CN1822740A - 一种高性能抑制电磁干扰的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子镇流器技术领域，具体是一种高性能抑制电磁干扰的电子镇流器。其壳体设为双重屏蔽结构，由壳体为外层屏蔽和各电路单元屏蔽盒为内层屏蔽，外层屏蔽金属壳体与盖板接触部分设弹性梳状片，内层屏蔽体与盖板深嵌插方式，信号接口用同轴电缆或外套金属管接地的导线连接，电源输入端、镇流器接灯管的输出端是经过金属壳体为地的穿心电容，电源EMI滤波器由多级共模、差模LC无源低通滤波器组成，半桥或全桥功率逆变开关设RC或RCD吸收尖脉冲回路，并在其半桥中点、逆变开关直流供电接点对地之间加设去耦滤波网络或去耦电容。本发明具有很高的电磁兼容性EMC，适于荧光灯、金卤灯、高压钠灯电子镇流器高标准防护电磁干扰。

Description

一种高性能抑制电磁干扰的电子镇流器

                       技术领域

本发明涉及电光源照明电子镇流器技术领域，具体是一种高性能抑制电磁干扰的电子镇流器。

                       背景技术

电子镇流器高频开关工作的过程中不可避免地产生电磁噪声干扰EMI，其频率范围一般是几百赫兹至几十兆赫兹，这种频率是离散的和重复的窄带干扰。干扰是以自由空间辐射和电网传导两种形式进行的，其电场、磁场对附近周围的电子、电信设备会严重影响正常运行，大功率电子镇流器产生高强度的电磁干扰，甚至会使电子设备的元器件被击穿，造成永久性损坏失效。分析电子镇流器产生电磁噪声源是多种的，高频逆变半桥或全桥开关的功率器件，如双极型三极管、场效应管、开关二极管等在开关状态运用时，电路开通和关断的瞬间出现大的尖脉冲，通过电路及其器件引线电感和分布电容产生很大瞬态电流、电压形成电磁噪声干扰，脉冲重复频率高、开关速度快所产生干扰强度就越大。同时二极管整流浪涌电压产生干扰，尤其高频整流由于结电容电荷储存，载流子蓄积效应的恢复特性产生干扰，电感在开关断开时产生反向尖峰电压脉冲及漏磁都会产生干扰，无源功率因数校正电路、有源功率因数校正预调整电路的高频脉冲电流对电网产生电磁干扰的传导影响很大。传导电磁干扰信号分共模和差模两种，其中，共模干扰抑制技术难度是较大的，电子镇流器产品电磁兼容EMC指标设计稍有不慎就难能通过认证要求。

                       发明内容

本发明的目的是提供一种能全面、深度抑制高频脉冲开关产生电磁噪声干扰的电子镇流器。

本发明技术解决方案包括金属壳2、电源EMI滤波器3、整流电路及有源功率因数校正电路或无源功率因数校正电路5、高频脉冲振荡器与其半桥或全桥功率逆变开关及过载保护电路7，金属壳体2设为双重屏蔽结构，它是由镇流器壳体为外层屏蔽2和各电路单元盒为内层屏蔽3、5、7构成，外层屏蔽金属壳体2与盖板22接触部分设有弹性金属梳状片21，内层屏蔽盒体3、5、7与盖板深嵌插方式，外层屏蔽与内层屏蔽的壳体均为无缝隙、边角呈园形，外层屏蔽与内层屏蔽安装彼此有一定空间的隔离，仅限一点搭接，外层屏蔽金属壳体与大地相接，电源输入端IN、镇流器接灯管的输出端OUT是经过金属壳体2为地的穿心电容器1、8，内层屏蔽盒信号接口采用同轴电缆或外套金属管接地的导线4、6连接；

电源EMI滤波器3、整流电路及有源功率因数校正电路或无源功率因数校正电路5、高频脉冲振荡器与其半桥或全桥功率逆变开关及过载保护电路7分别设置内层屏蔽盒，其信号接口采用同轴电缆或外套金属管接地的导线4、6连接，半桥或全桥功率逆变开关7设置RC或RCD吸收回路，并在其半桥中点、功率逆变开关7直流供电接点对地之间加设去耦滤波网络或去耦电容器；

