原创 有自恢复保险丝用在电子整流器的电路保护解决方案吗？？

　　一、电子镇流器电路保护目前存在的问题：

　　1、电子镇流器工作原理简介：

　　电路如图4所示：该电路是目前大部分厂家广泛使用的电子镇流器典型电路结构， R1、C1、D4、R4组成启动电路；Q1、Q2、T1、Lp、EL、Cp、EL共同组成半桥高频逆变振荡电路。开启电源后，电路很快启动产生高频振荡，使C2两端的电压逐渐升高，当达到灯管的点火电压时，灯管启动点亮。灯管点亮后，整个电路就一直处于稳定的工作状态。

图1 电子镇流器工作原理图

　　2、电子镇流器电路存在的问题：

　　上述电子镇流器具有体积小、重量轻、电路简单、原件少、转换效率高和成本低等特点，因此，电子镇流器在传统照明领域如商场局部照明、家居装饰照明中应用广泛。但，因为其电路不完善，在使用安全上会存在诸多的问题，也是诸多厂家被淘汰的原因。具体问题归纳如下：

　　（1）无灯丝预热功能，打开电源灯就点亮，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），不仅会造成电路损坏，严重时还会发生火灾事故；

　　（3）当有灯管发生破裂、灯管一端发黑、老化或寿终等故障时，逆变器输出的电流不断增大，通常这个电流会升高到正常电流的5倍以上。如果这时不采取有效的保护措施，会造成极大危害。首先，过大的电流会导致逆变器中作为开关的三极管或场效应管及其它外围部件因过载而烧毁，甚至引起冒烟、爆裂等事故。同时，灯脚对地线或中线会形成长时间的极高电压，对于20W、36W、40W及其它大部分国标/非标灯的电子镇流器，这一电压往往会达到一千伏或更高，这不仅为国标GB15143所严格禁止，而且也会危及人身、财产安全。GB15143-94“11.14”及GB15144-94“5.13”部分对电子整流器的异常状态试验包括：灯开路、阴极损坏、去激活、整流效应等，同时规定电子镇流器在经过上述试验后不得发生安全性故障并能够正常工作。

　　（4）对使用IC做驱动的，IC内部完成保护功能的采样点，设定在3倍工作电流的位置上，当电流长时间处在2－3倍之间时，IC不但不保护，而且会产生高温损坏IC和开关管。

三、自恢复保险丝在电子镇流器电路中可解决的问题与方法：

　　对电子镇流器异常状态的保护，常采用以下四种措施，而应用高分子自恢复保险丝做电子镇流器的保护方案，才是最好、最明智的选择，具体分析如下：

　　1、在交流输入电路中串接玻璃管保险丝。在这个位置上串接保险丝会使一些人误认为会起到过流或过载保护的作用；而实际上这样的保护方式一般不会在灯丝去激活等过载条件下提供保护，它往往在开关器件击穿后才会熔断，不能起到真正意义上的异常状态保护作用。

　　2、在整流输出回路上采用以可控硅、双极型晶体管或场效应管为核心的保护电路。这种电子电路保护方式的最大优点是保护时间短，但同时存在着以下一些缺点：

　　①容易发生误保护：如果由于某种原因，在可控硅的触发端形成即使极短的尖脉冲也会导致逆变器停止工作，从而导致灯熄灭。

　　②设计与调试工作比较烦琐：一般情况下，这种保护线路会有包括电阻、电容、脉冲变压器次级线圈在内的至少6只电子元件，同时使用这么多元件加之可控硅等有源器件的离散性及温漂等问题将增加调试工作的困难，进而对生产效率造成影响。

　　③这种保护方式同时还存在成本较高、占用PCB空间较大等缺点，这也是令众多电子镇流器制造商头疼的问题。

　　④可控硅电子电路保护方式下，当双/多灯中的一只灯去激活时，将导致整个镇流器停止工作，从而使即便正常的荧光灯同时熄灭，这往往是令人不安的。

　　3、使用陶瓷PTC并联在谐振回路即谐振电容上，这是较早使用的方法，能达到软启动的目的，宣传可延长日光灯的使用寿命。但实际达不到保护目的，还存在很多问题（如图2、3）所示：

