。但要进一步成为节能灯强国,就需要对产品技术和相应的技术基础理论进行进一步的探索。在对灯用三极管损坏机理的深入研讨中,笔者感到以前对荧光灯电子镇流器工作原理的描述越来越满足不了需要,其中甚至还有谬误之处,有必要对其进行更深入仔细的研究探讨。为避免复杂的数学推导,文中用较多的实测波形图加以说明。
电子镇流器工作最基本的原理是把50Hz的工频交流电,变成20~50kHz的较高频率的交流电,半桥串联谐振逆变电路中,上、下两个三极管在谐振回路电容、电感、灯管、磁环的配合下轮流导通和截止,把工频交流电整流后的直流电变成较高频率的交流电。但是,具体工作过程中,不少书刊都把谐振回路电容充放电作为主要因素来描述,甚至认为“振荡电路的振荡频率是由振荡电路充放电的时间常数决定的”。实事上,谐振回路电容充电和放电是变流过程中的一个重要因素,但不能说振荡电路的振荡频率就是由振荡电路的充放电时间常数决定的,电路工作状态下可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率变化曲线的饱和点和三极管的存储时间ts是工作周期的重要决定因素。
三极管开关工作的具体过程中,不少书刊认为“基极电位转变为负电位”使导通三极管转变为截止,“T1(磁环)饱和后,各个绕组中的感应电势为零”“VT1基极电位升高,VT2基极电位下降”;然而,笔者认为实际工作情况不是这样的。
1、三极管开关工作的三个重要转折点
1.1、三极管怎样由导通转变为截止——第一个转折点
如图1所示,不管是用触发管DB3产生三极管的起始基极电流Ib,还是基极回路带电容的半桥电路由基极偏置电阻产生三极管VT2的起始基极电流Ib,三极管的Ib产生集电极电流Ic,通过磁环绕组感应,强烈的正反馈使Ic迅速增长,三极管导通,那么三极管是怎样由导通转变为截止的?
实践证明,三极管导通后其集电极电流Ic增长,其导通转变为截止的过程有两个转折点,首先是可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率μ的饱和点。
图2中,上面为磁环磁化曲线(B-H)及磁导率μ-H变化曲线,μ=B/H,所以μ就是B-H曲线的斜率。开始时μ随着外场H的增加而增加,当H增大到一定值时μ达到最大,其最大值为μ-H曲线的峰值,即可饱和脉冲变压器磁导率的峰值。此后,外场H增加,μ减小。在电子镇流荧光灯电路中,磁环工作在可饱和状态,在每次磁化过程中,其μ值必须过其峰值。
在初期,可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率随着Ic的增长而增长(图2);Ic增长到一定值,可饱和脉冲变压器的磁导率μ过图2中峰值点,磁环绕组感应电压V环=-Ldi/dt,而磁环绕组电感量L=μN2S/ι(此公式还说明了磁环尺寸在这方面的作用),也就是说磁环绕组感应电压与可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率μ成正比,磁环绕组感应电压V环过峰值(关于磁环绕组内电流的情况在后文说明,这里先以实测波形图说明),三极管基极电流Ib同步过峰值(图2、图3),图2下半部分为三极管Vce、Ic、Ib波形图,图2上半部分和下半部分有一根垂直的连线,把基极电流Ib的峰值点和可饱和脉冲变压器的磁导率μ的峰值点连到了一起,这是外部电路改变三极管工作状态的重要信号点,也就是三极管由导通转变为截止的第一个转折点。随着V环的下降Ib也下降,但这时基区内部的电压仍然是正的,当磁环绕组感应电压V环低于基区内部的电压时(基区外电路所加电压下降到低于基区内部的电压,但仍然是正的),少数的载流子就从基区流出,基极电流反向为负值Ib2(图3深色曲线2);图3显示了三极管基极电流Ib峰值(深色曲线2)和磁环绕组感应电压峰值(浅色曲线1)是同步的,过峰值后基极电流反向为负值。在这期间,基区电流(称为IB2)是负,但是Vce维持在饱和压降Vcesat(图4浅色曲线1),而Ic电流正常流动(图4深色曲线2),这时期对应存储时间(Tsi)。在这段时间Vbe始终是正的,但是基区电流(称为IB2)是负的。有的书上说导通管的关闭是因为其基极电位转变为负电位,也有的说“T1(磁环)饱和后,各个绕组中的感应电势为零”,这不符合实际情况,从波形图上我们可以清楚地看到这段时间Vbe始终是正的。导通管的基极电位转变为负电位是在Ic存储结束,流过磁环绕组的电流达到峰值-Ldi/dt等于零的时刻之后,而不是在Ic存储刚开始的时刻。
