基于Ap1661芯片的熒光燈電子鎮(zhèn)流器設計

　　前言

　　熒光燈應用廣泛，種類繁多，特性參數(shù)專業(yè)性較強，通?？筛鶕?jù)管徑、光色、功率進行分類。

　　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，一英時為25.4mm，數(shù)字代表T的個數(shù)，故T12=25.4mm×1／8×12=38mm。熒光燈管管徑與電參數(shù)的關系是管徑越細，光效越高，節(jié)電效果越好；管徑越細，燈點燃的啟輝電壓越高，對鎮(zhèn)流器技術性能要求也越高。管徑大于T8(含T8)，點燃啟輝電壓較低。點燃啟輝電壓小于1／2單相工頻交流電源電壓定律，可采用電感式磁鎮(zhèn)流器點燃運行；管徑小于T8，啟輝點燃電壓較高，不滿足點燃啟輝電壓小于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不同而不同。管內(nèi)涂鹵素熒光粉，填充氬、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。遠遠小于自然太陽光顯色指數(shù)等于100的標準值。這兩種光色的熒光燈發(fā)光效率、有效照度低也比較低，燈點燃啟輝壽命短(一般在5000至6000小時之內(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光色。顯色指數(shù)大于82，接近于自然太陽光。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系，因此，實際照明設計時，應選用技術性能先進的電子鎮(zhèn)流器，并須進行熒光燈-鎮(zhèn)流器的最佳匹配和調試。這種燈的點燃啟輝壽命也較長，一般在8000小時以上。如配置高性能電子鎮(zhèn)流器，壽命將增加至15000至20000小時。

　　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，燈的發(fā)光功率與熒光燈管長度成正比，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)光功率科學選用熒光燈構建高效節(jié)能、明亮舒適的照明環(huán)境外，設計和配置高性能高頻電子鎮(zhèn)流器將至關重要，本文特介紹一款基于AP1661芯片構成的熒光燈電子鎮(zhèn)流器，供參考。

　　AP1661芯片簡介

　　AP1661實際上是BCD半導體制造有限公司(BCDSemiconductorManufacturingLimited)的一款主要為電子鎮(zhèn)流器、AC-DC適配器和脫線開關電源(SMPS)作前置功率變換設計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(DCM)臨界導通模式的零電流檢測控制
　　·輸出電壓可調并具精確過壓保護
　　·啟動電流低，典型值為50μA
　　·工作電流小，典型值為4mA
　　·內(nèi)部基準電壓精確為1％
　　·具有內(nèi)部啟動定時器
　　·可降低電流耗損的閉鎖功能
　　·圖騰柱輸出的源電流達600mA，阱電流為800mA
　　·2.5V遲滯欠壓鎖定

　　AP1661芯片內(nèi)部含一個適于獨立應用的啟動定時器、一個用于實現(xiàn)功率因數(shù)接近等于的單象限乘法器、一個確保不連續(xù)電流傳導(DCM)臨界導通模式的零電流檢測器以及具有以600mA源電流和800mA阱電流驅動MOSFET的圖騰柱輸出級。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。管腳功能說明如表1：

　　采用AP1661芯片的電子鎮(zhèn)流器設計

　　圖2所示為采用AP1661芯片設計的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芯片構成的升壓電路(Boost)，實現(xiàn)有源功率因子校正(APFC)。電路工作于電流不連續(xù)臨界導通模式。電路后級采用兩個三極管Q2、Q3和磁環(huán)T1組成的自激驅動半橋電路實現(xiàn)DC／AC變換，驅動兩支并聯(lián)熒光燈工作。

　　升壓型有源功率因子校正電路(BoostPFC)的主要設計指標如表2。

　　1 Boost電感的選取

　　Boost電路工作于臨界DCM模式的開關頻率有如下關系：

        
 
　　據(jù)此可見，開關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零處最高。最低開關頻率應大于AP1661內(nèi)部啟動定時器頻率15kHz，故電感值由下式確定：

　　計算得電感值應小于1.5mH。

　　Boost電感副邊繞組用以檢測電感電流過零點，AP1661管腳5(ZCD)檢測到電壓降至2.1V以下時，MOSFET導通。Boost電感原、副邊匝比m可由下式計算：

　　本設計選用E25／9／6鐵氧體磁芯，電感原邊148匝，副邊16匝。

　　2 PFG控制電路設計

        
 
　　輸出電壓檢測和反饋環(huán)路

　　AP1661內(nèi)部誤差放大器調節(jié)PFC輸出電壓。內(nèi)部精密基準電壓為2.5V，INV腳接采樣分壓電阻R1、R2。誤差放大器輸出和INV腳之間外接補償元件實現(xiàn)負反饋控制，通常補償環(huán)路的帶寬很低以濾除輸出電壓紋波以達到好的功率因數(shù)校正效果。

　　AP1661具有輸出過壓保護(OVP)功能。輸出過壓時，過沖電流經(jīng)過R1和補償電路流進誤差放大器，如此電流大干40μA，為保護電路，驅動輸出將被關閉。R1和R2可由下式計算：

        
 
　　本設計中，△VOVP=50V，經(jīng)計算R1=1.25MΩ R2=8.2kΩ。

　　最簡單的補償電路設計是使用電容提供一個低頻極點，在100Hz處有40dB衰減，同時保證有高電壓增益，則：

　　C4=10／2πR1

　　我們選C4為1μF。

　　3輸入電壓采樣電阻設計
 

        
　　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計。

　　VMULTpk取3V。

　　4電流采樣電阻設計

　　電流采樣電阻據(jù)下式計算：

        
 
　　其中，VCSpK為芯片CS管腳的最大工作電壓，即1.6V。

　　5零電流檢測電阻設計

　　零電流檢測(ZCD)管腳的最大吸收電流為10mA，因此零電流檢測電阻滿足下式。
 

　　
　　訓節(jié)R6大小使MOSFET在漏極電壓較小時開啟導通以降低開通損耗。

　　6啟動電阻

       
　　圖2中啟動電阻R5在為芯片VCC腳提供初始工作電流，啟動電阻R5需滿足下式。
        

　　7 IC供電設計
　
　　本設計后級半橋供電由C3、C6、C9、C10、Z1、D3組成。C9可同時作為半橋軟關斷緩沖電容。若半橋停止工作，則AP1661供電不足，PFC輸出電壓則降低，可起到一定的保護功能。

　　半橋電路設計

　　采用磁環(huán)自激振蕩方案，磁環(huán)工作于飽和模式下，驅動三極管Q2，Q3輪流導通。半橋電路工作頻率與磁環(huán)特性，線圈匝數(shù)，三極管驅動電阻和存儲時間都有關系。本設計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。

　　結語

　　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，發(fā)光效率高，光照面積大，可調整不同光色等優(yōu)點，能滿足人類絕大多數(shù)場合的需求。根據(jù)熒光燈的管徑、光色和發(fā)光功率科學選用熒光燈構建高效節(jié)能、明亮舒適的照明環(huán)境外，設計和配置高性能高頻電子鎮(zhèn)流器至關重要，本文介紹基于Ap1661芯片構成的熒光燈電子鎮(zhèn)流器以供讀者參考指正。