一種高功率因數可調光雙管熒光燈電子鎮(zhèn)流器

該文介紹了采用杭州某公司功率因數控制器SA7527 和可調光半橋鎮(zhèn)流器控制器SA3078 的高性能雙管熒光燈（32W×2/36 W×2）電子鎮(zhèn)流器電路及其工作原理和元器件選擇。

目前，我國在3~8 W 的小功率緊湊型熒光燈（CCF）中，電子鎮(zhèn)流器已全部取代了電感鎮(zhèn)流器。但在18 W 以上尤其是30 W 以上的熒光燈中，仍然是電感鎮(zhèn)流器占主導地位。研發(fā)和生產高性能和高可靠的中大功率直管形熒光燈（TL）電子鎮(zhèn)流器，提高市場占有率，逐步減少電感鎮(zhèn)流器市場，是照明電器行業(yè)的一項重要任務。

高性能熒光燈電子鎮(zhèn)流器解決方案
中大功率TL 電子鎮(zhèn)流器能否與電感鎮(zhèn)流器尤其是節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器在市場上競爭，關鍵不是依靠低價促銷策略，而是依靠其性能價格比。欲提高電子鎮(zhèn)流器的性能與可靠性，沿用由分立元器件組成的簡單電路是不可行的。采用專用控制器IC 設計高性能電子鎮(zhèn)流器，早已是大勢所趨。為滿足IEC1000-3-2 等規(guī)范和能效標準，熒光燈（尤其是25 W 以上的熒光燈）電子鎮(zhèn)流器必須具備低AC 輸入電流諧波失真、高功率因數和可調光等功能。圖1 所示為高性能熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器解決方案。

有源功率因數校正（APFC）已成為非常成熟的技術，但在我國內銷的電子鎮(zhèn)流器中很少被采用。調光電子鎮(zhèn)流器是最符合能效標準要求的節(jié)能照明電器之一，發(fā)達國家的數字可尋址照明接口（DALI）數控調光鎮(zhèn)流器和照明控制系統(tǒng)已進入實用階段，而在我國幾乎仍然為空白。即使是手動或遙控的模擬調光電子鎮(zhèn)流器，在國內市場上也非常少見。我國目前雖然是世界照明電器生產和出口的第一大國，但照明電器的技術水平仍然較差，產品檔次較低，這是一個必須正視的事實。
高功率因數可調光熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路采用某公司有源PFC 控制器SA7527 和調光鎮(zhèn)流器控制器SA3078 的雙燈管（32 W×2/36 W×2）電子鎮(zhèn)流器電路如圖2 所示。該電路適用85~265 V 的全球AC 線路輸入，線路功率因數可達0.99，AC 輸入電流總諧波失真（THD）10%。
有源PFC 升壓預調節(jié)器前置級電路在圖2 中，C1~C4 和L1 組成電磁干擾（EMI）濾波器。其中，C1 和C2 為X 電容，C3 和C4 為Y 電容。EMI 濾波器對EMI 信號相當于一個“隔離墻”，作用是阻擋電網中的電磁干擾侵入到電子鎮(zhèn)流器中，同時又阻止鎮(zhèn)流器中的EMI 信號進入電網，成為“電力公害”的污染源。TNR 用作過電壓保護，NTC 熱敏電阻RT1 用作通電時的浪涌電流限制。二極管D1~D4 為全波橋式整流器。在橋式整流器與DC-AC 高頻逆變器之間，插入了升壓型有源功率因數校正（APFC）變換器電路。

在APFC 級預調節(jié)器電路中，C5 為輸入小電容（1 μF），C9 為PFC 輸出儲能電容，SA7527 為PFC控制IC。T1 初級繞組線圈作為升壓電感器使用，次級繞組提供零電流檢測（ICD）信號和SA7527 ⑧腳上電源電路的高頻取樣信號。D5 為升壓二極管，Q1 為PFC開關（MOSFET），R6 為電流傳感電阻，R1 與R2 組成輸入電壓檢測分壓器，R7 和R8、R9 組成PFC 輸出電壓（＋ 400 V）感測分壓器，R3 和C6 為SA7527 的啟動元件。 整流電壓經R1 與R2 分壓，約縮小100 倍輸入到SA7527 ③腳內部的乘法器，PFC 輸出直流（DC）電壓V0（PFC）經R7 與R8、R9 分壓，反饋到①腳內的誤差放大器。當SA7527 ⑦腳上的PWM 輸出驅動Q1 導通時，二極管D5 截止，通過T1 初級電感器L 的電流IL 從零開始線性增長。一旦Q1 阻斷，D5 測導通，電感電流從峰值開始線性下降，如圖3 所示。一旦電感電流IL 降至零，被SA7527 ⑤腳檢測，Q1 再次導通，開始一個新的開關周期。

