浅谈电子镇流器的工作原理
关键词 高频交流电子镇流 半桥逆变 buck-boost PFC 单级变换
一、高频交流电子镇流
由于气体放电灯（如荧光灯、霓虹灯、卤素灯、金卤灯等）是一种负阻性电光源(特性曲线如图1所示)要使其正常稳定工作，需加一个限流装置。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯使用的镇流器有两种：（1）电感式镇流器；（2）高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在市电频率，体积大、笨重，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料，散热困难、效率低、有频闪，所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法，而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。
电子镇流采用高频开关变换电子线路的方法实现镇流，具有无频闪、效率高、体积小、重量轻、可调光，不使用大量铜材和硅钢材料的特点，所以自20世纪70年代以来，高频交流电子镇流器一问世，由于它的体积小、发光效率高（发光效率与工作频率关系曲线如图2 所示）无频闪效应，适应供电电压范围宽、节能的一系列优点，受到了用户的欢迎。
据统计，世界上照明用电占了世界上产生的总电量的1/4，如仅将现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的电子镇流灯泡，就可节省200GW的电能，从而少建几十个电站。由于高频交流电子镇流器节能和巨大的市场潜力，进入20世纪90年代后，各种气体放电照明灯广泛采用高频电子镇流器，形成一个"绿色照明"的新兴产业。
"绿色照明"是90年代初国际上对节约电能、保护环境照明系统的形象说法。美、英、法、日等主要发达国家和部分发展中国家先后制定了"绿色照明"的计划，并已经取得明显效果。事实上，照明的质量和水平已成为衡量社会现代化的一个重要标志，成为人类社会可持续发展的一项重要标志。
目前，我国已成为照明器具的生产大国，现有照明器具生产企业1000家，电光源产品有60多个门类3500多个品种规格，灯具产品30多个门类500多个品种规格。我国照明节能大有潜力可挖。目前，荧光灯、稀土三色紧凑型荧光灯已生产出适合家用的H、双H、O、D、双D、SL型等多种产品。这种灯与照度相同的管型荧光灯相比约节电27%，与白炽灯相比，可节电70%。2001年，按每户仅用一只节能灯计算，全国4亿只节能灯就可节电2000万千瓦电力，投资只需120亿元，而要生产2000万千瓦的电力，即需投资500亿元。所以在我国照明节能是一项很重要的课题。
目前，世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心（VPEC），李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在IEEE功率电子学学刊刊出，并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念，美国加州理工大学（UCT）的SCUK教授关于单级高功率因数电子镇流器，一种用于紧凑型荧光灯的E类电子镇流器，西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员进行开发。同时，国内一些著名科研院所、大学也投入了较大力量进行科研开发。这点可从国内相关科技文献看出。勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国，我国有较多的公司、企业从事这种"绿色电光源"产品的生产。
特别是自20世纪80年代末、90年代初，IEC928（1990）、GB15143（1994）《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及IEC929（1990）、GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》等技术标准相继颁布与实施，使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。
由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低，并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标严格，所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰，使用安全可靠的高频交流电子镇流器并非件易事，所以往往让人感到：看似简单的一个电子产品，但是技术含量很高，是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关（ZVS、ZCS）、LC串并联谐振、功率因数校正、电磁干扰抑制（EMC、EMI）、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术的方方面面。同时，如何测量高频交流电子镇流器的技术参数，如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰（EMI），也是高频交流电子镇流器的研究热点。
