LC串联谐振的频率偏移
由于荧光灯是一种气体放电灯 ,它的启辉和点燃 ,需要有足够高的灯管击穿电压。为了使荧光灯在电子镇流驱动下能顺利启辉 ,很多电子镇流装置都采用了LC串联谐振电路来满足荧光灯对启动的特殊要求。
如我们所知 ,LC串联谐振是属于电压谐振。所以串联的LC一旦发生谐振 ,就会产生很高的谐振电压。电子镇流器正是利用了LC串联谐振的这一特点 ,来启动和点亮荧光灯的。其拓扑结构示意见图1。
图 1
LC串联谐振频率的数学表达式为 :f =1 (2πLC)。频率特性曲线见图 2。
图 2中 ,LC串联谐振的频率为f0 ,谐振电压为V0 。然而电子镇流器中的LC串联谐振 ,通常都是发生在以灯管最低启辉电压VL 为边界的谐振区域 (f2-f1)内。需要说明的是 ,灯管最低启辉电压VL 会因具体灯管的一致性有所偏差。
图2
但是 ,由于荧光灯通常都是安装在金属灯具中的 ,所以在电子镇流器的实际应用中 ,灯的接线与金属灯具之间就会形成分布电容。以普通 4 0W的直管型荧光灯为例 ,其每根 1米多长的接线与金属灯具之间会分别产生约 2 0 0pF的分布电容Ca和Cb ,见图 3。
图 3
由图 3串联谐振电路的分布电容Ca和Cb在金属灯具 (灯罩上 )的串联 ,最终就会在LC串联谐振电路的电容C上 ,形成一个约 10 0pF的等效并联电容。10 0pF的分布电容将会给谐振电路带来很大的影响。我们以一个常见例子来说明。例如 :LC谐振电路中的电感L为 1 4mH ,电容C为 6 8nF。由串联谐振频率的数学表达式得知 ,此时谐振频率应为 5 1 5 82kHz。而增加了 10 0pF的分布电容后 ,其谐振频率会变为5 1 2 0 7kHz。二者相差 375Hz。如果电子镇流器原来的工作频率就已远远低于其LC的谐振频率f0 ,则分布电容的加入就会使LC串联谐振的频率进一步发生偏移。一旦偏移后的频率落在了图 2中f2 -f1的范围之外 ,则灯管就无法再被启动。业内人士称此为 :镇流器输出端的开路电压 (OCV)不够高 ) ,不能有效击穿灯管 ,使之点燃。基于这个道理 ,在电子镇流器的实际应用中 ,有时就会出现镇流器并没有损坏 ,但无法点亮荧光灯的情况。
从LC串联谐振频率的数学表达式f =1 (2πLC)中 ,我们可以清楚地看到 :频率f是电感L和电容C的函数 ,且频率f与电感L和电容C成反比关系。既然在电子镇流器的实际应用中 ,串联谐振电容C只会因分布电容的参与而变大 ,从而使谐振频率f0变小 ,我们在设计电子镇流器时 ,就应将镇流器的工作频率设计在LC谐振频率的正偏差 (即图 2的f2 -f0 )范围内。这样才能确保当分布电容参与LC谐振时 ,也不会造成点不亮灯的情况发生。
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