基于Ap1661芯片的熒光燈電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)
前言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/84018.htm熒光燈應(yīng)用廣泛,種類(lèi)繁多,特性參數(shù)專業(yè)性較強(qiáng),通??筛鶕?jù)管徑、光色、功率進(jìn)行分類(lèi)。
熒光燈管按管徑大小分為:T12、T10、T8、T6、T5、T4、T3等規(guī)格。T+數(shù)字組合,表示管徑的毫米數(shù)值:T=1/8英時(shí),一英時(shí)為25.4mm,數(shù)字代表T的個(gè)數(shù),故T12=25.4mm×1/8×12=38mm。熒光燈管管徑與電參數(shù)的關(guān)系是管徑越細(xì),光效越高,節(jié)電效果越好;管徑越細(xì),燈點(diǎn)燃的啟輝電壓越高,對(duì)鎮(zhèn)流器技術(shù)性能要求也越高。管徑大于T8(含T8),點(diǎn)燃啟輝電壓較低。點(diǎn)燃啟輝電壓小于1/2單相工頻交流電源電壓定律,可采用電感式磁鎮(zhèn)流器點(diǎn)燃運(yùn)行;管徑小于T8,啟輝點(diǎn)燃電壓較高,不滿足點(diǎn)燃啟輝電壓小于1/2單相工頻交流電源電壓定律,不能采用電感式鎮(zhèn)流器點(diǎn)燃啟輝,必須配置電子式鎮(zhèn)流器才行。
熒光燈按光色可分為三基色,冷白日光色和暖白日光色三種。燈的光色與燈管內(nèi)所涂熒光粉和填充氣體種類(lèi)不同而不同。管內(nèi)涂鹵素?zé)晒夥郏畛錃?、氪、氬混合氣體光色為冷白日光色或暖白日光色熒光燈管。這兩種光色的顯色性能較低,顯色指數(shù)一般小于40。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然太陽(yáng)光顯色指數(shù)等于100的標(biāo)準(zhǔn)值。這兩種光色的熒光燈發(fā)光效率、有效照度低也比較低,燈點(diǎn)燃啟輝壽命短(一般在5000至6000小時(shí)之內(nèi))。這兩種光色的熒光燈管不屬于高效節(jié)能電光源,不符合綠色照明技術(shù)要求。涂三基色稀土熒光粉,填充高效發(fā)光氣體。光色為三基色合成的高顯色性太陽(yáng)光色。顯色指數(shù)大于82,接近于自然太陽(yáng)光。這種熒光燈管發(fā)光效率較高,光效一般為每瓦65至120流明。熒光燈實(shí)際光效的高低與所用鎮(zhèn)流器性能以及鎮(zhèn)流器-熒光燈的兼容程度有直接關(guān)系,因此,實(shí)際照明設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)選用技術(shù)性能先進(jìn)的電子鎮(zhèn)流器,并須進(jìn)行熒光燈-鎮(zhèn)流器的最佳匹配和調(diào)試。這種燈的點(diǎn)燃啟輝壽命也較長(zhǎng),一般在8000小時(shí)以上。如配置高性能電子鎮(zhèn)流器,壽命將增加至15000至20000小時(shí)。
表觀上,正常工作狀態(tài)下熒光燈的發(fā)光功率與燈管的表面積成正比,故管徑一定時(shí),燈的發(fā)光功率與熒光燈管長(zhǎng)度成正比,而熒光燈-鎮(zhèn)流器的兼容和最佳匹配則是保證熒光燈正常工作的先決條件。
毋容置疑,除根據(jù)上述熒光燈的管徑、光色和發(fā)光功率科學(xué)選用熒光燈構(gòu)建高效節(jié)能、明亮舒適的照明環(huán)境外,設(shè)計(jì)和配置高性能高頻電子鎮(zhèn)流器將至關(guān)重要,本文特介紹一款基于AP1661芯片構(gòu)成的熒光燈電子鎮(zhèn)流器,供參考。
AP1661芯片簡(jiǎn)介
AP1661實(shí)際上是BCD半導(dǎo)體制造有限公司(BCDSemiconductorManufacturingLimited)的一款主要為電子鎮(zhèn)流器、AC-DC適配器和脫線開(kāi)關(guān)電源(SMPS)作前置功率變換設(shè)計(jì)的集成電路功率因子控制器,具有如下典型特性:
·不連續(xù)電流傳導(dǎo)(DCM)臨界導(dǎo)通模式的零電流檢測(cè)控制
·輸出電壓可調(diào)并具精確過(guò)壓保護(hù)
·啟動(dòng)電流低,典型值為50μA
·工作電流小,典型值為4mA
·內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精確為1%
·具有內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器
·可降低電流耗損的閉鎖功能
·圖騰柱輸出的源電流達(dá)600mA,阱電流為800mA
·2.5V遲滯欠壓鎖定
AP1661芯片內(nèi)部含一個(gè)適于獨(dú)立應(yīng)用的啟動(dòng)定時(shí)器、一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)接近等于的單象限乘法器、一個(gè)確保不連續(xù)電流傳導(dǎo)(DCM)臨界導(dǎo)通模式的零電流檢測(cè)器以及具有以600mA源電流和800mA阱電流驅(qū)動(dòng)MOSFET的圖騰柱輸出級(jí)。圖1為其內(nèi)部功能和外部管腳圖。
AP1661采用SOIC-8和IP-8兩種封裝。管腳功能說(shuō)明如表1:
采用AP1661芯片的電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)
圖2所示為采用AP1661芯片設(shè)計(jì)的40W雙燈并聯(lián)電子鎮(zhèn)流器電路圖。