实践证明，要做出一只高性能的高频交流电子镇流器，还需对它的负载--灯的技术特性、灯对电源的技术要求有所了解，否则要做出高性能的高频交流电子镇流器是不现实的。
由于对电网供电质量的要求不断提高，国际电工技术委员会1982年分别制定了IEC555-2《家用设备及类似电器设备对供电系统的干扰》标准，和IEC1000-3-2《电磁兼容性标准》，分别对相关电器设备的功率、谐波成分、电磁辐射干扰等技术指标做出了要求，对高频交流电子镇流器而言也相应增加了电路的设计难度和制造难度。
二、常用高频交流电子镇流器电路与改进
（一）单级半桥谐振式
由于半桥谐振式逆变电路工作可靠，对开关管耐压要求较低，所以采用半桥谐振式逆变电路为灯负载供电的功率变换电路使用最为广泛。它主要由：交流市电供电整流电路（滤波）、启动电路、串联谐振高频逆变电路、保护电路、灯负载几部分组成。
这是一个典型的、自激振荡、自启动的LC串联谐振半桥逆变的高频交流电子镇流器电路，谐振主要由L、、C3、C4完成，利用谐振时C4上的高频电压点亮灯负载，当灯负载电流发生变化时，会影响谐振回路Q值，从而影响谐振电容C4上的谐振电压，来实现稳定灯负载电流的作用。
由于这种电路采用元件少、造价低，所以目前国内市场上见到的高频交流电子镇流器大多采用类似的这种电路。
但这种电路存在以下缺点：（1）无灯丝预热功能，易产生灯丝电极溅射作用，而降低灯丝的使用寿命，使用时间一长易造成灯管一端发黑的现象；（2）由于采用市电整流后直接给半桥逆变级供电，所以会产生很强的高次谐波干扰，降低交流市电输入侧的功率因数，并降低电源供电效率,采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时，会造成三相四线供电电网的地电位偏移，因而造成用电设备的损坏；（3）由于半桥逆变级工作在高频开关逆变状态，所以产生的高次谐波，会产生相应的电磁幅射干扰，影响其它用电设备的正常工作；（4）由于电路没有设保护电路，所以一旦市电电源供电发生故障（如电网电压升高过多）或灯负载发生破裂等故障时，易造成电路损坏，严重时还会发生火灾事故。
（二）双级谐振式高频交流电子镇流器
针对单级半桥谐振式高频交流电子镇流器电路存在的以上缺陷，人们又开发设计出了双级谐振式高频交流电子镇流器电路。它主要在普通的单级谐振高频交流电子镇流器的基础上，再加了一级有源功率因数校正（APFC）电路，用以进行交流市电输入整流滤波的功率因数校正，并限制高次谐波成分，从而达到减小电磁幅射干扰，提高输入侧功率因数的目的。并且由于有源功率因数校正（APFC）还有预稳压的作用，同时还可以调光（调节APFC输出电压），所以既可提高电子镇流器的电性能，又可提高电子镇流器的可靠性。
有源功率因数校正按电路构成可分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式等几种。按控制市电输入电流的工作原理可分为：平均电流型、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型几种。按功率因数校正电路中电感电流的工作方式又可分为：电流连续型（CCM）、电流不连续型（DCM）。
由于升压式有源功率因数校正电路具有PF值高、THD小、效率高，但需输出电压高于输入电压，适用于75W-2KW的应用场合，所以目前应用最为广泛。
由于DCM型APFC电路简单，开关管应力小的优点，所以在电子镇流器中应用广泛。
两级式具有APFC功能的高频交流电子镇流器电路由于增加了一级有源功率因数校正电路，所以增加了电路的复杂性，使成本提高许多，虽然双级式高频交流电子镇流器性能好，但由于成本、体积等原因也很难于大范围推广使用。
(三)无源功率因数校正
针对两级式有源功率因数校正电路的缺点，人们又试图探讨用无源功率因数校正的方法来提高高频交流电子镇流器的性能，如经常提到的有采用三只二极管和二只电容器的逐流电路的无源功率因数校正和高频复合能量反馈等方法，虽然在理论分析上可行，并有相应的实验结果、结论，但是至今未见广泛使用。还需进一步提高技术性能，但无疑这是一个很好的发展方向。
（四）常用高频交流电子镇流器调光
由于高频交流电子镇流器具有节能的优点，特别是在不需电子镇流器满功率进行的场合下，采用调光控制节能效果会更加明显。
调光控制有一个用户可控制的调光控制输入端并应具有以下基本功能：能检测灯电流、灯电压、灯功率；利用反馈电路来调节用户设定的亮度。
常用的调光方法主要有以下四种：占空比调光法、调频调光法、调节高频逆变器供电电压调光法、 脉冲调相调光法。
1、占空比调光法
这种调光控制法利用调节高频逆变器中功率开关管的脉冲占空比，实现输出功率调节，对半桥逆变的最大占空比为05，以确保半桥逆变器的两个开关管有一个死时间，以免两个开关管共态导通损坏。
这种调光方法存在的问题是：如果电感电流连续并滞后于半桥电压Uxy，则开关可能导通时工作在零电压状态，关断瞬间需采用吸收电容达到ZCS工作条件，这样可进入ZVS工作方式，这是优点，EMI和开关管应力可明显降低。然而，如果占空比太小，以至电感电流不连续，将失去ZVS工作特性，并且由于供电直流电压较高，而使开关管上的应力加大，这种不连续电流导通状态将导致可靠性降低和加大EMI幅射。
