荧光灯电子镇流器设计毕业论文.doc

荧光灯电子镇流器设计(论文) 摘 要自从我国在20世纪80年代末、90年代初研制并生产电子镇流器和节能灯以来，这一新兴的绿色照明产业已经得到了长足的发展，目前我国已经成为世界上照明电器产品生产规模最大的国家，产量居世界首位。二十一世纪是一个能源短缺的时代，每个国家都为了节约能源出台了相应的政策措施，尤其是在中国。因为在中国，照明大约占了国家总用电量的12%，因此，采用节能型照明灯正从会造成极大能源浪费的白炽灯向节能型的灯具（如荧光灯，LED灯等等）过渡。绿色照明工程要求人们不要简单的认为只是节能，而是要从更高层次地去认识，提高到节约资源、保护环境的高度对待，这样意义更广泛。绿色照明工程提出的宗旨不只是个经济效益问题，而是主要着眼于资源的利用和环境保护的大课题。通过照明节能，从而减少发电量，从侧面减少SO2,CO2的排放，对环境的保护都有深远的意义。 本文会重点介绍荧光灯电子镇流器的基本原理以及经典的镇流器设计。荧光灯具有负阻特性，必须和有限流作用的镇流器串联使用，电子镇流器的最基本工作原理是把50Hz的工频交流电变成20kHz到50KHz的较高频率的交流电，达到逆变的效果。荧光灯的工作温度不高，气压变化小，启动和工作时灯管阻抗变化较小，因此镇流器比较简单。荧光灯具有结构简单、价格较低、发光效率高、显色性能好、发光均匀、亮度适中和使用寿命长，所以应该大量推广。因此，镇流器的设计的好坏将起到至关重要的作用。 关键词：荧光灯；电子镇流器；逆变；设计ABSTRACTThe emerging green lighting industries has got significant progress,since when our country has researched and produced electrical ballast and compact fluorescent lamp from the late 1980s to the early 1990s.Now our country has been the largest production scale of Lighting &Electronics and has the maximal output in the world.It is short of energy sources in the 21st century.For saving energy sources, new policy has come out by all country especially China.In China,lighting occupies about 12% of national electric power consumption,so the Compact Fluorescent Lamp is used for transition of the incandescent lamp.The green lighting project is not simply considered as energy-saving,but is recognized highly to save energy and protect environment.While the aim of green lighting project is not only the economic benefits, but mainly focuses on making use of resource and protecting environment.It is a profound effect of environmental protection to reduce power output and emission of SO2 and CO2 by energy-saving lighting.The article emphasizes on the general theory of fluorescent lamps electrical ballast and classical design of ballast.The fluorescent lamp of negative resistance characteristic,should be uesd