胡新福

（闽西职业技术学院电气工程系，福建龙岩364021）

基于逐流高频反馈技术的电子节能灯

胡新福

（闽西职业技术学院电气工程系，福建龙岩364021）

普通电子节能灯通常采用不可控整流，使得输入电流严重畸变，谐波含量多，功率因素低。针对这一现象，利用逐流高频反馈技术设计了电子节能灯。结果表明，电子节能灯中应用逐流高频反馈技术，提高了节能灯输入功率因素，降低了输入电流总谐波畸变，是一种高性价比的电子节能灯设计方案。

功率因素；总谐波畸变；逐流技术；高频反馈

引言

我国实施绿色照明工程包括使用高效节能电光源和高性能的电子镇流器，电子节能灯作为新一代的电光源，具有节电、体积小、重量轻、照度高、易启动、无频闪、功率因数高等突出优点，并且给工程设计带来许多方便。2011年11月1日，国家发展和改革委员会、商务部、海关总署、国家工商行政管理总局、国家质量监督检验检疫总局联合印发《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》，发布了中国逐步淘汰白炽灯的路线图，为我国实施绿色照明工程又迈出重要一步。

电子节能灯主要包括节能荧光灯管和高效电子镇流器两个部分。节能荧光灯是采用三基色荧光粉制造，发光效率大大提高，光效是白炽灯的5～6倍，比普通日光灯提高40%左右。高效电子镇流器采用开关电源技术和谐振启辉技术，工作频率30～60 Hz，效率进一步提高。电子镇流器节能灯，不仅彻底消除了普通日光灯的频闪和“嗡嗡”噪声，而且功率因数可达0.9以上，比普通日光灯提高S0%左右［1］，所以，近几年来人们普遍使用的荧光灯用电感式镇流器正在逐步被电子镇流器所替代。但是，电子节能灯不同于白炽灯和电感式荧光灯，它的工作原理比较复杂，生产技术要求比较高。普通型电子镇流器价格低，但是其谐波指标严重超标，市面上无源改进型或有源型节能灯产品虽然各项指标都不错，但是其价格昂贵［2］。

1 普通节能灯电路

普通节能灯电路如图1所示。使用二极管整流桥作为电网与用电设备的接口时，由于二极管导通角很小，因此电网仅在每个工频周期的一小部分时间里给负载提供能量［3］。其中，一个大电容C1用来滤除低频纹波后得到较为平滑的直流电压。整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得输入电流成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流，这样的电流波形包含丰富的高次谐波。

图1普通节能灯电路

测量图1所示电路的节能灯负载两端，其电压波形和电流波形如图2所示。可以看出，输入电流的高次谐波的峰值很高，该高压脉冲在实际供电网中是由各种电器的高次谐波叠加在一起的产生的，这对电容的耐压提出了很高的要求。从波形图可读出电压和电流波形的相位差θ1=S/20×1S0°=72°。

图2普通节能灯电路的电压和电流波形

由上面分析可知，这类电路的输入侧通常采用不可控整流，使得输入电流严重畸变，电压和电流的相位差大，功率因数很低，输入电流中除含有基波外，还含有丰富的高次谐波分量，由于电子镇流器的整流电路前面没有电源变压器与电网隔离，这些高次谐波倒流在电网，引起严重的谐波“污染”，造成严重危害［4］。

2 改进后的节能灯电路

带逐流技术的节能灯电路示意图如图3所示。逐流技术是以荧光灯电子镇流器为工程背景提出的一种无源PFC技术，其基本思想是采用两个串联电容作为滤波电容，适当地配合几支二管，使其电容串联充电，并联放电，以增加整流二极管的导通角，改善输入侧的功率因数，其代价是直流母线电压大约是在输入电压最大值和最小值的一半之间脉动［5］。

图3带逐流技术的节能灯电路示意图

2.1 逐流高频反馈节能灯电路

实际设计的逐流高频反馈节能灯电路如图4所示。带有逐流电路的节能灯电路采用的是高频能量反馈式无源滤波技术［6］。其反馈输入端从灯丝和C9处引出，经二极管VD6反馈到电容C2的正极，电子镇流器输出信号经二极管VD6对电容C2充电，只要全波整流输出电压UDC高于C2上的电压UC2，二极管VD5则截止。当交流市电瞬间值低于UDC时，C2则通过VD5和电子镇流器的功率网络放电，与直接在全桥整流输出端接滤波电容器相比，镇流器输入交流电流不再是宽度约为3 ms尖锋脉冲，而是大体跟踪交流电压轨迹且趋于连续，因此高次谐波得到抑制，系统的功率因数也得到显著提高。

