一種新型的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器

摘要：介紹了一種新型的熒光燈調(diào)光控制方式，即通過不對稱占空比調(diào)制的方式控制熒光燈的輸出功率。首先，基于功率關(guān)系的熒光燈模型，通過基波近似的方法得到了控制方程，得出了熒光燈的調(diào)光特性。然后，應(yīng)用一個半橋式串聯(lián)諧振并聯(lián)負(fù)載電路為例，給出了設(shè)計步驟，仿真及實驗結(jié)果。

關(guān)鍵詞：調(diào)光電子鎮(zhèn)流器；占空比調(diào)制；諧振；功率模型

1 引言

高頻調(diào)光電子鎮(zhèn)流器以其效率高，無頻閃，體積小等優(yōu)點，獲得了技術(shù)界的廣泛認(rèn)同。一般來說，可以通過調(diào)節(jié)電子鎮(zhèn)流器電路的3個參數(shù)（直流母線電壓，占空比和開關(guān)頻率）實現(xiàn)調(diào)光。

通常，調(diào)節(jié)直流母線電壓可以較好地實現(xiàn)調(diào)光的目的，但是，由于電子鎮(zhèn)流器都有功率因數(shù)要求，如果采用普通的Boost電路作為功率因數(shù)校正，直流母線電壓至少是輸入電壓的兩倍，這樣調(diào)光就被限制在了一個很小的范圍，而且這種方法的控制電路比較復(fù)雜。調(diào)頻調(diào)光是比較常用且簡單的方法，但是，開關(guān)頻率的不斷變化，會使電路產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，使EMC的設(shè)計比較困難，而且調(diào)頻調(diào)光有一個固有的不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)頻率達(dá)到某一值時熒光燈的輸出功率會迅速變化，這會給實際應(yīng)用帶來麻煩。占空比的調(diào)節(jié)通常是指對稱的占空比調(diào)節(jié)方式，這種方式雖然可以使調(diào)光特性曲線很平滑，但隨著占空比的減小，波形的畸變程度大大加重，會影響熒光燈的壽命。

為了克服上述幾種調(diào)光方法的缺點，使之能達(dá)到平滑地調(diào)光，且不產(chǎn)生很大的電磁干擾，本文提出了一種新型的調(diào)光方法，即不對稱占空比的調(diào)光方法，可以達(dá)到理想的效果。

2 基本電路

圖1為電子鎮(zhèn)流器最基本的半橋諧振電路，輸入電壓V_in由市電經(jīng)過整流橋直接得到，通過控制開關(guān)管S₁和S₂給諧振電路提供電流；C_s為隔直電容，使A和B兩端得到一個對稱方波電壓信號，為使它基本上不參與諧振，因此，要求C_s》C_f，一般取C_s>10C_f就可滿足條件；L_s和C_f分別是諧振電感、電容，為熒光燈提供必要的啟動電壓，并保證熒光燈正常工作時能穩(wěn)定運行。

圖1 基本電路

在圖1的基本電路中，通過調(diào)節(jié)S₁及S₂的占空比（任何時候開關(guān)S₁及S₂導(dǎo)通時間互補），改變A和B兩端的輸入基波電壓的幅值，便可以改變熒光燈的輸入功率，從而達(dá)到調(diào)光的目的。

熒光燈是一種非線性負(fù)載，因此，需要建立一個適當(dāng)?shù)碾娐纺Ｐ鸵员惴治鏊恼{(diào)光特性。本文通過對Philips T8－36W熒光燈（額定電壓95V；額定電流0.31A）的測量，可以發(fā)現(xiàn)熒光燈的電壓隨功率的減小而線性增長，電流隨功率的增長呈近似二次曲線的形式增長，因此，采用功率模型（以功率為自變量，電流和電壓分別是功率的函數(shù)）對熒光燈的調(diào)光過程進(jìn)行分析，可以得到與實際比較接近的結(jié)果。這里采用的模型如下：

V(P)=151－2P（1）

I(P)=2.28×10^－3＋5.8×10^－3P＋1.62×10^－4P2 （2）

式中：P為熒光燈的功率。

由式（1）和式（2）可以得出燈的等效電阻與功率的關(guān)系：R(P)=V(P)/I(P)。其關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 熒光燈等效電阻與功率

3 調(diào)光分析

在圖1所示的電路中，設(shè)計電路的諧振頻率f₀=40kHz，輸入電壓V_in=300V，根據(jù)熒光燈額定電流及電壓的關(guān)系，可以設(shè)計諧振參數(shù)：L_s=1.7mH，C_f=9.3nF。A和B之間的基波電壓有效值為

v_AB1=V_insin(πD)（3）

式中：D是占空比，由于S₁及S₂占空比互補，且它們的調(diào)節(jié)對實際的效果是一樣的，因此，規(guī)定本文中的D為S₁的占空比，而S₂的占空比為1－D。

根據(jù)電路基本原理，可以得出占空比與熒光燈的功率關(guān)系為

D(P)=（4）

式中：f_n為開關(guān)頻率與電路諧振頻率的比值；