可調(diào)光熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器設計

　　基于L6574的典型58W可調(diào)光鎮(zhèn)流器半橋逆變器和諧振輸出級電路如圖3所示。

圖3 基于L6574的58W鎮(zhèn)流器電路

　　根據(jù)國際標準IEC61000-3-2要求，由于燈功率>25W，所以必須采用功率因數(shù)校正（PFC）。圖3電路的前端，是基于L6561的有源PFC升壓轉換器，為圖3所示的鎮(zhèn)流器部分提供400V的DC總線電壓，并保證系統(tǒng)輸入功率因數(shù)達0.99,AC輸入電流總諧波失真（THD）<10%。

　　啟動電阻R3和R4連接在橋式整流輸出端，而不是連接在DC400V的母線上，可以使R3和R4承受較低的電壓。IC2啟動后，只要半橋開始產(chǎn)生輸出，高頻電壓經(jīng)C11耦合，VD2整流和C6、C20濾波，加至IC2引腳12，為IC2供電。引腳12上的電壓VS被VDZ1箝位在14V。

　　IC2引腳2上的電位器R14調(diào)至最大時的電阻值是4.7kΩ，因此，RPRE=R13+R14+R15=100kΩ+4.7kΩ+1.5kΩ=106.2kΩ。IC2引腳4上的接地電阻R19=RING=100kΩ，引腳3上的電容C13=CF=470PF，引腳1上的電容C14=CPRE=0.82μF，按照（1）～（4）式計算：

　　fPRE=60kHz,tPRE=1.2s，tIGN=0.12s，fING≈30kHz。[!--empirenews.page--]

　　如果燈管未接入，IC2引腳12上的電壓VS經(jīng)電阻R26和R27加至引腳8（EN1），CMOS比較器將強制IC2進入關閉模式，半橋電路截止。在燈絲預熱之后，如果燈不能被點亮，電阻R30上將產(chǎn)生一個額外電壓，經(jīng)VD4整流和C15濾波，加至IC2引腳9（EN2），IC2則重新進入預熱和點燈程序。

　　半橋下面MOSFET源極上連接的R25是電流檢測電阻，R25上的電流檢測信號經(jīng)R33加至IC2的引腳6（OPIN_）。IC2的引腳5（OPOUT）與引腳4（RING）之間連接VD3和R18，VD3的作用是防止開關頻率低于由R13等設定的頻率。在燈點火時，R25上的電壓增加，IC2中的運算放大器則開始對燈電流進行閉環(huán)控制。調(diào)節(jié)R14的電阻值，則可以改變開關頻率，從而調(diào)節(jié)燈電流和燈功率，實現(xiàn)調(diào)光功能。

　　3  Triac調(diào)光器調(diào)光的實現(xiàn)

　　1）普通電子鎮(zhèn)流器利用Triac調(diào)光器調(diào)光會出現(xiàn)燈閃爍

　　白熾燈是一種純正電阻性負載，利用傳統(tǒng)Triac調(diào)光器對白熾燈進行調(diào)光，Triac在AC輸入正弦波的任意時刻都能被觸發(fā)導通，直到正弦電壓接近零時才被關斷。因此，白熾燈可以實現(xiàn)幾乎從0%到100%的平滑調(diào)光。

　　電子鎮(zhèn)流器的情況與白熾燈比較是完全不同的，Ttiac調(diào)光器連接在橋式整流器（或EMI濾波器）輸入端，如圖4所示。

圖4 Triac調(diào)光器連接在橋式整流器輸入端

　　我們先不考慮調(diào)光器接入的情況。由于整流二極管具有單向?qū)щ娦裕挥姓蚱脮r才會導通。只有在AC輸入電壓峰值附近，AC電壓才會高于儲能電容C1上的電壓，二極管才會有電流通過。因此，AC輸入電流不再呈正弦形狀，而是高幅度的尖峰脈沖，如圖5所示。在10ms的半周期中，二極管導通時間僅約3ms，對應的導通角僅約60°。

圖5 不考慮調(diào)光器時AC輸入電壓、輸入電流和整流濾波輸出電壓

　　當將白熾燈使用的調(diào)光器連接在電子鎮(zhèn)流器輸入端（見圖4）時，Triac只有在AC輸入電壓大于平滑電容器C1上的電壓時才會被觸發(fā)導通。這樣雖然在一定程度上也能對熒光燈進行調(diào)光，但會使燈光閃爍，不能實用。

