冷阴极荧光灯用逆变器

冷阴极逆变器是电力工程中基于谐振的逆变器的电路拓扑结构。 冷阴极电压照明器通常在几乎恒定的负载下工作，并提供或多或少的正弦输出电压。

准谐振变换器也用作开关电源和焊接电流逆变器，产生直流电压或小的正弦输出电压。

根据应用的不同，有不同类型的冷阴极光电逆变器，它们具有不同的拓扑结构。 它们的共同点是，能量传输路径在其谐振点区域内运行，并且在某些转换器类型中，它也是频率确定振荡器的一部分。 根据应用，例如电流隔离，所使用的谐振变压器也可以包含变压器作为一部分或补充变压器。

• 对于 1 kW 以上的功率应用，可以实现将开关晶体管的开关操作期间的功率损耗降至最低的目标。 这些冷阴极电压逆变器有两种变体：切换始终发生在电压过零（ZVS，零电压开关）或始终发生在电流过零（ZCS 或零电流开关）。 包括变压器在内的功率传输路径形成一个带有额外电容和电感的振荡电路，这也决定了开关频率的范围。
• 另一种类型是非常紧凑的电源，功率低至几十瓦，出于成本原因，它们也必须使用最少数量的分立元件。 主要特点是它不需要自己的谐振电路和附加电子元件的调节。 该组中一个特别简单的电路是 Joule thief，它用于从 1.5 V 电池为发光二极管供电。

输出功率在10W左右的冷阴极禾光电逆变器用作荧光灯的电子镇流器，以产生荧光灯工作所需的高压。 在紧凑型荧光灯（“节能灯”）中，逆变器通常xxx集成在灯座中。 在处理有缺陷的节能灯中的电子设备时，它比没有内置电子设备的传统灯泡带来更大的问题。

这些逆变器的另一个大应用领域是荧光管（冷阴极荧光灯，CCFL）的电源，通常用作TFT平面屏幕的背景照明。 在英文中，这些逆变器也被称为显示逆变器、CCFL逆变器或背光逆变器。 逆变器也用于外壳改装和电池或蓄电池供电的荧光灯。

淬火、熔化和回火的感应加热使用谐振转换器，就像感应电炉一样，用于激发加热涡流的线圈与相应的弹性电容器一起构成谐振电路。 负载是附近要加热的部分（由铁或铁锅制成的部件）-狭义上没有变压器。 线圈通常是水冷的，这意味着它们由水流过的铜管组成。 然而，感应电炉只是风冷式的。

两个晶体管交替开关，典型开关频率约为 40 kHz。 由于串联谐振电路 C3 和 L2，当灯仍未点亮时，几乎正弦波的交流电开始在这些元件中“振荡”。 通过增加共振，电压达到管子的点火电压。 变压器L1用于对晶体管进行反馈，双向晶闸管用于振荡冷阴极盏光电逆变器。

与荧光管并联的耐高压电容器 C4（启动期间存在高达 1 kV 的峰值电压）连接在加热丝之外，以便通过直接加热的热管传导加热电流启动时的阴极。

一旦灯点亮，只有小电流流过 C4。 转换器频率现在由 L1 核心的饱和度和晶体管的去饱和度决定。 C3用于隔离直流电压。

用于冷阴极管 (CCFL) 电源的逆变器电路，例如用于平面屏幕背光或平板扫描仪的逆变器电路，也被构造为自激逆变器，如上述用于紧凑型荧光灯的逆变器。 它们转换范围内的直流电压从 10 V 到 300 V 到更高的交流电压，范围从 600 V 到 700 V，频率大约为 30 到 100 kHz。 这些电源的典型特征还在于负载是已知的并且通常xxx连接到逆变器。

在此配置中，转换器对应于半桥转换器。 下面是双极晶体管的基本电路图。 Vcc 是电源电压源，输出在最右边。 由于简化，该电路不是自启动的，而是为了说明两个双极晶体管通过感应电流进行正反馈的原理。 这个由 Royer 发明的原理是基于变压器磁芯的饱和。 当这种情况发生时，相应晶体管的导通阶段结束，因为在辅助绕组中感应的电压崩溃。辅助绕组中的感应电流，具有适当的绕组方向，阻断一个晶体管并允许相反的晶体管双极型晶体管导通，实现两种开关状态的连续切换。

该电路得到了显着的进一步发展，因为晶体管在没有电压时打开，在没有电流时关闭。 这就是 LC 谐振电路谐振发挥作用的地方，它独立于磁芯的饱和度来确定工作频率。 谐振拓扑的这一特性将晶体管的开关损耗降低到理想情况下的零。 该电路原理成为 CCFL 逆变器电路的基础。 该原理也称为集电极共振。

振荡器的独立启动是通过控制线圈最初将两个晶体管的基极连接并联来实现的，如经典 CCFL 逆变器电路的相邻图所示。 与任何其他振荡器一样，小的干扰和噪声会导致振荡。 一旦发生振荡，两个晶体管总是反相驱动，永远不会同时导通。 电源通过扼流圈 Lc 提供，尽管变压器电压呈正弦波形，但它允许晶体管始终完全切换； 这xxx减少了损失。

在该电路中，开关频率fo仅由变压器原边的主电感Lp和作为振荡电路的电容Co决定：

f o = 1 2 π L p ⋅ C o

由负载电容 Cb 和短路电感 Lk 组成的次级侧串联谐振电路在这里起着从属作用——次级侧的谐振频率远高于开关频率。 Cb 用作电容串联电阻，即稳定灯电流。

这种经典电路的一个缺点是变压器由于绝缘而产生的高短路电感的不利影响。 它必须比较大，因为它必须通过传动比产生高点火电压。

通过在次级侧加入谐振电路，在谐振电路中形成谐振变压器，并进行管子的阻抗匹配，可以甚至希望采用高短路电感的变压器，在提高效率的同时缩小逆变电路的体积。通过谐振过冲产生点火电压。 根据电路的不同，次级侧的附加线圈也会增加短路电感 Lk。 这有助于确保批量生产的稳定性和可重复性。

这种优化形式的缺点是荧光管的电气参数（阻抗）对逆变器的电路尺寸及其效率有重大影响。 通常，不能在不调整电路的情况下简单地改变电子管类型。