图2 PTCR “陶瓷PTC”温阻曲线图

图3 CPTC “陶瓷PTC”预热启动电路框图

　　为解决荧光灯阴极预热问题，利用了正温度系数热敏电阻（以下简称CPTC “陶瓷PTC”）。其温阻特性曲线如图2所示。曲线中的TB点是CPTC “陶瓷PTC”的开关温度（阻值增大到最小值两倍时的温度）。CPTC “陶瓷PTC”的体温高于TB点后，随着温度的升高，CPTC “陶瓷PTC”的电阻就会骤变到很高的值，利用CPTC“陶瓷PTC”的这一特性设计的预热启动电路如图4所示。

图4 利用CPTC“陶瓷PTC”预热启动电路框图

　　当电路接通的瞬间，高频电源的输出电压V0加到灯管两端，由于热敏电阻CPTC“陶瓷PTC”对谐振回路构成分流，使回路的Q值很低，灯管两端不能形成高压，也就不能点亮灯管。同时，高频电流通过电感Lp、灯丝、热敏电阻PTCR “陶瓷PTC”，对阴极进行预热，经过0.4秒的时间后（GB规定大于0.4秒），CPTC“陶瓷PTC”因通过电流，体温升高，电阻值迅速增大，减弱了对谐振回路的分流。当阻值增大到一定值时，谐振回路起振，谐振电压幅值V2增大到把灯管点亮。灯管点亮时，灯管呈现负阻特性，即灯管电流增大，灯管两端电压V3降到额定的工作电压值，预热启动过程结束，灯管转入正常工作。

　　问题在于灯管正常工作后，热敏电阻CPTC “陶瓷PTC”始终处于热动平衡状态，这是因为热敏电阻不能完全阻断对灯阴极的分流，热敏电阻体温的高低影响着通过电流的大小。通过电流的大小又影响到热敏电阻体温的变化。具体地讲，当CPTC “陶瓷PTC”呈现高阻状态时，电流减小，CPTC “陶瓷PTC”体温随之降低，阻值便减小，又导致流过CPTC “陶瓷PTC”的电流增大，如此循环使热敏电阻始终处于保护与不保护的变化状态之中。

　　这种状态有如下危害：

　　① CPTC “陶瓷PTC”在预热启动电路中始终有功耗，一般为总功率的4％。使电子镇流器或电子节能灯的流明系数降低。经测试，40W荧光灯电子镇流器CPTC “陶瓷PTC”的功耗大于1.6W，18W电子节能灯CPTC “陶瓷PTC”的功耗在0.8W左右。按每瓦功率发出光通量50流明计，40W和18W的电子镇流器因此而分别损失70和40流明。

　　② CPTC “陶瓷PTC”的功耗产生的热量使紧凑型荧光灯和电子镇流器壳内的温度升高，会造成其它电子元件特别是晶体管和电解电容器损坏，使故障率上升。

　　③ 荧光灯点亮后，灯丝回路因CPTC “陶瓷PTC”的存在，始终有电流通过灯丝，由此而形成发射电流，缩短了阴极的使用寿命。

　　④ 预热电路中的CPTC “陶瓷PTC”在灯管点亮后，仍处于80℃以上的高温环境下，易造成CPTC “陶瓷PTC”晶界电阻性能的蜕化，使温阻系数改变，预热时间变长。蜕化严重时启动瞬间产生的冲击电流会烧坏功率管。如果阴极长时间处在预热启动状态，最终将会损坏灯管和电子镇流器。 　　