在每個開關周期中的電感電流峰值都跟蹤AC 線路輸入電壓的變化軌跡，其峰值電流包跡波（即包絡）正比于AC 輸入電壓。由于采用SA7527 的PFC 電路工作在臨界模式（CRM），峰值電器電流的一半為平均輸入電流，與市電電壓瞬時值成正比，呈正弦波形且與AC 電壓同相位（見圖4），使系統(tǒng)呈現電阻性負載，因此輸入功率因數幾乎等于1（≥ 0.99，功率因數為1 的情況，稱為單位功率因數）。由于APFC 預變換器實質上就是一種特殊類型的開關電源（SMPS），在AC 輸入電壓從85 V 到265 V 變化三倍時，都能在C9 兩端輸出400 V 的恒定DC 電壓，作為后隨半橋級電路的母線電壓。

圖4　在一個AC 線路電壓半周期內的電感電流和平均輸入電流

如果不采用APFC 電路而是采用常規(guī)的全波整流和大容量電解電容濾波電路，AC 輸入電流則呈幅度很大的尖峰脈沖，總諧波失真率（THD）遠大于基波電流（100%），可達110% 以上，僅三次電流諧波，一項往往超過60%，線路功率因數約0.55。圖5 示出了采用APFC 和未采用時的AC 輸入電流波形比較。

2.2　半橋式鎮(zhèn)流器電路和輸出網絡
在圖2 中，SA3078 為控制IC，變壓器T2 和開關Q2、Q3 等，組成DC/AC 半橋式高頻逆變器電路。L2、C15 和L3、C16 等，組成LC 串聯(lián)諧振網絡。R21和C24 為SA3078 ③ 腳（VCC 腳）上的啟動元件。在SA3078 啟動半橋電路開始運行后，C14、D6 和D7 組成的電荷泵（輔助電源）電路為SA3078 的③腳提供工作電流，以減少啟動電阻R21 上的功率消耗。在SA3078 啟動后，⑩腳流出10 μA 的電流對電容C22 充電。在啟動初始時刻，鎮(zhèn)流器輸出最高頻率（≥ 77 kHz，由④腳上電容C13 值決定）。隨C22 上電壓升高，頻率降低，對燈絲加熱。當C22 上的充電電壓達到2 V 時，預熱時間結束，L2、C15 和L3、C16等組成的LC 串聯(lián)電路（由于C17/C18 值遠大于C16，C19/C20 值遠大于C15，故C17/C18 和C19/C20 的作用可忽略）發(fā)生諧振，在C15 和C16 上產生高電壓將兩根燈管擊穿而點亮。
在SA3078 ⑨腳可以加入0~2 V 的手動或遙控模擬調光電壓。當⑨腳上的輸入電壓為0 V 時，燈光最亮（光輸出為100%）；當⑨腳上的電壓為2 V 時，燈光完全變暗。當SA3078 ⑨腳上電壓從0 V 增加到2 V的過程中，鎮(zhèn)流器輸出頻率漸升，L2和L3上的阻抗（2πfL）漸增，燈電流逐漸減小，燈亮度從最大到完全變暗。因此，調光功能是利用調頻來實現的。 R14、R15、R18 和R14、R16、R17 及R19、C21，分別組成兩支燈管的檢測電路。如果SA3078 ⑧腳上電壓低于1 V，說明電路中兩根燈管均未接入。如果⑧腳上的電壓為1~3 V，說明只有一支燈管接入。只有⑧腳上的電壓高于3 V，才說明兩支燈管均到位。R10 為半橋電流傳感電阻，為SA3078 ⑥腳提供電流檢測信號。
)P6@"} |'M5n*Wxi2.3　元器件選擇
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U 當每支燈管為32 W 時，元器件選擇見表1。若將L2、L3 線圈匝數分別減少到100 和90，C15/C16 分別變?yōu)?600 pF 和6800 pF，燈管可分別變?yōu)?6 W×2 和40 W×2。3　結束語
杭州某公司推出的SA7527 功率因數控制器和SA3078 調光鎮(zhèn)流器控制器，分別與美國的FAN7527和KA7543 等效，而且引腳兼容。這兩種專用IC 的推出，為國內相關技術人員設計高功率因數可調光熒光燈電子鎮(zhèn)流器提供了便利。