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UUI新型集成电感器

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  • 更新日期:2013-12-19 22:35
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详细介绍
本文论述了一些安装空间有限的电子电器,典型如T4、T5节能灯上两个或多个电感器串联使用时出现的问题,提出集成UUI新型电感器的设计方案,并阐述其优点和使用效果,得出了解决上述问题的方法,最后对UUI新型集成电感器的市场发展前景作了一些预期。

1 引言
T4与T5型节能灯,具有发光效率高达100Lm/W以上,使用寿命在10000-20000小时,开关次数达万次以上,显色指数大于80%等优点,是一种“高效、节能、舒适、亮丽、长寿”的新型电光源,目前世界各国都在大力提倡和推广。近年来T4与T5型节能灯的使用量持续增长并已成规模,大有取代传统T8型直管日光灯趋势。而在T4与T5节能灯的驱动电路中,由于安装空间所限与一些其他技术原因,往往需要用2只甚至3只电感器串联起来,作为扼流器件使用。例如,目前市场销量较大的“T5/28W电子支架”灯,灯管径小而功率大,虽说灯电流不大,但灯管两端的电压高,加上其通常工作在35kHz的高频状态下,这样势必需要提高驱动电路中电感器的匝间耐压,才可使得整灯能够长期稳定地工作。使用匝间耐压高的电感器势必会提高成本,而且安装空间的限制也会成为问题。解决此问题目前最好的做法是采用两只EE-13或EE-16电感器串联,这样可降低些成本,同时可解决安装空间问题。但上述的做法也存在着一些问题:①由于采用多个电感器串联,必然要使用多付磁心,多个线圈骨架,浪费了铁氧体磁材和制造线圈骨架的电木材料;②由于采用的磁心是EE型,磁路气隙设置于线圈中部,而扩散磁通集中存在于磁路气隙附近,加大了扩散磁通对线圈影响,其结果是浪费铜材;③也是由于采用多个电感器串联,在整灯的制造中必然会增加插装加工成本,浪费锡等焊接材料。
2  UUI新型集成电感器——EEI型电感器
UUI新型电感器与性能相若的EE型电感器相比,具有省铜、省电、省磁性材料、品质因数高、自身损耗小、温升低和成本低等优点。尤其在市场铜价居高不下的情况下,UUI新型电感器所具有的省铜和低成本的优点,更是受到各方客户的青睐,越来越多的厂家将其应用于节能灯上。UUI新型电感器作为一种新型基础电子元器件,在上市短短两年内,已被市场所接受并逐渐成为一种趋势。鉴于UUI新型电感器的上述优点与市场趋势,可否将UUI新型电感器用于T4与T5型节能灯上,成为我们思考的问题。我们为此做出了努力,并取得了一些成果。下面将我们的思考、做法以及所取得的成果介绍一下,以飨读者!
我们是将两个、三个甚至于多个U字形磁心组合集成在一起,形成边柱磁体,同时加长I字形磁体作为中柱磁体,将两个或多个边柱磁体与一个中柱磁体组合在一起形成UUI新型集成电感器所需要的磁心(如图1所示)。将两个或多个UUI新型电感器的骨架连接在一起并在相邻的两个线圈挡板的顶部中间位置设置凹槽,形成UUI新型集成电感器所需要的骨架(如图2所示)。在骨架的绕线空间上缠绕线圈,相邻两组线圈的缠绕方向相反,并将各线圈首尾依次串接在一起(实际缠绕线圈时,只是同一条铜线依次缠绕各线圈),再将磁心装配到骨架上,在磁心外围包扎绝缘胶带使之紧密牢固,最后通过绝缘工艺处理制作出UUI新型集成电感器。也可以这样理解,它等同于加宽的EE型电感器(如图3所示)的平分切割,平移再组合成UUI新型集成电感器(如图4所示)。
从图4中我们不难看出,一个UUI新型集成电感器可以代替传统的两个或多个EE型电感器。这种设计的优点在于:①多组线圈串联在一起,由于串联分压的原因,可有效地降低对线圈匝间耐压的要求;②能够满足安装空间有限的电子电器使用电感器的需求,如T4和T5型节能灯;③降低整灯的插装费用并可节省锡等焊接材料的用量;④它同时具有UUI型电感器的省铜、省电、省磁性材料、高Q值、低成本等优点(UUI新型电感器的具体优点可参阅《UUI新型电子变压器的优势》一文,作者王照樑)。
我们还可以根据需要,依据上述的原理,设计出可以应用于不同场合的UUI新型集成电感器,如扁平超薄的、小型化的、大功率的等等。这里我们列举两款这类的UUI新型集成电感器(如图5和图6所示),供读者参考。基于这种设计方案而产生的产品——UUI集成电感器,能否经受得住使用实践的检验呢?还请留意如下的使用效果。
3 UUI新型集成电感器的使用效果
以我司客户“三和照明”的一款T5/28W支架灯为例。该灯原设计使用的是两只EE13电感器,我们在该灯上改用UUI新型集成电感器进行对比实验:
 (1) 电感器的参数
表 1  EE-13和EEI-27电感器相关参数表
序号 电感型号 EE-13电感 EEI-27新型电感
1 标称电感量 1.75mH 3.5mH
2 绕组线径 Φ0.23mm Φ0.12 mm×3P
3 气隙量GAP 0.60mm 0.60mm
4 一支T5支架 需要插两只电感器 只需一只电感器