輸入交流經(jīng)EMI濾波和整流橋D1整流,由L1、Q1、D2和AP1661芯片構(gòu)成的升壓電路(Boost),實(shí)現(xiàn)有源功率因子校正(APFC)。電路工作于電流不連續(xù)臨界導(dǎo)通模式。電路后級(jí)采用兩個(gè)三極管Q2、Q3和磁環(huán)T1組成的自激驅(qū)動(dòng)半橋電路實(shí)現(xiàn)DC/AC變換,驅(qū)動(dòng)兩支并聯(lián)熒光燈工作。
升壓型有源功率因子校正電路(BoostPFC)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如表2。
1 Boost電感的選取
Boost電路工作于臨界DCM模式的開(kāi)關(guān)頻率有如下關(guān)系:
據(jù)此可見(jiàn),開(kāi)關(guān)頻率在輸入正弦電壓波形峰值處最低,在輸入正弦電壓波形過(guò)零處最高。最低開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)大于AP1661內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器頻率15kHz,故電感值由下式確定:
計(jì)算得電感值應(yīng)小于1.5mH。
Boost電感副邊繞組用以檢測(cè)電感電流過(guò)零點(diǎn),AP1661管腳5(ZCD)檢測(cè)到電壓降至2.1V以下時(shí),MOSFET導(dǎo)通。Boost電感原、副邊匝比m可由下式計(jì)算:
本設(shè)計(jì)選用E25/9/6鐵氧體磁芯,電感原邊148匝,副邊16匝。
2 PFG控制電路設(shè)計(jì)
輸出電壓檢測(cè)和反饋環(huán)路
AP1661內(nèi)部誤差放大器調(diào)節(jié)PFC輸出電壓。內(nèi)部精密基準(zhǔn)電壓為2.5V,INV腳接采樣分壓電阻R1、R2。誤差放大器輸出和INV腳之間外接補(bǔ)償元件實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制,通常補(bǔ)償環(huán)路的帶寬很低以濾除輸出電壓紋波以達(dá)到好的功率因數(shù)校正效果。
AP1661具有輸出過(guò)壓保護(hù)(OVP)功能。輸出過(guò)壓時(shí),過(guò)沖電流經(jīng)過(guò)R1和補(bǔ)償電路流進(jìn)誤差放大器,如此電流大干40μA,為保護(hù)電路,驅(qū)動(dòng)輸出將被關(guān)閉。R1和R2可由下式計(jì)算:
本設(shè)計(jì)中,△VOVP=50V,經(jīng)計(jì)算R1=1.25MΩ R2=8.2kΩ。
最簡(jiǎn)單的補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)是使用電容提供一個(gè)低頻極點(diǎn),在100Hz處有40dB衰減,同時(shí)保證有高電壓增益,則:
C4=10/2πR1
我們選C4為1μF。
3輸入電壓采樣電阻設(shè)計(jì)
AP1661內(nèi)部乘法器的輸入線性區(qū)間為0~3V,因此輸入電壓采樣電阻可由下式設(shè)計(jì)。
VMULTpk取3V。
4電流采樣電阻設(shè)計(jì)
電流采樣電阻據(jù)下式計(jì)算:
其中,VCSpK為芯片CS管腳的最大工作電壓,即1.6V。
5零電流檢測(cè)電阻設(shè)計(jì)
零電流檢測(cè)(ZCD)管腳的最大吸收電流為10mA,因此零電流檢測(cè)電阻滿足下式。
訓(xùn)節(jié)R6大小使MOSFET在漏極電壓較小時(shí)開(kāi)啟導(dǎo)通以降低開(kāi)通損耗。
6啟動(dòng)電阻
圖2中啟動(dòng)電阻R5在為芯片VCC腳提供初始工作電流,啟動(dòng)電阻R5需滿足下式。
7 IC供電設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)后級(jí)半橋供電由C3、C6、C9、C10、Z1、D3組成。C9可同時(shí)作為半橋軟關(guān)斷緩沖電容。若半橋停止工作,則AP1661供電不足,PFC輸出電壓則降低,可起到一定的保護(hù)功能。
半橋電路設(shè)計(jì)
采用磁環(huán)自激振蕩方案,磁環(huán)工作于飽和模式下,驅(qū)動(dòng)三極管Q2,Q3輪流導(dǎo)通。半橋電路工作頻率與磁環(huán)特性,線圈匝數(shù),三極管驅(qū)動(dòng)電阻和存儲(chǔ)時(shí)間都有關(guān)系。本設(shè)計(jì)半橋電路的工作頻率40kHz,LC諧振電路參數(shù)取C14=C15=3.3nF,L2=L3=1.8mH。
結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)在全世界夜間室內(nèi)照明絕大多數(shù)都采用熒光燈,比傳統(tǒng)白熾燈具有使用壽命長(zhǎng),發(fā)光效率高,光照面積大,可調(diào)整不同光色等優(yōu)點(diǎn),能滿足人類(lèi)絕大多數(shù)場(chǎng)合的需求。根據(jù)熒光燈的管徑、光色和發(fā)光功率科學(xué)選用熒光燈構(gòu)建高效節(jié)能、明亮舒適的照明環(huán)境外,設(shè)計(jì)和配置高性能高頻電子鎮(zhèn)流器至關(guān)重要,本文介紹基于Ap1661芯片構(gòu)成的熒光燈電子鎮(zhèn)流器以供讀者參考指正。
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