【導讀】網友給出了一款最經典的電子節(jié)能燈電路，電路后半部分的逆變電路采用磁性材料組成的純模擬電路進行開關的通斷轉換。在對其進行分析后，網友對于該電路開關管的開關轉換是怎么完成的存在幾點疑問，希望廣大的工程師朋友們能夠幫他解疑答惑。
此電路是電子節(jié)能燈最基本的結構，也是最經典的電路。電路后半部分的逆變電路采用磁性材料組成的純模擬電路進行開關的通斷轉換。
目前，對于電路工作時的電流流向問題已經不存在疑問。現在，主要問題集中在開關管的開關轉換是怎么完成的。現在主要存在的有兩種解釋。
第一種，也是流傳最廣的：磁環(huán)磁飽和。
這種解釋的理解是：在開關管的兩個基極感應線圈感應到電壓，在磁飽和時，沒有電壓了，由于電感的電流不能突變的原因，使感應線圈感應出了與先前相反的電壓，經過正反饋的強化，使得開關管的狀態(tài)發(fā)生了轉換。
詳細一些的過程為：
當電路加上電后，電路通過電阻R1、R2給電容C2進行充電。當電容C2上的電壓達到雙向觸發(fā)管VDB的轉轉電壓時，電流通過開關管VT2的基極和發(fā)射極構成通路。此時下管VT2管開，電路是通過電容C4、負載、下管VT2構成回路。在整個工作過程中，由于磁環(huán)進入磁飽和，使得開關管基極感應出的電壓為0，而由于電感中的電流不能突變。線圈N1中的感應電壓為上正下負，所以，線圈N2感應出的電壓為上正下負，N3感應出的電壓為上負下正。此時，下管VT2截止，而上管正好打開，此時，電流的流向就是電容C4中的貯能通過上管VT1，電感、負載回到電容C4的另一端。在這個工作過程中，磁環(huán)再次通過磁飽和，使得磁環(huán)線圈中的感應電壓發(fā)生極性變化，從而開關管再次發(fā)生轉換。如些往復，形成了以一定頻率轉換的開關狀態(tài)，實現了DC-AC的高頻轉換。
在這個過程中，一定要使兩個開關管上的基極接的磁環(huán)同名端不一樣。即：從上圖來看，就是從上到下規(guī)定，N1和N2的同名端相同，N3的同名端剛好相反。現假設線圈N1的上端為同名端，那線圈N2的同名端就在與電阻R5相接處，線圈N3的同名端就在與電路地相接處。
在這個解釋過程中，沒有詳細的關于開關管是如何進入開關狀態(tài)，及電路是如何進入諧振狀態(tài)觸發(fā)燈管的，及解釋中引進的正反饋是如何形成的，以及磁飽和理論是如何形成的。
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第一個遺留問題：如何進入開關狀態(tài)？
根據我的理解，開關管是先進入放大狀態(tài)，然后過渡到開關狀態(tài)，到這時，集電極電流IC不再受IB的影響。也就是，先是放大狀態(tài)，高頻率信號是通過基極接的磁環(huán)線圈繞組引進，通過三極管進行放大，通過三極管的發(fā)射極輸出。放大后的信號經過磁環(huán)的耦合線圈N1與線圈N2、N3反饋形成正反饋，使基極上感生電壓增大，增強了驅動能力。后續(xù)的發(fā)展使電路進入飽和區(qū)，此時，三極管才是完全進入開關狀態(tài)。這部分的變化可參考“三極管放大狀態(tài)中的非線性失真中的頂部失真”。
第二個遺留問題：如何進入諧振狀態(tài)？
據我理解，在雙向觸發(fā)二極管VDB觸發(fā)時，其電流中是有很多高頻分量的（此部分參照三極管放大電路的頻率特性）。其實在負載燈未進入工作時，其工作回路是：C4、C5、電感、磁環(huán)耦合線圈、兩個開關管VT1和VT2。由于主要由C4、C5、電感的選頻特性，加上磁環(huán)耦合線圈構成的正反饋，通過三極管的放大電路，使得諧振頻率點的電流被不斷的放大。當達到諧振頻率點，C5上的諧振感生電壓足以擊穿負載，使之進入正常工作狀態(tài)時，負載被成功點燃。當負載被點燃后，其相當于一根導線接在電容C5兩端，從而使電容C5“短路”。這時，根成的工作回路中，將電容C5換成負載，其他情況不變。
第三個遺留問題：正反饋是怎么形成的？
在上面的解釋中其實已經提到了正反饋是怎么形成的。第一點：磁環(huán)上的三個耦合線圈的同名端必須正確。即線圈N1和N2的同端相同，線圈N3的同名端和其余兩個相反。