除了小的脉冲占空比，当灯管发生故障时，也会出现不连续电流工作状态，当灯为开路故障时，电感电流将流过谐振电容，由于这个电容的容量较小，所以阻抗较大。除非两个开关管有吸收电路保护，否则开关管将承受很大的电压应力。2004-3-17 11:24:04 angel
2、调频调光法
调频调光法也是常用的调光方法。如果高频交流电子镇流器的开关频率增加，则电感的阻抗增加，这样，电感电流就会下降。
调频调光法的局限性：
A．调光范围由调频范围决定，如果调频范围不大，则功率调节范围也不大。
B．为了实现在低灯功率工作条件下实现调光，则调频范围应很宽（即从25KHZ--50KHZ）。磁芯的频率范围、驱动电路、控制电路可能限制调光范围。
C．在整个调频范围内不易实现软开关。轻载时，不能实现软开关，并使开关管上的电压应力加大。硬开关的瞬态过渡是EMI幅射的主要来源。
D．如果半桥逆变器不工作在软开关状态，则导致逆变器的损耗加大，导致效率降低。
E．当开关频率在红外遥控的频率范围内时，荧光灯将发射低电平的红外线，如果调频范围很大，其它的红外遥控装置如电视机将会受到影响。
F．灯电流近似反比于逆变器开关频率，调光与开关频率间不是线性关系。
G．当灯管发生开路故障时，将出现DCM工作状态，特别是当开关频率很低时。
3、改变半桥逆变器供电电压调光法
利用改变半桥逆变器供电电压法实现调光有以下优点：
A．调节半桥逆变器供电电压来实现调光。
B．采用固定占空比（约05）的方法，使半桥逆变器工作在软开关电感电流连续的宽调光范围调光（这也可使开关控制电路简化）。
C．由于开关频率固定，所以可以针对给定的灯型号简化控制电路设计。
D．由于开关频率刚好大于谐振频率，所以可以降低无功功率和提高工作效率。
E．由于开关频率固定，所以可以较方便的确定无源器件的参数。
F．在较宽的灯功率范围内（5%--100%）保持ZVS工作条件。
G．在很低的半桥逆变器供电电压下，将会失去软开关特性，将会出现电感电流不连续的工作状态。然而在直流供电电压很低的情况下，这种工作状态不再是个问题，这时的开关管应力和损耗将很小，即使硬开关在低直流供电电压情况下（如20V），也不会产生太多EMI幅射。
H．可实现平滑和几乎线性的灯功率控制特性。
I．可得到低功率解决方案，半桥逆变器的供电电压可以选得很低（如5%--100%的调光范围对应30-120V），这样可采用低电压电容和MOSFET。
J．调光控制仅通过控制SEPIC变换器输出电压实现。由于半桥逆变器工作在恒频工作状态，所以可采用简单的AC/DC控制即可实现调光。
K．灯电流近似和DC变换器的电压成正比，调光几乎和SEPIC DC变换器的输出直流电压成正比。调光曲线如图6所示。
4、脉冲调相调光法
利用调节半桥逆变器中两支开关管的导通相位的方法来调节输出功率，从而达到输出调光的目的。调相法调光曲线图如图7所示。
相控调光法主要有以下特点：⑴可调光至此1%；⑵可在任意调光设定值下启动；⑶可应用于多灯应用场合；⑷调光相位灯功率关系线性好。
（五）两级高功率因数电子镇流器常用IC及特点
由于高频交流电子镇流器的巨大市场和经济效益，国际上许多有实力的半导体厂商纷纷开发相应的集成电路，以方便用户、生产厂商使用，大批量生产。有的半导体厂商还给出了相关的电子镇流器设计软件。世界上主要生产、开发高频交流电子镇流器的主要生产厂商有：美国国际整流器公司（IR）、莫托罗拉公司（MC）、美国微线公司（ML）、韩国三星公司等。下面以美国IR公司为例，介绍其主要电子镇流器用控制集成电路、相关设计软件。
美国国际整流器公司（IR）主要有以下型号的新型高频交流电子镇流器控制集成电路，它们分别为： IR21571、IR2159/IR21591、IR2167、IR2153、IR2156等型号。它们分别用于以下场合：
①IR21571：驱动600V MOSFET的荧光灯和高强度放电灯（HID）的电子镇流器驱动控制集成电路。
②IR2159/IR21591：调光控制和600V MOSFET驱动控制功能合一的电子镇流器控制集成电路。
③IR2167：具有PFC功能的高集成度，600V MOSFET驱动控制集成电路，常用于荧光灯和高强度放电灯（HID）的驱动控制。
④IR2153：IR2153/IR2151驱动控制集成
电路的改进型，用以驱动半桥功率变换级。
⑤IR215振荡频率可偏程和用于高压半桥驱动。
⑥IR2153、IR2156：常用于卤素灯的控制驱动。
下面以IR21571、IR2159/IR2157为例介绍其主要功能。如表1所示。2004-3-17 11:25:03 angel
表1 常用IR 电子镇流器IC特点
特 点 型 号
IR21571 IR2159/IR2157
启动功率低 √ √
电源供电稳压二极管保护 √ √
600V半桥驱动 √ √
工作频率可编程控制 √ -
死时间控制 √ 固定
闭环调光 √ -
模拟调光接口 √ -
过流保护 √ √
故障保护 √ √
过温保护 √ √
邻近谐振保护near resonance protection √ √
自动再启动关断 √ √
功率因数校正 - -