　　⑤ CPTC “陶瓷PTC”最难满足耐高压这一指标。如图4 ，当CPTC “陶瓷PTC”并联于灯管两端时，要承受较大的开路电压Vtrig（一般为1000V左右），这时CPTC “陶瓷PTC”的温阻曲线在高于开关温度以后，上升迟缓。长期工作在高压、保护状态，其寿命将比日光灯的寿命更短，日光灯还没有坏以前，陶瓷PTC就早早的坏掉了。

　　⑥ CPTC “陶瓷PTC”是并联在谐振电容两端，正常工作时是处于高阻状态（保护状态），如果电路有过流故障，不能完成过流保护作用。

　　⑦ 当高频电流经过CPTC “陶瓷PTC”时，也会使其温阻特性曲线在高于开关温度TB后上升迟缓。这些都会使CPTC “陶瓷PTC”对灯丝的预热性能变差。

　　⑧ 通过测试证明CPTC “陶瓷PTC”呈现有相当的电容量。在频率较高的线路中，使用CPTC “陶瓷PTC”与启动电容C并联，会直接破坏镇流器的输出特性。特别是T5型荧光灯，一般要求电子镇流器的工作频率在50kHz以上，对其输出特性影响更严重。

　　尽管采用CPTC “陶瓷PTC”对阴极进行预热的方式存在着上述缺点，但目前照明行业生产的电子镇流器，凡具备预热功能的电子镇流器、紧凑型电子节能灯，仍有许多生产厂家还采用CPTC “陶瓷PTC”预热方式。

　　产生上述问题的主要原因是PTC在电子镇流器上应用的误区：部分电子镇流器的设计工程师们，知道PTC是正温度系数热敏电阻，但不知道有“高分子热敏电阻－PPTC”，与“陶瓷热敏电阻－CPTC”，以及其电气性能与应用上的区别，因陶瓷PTC最早应用在电子镇流器上，并出现了问题，但因此而增加的成本又使销售受阻，一直是一对难与处理好的矛盾。

　　4、使用高分子PTC作电子镇流器的过载保护：

　　使用高分子PTC作电子镇流器的过载保护，高分子PTC又名PPTC。高分子PTC不仅能克服陶瓷PTC（CPTC）的缺点，而且能很好的达到开机软启动、过流保护、过温保护的目的。具体讨论如下：

　　使用高分子PTC作电子镇流器的过载保护的方法是，在谐振回路即谐振电容旁边串接JKPTC热敏电阻。如图5所示。

图5 高分子PTC特性与电子镇流器异常保护的应用原理框图

　　当灯管正常时，电子镇流器接通电源后，电感、电容和PTC热敏电阻组成的谐振电路使荧光灯正常启动工作。如果灯管因灯丝老化或漏气等原因而去激活时，PTC热敏电阻会在数秒钟内动作，迫使LC 串联谐振电路停振，从而切断高压，同时保护了逆变器中的开关器件。如图6所示。

图6 高分子PTC作电子镇流器异常保护的应用原理图

　　该保护方式的优点和达到的目的是：

　　① 从图3可见：在正常工作时，因JKPTC的阻值很小(JK130-300是1.3—2.6.欧姆)分压很低，电压主要是电容Cp的容抗(708.567欧姆)分去了，所以对PTC的耐压要求并不高。耐压130V的JKPTC已足够了。（Xcp=1/2πf c=1/2×3.14×35×103×6.8×10-9＝708.567欧姆,Cp=6n8 ;f=35KHz）。

　　② 因JKPTC的阻值很小，工作时的插入损耗非常小（可以不计），对日光灯的流明没有损失，不影响日光灯的发光亮度。

　　③ 虽然JKPTC的阻值小，但灯丝的阻值也只有10欧姆左右，即等于在这个电路上加入了四分之一的直流电阻，在灯管启动过程中的限流作用，能大大减小灯丝电极的溅射作用，从而真正保护灯丝,大大延长灯管的使用寿命。