电源EMI滤波器采用多级共模、差模LC无源低通滤波器组成，共模电感双线并绕在同一个闭合磁路的磁性上，同名端统一为输入端或输出端，差模电感用E型磁性绕制，并留有一定的气隙，共模滤波电容由穿心电容并接在对地的大容量电容上，各级滤波器之间设置金属板隔离。

本技术方案电子镇流器金属壳体设为双重屏蔽结构，屏蔽效能比单层明显提高，极大限止电磁干扰场强，并在电源输入端、镇流器接灯管输出端经过金属壳体为地的穿心电容高频旁路，防止电磁干扰通过传输线泄漏辐射和传导，电源EMI滤波器采用多级共模、差模LC无源低通滤波器组成，进一步抑制电磁干扰的辐射和传导，并在半桥或全桥功率逆变开关设置RC或RCD尖脉冲吸收回路，半桥中点对地及其直流供电接点对地之间加设去耦滤波网络或去耦电容，从而较完整地抑制电磁干扰的产生。

                       附图说明

图1是本发明双重屏蔽结构示意图

图2是本发明金属壳体结构示意图

图3是本发明逆变开关设置RC或RCD吸收电路

参照图1，本发明电子镇流器的金属壳2、电源EMI滤波器3、整流电路及有源功率因数校正电路或无源功率因数校正电路5、高频脉冲振荡器与其半桥或全桥功率逆变开关及过载保护电路7，金属壳体2设为双重屏蔽结构，它是由镇流器壳体为外层屏蔽2和各电路单元盒为内层屏蔽3、5、7构成，外层屏蔽金属壳体2与盖板22接触部分设有弹性金属梳状片21，内层屏蔽盒体3、5、7与盖板深嵌插方式，外层屏蔽与内层屏蔽的壳体均为无缝隙、边角呈园形，外层屏蔽与内层屏蔽安装彼此有一定空间的隔离，仅限一点搭接，外层屏蔽金属壳体与大地相接，电源输入端IN、镇流器接灯管的输出端OUT是经过金属壳体2为地的穿心电容器1、8，内层屏蔽盒信号接口采用同轴电缆或外套金属管接地的导线4、6连接。

本发明金属壳体采取双重屏蔽结构，通常，一层屏蔽衰减量只在数十dB，当一层屏蔽不能满足屏蔽效果时，特别是大功率电子镇流器干扰场强大，在其外侧再加一层屏蔽是可取的，设二层屏蔽与单层屏蔽相比多一节衰减量，可达到大于100dB的衰减将高频脉冲开关产生的电磁干扰源电磁场深度地限止在壳体内，深度防止电磁干扰辐射和传导。内外层屏蔽壳体安装留有一定的空间间隔，并限于一点接地是双重屏蔽必要的条件，不然则失去其应有的作用，外层屏蔽壳体与大地相接，这样，既能加强抑制干扰又能提供用电安全保障。

完善屏蔽体表面上的不连续性是极其重要的，理想的屏蔽模型是不允许在屏蔽体上开设洞孔、缝隙，否则严重下降屏蔽性能，而实际工程中如镇流器电源输入端、接灯管的输出端及散热通风不可避免需要开孔，因此在其端子接口设置穿心电容器旁路高频干扰基波及其谐波，防止泄漏。

图2，为了防止壳体2与盖板22的缝隙泄漏，在其接触部分设有弹性金属梳状片21，图中的(a)、(b)分别是屏蔽壳体结构主视图和侧视图，(c)是屏蔽体盖板侧视图，当盖板与壳体合上后梳状片弹性作用使其保持导电紧密接触，并可以方便地拆装。各电路单元屏蔽盒体与其盖板深嵌插方式，即盒体与盒盖高度相近或相等，盒体外壁与盒盖内壁尺寸较紧密的过渡配合。