电源供电电压稳压 - -
DIP和SOLC封装 16 16
（六） IR公司的相关设计软件
美国IR公司为了方便它的IC使用和高频交流电子镇流器电路设计，它推出了相关设计软件，软件具有以下特点：
IR公司的相关电子镇流器设计软件具有以下功能和相应设计步骤：
1、设计步骤：
(1)对给定的电路类型和输入电压范围，可生成相应的电路图、元件表和印刷电路板图。
(2)良好的图形设计界面，可给出电子镇流器的电参数、元件值和整个电子镇流器的相关文件。
2、主要特点：⑴三步设计流程；⑵灯型号流览；⑶设计流览；⑷良好的显示界面；⑸电子镇流器工作点的计算；⑹电子镇流器工作点的图形表示；⑺Windows的图形显示界面；⑻ LC谐振腔元件参数计算；⑼PFC元件参数计算；⑽IR21571外围相关元件参数计算；⑾电路图；⑿元件清单；⒀PCB图；⒁电参数图；⒂元件参数表。
灯的选择和电路基本设计选择主要包含：
灯的选择含以下内容：灯型号、灯功率、灯管工作电压、最大灯管预热电压、灯管最小点火电压、预热电流、预热时间（秒）。
基本设计选择含以下内容：最低电源电压、最大电源电压、预热直流总线电压、启动点火直流总线电压、直流工作总线电压、PFC工作频率、镇流器工作频率。并且BDA软件有两种工作方式：
1．标准3步法（含以下步骤）：选灯型、选择电路形式、自动生成设计结果。
2．高级工作方式（含以下设计步骤）：
①工作点计算和IR21571外围元器件计算；
②允许预先设定所要求参数值；
③设计灵活，方便。2004-3-17 11:28:22 angel
三、单级高性能、高功率因数高频交流电子镇流器
由于双级式高频交流电子镇流器使用元件多，价格较高。所以尽管性能指标好，但也难于大批量生产、使用，为了进一步简化电路，提高电子镇流器的性能指标，国内外的一些科研院所、高等院校、大公司纷纷提出了单级新型、高功率因数高频交流电子镇流的新概念、新电路，下面分别加以介绍。
（一）高功率因数、低电磁幅射、具有宽调光范围的电子镇流器
这种电路由香港城市大学的SYRon Hui教授（PhD）提出。
这种镇流器具有以下特点：(1)低电磁幅射，传导干扰低，可调光范围宽；(2)功率调节范围为10%--100%；(3)采用SEPIC DC/AC变换调压；(4)低EMI，低电压应力；(5)可用于单管、多管荧光灯照明。
（二）一种改进电荷泵功率因数校正（CPPFC）的电子镇流器
这种电路由美国李泽元教授领导的VPEC的Jin Rong Qian教授（PhD）和李泽元教授提出。
主要有以下特点：(1)引入了电荷泵的概念、工作原理、电路；(2)提高功率因数的工作原理分析；(3)波峰比为16，200V交流电压输入，效率为80%；(4)只用一个电感，由于电荷泵采用了一个电容，而电容又比电感在电路上好处理。
（三）一种用于紧凑型荧光灯的新型自激E类电子镇流器
由美国（CIeveland State University的Louis Robert Nerone 教授（PhD）提出。论文和实验对点火和灯电路稳态运行进行了分析、讨论，并给出了实验结果。有限流保护功能，可适用于任何Q值和占空比，价格低。
（四）一种改进单级电子镇流器起动特性的新方法
由我国台湾National Chung Cheng University的Tsai-fu Wu教授（PhD）和他的学生Yong－Jing Wu提出，并给出了实验结果。
这种方法主要有以下特点：
1、利用同步开关技术（Synchronous Switch Technique,SST）来改进电子镇流器的启动特性。
2、利用变形单级电子镇流器技术实现镇流（Single-Stage Inverter、SSI）。
3、讨论了PFC半级和逆变电路半级间功率不平衡而引入的较高电压应力对开关器件的影响。
4、讨论了电子镇流器的工作状态、控制策略和元件电压应力间的相互关系。
5、讨论了利用热阻检测电路来减小灯丝溅射的问题，并通过实验证明了这种电路灯管开关工作18000次后灯丝无明显溅射。
6、论文和实验电路对单级镇流电路的变化特性进行了分析，并给出了实验结果。
（五）采用反激推挽集成变换器的电子镇流器
该电路和实现主要由巴西federal University of Minas Genais的Ricardo Nedersondo Prado教授（PhD）等人完成。
这种电子镇流器具有以下特点：(1)由于采用反激式电路，所以电路简单，使用灵活；(2)具有隔离、自启动、单开关的电路特点；(3)可实现短路保护；(4)反激式APFC，所以具有不必使输出电压高于输入直流电压，可在DCM工作方式下，在固定导通时间控制方式下得到功率因数近似为1的效果；(5)由推挽变换器实现灯的高频交流供电、镇流；(6)仅用一级电路就可实现PFC和高频变换，实现了单开关变换，简化了电路；(7)通过占空比控制可实现调光。
（六）基于单级高功率因数的电子镇流器
该工作由巴西Federal University of Espirito SantO,Vitoria的Marcio Aimeida Co教授（PhD）及他的同事完成的。
它具有以下特点：(1)单功率级，高功率因数，半桥功率逆变器工作在谐振状态；(2)自激振荡式，功率因数校正工作在DCM模式，输入、输出隔离；(3)由于工作在自激振荡方式，所以具有保护作用；(4)实验模型：40W荧光灯、40KHZ、220V交流市电供电；(5)给出了实验结果和模型分析。