by series connection to the current limiting ballast.The basic principle of electrical ballast is a inverter effect,that converts the direct current from 50Hz power frequency to the higher frequency,between 20kHz to 50KHz.The fluorescent lamps electrical ballast is comparatively uncomplicated,because its working temperature is not high, and the change of atmospheric pressure and tube impedance when starting and working is little, The fluorescent lamp should be popularized,as it is simple structure,low price,high luminescence efficiency,fine colour rendering, uniform luminescence,moderate luminance and long service life.Therefore,the design of ballast plays an important role.keywords：Fuorescent Lamp，Electronic Ballast ，Inverter， Design目 录 摘 要 1ABSTRACT 2第一章 绪论5 1.1背景5 1.2选题意义5 1.3国内外研究现状7 1.4论文主要工作7第二章 电子镇流器的工作原理72.1荧光灯简介72.1.1气体放电的基本原理 7 2.1.2荧光灯的结构 82.2电子镇流器工作原理 92.2.1气体放电灯的负阻特性 9 2.2.2荧光灯的闪频现象11 2.2.3荧光灯的供电频率与灯发光效率之间的关系11 2.2.4电子镇流器的主要功能12第三章 芯片IR2166的功能介绍及其应用 133.1IR2166简介及其数据133.2IR2166控制的镇流器功能分析16 3.3IR2166功率因数校正功能分析20第四章 电路的设计214.1设计电路图和特点21 4.2电子镇流器的相关设计公式224.3PFC设计公式23 4.4最终的设计电路图24结语 27参考文献 28后 记 29第一章绪论本章描述了论文的研究背景和意义，介绍了国内外的研究现状和本论文的主要工作。1.1背景 当今时代缺乏能源已经是不争的事实，如何开源节流是每个国家都面临的问题。而地球的能源并不取之不尽，用之不竭的，石油的可开采量已经减少到了可以计算的地步，而大家所公认的无穷无尽的太阳能目前还远远不能满足人们对于能源的需求，虽然人们对于太阳能的获取技术在不断的进步，但是相对于人们消耗能量的速度来说，技术的进步则显的太缓慢。 同时，不断的以开发新能源来补充人们对于能源的缺乏也对我们的环境造成了不小的负担。假如我们开采更多的石油，那么对于石油的使用会对大气造成更多的污染，就算石油是无穷多的，那它对我们的环境造成的污染也是无穷的(虽然我们也在采用新的石油利用技术)。再以现在很流行的太阳能发电来说，虽然这是一个号称很“清洁”的能源，但是这个“清洁”只是指的是它在发电过程中不会造成污染，但是，在制造发电的太阳能电池时却可能会制造污染，光伏发电需要消耗大量的硅，这个环节会产生出大量的对环境有污染的副产物。 因此，开源这一条途径对于人们解决能源的问题是远远不够的，要解决能源危机，节流也是必须的。节约能源才是关键点，这几年中国也提倡节约型社会。 对于中国来说，照明所用电能占到国家消耗的总电能的10%，是很大的一块，每年有大量的电能消耗在照明上。然而我们国家现在的照明用电并不是很有效率，恰恰相反，是非常浪费的。在很多地区，居民照明仍然大量采用白炽灯，和其他一些效率很低下的照明灯具。白炽灯是发光效率最低的一种照明灯具，它的发光效率只有10%左右，大量的电能以热量的形式流失，对电能造成了巨大的浪费。在这种国情下，荧光灯作为一种节能型的照明灯具被国家大力推广。