　　④ 当有灯管发生破裂、灯管一端发黑等故障时，谐振电容上的电压会升高导致电流迅速增大，会烧坏开关晶体管和击穿谐振电容，使用了JKPTC后，会在电流升高的过程中及时保护，保护后电路停振或削弱振荡，限制了电压的升高，所以不会有高压损坏PTC和谐振电容。

　　⑤ 当电子镇流器内部的温度超过规定的温度时，PTC会及时保护，不会产生损失。

　　⑥ 对使用IC做驱动的， IC内部完成保护功能的采样点，设定在3倍工作电流的位置上，当电流长时间处在2－3倍之间时，IC不但不保护，而且会产生高温损坏IC和开关管，然而，当使用JKPTC后，能在过电流超过工作电流的1.7倍至2倍时，及时保护，这就可以弥补IC保护带来的不足。

　　⑦ 一旦市电电源供电发生故障（如电网电压升高过多），使电子镇流器内部电流过高时，PTC会及时保护整个电路，不会造成电路损坏，更不会发生火灾事故。

　　⑧ 日光灯是一个负阻器件（负温度系数的元件），使用正温度系数的WHPTC串联在其回路上，不但有过温、过流的保护作用，还能在一定范围内起到温度补偿的作用。

　　⑨ JKPTC不但可以用于谐振电容的串联，还可用于电源的输入端及整流滤波电路与高频逆变电路之间（如图7所示）,使用灵活、简单。

图7 JKPPTC可安装使用的位置

　　⑩ 对于一个电子镇流器带多个日光灯的，当其中一个日光灯损坏后，因WHPTC的保护作用，使其他日光灯继续正常使用而不受那个损坏日光灯的影响。如图11所示：三个日光灯中如果有一个或二个日光灯电路损坏，其他的日光灯将正常工作。

图8 一个电子镇流器带三个日光灯原理框图

　　正因为高分子PTC作电子镇流器电路的异常保护具有上述优势，所以被很多厂家逐渐认可、逐步应用。

　　目前已经被很多电子镇流器制造商所认识，我司开发出JK130-XXX或JK250-XXX系列电子镇流器专用PTC热敏电阻即使在70℃的高温环境下仍然能保持日光灯正常工作，同时在室温的条件下也能保证良好的保护特性；另一方面，即使经过多次或长时间提供保护后，PTC仍然可以保持性能十分稳定。

　　5、JKPTC作电子镇流器电路异常保护的应用方法：

　　① JKPTC可以使用和安装的位置如图8、图9所示，其中以用于串联在Cp处的应用较多。

图9 JKPTC可安装使用的位置

　　JKPTC在交流输入端取代玻璃保险管的应用也是常见的，因JKPTC保护动作的速度比玻璃管保险丝快很多，其保护速度比较如下的曲线图：

保险丝与JKPPTC元件动作时间的对比

　　② JKPTC 在单灯电子镇流器中的应用如图10：

图10 JKPTC在单灯电子镇流器中的应用

图11 JKPTC在单灯电子镇流器中的应用

图12 JKPTC在IC驱动的单灯电子镇流器中的应用

图13 JKPPTC在IC驱动的单灯电子镇流器中的应用

图12 JKPPTC在单灯电子镇流器中的应用

　　③ JKPPTC在双灯电子镇流器中的应用如图18-19：假设荧光灯其中一只去激活，则对应的JKPPTC动作，对应的灯丝电流接近为0；但其它荧光灯的工作不会受到影响。这样，用户就不必为到底是哪只灯寿命终了或者是镇流器损坏这样的问题而困扰。

图13 JKPPTC在双灯电子镇流器中的应用

图14 JKPPTC在双灯电子镇流器中的应用

　　④ JKPTC在双灯电子镇流器中的应用如图18：

人18图 JKPPTC在双灯电子镇流器中的应用

　　⑤ JKPPTC在单U型、双U型节能灯电子镇流器中的应用如图20：

KPPTC在单U型、双U型节能灯电子镇流器中的应用

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