（七）一种新型单级恒功率高功率因数电子镇流器
这项工作由西班牙的University of Oviedo,Gijon大学的Manuel Rico－Secades教授（PhD）和他的几个同事共同完成的。该电子镇流器具有以下特点：(1)由buck－boost和半桥LC谐振共同组成单级高频交流电子镇流器；(2)具有可调光和恒功率特性；(3)高功率因数（098）；(4)给出了实验电路、稳态分析、低频电路模型；(5)给出了设计实例、方法；(6)给出了实验结果。
（八）基于反激变换器的单级高功率因数电子镇流器
该项工作由西班牙的37部分的科研课题组完成。
该项工作具有以下特点：
1、将反激变换PFC和半桥变换合为一体，作为单级高频交流电子镇流。
2、反激工作于恒频、恒占空比。
3、由于在PFC中引入了一个变压器，所以逆变器的输入电压可以设定，从而优化了逆变器的设计。
4、给出了实验电路、稳态分析、实验结果。
四、总结
通过以上的分析讨论可以看出，貌不惊人的高频交流电子镇流器的设计、制作是一个涉及电路拓扑、电子元器件选择、电路动态静态分析，电光源等多学科的一个知识密集性电子产品。它主要要求在电路尽可能简单的条件下实现高效率、高可靠、低谐波成分、低电磁幅射干扰、高功率因数。所以对电路设计、选型、生产提出了较高的要求。随着电子技术、电子元器件、电路拓扑水平的不断提高，高频交流电子镇流器的质量、性能会不断提高。回顾自20世纪70年代世界上第一只高频交流电子镇流器的面市，到今天高频交流电子镇流器广泛进入家庭、楼堂馆所的照明，印证了高频交流电子镇流器的不断发展，质量、性能不断提高的过程。
电路图中CRM代表的是什么？元器件还是？
整流器在日光灯电路中是起到产生高电压点亮灯管并限制灯管电流的作用。
扩展资料：
一、镇流器。
镇流器(ballast resistor)是日光灯上起限流作用和产生瞬间高压的设备，它是在硅钢制作的铁芯上缠漆包线制作而成，这样的带铁芯的线圈，在瞬间开/关上电时，就会自感产生高压，加在日光灯管的两端的电极(灯丝)上。这个动作是交替进行的，当启辉器(跳泡)闭合时，灯管的灯丝通过镇流器限流导通发热;当启辉器开路时，镇流器就会自感产生高压加在灯管的两端灯丝上，灯丝发射电子轰击管壁的萤光粉发光，启辉器反复几次通断，就会反复几次这样的动作，从而打通灯管。当灯管正常发光时，内阻变小，启辉器就始终保持开路状态，这样电流就稳定的通过灯管、镇流器工作了，使灯管正常发光。由于镇流器在日光灯工作时，始终有电流通过，所以容易产生振动，并且会发热，所以有镇流器的日光灯，特别是镇流器质量不好时，会产生很大的声音，用的时间长了，还容易烧毁。镇流器分电子镇流器和电感镇流器。
二、工作原理。
1折叠电感镇流器。
（1）当开关闭合电路中施加220V 50HZ的交流电源时，电流流过镇流器，灯管灯丝启辉器给灯丝加热(启辉器开始时是断开的，由于施加了一个大于190V以上的交流电压，使得启辉器内的跳泡内的气体弧光放电，使得双金属片加热变形，两个电极靠在一起，形成通路给灯丝加热)，当启动器的两个电极靠在一起，由于没有弧光放电，双金属片冷却，两极分开，由于电感镇流器呈感性，当电路突然中断时，在灯两端会产生持续时间约1ms的600V-1500V的脉冲电压，其确切的电压值取决于灯的类型，在放电的情况下，灯的两端电压立即下降，此时镇流器一方面对灯电流进行限制作用，另一方面使电源电压和灯的工作电流之间产生55。-65。的相位差，从而维持灯的二次启动电压，使灯能更稳定的工作。
（2）电感镇流由于结构简单，作为第一种荧光灯配合工作的镇流器，它的市场占有率还比较大，由于它的功率因数低，低电压启动性能差，耗能笨重，频闪等诸多缺点，它的市场慢慢地被电子镇流器所取代，电感镇流器能量损耗:40W(灯管功率)+10W(电感镇流器自身发热损耗)等于整套灯具总耗电为50W。
2折叠电子镇流器。
（1）电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工作原理是:
工频电源经过射频干扰(RFI)滤波器，全波整流和无源(或有源)功率因素校正器(PPFC或APFC)后，变为直流电源。通过DC/AC变换器，输出20K-100KHZ的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝，但使灯管"放电"变成"导通"状态，再进入发光状态，此时高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流，为了提高可靠性，常增设各种保护电路，如异常保护，浪涌电压和电流保护，温度保护等等。
开关稳压电源怎么设计
PFC控制器的一种。临界导通模式(critical-conduction mode，CRM)。
有源功率因数校正APFC技术按照电感电流是否连续，可分为断续导通模式(DCM)、连续导通模式(CCM)和介于两者之间的临界导通模式(CRM)。CCM模式适合于较大功率输出，控制较复杂，且存在二极管反向恢复的问题。DCM模式的输入电流和输出电压的纹波比较大，因而开关损耗比较大，同时对负载有一定的影响。CRM模式既没有断续导电模式那么大的器件应力，也不存在连续导电模式所具有的二极管反向恢复问题，且输入平均电流与输入电压成线性关系。在中小功率(300 W以下)场合，采用临界导电模式的功率因数校正具有比较大的优势。
