一种应急灯镇流器用变压器不良的原因分析
2012-01-06 17:18:25
来源：《磁性元件与电源》2012年1月刊
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摘要： 应急灯作为一种紧急情况下使用的灯具，要求故障率低、光效高，目前较多采用的仍是荧光灯作为光源。在应急灯工作时，电池提供的约4.3V的电压，通过自激推挽电路将电压提升到约1kV，将灯点亮，此次出现在不安装灯管时，电池的放电电流会从200mA突然变大到3A以上，并且不恢复，本文从变压器的角度进行分析，并提出改善的方案。
关键字： 应急灯电源，升压变压器，高压击穿，层间电容，匝间电容
1 引言荧光灯具有光效高，技术成熟，价格低等优点，是目前使用最广泛的光源之一。应急灯作为紧急情况下的照明用途，对应急情况下的照明时间有明确要求，为了延长照明时间而不增加成本，目前采用性价比最高的方案就是荧光灯照明。
在使用荧光灯作为光源的应急灯产品中，如何将电池提供的4V左右的低压直流电变换为可将荧光灯点亮并使其正常工作已经有了很多方案，但只要采用了隔离驱动，就一定会存在一个隔离升压变压器，通过变压器达到低压与高压电路的隔离，而输出/输入的高匝比，使变压器将输入的低压电提升到数百上千伏的高压电，将灯管点亮，并提供正常工作时的所需的电压。
近期我司生产的OSC211R16产品在客户出现不良反馈，在不安装灯管，使用电池供电时，正常情况下电池的放电电流应该在200mA以下，但是不良品在过一段时间（几分钟）后放电电流突然增加到3A，导致电源板烧毁，也严重影响电池寿命，失效率高达20%。针对此问题，我进行了各方面的分析与测试，在此与大家分享。
2 问题调查
1) 经过公司内部调查，这款产品已经生产过几个月的时间，期间并没有出现类似的不良。在生产过程中从原材料、人员、作业设备/方法各方面也没有变动，完全按承认时的资料在生产，客户所反馈的产品批次与之前供货的批次不存在性能、结构、材料上的差异。
2) 通过与客户了解，这个IQC的测试项目是近期新增加的，为了防止灯管的万一失效对整灯造成损坏。从这一点看是客户的测试项目增加导致的产品出现不良。但为什么这个测试项目会造成变压器的工作异常呢？我们从客户处拿到了电源板，进行了测试分析。
3 测试分析
因为产品在一直安装灯管时无问题，而不安装灯管时出现放电电流变大的问题，所以我们分别测试了安装灯管与不安装灯管时接灯柱两侧的电压波形，情况如下：
从图1波形可以看出，插座两端电压峰峰值达到1.8kV，频率高达178.6/2=89.8kHz；
图2是无灯管时变压器两端的电压峰峰值，更是达到了2kV，频率也有33kHz左右，而且存在多个尖峰冲击；
图3是安装灯管后，点亮过程中灯管电压波形，峰峰值为1.0kV，左侧为市电干扰波，可以不考虑，灯管正常工作后电压迅速下降到峰峰值400V左右。
图4是灯管正常点亮后，灯管两端的电压波形，峰峰值380V；
a) 接灯管后变压器两端的电压波形测试时会影响灯管的正常工作，所以没有测试；
b) 对实际使用的漆包线(1UEW-F 0.15mm)测试绝缘与针孔特性，可以满足国标规定，实测双线绞合击穿电压大于AC4kV/5mA/1mim。
4 变压器绕组电压分布情况分析[1]
高频高压变压器，在高压输出侧绕组匝数较多，由多层串联而成。在高频交流电压下，变压器的绕组电压分布情况与绕组匝间电容和层间电容的大小密切相关，并不呈均匀分布，而且匝间电压的分布并不相等。绕组单层电容分布如图5所示，图中，Cc为匝间等效分布电容，Cg为层间电容，N为单层匝数，n为从一端算起单层绕组中的第n匝。定义a为层间等效分布电容与匝间等效分布电容之比，a=Cc/Cg单层绕组的电压分布如图6所示。可以看出，因匝间分布电容和层间分布电容的存在，绕组匝间电势分布并不均匀，在交变高频电压下，单层绕组中间的匝电势最低，两侧位置匝电势最高，这正是所有变压器出现绕组击穿时，基本上都在端部，而不在绕组中间。由图6可以得出以下结论：
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