1.2选题意义 国家出于节约能源的需要，己经明确提出要用节能型灯具(荧光灯，LED灯等)取代传统的白炽灯等能效低的照明灯具，荧光灯和节能灯会成为照明灯具的主力军。 但是，一套荧光灯照明灯具并不是只有荧光灯这一个设备的，它还需要镇流器来对荧光灯进行驱动，而荧光灯的独特的个性对镇流器也有很多的要求，并不像白炽灯那样，只要电压够了就能亮的。所以，一套荧光灯灯具是否能够节能电能，不光和荧光灯本身的特性有关，也与和它相配套的镇流器有很大的关系。若使用合理的镇流器会使荧光灯的效能发挥到最大，而差的镇流器不光浪费电能，还减少了荧光灯的寿命，间接地浪费了大量的能源。 目前，荧光灯灯具中使用的镇流器很多都是电感式的镇流器，这种镇流器的结构比较简单，是在荧光灯研制初期开发的，这种镇流器的作用刚够点燃荧光灯，对于荧光灯的更好的发挥节能效果没有太大的作用。它和电子镇流器相比有很多的缺点：第一：电感镇流器相对于电子镇流器的功耗很大，采用荧光灯最主要的原因就是因为荧光灯相对于传统的照明灯具更加节能，荧光灯倒是确实做到了这一点，但是在荧光灯上添加了一个电感式镇流器以后这种节电的效果反而被削弱了。原因就是因为电感式镇流器也要消耗大量的电能。以家用的荧光灯为例(通常为40W)，电感式镇流器所消耗的电能大概要占到荧光灯功率的20%到30%,但是，电子镇流器所消耗的电能只需要占到荧光灯功率的10%到15%，只消耗了传统镇流器的电能的一半。第二：电子镇流器相对于电感式镇流器有更高的功率因数。传统的电感式镇流器的功率因数一般只能够达到40%到60%，如此低的功率因数对电网造成了很大的影响，其中大量的谐波存在会对同一电网上的其他用电设备产生很大的影响，严重可能会损坏其他用电设备。但是，电子镇流器的功率因数一般都在90%以上。这样，电子镇流器对于洁净电网很有帮助，并不会污染电网。 第三：电子镇流器相对于电感式镇流器能够提供更加舒适的照明效果，对于采用电感式镇流器的荧光灯来说，它在驱动荧光灯的时候会产生两个非常不好的效果：1、它会发出让人心烦的噪声(由于电磁震荡引起的)；2、它会让荧光灯产生闪烁，这种闪烁的效果在严重时连肉眼都能看出来，而在正常的情况下，若在荧光灯下进行照相和摄影，会对取像产生很大的影响。但是，对于所有这些电感式镇流器特有的缺陷，电子镇流器一点都不会有。 第四：电子镇流器相对于电感式镇流器来说需要更少的外围器件，不管是在节能方面还是在资源的节约方面都优于电感式镇流器。综上所述，电子镇流器的优势远远大于电感式镇流器。要得到“干净，舒适，节能”的照明设备，电子镇流器的研究和设计不可缺少。1.3国内外研究现状 在高科技的发展上面，我国一般都落后于欧美等发达国家。在电子镇流器的研究方面也不例外，由于对于能源紧缺的问题西方发达国家早有预测，所以他们在很早的时期就已经推出了荧光灯这种节能型照明灯具因此，在荧光灯的驱动器方面，他们也走在了世界的前面。 国外的一些公司对于荧光灯镇流器芯片的设计有了很成熟的方案，比如美国的IR(国际镇流器)公司的IR2168,还有FAIRCHILD(飞兆半导体)公司的UBA2024等等产品已经能够很出色的发挥出电子镇流器芯片的功能。但是，由于国内半导体行业起步比较晚，技术比较落后，而且，对于荧光灯的研究也比较晚，所以就造成了国内对于电子镇流器芯片的研究严重落后，基本没有成熟的产品问世。1.4本论文主要工作 本论文对荧光灯的特性作了一个详细的了解，为镇流器控制芯片的功能的设置提供了一个有意义的参考，同时让镇流器芯片的输出驱动更加符合荧光灯的工作原理，以让荧光灯工作在合适的电压启动模式下，发挥出最大的节能效果。在设计上，本文首先对总体的设计框架进行了解，并确定要用IR2166的芯片进行控制，充分了解各个引脚的功能达到一个明确的设计目标。最后就是PCB板的制作和调试。主要存在的困难在于功率因数校正。第二章电子镇流器的工作原理2.1荧光灯简介2.1.1气体放电灯的基本原理所谓气体放电灯是指带有能量的电子碰撞气体原子造成气体放电的现象，利用此原理所造成的气体放电灯有多种，使用较多的是辉光放电与弧光放电两种。不论哪一种，其结构大同小异，一般包括阳极、阴极，灯管外壳，灯管内填充的气体。对于交流灯来说则无阴极与阳极之分，两电极可以交替作为阴、阳极之用。对于气体放电灯来说，当加至灯管阴极与阳极之间的电场足够大，便会使灯管放电，此放电过程可以分为三个阶段：第一阶段：在外加电场的作用下，自由电子被加速。第二阶段：加速的自由电子与灯管内的气体原子碰撞，使得气体原子呈现激发状态。