图4逐流高频反馈节能灯电路图

图4中，虚线框内元件组成异常状态保护电路，常态下，扼流圈L2的次级绕组W2感应电压经VD10、R9、C10整流滤波，C10上的电压不足以使稳压二极管VD11导通，VD12和V3均截止。一旦电路出现异常情况，W2中会产生变电动势，使得C10上的电压升高，如果C10上的电压达到VD11的稳压电压值，VD11导通，VD12的控制极就有电流流过使之导通，开关晶体管V3则立即饱和，导致振荡中的开关管V2截止，从而使振荡电路停振，不再产生高频电压。当异常状态解除，才会重新建立振荡。

2.2 电路测试

测量图4电路的节能灯负载两端，其电压波形和电流波形如图5所示。

图5逐流高频反馈节能灯的输入电压和输入电流波形

比较图5和图2可以看出，普通电子节能灯的输入电压和输入电流波形的相位差θ1=72°，而逐流高频反馈节能灯的输入电压和电流波形的相位差为θ2= 1.S9/20×1S0°=17°，θ2≪θ1，即cos17°≫cos72°，电路的功率因数得到很大的提高。另外明显看出，改进电路的电流基波分量有了较大的提高，高次谐波的峰值则明显降低。

3 数值分析

RVO4100/4050系列虚拟示波器包含了数字存储示波器、频谱分析和李沙育图形三大功能。特别是频谱分析功能，使时域分析与频域分析得以同时进行，提供了在时域观测中得不到的独特信息。应用频谱分析仪可以方便测量信号的频率、频率响应、谐波失真和频谱纯度等参数。

3.1 普通节能灯电路的输入电流谐波分析

实测普通节能灯得到的电流波形如图6所示，其输入电流谐波含量如图7所示。

3.2 逐流高频反馈节能灯的输入电流谐波分析

实测逐流高频反馈节能灯的输入电流，得到如图S所示电流波形图，其输入电流谐波含量如图9所示。

图6普通节能灯的输入电流波形

图7普通节能灯的输入电流谐波含量

图8逐流高频反馈节能灯的输入电流波形

图9逐流高频反馈节能灯的输入电流谐波含量

3.3 两种电路谐波含量比较

根据前面所测，列出两种电路的谐波含量（表1）。

表1两种电路谐波含量比较

根据表1，计算谐波畸变和功率因数。

3.3.1 普通节能灯的数值计算

总谐波畸变：

功率因数：

PF=Kd·cosθ=Kd·cos72°=0.2S

3.3.2 逐流高频反馈节能灯的数值计算

总谐波畸变：

电流波形畸变因子：

功率因数：

3.3.3 数值比较分析

从计算数值上比较，普通节能灯的总谐波畸变THD=44.54%，而逐流高频反馈的节能灯的总谐波畸变THD=23.62%。因逐流高频反馈节能灯的相移因数大大提高，也就大大提高了电路的输入功率因数，功率因数可达到0.93。逐流高频反馈轻而易举地解决功率因数及电流谐波含量问题，PF＞0.9，电源电流谐波含量THD在23%左右，达到国标中规定的H级水平［7］。

4 结束语

综上所述，利用逐流高频反馈技术，使得节能灯不仅能够获得较高的输入功率因数，还降低了谐波分量，而且这种电路结构较为简单又有一定的可靠性，尤其是原材料的成本较低，这样显著降低了生产研制费用。

［1]罗志会，毛泽容.可调压调光型节能灯电子镇流器的设计［J].照明工程学报，2012，23(4):107_111.

［2]张英.浅谈高效电子节能灯项目开发关注要点［J].中国照明电器，2007(12):14_19.

［3]董庆源.新型螺旋三基色电子节能灯特性及原理分析［J].电子世界，2013(13):37_39.

［4]张学军，陈娟，邱飚，等.4U节能灯电路工作原理分析及工作参数测试［J].湖南城市学院学报:自然科学版，2010，19(4):40_44.

［5]高岩，傅振铭，刘杰.高频电子镇流器的PFC设计［J].今日电子，2013(8):56_59.

［6]马忠科，刘文生，李延新.逐流电路改进［J].仪器仪表用户，2007(2):97_98.

［7]杨庆江，刘晓红.提高无源逐流电路功率因数的一种方法［J].现代电子技术，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，福建龙岩人，讲师，硕士，主要从事电子与通信工程方面的研究，（E_mail）xinfuhu@tom.com