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磁性元件对绿色照明的贡献

2008-10-09 10:23:59 来源:《国际电子变压器》2008年10月刊 点击:1407

1 引言
随着“绿色照明工程”的开展,我国的照明设计与照明产品的发展趋势都面临着“绿色革命”。它将以节约能源和资源,保护地球生态环境,提高照明质量,提高舒适性和健康性为发展目标。
镇流器是照明电器的一个重要组成部分,同时也是能耗比较集中、突出一部分。
近年来,随着中国整个照明市场需求环境的变化,灯具市场对镇流器的需求也发生了巨大的变化,电子镇流器开始逐步取代传统电感镇流器。“绿色照明革命“将从镇流器开始。节能电子镇流器比传统电感镇流器节能约40%以上。
采用节能型电子镇流器的主要优势是在大幅度降低自身功耗的同时,又能有效地控制镇流器的工作温升,从而使得镇流器的可靠性得到提高。它的最突出的特点是:节能、节钱、安全可靠,适合国情。作为节能型电子镇流器的重要材料~磁性元件,对节能有着很大的空间。优良性能的磁性元件不但可以降低镇流器能耗,同时又可以有效地控制镇流器的工作温升,从而使得电子镇流器和照明设备的安全性、可靠性得以提高。
图 1 是磁元件在电子镇流器中的应用,其形状主要有环型和 E 型,主要用作 LC 振荡电感和扼流线圈,主要由高磁导率和低功耗高功率磁性元件组成。
电源装置,无论是直流电源还是交流电源,都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器(软磁电磁元件)。虽然,已经有不用软磁磁芯的空芯电子变压器和压电陶瓷变压器,但是,到现在为止,绝大多数的电源装置中的电子变压器,仍然使用软磁磁芯。因此说电子镇流器的“绿色革命”首先从软磁磁性元件开始。
2 磁性元件对绿色照明的意义
磁性材料作为在国民经济各个领域不可缺少的功能材料,其产量和使用量已成为衡量一个国家经济和信息技术发展程度的标志之一,特别是软磁材料,在国民经济各个领域不断发挥着越来越大的作用。随着电子设备加速向轻薄短小、集成化、智能化和多功能化方向发展,各种软磁材料的性能为适应多种用途,正日新月异地更新换代。开关电源技术是最佳电能应用技术,经过变换的电能,如AC-DC,DC-DC,DC-AC,AC-AC变换等,完成高频开关整流、直流功率变换、逆变、变频等功能,可以满足各种用电要求。由于其节能效果明显,带来了巨大经济效益,引起了社会各方面的重视而得到快速发展。通信领域推广应用开关电源以取代相控电源以来,为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积,提高了效率,减少了能耗,改善了环境。这些成功又促进了其它领域的广泛应用。如电力系统城乡建设改造工程,使开关电源系列产品形成相当规模的产业。此外,计算机电源,以逆变为核心的 UPS 电源,异步电机的变频调速电源,高频逆变焊接电源,绿色照明电源等等无一不使开关电源更加兴旺发达。这些广泛的应用对开关电源所用的功率和高 μi 铁氧体磁芯性能提出了越来越高要求。
随着中国“绿色照明工程”的推进,带动了荧光灯和高强度气体放电灯的发展,同时也促进了与之配套的镇流器市场的扩大,中国荧光灯市场正以超过 20% 的年增长速度发展,远远超过国民经济发展的速度,镇流器市场每年正以 10% 的市场增长速度稳步发展。21 世纪初磁性产品的市场分析表明:21 世纪用作电子镇流器的铁氧体磁性元件将占到整个铁氧体磁性产品市场份额的 16%,这是一个非常可观的比例。
3 磁性材料的选择应用
表 1 和表 2 是浙江天通公司大量生产的低功耗功率和高磁导率材料,在电子镇流器中根据磁元件的具体运用而有目的的选择。
当磁性元件用作扼流作用时,扼流线圈的磁性元件以低损耗高功率材料见长,这些材料通常具备低的功率损耗(PL)和高的饱和磁通密度(Bs)。但由于材料在工作过程中会带来功率损耗,从而引起温升。所以在选择材料时要将功率与损耗相结合起来。饱和磁通密度的大小固然重要,它直接反映出磁元件的扼流能力,但同时如果选择功耗太大,由于温升,它同样会影响高温条件下磁性元件的扼流能力。所以选择生产高饱和磁通密度和低功率损耗的磁性元件是采购商和生产厂家的共同目标。图 2 就是用作扼流磁性元件的功耗随温度的变化情况。
在 LC 回路中,周期和频率的大小取决于线圈的自感系数 L 和电容器的电容 C。所以对于磁性元件(磁环)的选择,除了具备一定要求的电感(初始磁导率)外,而且对电感随工作频率和环境温度变化也提出了更高的要求。只有稳定的电感才能带来稳定的振荡电流的输出频率。这样对磁性元件就要求具备优良的电感频率特性和电感温度特性。  
4 结语  
在设计电子镇流器选择磁性元件时,要注意磁性元件正常工作时的环境温度,根据工作温度选择合适的磁性元件,这样就可以减少镇流器的温升和能耗。另外在振荡电路中要充分考虑到所选用磁性元件的电感随应用频率和工作温度的变化情况,只有在全面了解认识磁性元件的各种性能之后,根据电子镇流器的设计特点,正确地选择磁性元件,这样磁性元件在电子镇流器中、电子镇流器在照明设备中,才能真正地达到节能高效、绿色环保的效果。

参考文献
[1] TDG公司产品目录手册(2003).
[2] 毛兴武等.高性能双管荧光灯电子镇流器.

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