第三阶段：受激发的气体，能量激发到更高的能阶并返回基态，所吸收的能量以辐射光的形式释放出来。若电子碰撞气体原子的能量足够大，则会使气体原子产生电离，电离所产生的电子又在电场中加速造成再次电离，使得自由电子成倍数增加，称此为汤生雪崩效应（Thomson Avalanche Effect）。提供自由电子的主要方式分别叙述如下：（1）热电子发射：当阴极的温度越高，则越多的电子得到足够的能量从阴极中发射出来，此种发射方式是弧光放电灯主要的发射形式。而T5荧光灯就属于弧光放电灯。（2）正离子轰击发射：当电极之间的电位差足够大时，使得正离子的速度足够快，此速度足够快的正离子撞击阴极便会轰击出自由电子。（3）场致发射：若外加电场足够大，使得阴极获得足够的能量而直接发射电子，此现象称为场致发射。在气体放电灯中，有时灯管上的电压并不高，但如果在电极附近很小的范围内形成很强的空间电荷层，则可能在此区域造成很强的电场，而引发场致发射。一旦自由电子在灯管中形成，电子从阴极到阳极这段期间，电子碰撞气体原子而产生气体放电，其过程为：电子由阴极流向阳极，电子与管中的气体氩原子发生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光。2.1.2荧光灯的结构 家庭和工业照明用荧光灯是一种低压汞蒸气放电灯，其大部分是由放电产生的紫外线激发管壁上的荧光粉涂层而发射出来的。为使荧光灯亮必须满足三个条件：1、灯丝的预热电流或者灯丝电流2、高电压启动3、限制工作电流。下图就是典型直管形荧光灯结构示意图 典型直管型荧光灯的结构示意图2.2电子镇流器工作原理2.2.1、 气体放电灯的负阻特性由于气体放电灯（如荧光灯、霓虹灯、金卤灯等）是一种具有如图1所示V-I特性的负阻性电光源，即为负值，从图1可以看出，当灯电流上升时，灯管的工作电压下降，但是供电电压不会下降，多出的这点电压加到灯管后会使灯电流进一步上升，如此循环，最终烧坏灯管或灯管熄灭，所以要使灯管正常工作，应配以如图2所示的镇流元件，用以限制和稳定灯电流。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯常用的镇流器有两种：电感式镇流器和高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率，体积大、笨重，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料，散热困难、工作效率低、灯发光有频闪，所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法，而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。镇流原理如图3所示，镇流电路的工作特性曲线如图4所示。 图2 镇流器电路原理图 图3 灯电路串以电感镇流器的工作原理在图2所示的电路中，灯管上的工作电压加上镇流元件上的电压等于电源供电电压，最终可以使气体放电灯稳定工作。在图2所示的电路中，灯功率可以按下式计算：（1）式中的表示灯发光系数，它和灯管的工作电压和工作电流有关，对电感镇流器，可以取0.8，对高频电子镇流器，可以取0.99。在灯电路稳定工作期间，灯管上的电压是稳定的，所以灯功率主要取决于灯电流的大小，而灯电流的大小和镇流元件的阻抗和电源供电电压的高低有关，并且供电频率对荧光灯的工作也有影响，如图5和图6所示。例如对电感镇流，镇流电感的阻抗ZL=2fL，电感镇流器的电感量和它的绕组匝数和铁心的尺寸有关，所以当电源供电频率较高时，镇流电感的体积也会小些。这就是采用高频交流电子镇流电路后，镇流电感的体积和尺寸会很小的原因。 图6荧光灯发光效率与工作频率关系曲线 由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低，并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标要求严格，所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰、使用安全可靠等要求的高频交流电子镇流器并非易事，所以往往让人感到，看似简单的一个电子产品，但是技术含量很高，是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关（ZVS、ZCS）、LC串、并联谐振、功率因数校正（PFC）、电磁干扰抑制（EMC、EMI）、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术方方面面的电子产品。