节能灯镇流器磁环选用参考

1. 引言

在节能灯电子电路所使用的诸多元器中，磁环被称为节能灯的心脏。因为在节能灯电子电路的设计，制造和调试的各个环节，磁环参数的变化都将影响节能灯的质量和性能指标，包括节能灯的启动时间、三极管的开关性能、镇流器的工作频率，灯功率等等，特别是用 110V 电压供电的情况下，由于电路设计不使用倍压电路，故对磁环的选用尤其关键，本文将分两部分分析磁环的有关参数和对选用磁环及其磁性材料的原则。

2. 磁环及磁性材料的性能参数分析

图 1 所示为环形磁环测得的磁化曲线，磁环的磁化曲线可以反映出磁环的基本性能，在图 1 中，B为磁感应强度，Bs为饱和磁感应强度，Bm为最高磁感应强度，H 为磁场强度，Br

为磁场强度H=0 时的剩余磁通，He和Hc为矫顽力。

在节能灯电子电路中，通常都是选用可饱和的磁环。为了使节能灯半桥逆变电路有良好的开关特性，产生良好的震荡波形，要求磁环的磁化曲线能够近似于矩形。

在图1 所示的 S 形磁化曲线上，从 a 点到 b 点，又从 c 点到 d 点，最后回到原始起点 a，这样得到一个完整的磁化周期曲线。

在这个磁滞回线图中，可以看到磁环有明显的饱和点和饱和段，同时具有良好的对称性和近似于矩形。这样的磁性能可以使磁环线圈中的电流波形前后沿较陡，能够较好地满足三极管驱动的要求。如果呈 S 形的磁滞回线在各个点上不完全对称的话，那将会严重影响节能灯半桥逆变电路的开关特性，导致损耗加大，三极管温升加剧。

下面，我们以图 2 的曲线来说明节能灯常用的几种磁环之磁性材料初始磁导率的温度特性。在图 2 中，曲线 1为磁导率等于 3K 的磁感应强度 B 与温度的关系曲线。图中可见，3K 磁导率的材料比较快地达到第一个峰值，然后快速地下降到谷点位置（约 80℃），再缓慢上升，直到居里温度点（约 200℃）。磁导率为 2.5K 的磁感应强度 B 与温度的关系见图 2 中的曲线 2 所示 ：图中可以看到，2.5K磁导率的磁性材料的磁导率一直随温度上升，谷点极短，

并且谷点温度比较高，达到 180℃左右，居里温度则达210℃左右。曲线 3 为磁导率是 2.3K 的磁感应强度 B 与温度关系的曲线。由图中可以看到，2.3K 的材料随温度变化的磁感应强度 B 值的变化并不大，谷点温度约 150℃，居里点温度为 220℃。由以上三种材料的温度曲线可见，它们的居里温度都可以满足节能灯电路设计的要求，因为节能灯壳内的最高温度一般不会超过 150℃，从图中三条曲线综合分析的结论是，3K 材料的稳定性稍差，2.5K 材料的谷点温度偏高，如果发生节能灯壳内温度超高，达到最大值 150℃，如在此时磁环的 B 值不但没有降低，仍然在上升的话，则必将导致三极管过驱，电流增大，最终出现节能灯毁坏的后果 ；2.3K 材料具有平稳的温度曲线，在节能灯电子线路设计中受到欢迎，如果没有特殊要求，通常情况下，节能灯都会选用 2.3K 或 3K 的材料做磁环。其完美的温度曲线应该是次峰较平，几乎看不见，而谷点较长，最好在 70~150℃之间，居里温度在 200℃就可以了。

3. 选择节能灯电子线路用磁环的主要考虑因素

提高节能灯使用的可靠性和安全性，提高能源使用效率和延长使用寿命是磁环选取的主要考虑因素。

3.1磁环的形状和尺寸的选择

节能灯使用的环形磁环常选择如下规格 ：10×6×5，10×6×3.5，16×6×3，9×5×3，12×6×4，13×7×4。

由于节能灯灯座塑件空间容积小，或者印制电路板 (PCB)的安装面积小，为此多选用 9×5×3 的磁环，如果不会受到灯座塑件空间和 PCB 安装面积限制，一般可选用10×6×5、10×6×3.5 和 10×6×3 等规格的磁环。当节能灯电子电路中选用 MOSFET作为开关管时，则一般选用12×6×4 和 13×7×4 的磁环。这是因为MOSFET 需要比较高的栅极驱动电压，故要求磁环上的次级线圈有较多的匝数，也就是需要有较大的磁环内径以容纳较多的线匝。

3.2对磁环所用磁材的选择

目前，适合用于节能灯电路的磁性材料主要是锰锌铁氧体中的 PC30、PC40 和 PC50。在磁环材料的选用上，主要应考虑的问题是 ：

a. 居里温度要足够高

节能灯座内的空间狭窄，通风不良，散热不畅，壳内温度通常都在 80℃以上，如果工作环境的温度较高或者节能灯放在灯罩内，则灯壳内温度可能高达 130~150℃。为确保节能灯座内的温度低于磁环的居里温度，磁环所用材料的居里温度应高于 200℃。

b. 材料的初始磁导率宜适中

鉴于磁性材料的初始磁导率与居里温度是呈反比关系的，初始磁导率越高，居里温度就越低。所以，选择磁性材料的初始磁导率范围宜在 4K 以下。对于那些灯壳内温度不高于 80℃，而且灯功率较小的节能灯，或者是以 110V电压输入、在电路设计中没有采用倍压的，为了获得较高的驱动信号，可以适当选用初始磁导率较高的磁性材料。

c. 有比较高的电阻率

当工作频率一定时，磁性材料的涡流损耗与电阻率成反比。为了减少磁环自身的损耗，应选用电阻率适当高一些的磁性材料。虽然磁环的损耗在节能灯电路的总损耗中所占比例很小，但磁环损耗所产生的不良反映不能小视。

d. 选择温度系数适合的磁芯材料

一般要求节能灯电子电路用的磁芯具有负温度系数，即磁芯的磁导率或磁环线圈的电感量是随温度的升高而下降的。在温度于 0~100℃范围内变化时，三极管的集电极电流约增加 15%，在此温度范围内，如果磁环为负温度系数，则刚好与三极管的正温度系数相抵消或者大部分相抵消，基本保持平衡，这就能够保证节能灯可以稳定工作。

e. 关于磁环的饱和磁通密度和磁滞回线

节能灯电子线路用磁芯应具备较高的饱和磁通密度，以保证磁环次级产生足够大的驱动功率，防止电感器因为容易进入饱和状态而使温升加剧 ；由于磁环的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比，所以应选用磁滞回线比较狭小的磁环，这样便有利于降低功率损耗 ；磁环必须有如上文所说的近似矩形的磁滞回线，并且要求该磁滞回线具有较好的对称性。这样才有保证电路中两个三极管产生对称的电流波形，防止两个三极管产生较大的温度偏差。

f. 关于磁环的可靠性试验

我们采用热测法进行磁芯的可靠性试验 ：将磁环测试分档（一般用测试磁导率和单匝的电感量之方法），记录数据，然后将磁芯放入 100℃温度的烘箱内，烘 48 小时后从烘箱中取出自然存放 24 小时，再一次用以上方法测试磁环的参数，如果变化不大，则可以选用，如果变化过大，则不宜选用。试验时，磁环数量不能少于 100 只。这种试验方法用于判断磁环性能的一致性是否过关，在长时间的高温下，磁环参数是否产生了大的变化，会不会影响节能灯的使用寿命等。