帶PFC的數(shù)控可調(diào)光電子照明鎮(zhèn)流器

目前隨著能源問題日益嚴重，調(diào)光技術(shù)在照明的應(yīng)用中得到了越來越廣泛的關(guān)注。目前大多數(shù)調(diào)光器以可控硅為主，這種調(diào)光器在純阻性負載(如白熾燈)時能很穩(wěn)定地工作，因為可控硅可以在正弦波的任意點被觸發(fā)導通直到正弦電壓接近零的時候關(guān)斷。在這樣的系統(tǒng)中，白熾燈可以很平滑地實現(xiàn)從幾乎是0到100%的調(diào)光。而節(jié)能燈由于其發(fā)光效率高、無頻閃等優(yōu)點在很多場合早已替代白熾燈。但是由于節(jié)能燈的負載特性，在應(yīng)用于調(diào)光系統(tǒng)時就需要對其電路進行調(diào)整。于是新型可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器應(yīng)運而生。因此，本文設(shè)計一種基于MC68HC908LB8的帶PFC的數(shù)控可調(diào)光電子照明鎮(zhèn)流器 ,能使元件數(shù)量減少50%.

　　1 MC68HC908LB8的主要特點

　　MC68HC908LB8是低成本、高性能的8位M68HC08系列單片機(MCU)中的一員。該系列中的所有MCU均采用增強的M68HC08中央處理器(CPU08)，并且能提供多種不同的模塊配置、存儲器大小、存儲器種類和封裝類型。MC68HC908LB8還帶有專用的外圍設(shè)備，用于高解析度的PWM及功率因數(shù)調(diào)整(PFC)。8MHz的內(nèi)部總線頻率;可調(diào)整的內(nèi)部振蕩器：4.0 MHz的內(nèi)部總線運行;8位調(diào)整功能;25% 的未調(diào)整精度;5% 的調(diào)整后精度8K字節(jié)、10,000次典型擦寫周期的可在線編程FLASH內(nèi)存，帶加密選擇;128字節(jié)的內(nèi)置隨機存儲器(RAM);雙通道高解析度PWM,具有死區(qū)時間插入和關(guān)斷輸入功能。輸出采用頻率脈動，可達到4ns的輸出解析度 ;雙通道脈沖寬度調(diào)制器(PWM)模塊可提供功率因數(shù)調(diào)整功能 ;7通道的8位連續(xù)逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC);用于功率因數(shù)調(diào)整功能或一般用途的運算放大器/比較器;7位鍵盤中斷 ;一個16位、兩通道的定時器接口模塊，其中一路輸出至端口引腳(PTA6)，可用于輸入捕捉和PWM ;17個通用輸入/輸出(I/O)引腳，1個單輸入引腳 .

　　2 基于MC68HC908LB8的數(shù)控可調(diào)光36Wx2熒光燈電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)

　　采用MC68HC908LB8的數(shù)控可調(diào)光36W×2熒光燈電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由PFC升壓預(yù)變換級、本機電源、半橋逆變器和燈驅(qū)動電路等幾個部分組成。

　　2.1 PFC升壓預(yù)變換器電路

　　PFC的英文全稱為"Power Factor Correction",意思是"功率因數(shù)校正",功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。 基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。計算機開關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失，此時便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，一種為被動式PFC(也稱無源PFC)和主動式PFC(也稱有源式PFC)。

　　由IC2(MC68HC908LB8)控制的PFC升壓預(yù)變換器電路如圖2所示。其中，S1為PFC主開關(guān)，LPFC為PFC升壓電感器，D2為升壓二極管，C4和C10分別為PFC電路輸入和輸出電容器，R5為電流傳感電阻。PFC電路在連續(xù)導電模式(CCM)操作。R1、R2、R3、DZ1、D1、R4和C3組成AC線路電壓過零檢測電路，過零檢測信號由IC2引腳5接收(參見圖5)。IC2引腳13上的柵極驅(qū)動器輸出信號輸入到S4的柵極。S4漏極輸出信號經(jīng)S2和S3緩沖放大后，驅(qū)動主開關(guān)S1.PFC級輸出DC電壓(VDCB)經(jīng)分壓器R11、R12、R13與R14檢測，被饋送到IC2的引腳16.PFC級在R5上的電流感測信號經(jīng)R7和C7低通濾波，輸入到IC2的電流感測輸入端(引腳12)。由于IC2嵌入了FC控制器，從而可省略傳統(tǒng)方案中的獨立功率因數(shù)控制IC.圖2所示的這種PFC電路，可提供高于0.99的輸入功率因數(shù)、低于6%的THD和400V穩(wěn)定的DC輸出電壓。2.2 本機電源電路

　　系統(tǒng)電源電路如圖3所示。該電路是一種DC/DC降壓(Buck)變換器，采用集PWM控制和MOSFET于同一芯片上的NCPl010(IC3)作為控制器。電路的DC輸入電壓為PFC級400V的DC輸出總線電壓，DC輸出電壓分別為15V和5V.

　　2.3 半橋逆變器電路與燈網(wǎng)絡(luò)

　　圖4所示為鎮(zhèn)流器的半橋變換器電路與燈網(wǎng)絡(luò)。半橋驅(qū)動器采用IR2106(IC1)。IC1引腳2和引腳3上的控制輸入(高側(cè)與低側(cè))由IC2引腳6和引腳7上的輸出提供。IC1引腳與引腳8之間的D4為自舉二極管，引腳8與引腳6之間的C19為自舉電容，S5和S6分別是半橋上橋和下橋開關(guān)。LRES和C24、C23等，組成LC諧振槽路。R23和R24分別是兩根燈管的燈絲接地電阻，用作感測燈管電流。R23和R24上的檢測電壓信號經(jīng)D9、D10、C26、R25和D11、D10、C27、R26整流濾波，分別輸入到IC2的引腳17和引腳18.L3H和R21、R22、D7、R20、C25組成兩支燈管電壓之差檢測電路，并將檢測信號輸入到IC2的引腳20.

　　系統(tǒng)采用PWM調(diào)光方案。IC2中高精度PWM(HRP)模塊，通過控制半橋(通過IC1引腳2和3輸入)PWM占空比，可連續(xù)控制燈管亮度變化。

　　2.4 MC68HC908LB8的I/O接口

　　MC68HC908LB8的輸入/偷出(I/0)接口電路如圖5所示。其中，連接器JP2的2端，為IC2提供亮度電平控制信號。IC2的電源電壓VDO為5V,從引腳l施加。

　　3 結(jié)語

　　采用低價位MC68HC908LB8的數(shù)控可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，可提供有源功率因數(shù)校正，大幅度減少系統(tǒng)元件數(shù)量，降低系統(tǒng)復雜度和成本，提高系統(tǒng)能源效率。