2.2.2荧光灯的闪频现象由于交流市电供电的过零会使荧光灯在工作过程中出现发光“闪烁”效应，相对于50Hz的交流市电供电，“闪烁”效应的频率为100Hz，当然“闪频”效果和荧光灯所使用的荧光粉的“余辉”时间大小有关，“余辉”时间大的荧光粉“闪频”效应会弱些。同样如果供电频率增加，“闪频”效应会弱些，所以采用高频电子镇流对改善荧光灯的发光“闪频”效应会有帮助，从而克服了荧光灯采用50Hz低频交流电时的那种发光不稳定现象。荧光灯在50Hz交流市电供电时的“闪频”效应如上图5所示。2.2.3 荧光灯的供电频率与灯发光效率之间的关系气体放电灯在交流供电情况下工作时，气体或金属蒸气放电的特性取决于交流电的频率和镇流元件的类型。气体放电灯在交流50Hz/60Hz供电时，灯的阻抗在整个交流供电周期内一直不停地变化，从而导致了灯的非正弦的电压和电流波形，产生了谐波成分。当气体放电灯的工作频率大约为1kHz时，灯内的电离状态不再随着灯的工作电流而迅速变化，从而在整个工作周内形成几乎恒定的等离子体密度和灯阻抗，这时灯的V-I特性趋于线性，灯电流波形失真随之降低，灯的工作频率与50Hz供电时的灯发光效率对比曲线如图6所示。从图6可以看出，当气体放电灯的交流供电频率大于20kHz时，荧光灯的发光效率比50Hz交流供电时荧光灯的发光效率值高，据统计可以提高10%20%，同时荧光灯工作在高频交流供电状态时，可以有效地克服荧光灯的发光闪烁现象。这也是高频交流电子镇流器相对于电感镇流器的优点之一。由于高频交流电子镇流器采用高频开关电子变换电路的方法实现镇流，具有无频闪、效率高、体积小、质量轻、可调光、不使用大量铜材和硅钢材料等一系列优点，所以自20世纪70年代以来，高频交流电子镇流器一经问世，就受到了广大用户的欢迎。2.2.4、电子镇流器的主要功能电子镇流器的基本结构框图如图7所示。串联谐振模块由Lr和Cr构成，提供荧光灯点火高电压和正常工作时的低电压。直流大电容可用合适的PFC电路代替。对于图7所示的结构框图，通常在交流电源的输入端加一个滤波器，实现EMC功能。采用预热电路，可以避免灯管过早老化。当逆变器的工作频率高于负载电路的谐振频率时，可以实现电压关断。 图7电子镇流器的基本结构框图荧光灯的工作性能在很大程度上与相配套工作的电子镇流器性能有关，在使用中应使荧光灯的工作性能和电子镇流器的工作性能相匹配（如灯阻抗和灯的工作特性），以使荧光灯能工作在最佳状态，使用中电子镇流器应满足以下功能要求： 能够限制和稳定荧光灯的工作电流。 在交流市电过零时，也能正常工作。 应能为灯的点火提供所需的点火电压。 在灯点火工作期间，应能控制灯点火能量，使灯电极被适当预热，并确保灯丝电极保持正常工作温度。同时电子镇流器也应具备以下控制功能： 有高的功率因数。 能限制交流输入市电的总谐波失真（THD）。 能限制灯电路的短路工作电流或避免由于灯电极电流过大而热过载。 能有效地抑制电磁辐射干扰，避免它干扰相邻电子设备的正常工作。 当灯电路不能正常点火时能自动关断灯电路，这对电子镇流器电路是比较重要的。 在交流市电供电电压变化时，能稳定灯的工作电压、电流和功率。 以上几项基本要求，在电子镇流器产品标准中都有明确的规定。它们对荧光灯交流电子镇流器的性能和安全要求是设计和生产电子镇流器的指南，是电子镇流器必须具有和达到的基本技术条件。第三章 芯片IR2166的功能介绍及其应用需要设计一个性能良好并且即使灯管实效时也不会烧毁的电子镇流器，与此同时电子镇流器的应用的特殊性，总是希望电子镇流器具有功率因素校正功能。而IR2166可以很好的解决以上的问题。下面将会重点介绍芯片IR2166的功能。3.1 IR2166简介及其数据IR2166是一款具有功率因数校正（简称PFC）和完整电子镇流器各种功能的控制IC。1、IR2166的特点IR2166的特点为：PFC的镇流器和半桥驱动合一、临界导通模式升压型PFC、无PFC电流检测电阻、预热频率可调、预热时间可调、运行频率可调、过电流保护可调以及微功能启动和锁定。2、IR2166功能简介IR2166是完全集成、完全保护、可驱动所有类型荧光灯的600V电子镇流器控制芯片。