假設下管導通時，流過線圈N1的電流方向為從下到上，此進，線圈N1上的感生電壓為下正上負，而線圈N3由于下管VT2的導通緣故，感生的電壓為上正下負。由于電流持續(xù)上升，線圈N1上的感生電壓極性不變，數值變大。同時，由于線圈N1與N3線圈間的互感作用，使得線圈N3上的電壓也是極性不變，數值變大。這一變化，更加促使下管VT2的導通。這一過程就是通過反饋使驅動信號變強，所以，是一個正反饋過程。
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第四個問題：磁環(huán)的磁飽和
對于這個磁環(huán)的磁飽和，我是想不通怎么形成的。不過，當磁環(huán)磁飽和時，確實能夠使感生的電壓變?yōu)?，以此為理論點，可以使開關管進行開關狀態(tài)的切換。
假設下管導通，上管截止。下管VT2導通時，基極上是正電壓，當磁環(huán)進入磁飽和時，線圈N3上的感生電壓為0V，此進，對照下管VT2的發(fā)射極，其接電路中的地，所以，形成VBE截止，三極管進入關斷狀態(tài)。這時下管VT2進入截止狀態(tài)，關斷。可是我想不通，這時，上管是如何進入導通狀態(tài)的。
還有一個就是：磁環(huán)進入磁飽和的條件不符合。
我們在工程計算時，取B不超過200mT，最大不超過230mT，以保證電感不會進入飽和區(qū)。在實際應用中，我根據實際磁環(huán)線圈的參數計算時發(fā)現，其結果遠遠小于這個規(guī)定值。
而且，有次和用的磁環(huán)由于初始磁導率高，而燈殼內的溫度過，使燈在點烘箱時，過一段時間后，電路停止工作。將燈取出冷卻后，電路又正常工作。而且在外界室溫情況下，連續(xù)工作無任何不良現像出現。當時評估為磁環(huán)在高溫烘箱內（80度），再加上殼內溫度高，使磁環(huán)接近居里點，磁環(huán)失性。從而使燈無法正常工作。
當時根據這一現像，我更加理解為：若磁環(huán)真的是進入飽和，那電路根本就不會工作。所以，我認為這個磁飽和理論是不正確的。
第二種解釋就是：三極管由于進入電流飽和，電流停止變化，使得線圈上的互感電壓變?yōu)?，再加上電感上的電流不能突變的特性，使感生出的電壓極性發(fā)生變化，從而實現三極管開關狀態(tài)發(fā)生變化的。
這個理論是我比較接受的。這個理論的關鍵點有這么幾個：
1、電流不在發(fā)生變化
2、電感電流不能突變的特性，使得感生的感應電動勢會在電流增大和電流減小兩個過程中感生出不同的電動勢。
關于開關管轉換的詳細過程是這樣的：
第一個階段：三極管導通時，是先進入放大狀態(tài)（見第一個遺留問題）此時，IC是隨IB的增加而增加。IB的增加是由于正反饋形成的。在這個過程中，IC是隨IB的變化而變化的。
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第二個階段：由于負載進入穩(wěn)態(tài)工作，其最大工作時的電流是固定的。當電流增加到這一值時，電流就不再增大（電感的扼流作用，抑制了放電管的負阻特性）。此時，相當于是負載是個定值的阻態(tài)，總線電壓固定，其最大工作電流也就定下來了。當電流達到最大電流時，電流就不再增加。
根據電感上的感應電動勢計算公式：UL=L*di/dt式4
由式4可以看出，線圈上的感應電動勢是和線圈上的電流的變化有關的。當電流停止變化時，感應電動勢也就隨之消失。
這第一個階段就是感應電動勢電壓存在，第二個階段就是感應電動勢消失，也是開關進行轉換的切換點。
根據電感中的電流不能突變的特性。
第三階段：由于電感中的電流不能突變，所以，電流的方向不會馬上就會改變，而是和原來的流向一致，并減小。這時，線圈上的感應電動勢就再次存在，因為存在電流的變化了；再一個，電流的方向和原來保持一樣，維持原來的流向，所以，感應電動勢的極性發(fā)生了變化。這時，才產生了三極管開關狀態(tài)的轉換。
然后不停地重復這三個階段。
以上面原理圖圖例說明就是：
1、假設下管VT2進入放大區(qū)，電流的持續(xù)上升；及基極線圈N3上的感應電壓是上正下負，并因正反饋而不斷加強；線圈N1中感應出來的電壓是上負下正（用于對抗電流的增加），N2和N1相同。由于基極線圈N3上電壓的增加，使開關管最終進入飽合區(qū)。三極管完全處于開關狀態(tài)。