屏蔽壳体的边角呈园形使其干扰电磁场不易泄漏，内层屏蔽各电路单元之间信号接口的连接，采用同轴电缆或外套金属管接地的导线，使其内层屏蔽完整无缺，严防干扰泄漏。

电子镇流器的各基本电路单元，按其电路顺序工作特点分别设内层屏蔽盒体减小相互不必要的耦合，意味着整机线路合理布局具有积极的意义。

图3的(a)是半桥或全桥功率逆变开关管VT设置RC吸收尖脉冲电压电路，在开关管在导通与关断的瞬间吸收尖峰脉冲电压，RC充放电作用明显抑制电磁干扰的产生，并降低开关管的功耗，减小器件的发热量。图3的(b)是RCD吸收尖脉冲电压电路，二极管D的作用是钳位限止开关管VT电压不大于电容C的电压。半桥中点对地及其直流供电接点对地的之间加设去耦滤波网络或去耦电容，使开关导通瞬间所需大电流由去耦滤波网络电容提供补偿电流源，避免在电源及接地回路引发较大的电流波动而产生电磁噪声，并抑制其对电源的污染。

电源EMI滤波器采用多级共模、差模LC无源低通滤波器组成，它是在普通的电源EMI滤波器基础上改进的，共模、差模LC无源低通滤波网络至少在二级以上才有宽频阻带，在除工频之外的其它频率失谐工作应有足够高的插入损耗。共模电感双线并绕在不加气隙的同一个磁性上，电感匝数比为1，两个同名端统一为输入或输出，对工频电流是大小相等方向相反，不会饱和，而对共模干扰有较强的抑制，其抑制系数与电感量正比，但不宜过量，不然易发热。差模电感用E型磁性并留有气隙抑制干扰效果比工形磁性好，共模滤波电容由穿心电容并接对地的大容量电容其干扰旁路作用显著，适于宽频干扰抑制的屏蔽结构中使用，各级滤波器之间设置金属板隔离，抑制寄生耦合增强滤波作用。

                     具体实施方法

本发明实施例1，包括金属壳2、电源EMI滤波器3、整流电路及有源功率因数校正电路或无源功率因数校正电路5、高频脉冲振荡器与其半桥或全桥功率逆变开关及过载保护电路7，金属壳体2设为双重屏蔽结构，它是由镇流器壳体为外层屏蔽2和各电路单元盒为内层屏蔽3、5、7构成，外层屏蔽金属壳体2与盖板22接触部分设有弹性金属梳状片21，内层屏蔽盒体3、5、7与盖板深嵌插方式，外层屏蔽与内层屏蔽的壳体均为无缝隙、边角呈园形，外层屏蔽与内层屏蔽安装彼此有一定空间的隔离，仅限一点搭接，外层屏蔽金属壳体与大地相接，电源输入端IN、镇流器接灯管的输出端OUT是经过金属壳体2为地的穿心电容器1、8，内层屏蔽盒信号接口采用同轴电缆或外套金属管接地的导线4、6连接。

该实施例是荧光灯电子镇流器，高频脉冲振荡器基频78kHz，MOSFET场效应功率管构成半桥逆变开关，并设置过载保护电路，镇流器输出功率58w×2，在其开关管并接RC回路吸收尖脉冲电压，并在其逆变开关供电端加设去耦电容，电源EMI滤波器采用两级共模/差模组合电路、全波桥堆整流与无源功率因数校正电路、金属壳体设为双重屏蔽结构，电源输入端、镇流器接灯管的输出端是经过金属壳体为地的穿心电容。产品内销电磁兼容性EMC考核采用国标GB17743-99《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》，外销欧美国际市场采用IEC/CISPR15《荧光灯和照明装置无线电骚扰特性的测量方法及极限》标准测试及德国VDE认证，该实施例频率范围在9kHz～50MHz的传导骚扰电压远小于56dBμv。

本发明实施例2，技术方案与实施例1相同，它是输出功率400w高强度放电HID金卤灯电子镇流器，为了抑制高强度放电灯特有的“声共振”采取带低频随机噪声与锯齿波复合调频高频脉冲振荡器(该技术见专利申请号200510061155.7)，其中心频率为120kHz，MOSFET场效应功率管构成半桥逆变开关驱动，并接RC吸收尖脉冲电压回路，并在其逆变开关供电端加设去耦电容，电源EMI滤波器采用两级共模/差模组合电路、全波桥堆整流与有源功率因数校正电路APFC、金属壳体设为双重屏蔽结构，电源输入端、镇流器接灯管的输出端是经过金属壳体为地的穿心电容。电磁兼容EMC抑制干扰特性的考核采用美国FCC part18标准测试，传导干扰频率范围0.45～30MHz全优于48dBμv极限值。