PFC电路以临界导通模式工作，可获得高功率因数、低THD及直流电压调整。3、IR2166的管脚功能4、电气参数（1）极限参数。极限参数是任何电子元器件不可逾越的红线，任何一项参数超过极限数就有可能损坏元器件，所有极限值电压参考管脚为COM，所有正电流定义为流入管脚。热阻和功率损耗定值在大气环境和印制电路板上测得。下面就简单罗列一些，常见的。符号定义最小值最大值单位高端悬浮供电电压-0.3625 V PFC栅极驱动输出电压-0.3+0.3V VBUS管脚电压-0.3+0.3 V CPH管脚电流-55 mA RPH管脚电压-0.3+0.3V 电流感应管脚电压-0.35.5 V PFC电感电流，过零检测输入电流-55 mA(2)推荐使用参数。为使器件正常工作，应该使用推荐的工作条件或工作在接近于推荐参数。如下表所示：符号 定义最小值最大值单位高端悬浮供电电压-0.7V稳态高端悬浮供电偏置电压-1600V供电电压V供电电流_10mACT连接电容220_pF关断管脚电流-11mA电流检测管脚电流-11mA过零检测管脚电流-11mA结温-251253.2 IR2166的镇流器功能分析1、欠电压关断模式欠电压关断模式是当供电电压低于IC的欠电压锁定解除阈值电压时的工作情况。下图就是一个有效利用启动电流和整流器输出级充电泵共同为IR2166供电例子。通过供电电阻（）的电流一部分作为启动电流流入IC。其余部分给启动电容（）充电。此电阻可决定启动镇流器的交流输入电压阈值，一旦VCC脚电容电压达到启动阈值且SD脚电压低于4.5V，则IC开始工作，HO、LO开始输出驱动脉冲。由于IC工作电流增大，电容开始放电。在放电期间，充电泵产生的整流电流给电容充电，使VCC电压高于IC欠电压锁定阈值，充电泵和IC内置15.6V稳压管来提供供电电压。启动电容和缓冲电容要有足够的容量，能提供足够的电流满足镇流器所有工作条件的需要。自举二极管（VDBOOT）和供电电容（）提供高端驱动电路的工作电压。为了在HO脚的第一个脉冲前就给高端供电，因此输出驱动的第一个脉冲来自LO脚。在欠电压关断状态，高端和低端输出驱动HO和LO都为低电平，CT脚在内部连接到COM使镇流器停止振荡，CPH脚在内部连接到COM使预热时间复位。启动过程的如下图所示：2、预热模式 预热模式定义为灯管灯丝被加热到正确的发射温度，它是延长灯管寿命和降低起辉电压的必须步骤。当超过阈值时进入预热模式。LO和HO开始以50%占空比的预热频率输出驱动脉冲，死区时间由外部定时电容和内部死区时间电阻决定。脚与断开，内部1A电流源给CPH脚外接的预热定时电容线性充电。这时，CS脚的过电流保护在预热期间被屏蔽，也就是说在灯丝预热期间过电流保护不应工作。预热频率由并联电阻和以及定时电容决定。分别在到达1/3和3/5的电压时充电和放电。VCC通过内部MOSFET及并联电阻和对指数充电。从1/3 3/5 的充电时间对应的HO和LO开通时间。当脚电压超过3/5的，MOS管V1关断，电阻和与断开。脚通过内部电阻，MOS管V3对COM以指数放电。从3/51/3的放电时间即输出门极驱动LO和HO都关断，死区时间。选择和可确定死区时间。一旦脚放电至低于1/3的，MOS管关断，与COM脚断开，MOS管V1导通，和再次连接到脚。工作频率始终保持在预热频率直到CPH脚电压超过10V，IC进入触摸模式。在预热式期间，当CPH脚电压高于7.5V时，过电流保护和DC母线欠电压复位功能生效。灯丝在预热期间，的内部相关原理如下图所示： 灯丝预热期间，IR2166的内部相关原理框图3、起辉模式起辉模式定义为建立起辉灯管所需的高电压并起辉灯管状态。当管脚CPH上的电压超过10V，IR2166进入起辉模式。管脚CPH内部连接到一个P沟道的MOSFET(V4)门极，V4连接管脚RPH和RT。当管脚CPH上的电压超过10V时，V4的GS电压开始低于V4的开通阈值。管脚CPH上的电压持续到，V4缓慢关断这样就使电阻平滑的从上断开，因此使工作频率平滑地从预热频率向起辉过渡，再过渡到最终的运行频率。管脚的CS过电流保护功能可以在起辉失败或灯丝开路时保护镇流器。管脚的CS电压由外部电流检测电阻上的电压确定，因此决定了镇流器可提供的最大峰值电流（以及起辉电压）。峰值起辉电流一定不能超过所能承受的最大电流。当上的电压超过内部的1.3V阈值，内部故障计数器开始记录过电流，如果过电流次数超过60次，最大值不超过90次，进入故障模式，输出驱动HO、LO和PFC都被锁定为低电平。