不少书刊说导通管的关闭是因为其基极电位转变为负电位,这里多加几幅插图来说明。
从图5可以看到在整个三极管集电极电流Ic导通半周期内,其基极电压Vbe都是正的,一直到Ic退出饱和开始下降;从图6可以看到在整个三极管集电极电流Ic导通半周期内,其磁环绕组感应电压V环也都是正的,一直到Ic退出饱和才开始下降变负。
比较图5和图6可以看到在三极管集电极电流Ic接近最大值,也就是三极管进入存储工作阶段时Vbe>V环,这也可以用来解释IB2是负值的原因。
基极电流反向为负值是因为三极管进入存储工作阶段时Vbe>V环,但是,由于V环是正的,所以基极电流反向电流是“流”出来,而不是“抽”出来的。
磁环次级绕组电压是由流经电感的电流-di/dt所决定,过零点在峰值点,即电流平顶点(图7);经过电感流向灯管的电流IL,在磁环绕组和扼流电感上产生感应电压,其过零点为IL的峰值顶点(di/dt=0)(图8),这里也可以看到V环变负的真正时间。
1.2 三极管从存储结束退出饱和,到三极管被彻底关断(tf)——第二个转折点及第三个转折点
(1)三极管进入存储时间阶段,Ib变为负值并一直维持(图4浅色曲线A);三极管存储结束退出饱和:当Ib负电流绝对值开始减小的时刻(图4浅色曲线A),也就是Ic存储结束开始减小(图4深色曲线2),Vce离开饱和压降Vcesat开始上升的时刻(图4浅色曲线1),这也就是三极管由导通转变为截止的第二个转折点。整个过程也由两部分组成,开始很快降低,后面还有很长一段电流很小的拖尾。
当没有残余电荷在基区里面时,IB2衰减到零,而Ic也为零,这是下降时间,三极管被彻底关断,BC结承担电路电源电压,一般应为310V左右(图4浅色曲线A上毛刺对应的时刻浅色曲线1Vce值为314V))。也就是三极管由导通转变为截止的第三个转折点。
在第二个转折点到第三个转折点这段时间,Vce离开饱和压降Vcesat,开始上升到电路电源电压。(图4浅色曲线1)
(2)电感电流IL与上下两个三极管集电极电流Ic1、Ic2的关系,C3R2的作用(关断过程之二):
在第二个转折点与第三个转折点之间Ic1Ic2的波形有一个缺口,IL波形没有缺口。
三极管Ic存储结束,电流开始快速下降,后面还有很长一段电流很小的拖尾;这时另一个三极管仍然是截止的,还没有开始导通,这样就会造成一个电流缺口(图9)。但是电感L上的电流是不可能中断的,这个缺口由上管CE之间的R2C3的充放电电流来填补(图10)。
上管从Ic存储结束,Vce开始上升,整个过程也由两部分组成,开始很快降低,后面还有很长一段电流很小的拖尾,Vce从零上升到310V,C3也得充电到310V,其充电电流即为填补缺口的那部分电流(图10),电感L中的电流得以平滑过渡。Vce从零上升到310V,C3也得以充电到310V的那一时刻,其充电电流被关断。VT1从截止转为导通时,R2C3放电,其放电电流填补电流缺口。
对于这一点,有的书上是这样说的:“C3R2组成相位校正网络,使输出端产生的基频电压同相”说的应该就是这个意思。
R2C3的存在,实际上也避免了两个三极管电流的重叠,即一个三极管尚未关断,另一个三极管已经导通,所谓“共态导通”的问题,提供了一个“死区时间”。
二、三极管是怎样由截止转变为导通的?有的书刊上说是三极管基极通过磁环次级绕组“得到正电位的激励信号电压而迅速导通”,实际上从三极管Ic存储结束的这一时刻开始,磁环次级绕组的电压即过零开始变为正电位,但是直到VT2被彻底关断那一刻以前,VT1一直没有开通。图5、图6中可以清楚地看到三极管产生集电极电流Ic的时刻落后于基极电压Vbe(磁环绕组感应电压V环)变正的时刻这一段时间。