本发明实施例3，技术方案与实施例1相同，它是输出功率1000w高压钠灯大功率电子镇流器，同样为了抑制高强度放电灯特有的“声共振”现象，采用正弦波加噪声复合调频高频脉冲振荡器(该技术见专利申请号200510061156.1)，其中心频率为98kHz，MOSFET场效应功率管构成全桥逆变开关驱动，在其开关管并接RCD吸收尖脉冲电压回路，并在其逆变开关供电端加设去耦电容，电源EMI滤波器采用三级共模/差模组合电路、全波桥堆整流与有源功率因数校正电路APFC、金属壳体设为双重屏蔽结构，电源输入端、镇流器接灯管的输出端是经过金属壳体为地的穿心电容。电磁兼容EMC抑制干扰特性的考核采用德国VDE认证标准测试，窄带干扰的频率范围在10kHz～100kHz磁场＜10dBμA/m，电场＜66dBμv/m；频率范围在0.1～1MHz磁场＜1dBμA/m，电场＜50dBμv/m；频率范围在1～30MHz磁场＜0.1dBμA/m，电场＜30dBμv/m。

本发明抑制电磁干扰是从镇流器开关电路并接RC或RCD吸收尖脉冲电压的源头着手，采取严密的双重屏蔽结构，电源输入和镇流器输出灯管引线经穿心电容高频旁路，多级电源EMI滤波器，屏蔽体接地等多种环节综合措施，不仅能抑制大功率电子镇流器产生的强电磁干扰，同时能很好地抑制外部强电磁干扰进入电子镇流器，从而大大增强其工作稳定性。

本发明高性能电磁兼容性EMC适合各式电子镇流器满足电磁干扰抑制的技术要求，包括大功率高强度放电灯电子镇流器电磁干扰的抑制，使其产品顺利通过EMC国际认证和高要求防护电磁环境中的照明使用。

Claims (3)

1、一种高性能抑制电磁干扰的电子镇流器，包括金属壳、电源EMI滤波器、整流电路及有源功率因数校正电路或无源功率因数校正电路、高频脉冲振荡器与其半桥或全桥功率逆变开关及过载保护电路，其特征在于：金属壳体设为双重屏蔽结构，它是由镇流器壳体为外层屏蔽和各电路单元屏蔽盒为内层屏蔽构成，外层屏蔽金属壳体与盖板接触部分设有弹性金属梳状片，内层屏蔽壳体与盖板深嵌插方式，外层屏蔽与内层屏蔽的壳体均为无缝隙、边角呈园形，外层屏蔽与内层屏蔽安装彼此有一定空间的隔离，仅限一点搭接，外层屏蔽金属壳体与大地相接，电源输入端、镇流器接灯管的输出端是经过金属壳体为地的穿心电容器，内层屏蔽盒信号接口采用同轴电缆或外套金属管接地的导线连接。

2、根据权利要求1所述的高性能抑制电磁干扰的电子镇流器，其特征在于：各电路单元电源EMI滤波器、整流电路及有源功率因数校正电路或无源功率因数校正电路、高频脉冲振荡器与半桥或全桥功率逆变开关及过载保护电路分别设置内层屏蔽盒，其信号接口采用同轴电缆或外套金属管接地的导线连接，半桥或全桥功率逆变开关并接RC、RCD尖脉冲吸收电路，并在半桥中点对地及其直流供电接点对地之间加设去耦滤波网络或去耦电容器。

3、根据权利要求1所述的高性能抑制电磁干扰的电子镇流器，其特征在于：电源EMI滤波器采用多级共模、差模LC无源低通滤波器组成，共模电感双线并联绕在同一个闭合磁路的磁性上，同名端统一为输入端或输出端，差模电感用E型磁性绕制，并留有一定的气隙，共模滤波电容由高频穿心电容并接对地的大容量旁路电容上，各级滤波器之间设置金属板隔离。

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