　　2）Triac調(diào)光解決方案

　　為了實現(xiàn)采用白熾燈可控硅調(diào)光器對電子鎮(zhèn)流器的平滑調(diào)光，消除燈閃爍，解決方案如圖6所示。

　　除了對燈電流感測反饋之外，還要對調(diào)光器之后的AC輸入電壓進行感測，并將感測信號輸入到L6574的運算放大器的同相端，作為參考控制電壓。電壓檢測電路非常簡單，可利用一個電阻分壓器采樣，然后加一個整流濾波網(wǎng)絡。

　　對調(diào)光器之后的電壓進行檢測，實際上是對調(diào)光電位器的旋鈕位置（亦即Triac的導通角）進行控制。

　　為了實現(xiàn)平滑調(diào)光，必須對鎮(zhèn)流器電路附加一個單級PFC電路。在圖6中，C2、C3、VD5、VD6、L2、C3和功率MOSFETVT1、VT2則為單級PFC電路。

　　為了說明單級功率因數(shù)校正（PFC）電路的工作原理，我們假定開關的死區(qū)時間（即VT1關斷后到VT2導通之間的時間間隔）可以忽略；VT1與VT2的占空比為50%；在一個開關周期內(nèi)，電容C2和C3上的電壓是恒定的。圖7給出了一個開關周期中通過電感L2的電流iL2的波形。

　　iL2可以分為4個階段。

　　t0～t1：該時段L2充電。在t=t0時，VT1已開通，VT2斷開，C2通過VD5、VT1給L2充電，iL2線性增大，在t1時刻，VT1關斷，VT2開通，iL2達到正向峰值。

　　t1<t≤t2：由于iL2不能突變，VT2的體二極管VDS2導通，L2通過C2、VD5、C1、VDS2放電（電壓為UC2-UC1），iL2線性減小。在t2時刻，iL2=0，VDS2截止，VT2開通。

　　t2<t≤t3：C3通過VT2和VD6，反向給L2充電，iL2負向線性增加。在t3時刻，VT2斷開，VT1開通，iL2達到負向峰值。

　　t3<t≤t4：由于iL2不能突變，VT1體二極管VDS1導通，L2通過C3、VD6、C1、VDS1放電（電壓為UC3-UC1），iL2線性降低。在t4時刻，iL2=0。從t4時刻開始，進入新的開關周期。

　　事實上，單級PFC電路是由兩個升壓電路構成的，iL2雙向工作，并且在臨界不連續(xù)模式操作。加入單級PFC電路后，AC輸入電流可連續(xù)通過整流器中的二極管，Triac幾乎可以在0°～180°的任意時刻上被觸發(fā)導通，直到AC正弦電壓接近零時才被關斷，這樣就擴大了調(diào)光范圍。[!--empirenews.page--]

圖6 Triac調(diào)光解決方案框圖

　　對于圖6所示的電路，如果負載是20W的節(jié)能燈，并且AC輸入電壓范圍為180～260VAC，最低開關頻率是45kHz,L2=L1=2.8mH,C1=10μF,C4=0.1μF,C5=5.6nF,VT1和VT2為STD4NK50型MOSFET，在220V/50Hz下的調(diào)光特性如圖8所示。

圖7 單個開關周期電感L2電流

圖8 220Vac、50Hz條件下的調(diào)光特性

　　其中，Ton為Triac在AC線路半周期（10ms）內(nèi)的導通時間，Plamp是實測燈功率。從圖8可以看到，隨著Triac導通時間的增加，燈功率相應增加，從而使燈亮度增加。反之，Ton越短，燈功率則越小，燈光也就越暗。

　　圖9為AC輸入電壓和電流波形。由該圖可以看出，雖然AC電流在其峰值附近出現(xiàn)了尖峰，但Triac在任意點上都可以導通，在半周期中的整流二極管導通幾乎從0°到180°，而未采用單級PFC電路時的導通角僅為60°（見圖5），線路功率因數(shù)達到0.9以上。當然，加入單級PFC電路的目的最主要的還是使Triac在0°～180°之間的任意點都可以被觸發(fā)導通。

圖9 輸入電壓、電流波形

　　4  結語

　　L6574是一種可調(diào)光熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器控制器。基于L6574的鎮(zhèn)流器，附加一個單級PFC電路，再通過L6574中的運算放大器對輸入電壓和燈平均電流進行感測，借助于調(diào)頻和調(diào)壓雙重作用，可以使用傳統(tǒng)白熾燈Traic調(diào)光器，實現(xiàn)從20%～100%調(diào)光，使其在節(jié)能方面發(fā)揮很大的優(yōu)勢。