确切地说,三极管产生集电极电流Ic(开始开通)的准确时刻应该是另一个三极管被彻底关断的时刻。从整个电子镇流荧光灯电路来说,这也就是前面所说三极管由导通转变为截止的第三个转折点。从时间上来说三极管产生集电极电流Ic(开始开通)的准确时刻也就是R2C3上的充放电电流终了的时刻,而这个时刻也正是另一个三极管被彻底关断的时刻。
从波形图上看,三极管产生集电极电流Ic(开始开通)的时刻,正是电感L两端电压的峰值点(图11)。
另一管Ic的开通:电感L中的电流不能突变,而此时Vbe已为正,三极管产生一个反向电流,此时也正好是电感L两端电压的峰值点(图11)。
为什么在电子镇流荧光灯电路中三极管的上升时间tr我们不予以关注?从上面对三极管集电极电流Ic的开通过程就可以得到答案。在这里,三极管集电极电流Ic的上升过程不符合三极管的上升时间tr的定义,因此tr在这里也就失去了它原来的意义。
由于从三极管Ic存储结束的这一时刻开始,磁环次级绕组的电压即过零开始变为正电位,但是在R2C3上的充放电电流终了那一刻以前,正常情况下VT1一直没有开通;必须注意的是,当线路调整不好的时候,Ic会产生一个有害的毛刺。
2 三极管集电极电流Ic初始值的讨论
带电感负载的开关三极管,在三极管关断时因电感产生反电动势会收到一个高电压。但是,在目前国内大量采用的电子镇流荧光灯半桥电压反馈电路中,开关三极管电压的选择,是不考虑这个反电动势的;在实际生产中,用世界上最好的示波器去观察,也看不到高于整流滤波后电源电压的波形;对于灯用三极管设计生产厂家来说,三极管的电压参数选取得是否合理,关系到如何真正做到“低成本、高可靠”;如果不切实际地把三极管的电压参数选高了,用户最需要的电流特性就会受到影响。那么,电路中的这个反电动势,是通过什么渠道泄放掉的?在R2C3上的充放电电流终了后,实际上就是通过三极管集电极电流Ic初始值泄放的。(三极管CE并联反向二极管的话,这个初始值被二极管分流一部分)。
由于电感L中的电流不能突变,三极管集电极电流Ic的初始值必须和R2C3上的充放电电流终了值一致。R2C3上的充放电电流的初始值在数值上与另一个三极管Ic的关断终了值一致,但方向相反;而R2C3上的充放电电流的终了值与初始值相差不大,三极管集电极电流Ic一个很大的负电流初始值就是这样来的。
这个很大负电流的流经方式要分四种情况讨论: (1)三极管BE并联反向二极管-三极管BC结(图12); (2)三极管CE并联反向二极管(图13); (3)三极管BE、CE同时并联反向二极管(图14); (4)三极管BE、CE都没有并联反向二极管(图15)。
在这四种情况中,我们首先讨论第一种情况:
从图12、图16可以看到,流经三极管集电极的电流Ic从三极管BE之间的二极管流过(图16)。三极管集电极-发射极电压Vce加的是负电压,三极管反向工作。
在这以前,人们一直在三极管的关断功率损耗上做文章,降低三极管的关断功率损耗,以提高可靠性。其实三极管反向工作这一段时间的反向功率损耗也应该引起足够的注意,因为这一段时间三极管上的工作电压、电流、延续时间都比较可观,因此其上的功率损耗也比较可观。
实际生产中,不加BE反向二极管,有一定比例的三极管损坏,且是BE结损坏,就认为是三极管BE反向耐压不够,这是误解。应该是负电流的流经渠道不畅造成三极管功率损耗过大。
第二种情况,三极管CE并联反向二极管(图13):另一个三极管彻底关断、R2C3充放电结束的时刻,电感IL内的电流(相当于R2C3充放电电流终了值)大部分流经VD6(VD7),少部分仍然流经三极管BC结(体现为三极管集电极电流Ic)。
第三种情况,三极管BE、CE同时并联反向二极管(图14):另一个三极管彻底关断、R2C3充放电结束的时刻,电感IL内的反向电流(相当于R2C3充放电电流终了值)大部分流经CE并联反向二极管VD6(VD7),少部分仍然流经三极管BE并联反向二极管-三极管BC结(体现为三极管集电极电流Ic)。