4、灯管起辉点亮后的工作模式 当灯管成功起辉后，镇流器进入运行模式。灯管起辉点亮后的工作模式定义为灯管内的放电电弧已经建立，灯管以额定功率工作时IC所处的状态。运行模式的振动频率由定时电阻和定时电容决定。其中： 或者5、DC母线欠电压复位当DC母线电压过低时，灯管的输出级频率会接近或低于谐振频率，这样会造成半桥电路硬开关，并破坏半桥电路的开关管或者直流电压下跌太多而使灯熄灭。为了防止这种现象的发生，管脚VBUS有一个的3.0V欠电压阈值。如果VBUS脚电压低于3.0V，将放电到UVLO-阈值以下，所有驱动将被锁定为低电平。为了合理地设计镇流器，PFC部分应使直流电压在交流输入电压下降到镇流器额定输入电压以下时才下降。如果设计正确脚,VBUS电压低于内部3.0阈值，镇流器立即关断。当交流输入电压回升到最小额定值，使超过UVLO+，启动电阻将使镇流器再次开通。应该选择在最小额定输入电压时能够开通镇流器。因此，应该设计为当交流输入电压低于最小额定电压时，使直流电压下降。这个欠电压锁定滞环将使镇流器明确地开通和关断。6、过电流和灯管寿命终了故障模式在运行模式的任何区间，当SD/EOL脚电压超过3V或低于1V时，IC进入故障模式，驱动输出HO、LO和PFC都被锁定为低电平。CPH到COM放电，复位预热时间，同时到COM放电，关断振荡器。要想退出故障模式，VCC脚电压必须下降到低于UVLO的下阈值，或者关断管脚SD的电压拉高至大于5.2V。3.3 IR2166的功率因数校正功能分析1、PFC功能介绍在大多数电子镇流器中，希望电路对交流电网而言为纯阻性。电路是否为纯阻性，以电路中输入电压和输入电流之间的相位以及输入电流的波形形状是否与输入电压的正弦波相一致来衡量。输入电流与输入电压之间相位差的余弦定义为功率因数（PF），输入电流与输入电压波形的形状一致性定义为总谐波失真（THD）。功率因数为1（最大）表示相位差为零，THD为0%表示纯正弦波（无失真）。为了达到此目的， IR2166包括一个有源功率因数校正电路，针对交流输入电压产生一个交流输入电流。IR2166的控制方法是工作于临界导通模式(CCM)的升压型变换器，即在PFC MOSFET的每个开关周期，电路一直等待到电感电流放电到零时，才在再次开通PFC MOSFET。PFC MOSFET的开关频率(10kHz)远大于电网频率（50Hz）。IR2166的控制电路只需要四个控制角：VBUS、COMP、ZX和PFC。VBUS脚检测直流电压（通过外部电阻分压器），COMP脚设定VPFC的开通时间和反馈回路速度，ZX脚检测电感电流过零（通过PFC电感的二次侧绕组），PFC脚是VPFC的栅极驱动输出。 VPFC关断时间决定于放电到零的时间。由连接到ZX脚的二次侧绕组检测零电流。一个超过电路内部2V阈值的上升前沿是关断时间的开始。当电感电流放电到零时，一个低于电路内部1.7V阈值的下降前沿是关断的结束，VPFC再次开通。此过程不确定周期地重复，直到镇流器出现故障而关闭功能PFC（故障模式）。如直流母线过电压、欠电压或ZX脚下没有检测到下降负沿，如果ZX脚没有负沿，VPFC将保持关断，直到内部定时器强迫VPFC开通，而开通时间由COMP脚的电压决定。定时器脉冲每400s不确定地发生，直到ZX脚出现的上升和下降沿信号，PFC正常工作。 电流、PFC脚波形和ZX脚时序图2、开通时间调试输入电压整个周期内的VPFC固定开通时间将自然地产生一个随输入电压正弦波形状变化的峰值电感电流。平滑的平均输入电流与输入电压同相，因此功率因数高，但是由于单个较高的谐波，使电流的总谐波失真仍然较大。这是由于输入电压零点附近的输入电流交越失真引起的。第四章 电路的设计4.1电路的设计和特点本次设计主要是驱动一个T5管径的14W的直管荧光灯管，输入电压为AC90260V、高功率因数、低THD、高频工作、灯丝预热、灯故障保护并自动重启动、交流电压欠电压保护。IR2166控制的电子镇流器电路框图如下所示：IR控制的电子镇流器的电路特性参数单位值灯类型：T5管径荧光灯W14灯工作电压V400工作模式频率kHz40预热时间s1起辉电压V1500输入交流电压氛围V902604.2电子镇流器的相关设计公式（1）、确定死区时间。栅极驱动输出HO和LO 之间的死区时间由定时电容 和内部死区电阻确定。死区时间是从电容从3/51/3的放电时间，为 或 （2）、确定预热频率。