可调光荧光灯交流电子镇流器设计.doc

2 基于L6574的典型可调光镇流器电路基于L6574的典型58W可调光镇流器半桥逆变器和谐振输出级电路如图3所示。图3 基于L6574的58W镇流器电路根据国际标准IEC61000-3-2要求，由于灯功率25W，所以必须采用功率因数校正（PFC）。图3电路的前端，是基于L6561的有源PFC升压转换器，为图3所示的镇流器部分提供400V的DC总线电压，并保证系统输入功率因数达0.99,AC输入电流总谐波失真（THD）10%。启动电阻R3和R4连接在桥式整流输出端，而不是连接在DC400V的母线上，可以使R3和R4承受较低的电压。IC2启动后，只要半桥开始产生输出，高频电压经C11耦合，VD2整流和C6、C20滤波，加至IC2引脚12，为IC2供电。引脚12上的电压VS被VDZ1箝位在14V。IC2引脚2上的电位器R14调至最大时的电阻值是4.7k，因此，RPRE=R13+R14+R15=100k+4.7k+1.5k=106.2k。IC2引脚4上的接地电阻R19=RING=100k，引脚3上的电容C13=CF=470PF，引脚1上的电容C14=CPRE=0.82F，按照（1）（4）式计算：fPRE=60kHz,tPRE=1.2s，tIGN=0.12s，fING30kHz。如果灯管未接入，IC2引脚12上的电压VS经电阻R26和R27加至引脚8（EN1），CMOS比较器将强制IC2进入关闭模式，半桥电路截止。在灯丝预热之后，如果灯不能被点亮，电阻R30上将产生一个额外电压，经VD4整流和C15滤波，加至IC2引脚9（EN2），IC2则重新进入预热和点灯程序。半桥下面MOSFET源极上连接的R25是电流检测电阻，R25上的电流检测信号经R33加至IC2的引脚6（OPIN_）。IC2的引脚5（OPOUT）与引脚4（RING）之间连接VD3和R18，VD3的作用是防止开关频率低于由R13等设定的频率。在灯点火时，R25上的电压增加，IC2中的运算放大器则开始对灯电流进行闭环控制。调节R14的电阻值，则可以改变开关频率，从而调节灯电流和灯功率，实现调光功能。3 Triac调光器调光的实现1）普通电子镇流器利用Triac调光器调光会出现灯闪烁白炽灯是一种纯正电阻性负载，利用传统Triac调光器对白炽灯进行调光，Triac在AC输入正弦波的任意时刻都能被触发导通，直到正弦电压接近零时才被关断。因此，白炽灯可以实现几乎从0%到100%的平滑调光。电子镇流器的情况与白炽灯比较是完全不同的，Ttiac调光器连接在桥式整流器（或EMI滤波器）输入端，如图4所示。图4 Triac调光器连接在桥式整流器输入端我们先不考虑调光器接入的情况。由于整流二极管具有单向导电性，只有正向偏置时才会导通。只有在AC输入电压峰值附近，AC电压才会高于储能电容C1上的电压，二极管才会有电流通过。因此，AC输入电流不再呈正弦形状，而是高幅度的尖峰脉冲，如图5所示。在10ms的半周期中，二极管导通时间仅约3ms，对应的导通角仅约60。图5 不考虑调光器时AC输入电压、输入电流和整流滤波输出电压当将白炽灯使用的调光器连接在电子镇流器输入端（见图4）时，Triac只有在AC输入电压大于平滑电容器C1上的电压时才会被触发导通。这样虽然在一定程度上也能对荧光灯进行调光，但会使灯光闪烁，不能实用。2）Triac调光解决方案为了实现采用白炽灯可控硅调光器对电子镇流器的平滑调光，消除灯闪烁，解决方案如图6所示。除了对灯电流感测反馈之外，还要对调光器之后的AC输入电压进行感测，并将感测信号输入到L6574的运算放大器的同相端，作为参考控制电压。电压检测电路非常简单，可利用一个电阻分压器采样，然后加一个整流滤波网络。对调光器之后的电压进行检测，实际上是对调光电位器的旋钮位置（亦即Triac的导通角）进行控制。为了实现平滑调光，必须对镇流器电路附加一个单级PFC电路。在图6中，C2、C3、VD5、VD6、L2、C3和功率MOSFETVT1、VT2则为单级PFC电路。为了说明单级功率因数校正（PFC）电路的工作原理，我们假定开关的死区时间（即VT1关断后到VT2导通之间的时间间隔）可以忽略；VT1与VT2的占空比为50%；在一个开关周期内，电容C2和C3上的电压是恒定的。图7给出了一个开关周期中通过电感L2的电流iL2的波形。iL2可以分为4个阶段。t0t1：该时段L2充电。