为什么我的显卡一玩大型游戏就有一种电流的声音是什么原因正常吗
开关稳压电源
0 引言
开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％。因此，用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外，还要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步。
1 开关电源的三个重要发展阶段
40多年来，开关电源经历了三个重要发展阶段。
第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)发展为MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。
第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。
第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。
2 开关电源技术的亮点
21 功率半导体器件性能
1998年，Infineon公司推出冷MOS管，它采用“超级结”(Super-Junction)结构，故又称超结功率MOSFET。工作电压600~800V，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快的特点，是一种有发展前途的高频功率半导体器件。
IGBT刚出现时，电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内，耐压水平限于1200~1700V，经过长时间的探索研究和改进，现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V／1200A和4500V／1800A，高压IGBT单片耐压已达到6500V，一般IGBT的工作频率上限为20~40kHz，基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT，可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。
IGBT的技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同，IGBT在20年的发展进程中，有以下几种类型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。
碳化硅(SiC)是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。
可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。
22 开关电源功率密度
提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断追求的目标。这对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有以下几种。
一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。
二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。
三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。
23 高频磁性元件
电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用的磁性材料，要求其损耗小、散热性能好、磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。
24 软开关技术
高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。
PWM开关电源按硬开关模式工作(开／关过程中电压下降／上升和电流上升／下降波形有交叠)，因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此，必须研究开关电压／电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关(ZVS)／零电流开关(ZCS)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提高到800%~85%。上世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。随后新的软开关技术不断涌现，如准谐振(上世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM，恒频ZVS-PWM／ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM／ZCT-PWM(上世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(上世纪90年代中)等。我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93％。