表1显示,该客户的T5/28W型灯,要做到其线路和灯管相互匹配,电感器的电感量需要达到3.5mH,因此在该灯上需要用两只EE-13电感器,即两个1.75mH相加才能得到3.5mH的电感量,以使其能够满足线路和灯管的匹配要求。
(2) 电感器的用铜量对比  
表 2  EE-13和EEI-27电感器用铜量比较表
序号 电感型号 EE-13电感 EEI-27新型电感
1 铜重(克) 2.1×2   3.0
2 省铜比例 % - 28.57%

从表2中可以看出,EE-13的线圈绕组用铜量为2.1克,两只EE-13电感器共用铜4.2克;EEI-27线圈绕组用铜3.0克,省铜1.2克,省铜比例为28.57%。
(3) 电感器绕组电阻比较
表 3  EE-13和EEI-27电感器绕组电阻比较表
序号 电感型号 EE-13电感 EEI-27新型电感
1 绕组线圈匝数 178×2=356 TS
(两只的和) 324TS
2 绕组电阻DCR 4.1Ω(两只的和) 4.6Ω
3 绕组电阻
ACRat40kHz 6.5Ω
(两只的和)40KC 5.3Ω
4 绕组匝数差别 EEI-27新型电感绕组匝数减少32TS

从表3可以看到EEI-27电感器绕组的DCR高了0.5Ω,但因为T5型灯是工作在高频交流的状态下,所以起主要影响作用的应看绕组电阻ACR,而EEI-27新型电感的绕组的ACR减少了1.2Ω,因此其无功功率必然下降。
(4) 电感器的Q值比较
表 4  EE-13和EEI-27电感器Q值比较表
序号 电感器型号 EE-13电感
(两只串联后) EEI-27电感
1 样板编号 1# 2# 3# 4#
2 电感量mH 3.547 3.576 3.531 3.605
3 Q值
(40kHz/0.3V) 137.6 136.75 167.01 167.48
4 Q值变化 平均值 137.175 平均  167.245
  作为基准 增加21.94%
5 Q值
(100kHz/0.3V) 128.73 127.2 305.8 295.83
6 Q值变化 平均  127.965 平均  300.815
  作为基准 增加135.075%

从表4的数据我们可以清楚的看到,新型EEI-27电感器的Q值要比传统的EE-13电感器高,节能灯工作在40kHz时Q值提高21.94%,频率如果再提高其Q值还会进一步提高;而使用EE-13的电感器如果频率再提高,那么它的Q值则反而会下降。
大家知道节能灯电感器在工作时,不可避免会产生一定的热量,它发热量的大小除与磁心功耗大小有关外,还与电感器的Q值有密切的关系,所以电感器Q值的高低关系到电感器自身工作效率问题,电感器Q值越高效率会越高,效率越高电感的温升会越低。换句话说,电感器Q值的高低直接标志着电感器自身损耗的大小,同时它又是衡量电感器优劣的重要标志之一。由上述分析可见,新型EEI-27电感器要优于传统的EE-13电感器。


 
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