在t=t0时，VT1已开通，VT2断开，C2通过VD5、VT1给L2充电，iL2线性增大，在t1时刻，VT1关断，VT2开通，iL2达到正向峰值。t1tt2：由于iL2不能突变，VT2的体二极管VDS2导通，L2通过C2、VD5、C1、VDS2放电（电压为UC2-UC1），iL2线性减小。在t2时刻，iL2=0，VDS2截止，VT2开通。t2tt3：C3通过VT2和VD6，反向给L2充电，iL2负向线性增加。在t3时刻，VT2断开，VT1开通，iL2达到负向峰值。t3tt4：由于iL2不能突变，VT1体二极管VDS1导通，L2通过C3、VD6、C1、VDS1放电（电压为UC3-UC1），iL2线性降低。在t4时刻，iL2=0。从t4时刻开始，进入新的开关周期。事实上，单级PFC电路是由两个升压电路构成的，iL2双向工作，并且在临界不连续模式操作。加入单级PFC电路后，AC输入电流可连续通过整流器中的二极管，Triac几乎可以在0180的任意时刻上被触发导通，直到AC正弦电压接近零时才被关断，这样就扩大了调光范围。图6 Triac调光解决方案框图对于图6所示的电路，如果负载是20W的节能灯，并且AC输入电压范围为180260VAC，最低开关频率是45kHz,L2=L1=2.8mH,C1=10F,C4=0.1F,C5=5.6nF,VT1和VT2为STD4NK50型MOSFET，在220V/50Hz下的调光特性如图8所示。图7 单个开关周期电感L2电流图8 220Vac、50Hz条件下的调光特性其中，Ton为Triac在AC线路半周期（10ms）内的导通时间，Plamp是实测灯功率。从图8可以看到，随着Triac导通时间的增加，灯功率相应增加，从而使灯亮度增加。反之，Ton越短，灯功率则越小，灯光也就越暗。图9为AC输入电压和电流波形。由该图可以看出，虽然AC电流在其峰值附近出现了尖峰，但Triac在任意点上都可以导通，在半周期中的整流二极管导通几乎从0到180，而未采用单级PFC电路时的导通角仅为60（见图5），线路功率因数达到0.9以上。当然，加入单级PFC电路的目的最主要的还是使Triac在0180之间的任意点都可以被触发导通。图9 输入电压、电流波形4 结语L6574是一种可调光荧光灯交流电子镇流器控制器。基于L6574的镇流器，附加一个单级PFC电路，再通过L6574中的运算放大器对输入电压和灯平均电流进行感测，借助于调频和调压双重作用，可以使用传统白炽灯Traic调光器，实现从20%100%调光，使其在节能方面发挥很大的优势。可调光荧光灯交流电子镇流器设计引言目前节能灯是应用最广泛的一种电光源。虽然因半导体照明的异军突起，电子节能灯已不再处于照明领域的技术前沿，但其发展潜力是不容置疑的。在普通照明领域，LED光源在相当长的时间内不可能完全取代节能灯。面对全球能源短缺的严峻形势，调光技术在照明领域日益引起人们的关注。用户根据实际需要对节能灯进行调光，是一种节能的举措。对节能灯调光，有数种方案可供选择。其中，三端双向晶闸管（Triac）传统调光器，是一种低成本简单模拟调光方案。采用Triac调光器对基于控制IC的电子镇流的节能灯调光，其基本前提是镇流器控制IC必须具备可调光功能。可调光节能灯控制芯片有很多，ST公司生产的L6574就是其中的一种代表性器件。1 可调光镇流器控制器L6574简介L6574采用16引脚SO和DIP封装，引脚排列如图1所示。图1 L6574的引脚排列表1列示了L6574的各个引脚功能。表1 L6574的引脚功能L6574的工作原理可以用图2来说明。图2 L6574工作原理图L6574上、下两个驱动器指定驱动外接半桥开关（MOSFET）。L6574含有压控振荡器和灯丝预热定时比较器。当IC振荡器启动后，首先输出预热频率fPRE，其值由IC引脚2上的外接电阻RPRE、引脚4上的外接电阻RING和引脚3上的外接电容CF设定，计算公式是：灯丝加热时间tPRE由IC引脚1外部接地电容CPRE设定，并可按照（2）式计算：预热结束后，频率从fPRE向低处的正常运行频率fING扫描。当频率通过负载LC网络的谐振频率时，在灯电容上产生一个高压脉冲将灯点亮。点灯时间tIGN为预热时间的10%，即：灯引燃后，在运行频率fING上工作。fING可以按照（4）式计算：L6574含有一个高输入阻抗、宽带、大共模范围和低输出阻抗的运算放大器，用来闭环控制灯光电流，并实现调光功能