预热频率是由定时电阻和以及定时电容决定。在预热期间，定时电时电容通过内部并联连接。预热频率为 (3)、确定预热时间。预热时间由管脚CPH上的电容从0充电到10V的时间决定。一个内部的2电流源流入管脚CPH。预热时间为 或 (4)、确定最大起辉时间。最大起辉电流有外部电阻和内部阈值共同决定。其阈值定义镇流器的过流点，起辉频率靠近谐振点或灯管起辉失败时，会超过这个阈值。最大起辉电流为 或 4.3PFC设计公式（1）、计算PFC电感值为 公式中：为直流母线电压；为最小交流输入电压有效值；为PFC效率；为最小交流输入电压时最小PFC开关频率；为镇流器输出功率。（2）、计算电感峰值电流 （3）、计算最大开通时间 （4）、计算最大补偿电压 （5）、选择稳压管值 （6）、计算启动电阻值 4.4最终的设计电路图最后就是pcb板的制作和购买元器件，最后的调试。虽然此次的做板并不是很成功，但从中学会了电子镇流器的一些工艺流程，还是很值得的。（1）、确定以得到正确的最大的起辉电压，用灯管的灯丝或电阻接到电子镇流器输出来模拟灯管不能起辉现象。（2）、正确连接灯并测量输入功率。（3）、选择,确定正确的预热频率。（4）、在电源和负载极限条件下确定值。主要的一些元器件元件序号名称参数BR1桥式整流桥1A 1000VC1电容器0.15 275VACC2电容器0.1 DC400VCBOOT、CVCC1电容器0.1 DC21VCBUS电解电容器10 DC450V 105CCH1、CH2电容器0.22 DC100VCT电容器470PF DC25VDCP1、DCP2、DSD二极管1N848DPFC二极管1A 600VF1保险电阻2A 250VACL1电感 0.2ALPFCPFC电感 0.6Apk 5%RSUPPLY电阻343.15kRT电阻68 k 1%RV1压敏电阻型号ERZ-V05D471RZX电阻22 k结 语在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。敲定IR21166的芯片开设计我的荧光灯的电子镇流器。当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。 虽然此次没能很好的设计完美的电子镇流器，还存在着很多的不足：1、起初没有一个明确的目标，在芯片的选择上优柔寡断，导致浪费了很多的时间。2、以前没有学习过protel的设计和pcb板的设计，再重新自己学习，遇到了很多的困难。3、采购电子元器件时，对型号的不熟悉，吃了很多的亏，走了一些弯路。所以，今后走上工作岗位时，更应该加强自己的专业技能，才能武装自己，找到更好的工作。最后，我要衷心的感谢我的导师旷建军老师，旷老师严谨的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深的感染和激励着我。从课题的选择到最终成品的完成，旷老师都给予了我细心的指导，在此谨向旷老师致以诚挚的谢意和深深的敬意。他在整个毕业设计期间对我们倾注了大量的精力和时间，致力于培养我们的自学能力和适应能力，为以后走向工作岗位打好了基础，而且对我们要求很严格，一直督促我们努力做毕业设计，是一个十分不错的老师，很荣幸能得到旷老师的指导。参 考 文 献1路秋生.高频交流电子镇流技术与典型应用电路M.北京:人民邮电出版社，2007.2陈永真、李锦.高频交流电子镇流器设计与制作详情M.北京:中国电力出版社，2010.3毛兴武、祝大卫.新型电子镇流器电路原理与设计M.北京：人民邮电出版社，2007.4路秋生.电子镇流器的设计与调光控制M.北京：科学出版社，2005.5陈传虞.电子节能灯与电子镇流器设计与制造.北京：人民邮电出版社2009.后 记 2011年4月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。刚确定了课题，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。在大家的共同帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。最后能顺利的完成我很开心，希望自己以后的路能走的更好些。 郭文剑 2011年 5月 26日袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