第四种情况,采用DB3触发的小功率节能灯在三极管功率余量足够时,可以不加BE反向二极管(图15),这是因为负电流有一个通过磁环次级绕组、基极电阻、三极管BC结的流经渠道(图17Ib刚开始上跳时的波形),基极回路带电容的半桥电路不能没有BE并联反向二极管。
采用BUL128D这一类带续流二极管的抗过驱动三极管,不要再加CE二极管。
三极管BE、CE并联反向二极管(基极回路带电容的半桥电路在BE并联反向二极管上还串联有电阻)对整个电路的工作状况有很大影响,特别是会对灯管起辉和三极管电流波形产生影响。
3 Ic电流上升过程的讨论
电路工作状态下可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率变化曲线的饱和点和三极管的存储时间ts是工作周期的重要决定因素。那么什么是“电路工作状态下”?其实就是那个时候的Ic电流上升过程,更准确地说是流过磁环初级绕组的电流、三极管储存阶段流过的电流。这句话实际上包含了两重意思:一方面肯定了可饱和脉冲变压器(磁环)磁导率变化曲线和三极管的存储时间ts的重要性;另一方面也没有否定电路其他元器件(电容、电感、灯管)对电路工作状况的重要作用。
(1)下管VT2刚开始导通时,电路相当于RLC串联电路加上直流电压(图18):电路电压方程: L+Ri+idt=u (各段压降之和) 电压平衡方程式是一个二阶微分方程,它的解与u的形式和u的初始条件(K接通时的u值)有关。 加直流电压(图18) 电路电压方程: L+Ri+idt=U 瞬态电流分下列三种情况(图19): ①在R/2>时(过阻尼) i=e-αtshΥ.t ②在R/2=时(临界阻尼) i=te-αt ③在R/2>时(欠阻尼),根据电路的实际工作情况,符合该式 i=e-αtsinβ.t   (振荡频率f=) 尽管加的是直流电压,但电路中却可能存在着振荡电流。因为电路中存在着电阻,所以其振幅是衰减的。
(2)下管VT2截止、上管VT1导通时,电路相当于电容充电后通过RL放电(图20): 电路电压方程:L+Ri+idt=0 瞬态电流为:当R/2<时  i=e-αtsinβt(衰减振荡) 式中:α= β= γ=  U0:电容上的初始电压。
负载电流不但受灯动态电阻RL影响,而且同时受可饱和脉冲反馈变压器(磁环)可变初级阻抗ZT、三极管存储时间ts的调制。
瞬态电流通过有效磁导率μe变化对电路稳态工作的控制作用:有效磁导率μe高,脉冲反馈变压器初级阻抗提高,较小的电流瞬时值就可以得到足够的V环,使电路提前转换。开关频率提高,电流初始值下降。
开关频率的下降会使得灯电流增加,灯电流增加的同时又提高了脉冲反馈变压器磁化场Hm。这样,在电路负变化过程中得以实现一定程度的频率反馈。
可以利用电路方程进行更深入的讨论,公式本身是可信的,但如何将电路的实际工作状况转换成准确的电路模型却是很困难的。
要准确地描绘出流经三极管的电流变化曲线实际上是很困难的,因为它受较多因素的影响。数学推导公式中的R在灯启辉后两端还并联有一个电容C;除了数学推导公式中已经提到的诸因素以外,其实三极管并不是一个单纯的开关,灯管也不是一个纯电阻R,灯丝温度、负阻特性、点火电压等因素都会严重影响电流变化曲线。这里只提供了一个思路,还没有准确地描绘出流经三极管的电流变化曲线,但是作为一种定性分析,再结合实际波形图,对解决实际问题还是很有指导意义的。
例如三极管ts的测试,应该在什么条件下?Ic是多少,基极加什么样的电压?通过文章前面的分析,应该是比较清楚了。三极管进入存储工作阶段时Vbe>V环,但是,由于V环是正的,基极电流反向电流是“流”出来的,而不是“抽”出来的。所以,传统的开关三极管ts测试时加负电压抽取的方法是不符合灯用三极管的实际工作情况的。
