文档介绍：高功率因数荧光灯电子镇流器设计
——PWM型AC/DC和DC/AC变换电路综合应用专题
照明技术与我们日常生活息息相关,在工厂、办公室、图书馆、餐厅、学校、商店等场所,照明技术为我们提供了宜人的工作、生活环境。在现代照明技术中,电子镇流器由于其效率高、无频闪、无噪声、体积小等优点得到了广泛应用,此外,电子镇流器还能够实现调光,功率因数校正、同时驱动多支灯管等功能。照明系统依赖于镇流器与灯源的协同工作,了解灯源的工作特性是设计电子镇流器的前提。
一、荧光灯的结构和工作特性
1、荧光灯的结构组成
家庭及工业照明用荧光灯(俗称日光灯)是一种低压***蒸汽放电灯,其大部分光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。附图5-1是直管形荧光灯结构示意图。荧光灯的核心部分是管形玻璃管和灯丝,其中,玻璃
电极
附图5-1 直型荧光灯管的结构示意图
管的内壁上涂有荧光粉。管内填充有惰性气体(如氩)和低气压***蒸汽。在灯两端各有一个电极,电极通常由钨螺旋做成,上面涂有热电子发射材料,人们将这种涂有电子发射材料的灯丝称为阴极。灯丝两端与被称为导丝的支架相连接,导丝又与两个引出电极相连。导丝和喇叭管等组成芯柱,其作用是保证电导线与玻璃壳进行气密性封接。
荧光灯工作时,放电发生在低气压的***蒸汽和惰性气体的混合气中,,经荧光粉转换成可见光。
2、荧光灯的主要特性
与其它一些气体放电灯一样,荧光灯具有负阻抗特性,典型的荧光灯电压—电流(V-I)特性曲线如附图5-2所示。
当施加于荧光灯两端的电压低于触发启动电压(Ustrike)时,灯呈高阻关断
状态,灯中没有电流通过,一旦外加电压达到了灯的点火电压值,灯则导通,并且其两端电压立即降低,灯电流增大,呈现负阻特性。由于外接镇流器的限流作用,使灯电流稳定在额定值,并且灯两端的导通电压降(Uon)也基本保持不变。
荧光灯的触发启动电压和正常工作时灯两端的电压降与灯管长度、灯管直径、灯管内填充气体的种类、气压、温度以及电极种类(是冷阴极还是热阴极)等因素有关。荧光灯点火启动电压范围一般为500V~1200V,灯点燃后稳定工作时的灯端的电压降一般为40V~110V。
附图5-2 荧光灯电压—电流特性曲线附图5-3 荧光灯电压(或阻抗)曲线
附图5-3是荧光灯从启动后进入稳态工作时的电压(或阻抗)曲线。从图中可以看出,灯在启动点火时的电压(或阻抗)很高,在点火之后,灯两端的电压急剧下降,尔后略有升高,最后进入稳态工作状态,在这一过程中,阻抗曲线与电压曲线是一致的。荧光灯在稳态条件下,可以等效为一个恒定不变的电阻。
3、荧光灯工作频率对光效的影响
电感式荧光灯一般工作在工频50 Hz或60Hz,当荧光灯工作的频率从50Hz增加到15kHz时,发现灯的光效η也逐渐增加,然后η基本保持不变。所以对普通荧光灯而言,考虑到材料、元件等成本方面的因素,工作频率以20~50kHz为好,这也是目前荧光灯电子镇流器的工作频率范围。
在对荧光灯的研究中,当荧光灯高频工作时,灯的特性有以下变化特点:
(1)当工作频率升高时,灯的特性逐渐变成电阻性的,灯的电压和电流波形都接近正弦波;
(2)在工作频率大于15kHz后,灯的光效比50(60)Hz时明显提高。
二、荧光灯电子镇流器的电路结构
典型的荧光灯电子镇流器通常包括整流电路和逆变电路两大部分。简易的电子镇流器一般直接采用电容滤波单相桥式不控整流电路作为输入部分,而高性能
的电子镇流器一般采用单相PFC电路(PWM型AC/DC变换)作为输入部分;逆变部分多用半桥电路,逆变电路的输出接灯电路网络。灯电路网络的作用是提供灯启动的高压、维持点燃后的灯电流在合适的范围。附图5-4示出了典型高性能电子镇流器的结构框图。
三、高性能荧光灯电子镇流器电路设计
根据前面的介绍,高性能电子镇流器的设计包含了单相PFC电路设计和逆变电路设计两大部分工作。无论是单相
PFC电路还是逆变电路都有许多种电路设计方案,附图5-5给出了以MC33262和IR21531芯片为核心的一种设计方案,下面以该方案为例介绍电子镇流器的设计方法。
1、单相APFC电路的设计
单相PFC电路有很多专用的控制芯片,如UC3854/3858、IR1150、MC33262/34262、L6561等。不同芯片的控制原理、设计要求各不相同,本节以MC33262/34262为例介绍单相PFC电路的设计,其他电路的应用设计可以参考相关的资料。
MC33262系列PFC控制芯片为8脚双列直插塑封(亦有表面贴装封装)器件,内部含有自起动定时器、乘法器、零电流检测器、图腾柱驱动输出()以及