25 同步整流技术
对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流(SR)技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管(SBD)，可降低管压降，从而提高电路效率。
26 功率因数校正(PFC)变换器
由于AC／DC变换电路的输入端有整流器件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧(交流输入端)功率因数仅为06-065。采用功率因数校正(PFC)变换器，网侧功率因数可提高到095~099，输入电流THD<10％。既治理了对电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正(APFC)，单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟；三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。
一般高功率因数AC／DC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率AC／DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC／DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC／DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到08以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级PFC变换器。
27 全数字化控制
电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制是发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。
全数字控制的优点是数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉；对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。
近两年来，高性能全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。
28 电磁兼容性
高频开关电源的电磁兼容(EMC)问题有其特殊性。功率半导体器件在开关过程中所产生的di／dt和dv／dt，将引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰，以及强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危及附近操作人员的安全。同时，电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性，再加上EMI测量上的具体困难，在电力电子的电磁兼容领域里，存在着许多交叉学科的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究，并取得了不少可喜成果。
29 设计和测试技术
建模、仿真和CAD是一种新的设计研究工具。为了仿真电源系统，首先要建立仿真模型，包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等，还要考虑开关管的热模型、可靠性模型和EMC模型。各种模型差别很大，建模的发展方向是数字一模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。
电源系统的CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD，可使所设计的系统性能最优，减少设计制造费用，并能做可制造性分析，是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。此外，电源系统的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。
210 系统集成技术
电源设备的制造特点是非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等，而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力，迫切需要开展集成电源模块的研究开发，使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。