磁环尺寸、磁环初级绕组圈数N在电路中的作用,通过图2也可以得到解释,H=NI,N增加H也相应增加,有效磁导率μe也相应变化,其峰值点到来的时间提前,又因为磁环绕组电感量L=μN2S/ι,V环也相应增大;而磁环次级绕组圈数与次级绕组输出电压成正比,都会对三极管IB产生影响,但是由于电流和频率之间的反馈作用,这种影响得到一定的缓和。磁环有效导磁率和三极管ts配合工作的原理也可以得到一定的解释。磁环尺寸对工作频率有很大影响,磁环尺寸越小就容易饱和,所以工作频率就越高。
三极管在灯电路中的实际工作情况与在基极加一个方波电压,再在集电极接一个纯电阻负载R这种测量三极管开关参数的概念式是不完全相同的。
三极管的集电极电流Ic并不完全受基极电压的控制,谐振回路其他元器件(电容、电感、灯管)对其工作状况有重要影响。
要进一步研讨这个问题,至少牵涉到对磁性材料、电光源领域高频工作下的低压气体放电、半导体物理、电子电路等专业知识的深刻了解和它们之间的融会贯通。所以,这需要有关方面联手合作,进一步做深入细致的工作。
(续上电子镇流器基本电路一贴)电子镇流器的半桥逆变电路的工作原理
描述:半桥逆变电路基本形式
图片:
图中三极管VT1、VT2组成有源半桥支路,
电容C7、C8组成无源半桥支路,半桥的中点电压为直流电压的一半,即为E/2,灯管作为负载与电感L2相串联,跨接在两个半桥中点之间。VT1、VT2是半桥逆变电路中的重要组件,起着功率开关的作用,选择时,应优先考虑其开关参数。其工作原理是:加上电源后,由直流电压VDC(E)提供的电流经R1对积分电容C5充电,一旦此电压达到并超过触发二极管VDB3的转折电压(约30~40V)后,该二极管击穿导通,并有电流流入VT2的基极,使VT2导通,此时,电流流经的路径为电源VC3→C7→灯丝→C6→灯丝→电感L 2→磁环变压器Tr的初级绕组N3→VT2的集电极→地。
    VT2集电极电流的增长趋势在磁环变压器的初级绕组N3上产生感应电动势,同时在其次级(N1、N2)也产生感应电动势,其极性是使各绕组上用?表示的同名端为正,从而使VT2的基极电位升高,基极电流、集电极电流进一步加大,即在电路中产生如下的连锁反应:
这种连锁式的正反馈作用使VT2导通并饱和。顺便指出,在VT2导通后,电容Cs的电荷通过二极管VD。和晶体管VT2放电,其电压下降,不再使触发管导通,该支路也不再对VT2基极产生影响。所以,由R1、C5及VDB3提供的触发信号只在电源接通后对VT2起触发作用。在VT1、VT2轮流工作后,其工作频率较高,VT2截止时间很短,在这样短的时间内C5来不及得到充分的充电。而VT2导通后,C5又放电。这样,它上面的电压是一些幅度很小的锯齿波,达不到足以使VDB3导通的电压。因此,一旦电路转换,VT1、VT2轮流导通与截止后,VDB3将不再能导通,对VT2也不起任何作用。
    当VT2电流增加使磁环趋向饱和,各绕组感应电动势急剧下降,VT2基极电位也下降,ic2减小,在磁环变压器中将产生与ic2以增加时相反极性的电动势,即各绕组中用?表示的同名端电压为负,这样一来,VT1的基极电位上升,集电极电流ic1增加,电流的流通路径为Vc3→VT1集电极→电感L2→灯丝→C6→灯丝→C8→地。
流过电感L2及磁环的电流与VT2导通时的电流方向相反,并形成以下连锁反应:
结果,VT2迅速退出饱和变为截止,而VT1迅速由截止变为导通并饱和。
    上述过程周而复始地重复下去,VT1、VT2轮流导通与截止,在两个半桥中点之间形成交变的方波电压,其幅度为E/2 (有源半桥中点的电压由E下降到0,以后又由0跳变为E,而无源半桥中点的电压为E/2)。此交变电压经过启动电容C6,电感L2的串联谐振作用,其电流变为接近正弦波,并在C6两端产生了一个很高的电压(其值由电感L2的Q值及电容C6值决定)加到灯管上,从而将灯管启辉点亮
 

本文来源:https://www.shanpow.com/news/402240/

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