2、電流不斷增加，當達到負載所需最大電流時，由于電感的扼流作用，使電流不再增加，這時，電流不再發(fā)生變化。線圈N1、N2、N3上不再有感應電動勢。
3、由于電感電流不能突變，現在處于維持原電流流向并逐漸減小。這時，線圈N1、N2、N3上的感應電動勢再次出現。此時，由于是為維持原電流方向，線圈N1感應電動勢為上正下負，N2同N1一樣，N3為上負下正。此時，下管VT2上的VBE電壓為負，三極管截止，上管VT1上的VBE為正，進入放大狀態(tài)。這時，開關管的開關狀態(tài)轉換徹底完成。
4、此時，上管VT1重復上述1~3的過程，成功實現開關管的轉換。
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下面說下電路中部分器件的作用：
電路中，開關管CE兩端接的二極管VD6和VD7的作用和開關管BE兩端接的VD8和VD9的作用相似。
先說下VD6和VD7的作用：
在開關管進行開關狀態(tài)轉換的時候，電感中的電流不能突變，而是先要維持原來的狀態(tài)一會時間（雖然時間很短）。這兩個管子是為這個電流提供泄放通路的。
假設，初始狀態(tài)是下管導通，上管截止。此時，開關管狀態(tài)進行轉換時，電感中的電流方向還是從負載流向電感L2。這時，由于二極管VD6的存在，使得泄放電流經過VD6回到電容C4。
若沒有二極管VD6存在時，泄放通路是流過開關管，走下管VT2。
由于開關管各極間存在一定的電容，所以，當開關管由導通狀態(tài)進入截止狀態(tài)時，它不是完全截止的。而是存在一段時間的延遲才能完全關斷。所以，當開關管進行轉換時，雖然N3線圈上的感生電壓為負了，但是管子還不能馬上進入關斷狀態(tài)，電感上的感生電流的流向會通過下管VT2的CE接地。由于電感的感生電流是一個尖峰量，存在時間短，會形成一個尖峰電流流過下管，對管子的損害比較在。同時，增加了管子的損耗。
當增加這樣一個二極管后，會將這個電流量通過另外一種途徑泄放，消除對開關管的影響或是損壞。
對于上圖是電路的另外一種變形體，只有一個無源臂C4，所以，當上管由導通到截止時，這個分析過程是不成立的。換做另一個電路，就是再加一個無源臂C6，一端接地，一端接C4與負載燈絲。此時，這個分析過程就在上管的分析就成立了。
上管VT1上CE兩端的電容C3。
這個電容大多數時候被稱作是移相電容，也有叫續(xù)流電容。
移相，我這個通過調整看過。通過調節(jié)這個電容的大下，可以調節(jié)管子VCE電壓和IC電流的重合面積，反應的就是管了的損耗。
續(xù)流，我也做過測試。當用電流探頭測試這個電容上的電流時，發(fā)現它是一個很短的，類似于充電電流的一個波形。
電容C3上的電流波形。
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對于這個續(xù)流的解釋：
由于兩個管子在轉換期間存在一定的死區(qū)時間。這個時間內的電流提供路徑是通過電容C3完成的。當上管VT1由導通到截止時，電容C3兩端的電壓逐漸增加。此進，形成了一定的充電電流。剛好這個電流對電感由于電流減小處于維持階段提供了一定的電流支持。使電路在下管導通前，負載中的電流不至于中斷。
針對以上問題，有網友給出以下看法：
“第二個遺留問題：如何進入諧振狀態(tài)——
這個狀態(tài)有一點小研究提供參考，節(jié)能燈線路架構為LCC容性負載Q值在諧振點時大于1(幾倍要看燈管擊穿電壓)，提供增益曲線圖及轉移函數，C4跟C5扮演線路最重要角色。
頻率經過諧振點時達到擊穿管電壓(500~700V看燈管規(guī)格)，然后進入左半平面降低(維持)管電壓(50~70V也許)，從這個觀點在去解釋三極管工作狀態(tài)或許會有不同體驗。”
“樓主在算磁飽和時, 要知B=LI/NAe這個公式中L的定義及測試. L電感量在無氣隙且大電流的時候是沒有意義的. 這樣算磁飽和也是不正確的。當然, 磁飽和理論在節(jié)能燈驅動上的解釋確實是有問題的。用開氣隙的變壓器也是可以驅動節(jié)能燈的, 這時的電流遠未達到磁芯飽和的程度. 但半橋電流依然可以反轉。”
廣大的工程師朋友們，對于筆者的這些問題，你又有什么樣的看法呢？歡迎大家探討，相互學習，共同進步。
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