实际上，在电源集成技术的发展进程中，已经经历了电力半导体器件模块化，功率与控制电路的集成化，集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上，可以使电源产品更为紧凑，体积更小，也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。在此基础上，可以实现一体化，所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。
上世纪90年代，随着大规模分布电源系统的发展，一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成，提高了集成度，出现了集成电力电子模块(IPEM)。IPEM将功率器件与电路、控制以及检测、执行等单元集成封装，得到标准的，可制造的模块，既可用于标准设计，也可用于专用、特殊设计。优点是可快速高效为用户提供产品，显著降低成本，提高可靠性。
3 结语
以上简要回顾了开关电源发展的历程和技术亮点，相信未来开关电源的理论与技术发展将会有更辉煌的成就
品质过得去的电源发生高频啸叫现象，90％是和电源本身无关的，而造成这种啸叫的更本原因首先在于7 V4 e8 s- G D1 Y p
显卡，其次是CPU。准确的讲是显卡的供电电路和CPU的供电电路的设计容量不足导致的这种高频啸叫的发生。
首先要搞清楚可以听见的高频啸叫的来源，“可以听见”这个概念应该特别重视，这表明两点：
1电源内部有导致空气震动的因素存在 T n$ D Z j8 q% X
2且空气而定震动频率在20～20Khz范围内+ `: v) 4 }" a! V: b1 a
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电源内部能导致空气震动的主要因素有两个：
1原件震动引起空气震动
2打火现象造成空气局部震动, v! e) M5 b# M/ O% S A( o m
显然，如果电源都出现打火现象（诸如DPS-1050CB本身安置的放电管除外）的话，这个电源基本也大限将至，因此主要的来源还是原件的震动。: N/ u5 6 ] t E$ e; x9 }( N
相对于基本都处于焊接的刚性固定的绝大部分原件而言，变压器和磁环是万万不能使用刚性固定方式的。因为在生产诸如此类磁性原件的时候，必须考虑到铜线和磁性的热胀率的差值，留出必要的空隙来缓解因为温升导致的铜线内部应力甚至断裂现象的发生。因此磁性原件的震动在电源工作时是必然存在的，只是因为不论是输出还是APFC的工作频率都超出人耳听觉范围20Khz，所以绝大部分震动都不被我们所察觉。9 I) e7 g+ F9 F3 U
但是这只是理论上的讲法，在实际使用中，因为一些外部因素，主要是干扰，会导致这些磁性原件出现在固有震动模式下附带的一种相对低频的大振幅震动，以至于他的能量可以造成磁性和铜线的撞击导致发声现象，这种随机性的相对低频的相对高能量的震动产生的声音，应该就是通常所说的电源的高频噪音。; `6 R1 ]/ w4 J
这种干扰绝大部分来自两方面，最主要的是负载反馈的干扰，另外一种就是市电本身的干扰。; P7 q! D6 `" r3 E
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其中负载反馈的干扰占高频噪音明显发生因素的九成以上，这其中最最要的负载干扰因素是显卡，显卡VRM的供电因素比较复杂，尤其是功率变动大，而且大部分显卡都有COST DOWN的习惯，这会明显的导致反馈回电源的纹波增加，同时电流变化也相当快速且明显，在这样的变动下，电源输出端需要不断的调整磁性原件的充放电来满足，而这种不规则的，大幅度的充放电虽然在一定程度上会被滤波电路削弱，但是依然会造成相当的大振幅震动，这就是高频噪音了，一种必然发生的噪音，CPU产生的情形同显卡，只是CPU的供电环境相对单一，而且一般好些的主板都很足料，所以相对少见。
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另外一种是市电本身的干扰，这个很好理解，APFC为了通过开关电路控制储能电感充放电平衡市电干扰，会出现相对低频大幅震动，这也是高频啸叫的来源之一，不过一般在中心城区的玩家是感觉不到这种方式产生的高频噪音的。 r6 f2 v3 R6 H5 n6 a2 n
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当然市电本身的50hz正弦波因为整流不充分，隔离不完善掺杂到输出电路中，通过某些因素放大导致电感或变压器震动产生噪音也是一种情形，不过一般比较高档的电源不会发生这种情况。0 F, L! [; K5 m3 y7 B8 Q# _) y% c
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最后讲下解决办法，两种：
1比较根本的办法是把所有磁性原件都封装起来，然后里面灌满软性的硅橡胶，既隔绝的声音，也兼顾了热胀产生的问题。5 r E v2 1 5 |
2还有一种可以尝试的办法就是在显卡电源插头处并上大容量电容吸收和缓冲显卡反馈的纹波和干扰，实践证明，4700mF的电容可以有效缓解做工较好的GTX-275显卡造成的高频噪音。
