一種高功率因數(shù)可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)分析

周德智

摘 要 近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾日益突出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求不斷增大，從而產(chǎn)生的霧霾等環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，因此發(fā)展經(jīng)濟(jì)、節(jié)約電能、保護(hù)環(huán)境走綠色可持續(xù)發(fā)展的道路已經(jīng)成為我國(guó)政府的一項(xiàng)國(guó)策；據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)照明用電占全社會(huì)用點(diǎn)的13%左右，因此發(fā)展高效節(jié)能照明產(chǎn)品對(duì)節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境具有重要的意義，如今世界各個(gè)國(guó)家都推出了各種制度，約束和逐步淘汰各種高耗能的照明燈具，照明市場(chǎng)需要更多高效節(jié)能的照明產(chǎn)品。但目前大型超市、會(huì)議中心、隧道等公共場(chǎng)所仍大量存在著帶電感式鎮(zhèn)流器的熒光燈、高壓鈉燈，由于電感鎮(zhèn)流器能耗大的缺點(diǎn)，浪費(fèi)了很多寶貴的能源，如果更換為高效節(jié)能的電子鎮(zhèn)流器，節(jié)能效果將是十分明顯的。如果采用可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，將更進(jìn)一步提高熒光燈等照明產(chǎn)品的節(jié)能效率，為節(jié)能照明產(chǎn)品帶來(lái)更廣泛的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞 高功率因數(shù)；可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器；技術(shù)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）24-0017-03

1 可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器技術(shù)特點(diǎn)

1）采用集成電路控制電路，實(shí)現(xiàn)熒光燈啟動(dòng)前，通過(guò)燈絲預(yù)熱電路對(duì)燈絲提供穩(wěn)定的固定頻率預(yù)熱電流，確保燈絲在燈管兩端高壓?jiǎn)?dòng)前，得到充分的預(yù)熱，有效的避免燈絲因燈管冷啟動(dòng)時(shí)收到傷害；燈管電流波峰率CF（Crest Factor）值<1.6燈管不易黑化，開(kāi)關(guān)測(cè)試次數(shù)高達(dá)100000次以上，可提高了管的使用壽命5-10倍。

2）功率因數(shù)校正采用集成電路控制的有源功率因數(shù)校正APFC電路，為調(diào)光熒光燈提供穩(wěn)定的工作電源，確保熒光燈調(diào)光狀態(tài)的穩(wěn)定。同時(shí)APFC電路的應(yīng)用，有效降低燈具對(duì)電源干擾，總諧波THD<10%，最低亮度的總諧波<20%，符合中國(guó)GB/T15144-94、GB17625.1-1998、歐洲EN61000-3-2、EN60929及美國(guó)ANSIC82.11之標(biāo)準(zhǔn)；最高亮度的功率因數(shù)PF>0.97，最低亮度功率因數(shù)>0.9。

3）可調(diào)光燈具用戶(hù)可根據(jù)需要對(duì)熒光燈鎮(zhèn)流器進(jìn)行調(diào)光，調(diào)光范圍5%-100%，實(shí)現(xiàn)有人工作時(shí)高亮，不工作或需要降低亮度時(shí)調(diào)光，實(shí)現(xiàn)高效的節(jié)能效果。

4）完善的燈管保護(hù)電路，過(guò)高壓、過(guò)低壓、燈管末期、燈管漏氣、空載保護(hù)等。

2 可調(diào)光鎮(zhèn)流器的工作原理與分析

市場(chǎng)上的大多數(shù)電子節(jié)能燈和電子鎮(zhèn)流器，都是由分立元件組成的晶體管板橋開(kāi)關(guān)電路，存在燈管無(wú)預(yù)熱直接啟動(dòng)，開(kāi)關(guān)5000次左右燈管燈絲就黑化熔斷、燈管壽命低等弊端。只有采用電子集成電路設(shè)計(jì)的熒光燈電路才能從根本上解決以前熒光燈存在的節(jié)能但壽命短、性?xún)r(jià)比低的問(wèn)題。以下，選用意法半導(dǎo)體公司（ST）生產(chǎn)的可調(diào)光鎮(zhèn)流器集成電路L6574，進(jìn)行可調(diào)光鎮(zhèn)流器的工作原理分析說(shuō)明。

2.1 L6574的芯片電路結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

2.1.1 L6574芯片電路結(jié)構(gòu)

集成電路L6574內(nèi)部框圖如下。

2.1.2 L6574的特點(diǎn)

L6574是ST公司推出的一種新型可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片集成了全調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器和600V半橋驅(qū)動(dòng)器?？蓪?shí)現(xiàn)無(wú)變壓器燈功率檢測(cè)、閉環(huán)燈功率控制和預(yù)熱電流控制，預(yù)熱時(shí)間和預(yù)熱電流可編程，燈觸發(fā)檢測(cè)，觸發(fā)到調(diào)光時(shí)間和最低頻率可編程，0.5～5V的調(diào)光控制輸入，最小和最大功率可調(diào)，內(nèi)置電流檢測(cè)消隱電路，燈故障保護(hù)，DC總線(xiàn)電壓過(guò)低保護(hù)，自動(dòng)重新啟動(dòng)，微功率啟動(dòng)和引腳VCC被內(nèi)部15.6V的齊納二極管鉗位保護(hù)等。

2.1.3 L6574的引腳及其各引腳功能

L6574芯片采用了16個(gè)引腳小外形（SO）封裝，引腳配置如下所示。

3 L6574典型應(yīng)用說(shuō)明

3.1 L6574的典型工作過(guò)程

如圖2。

IC開(kāi)始工作于一個(gè)最大或所說(shuō)的預(yù)熱頻率（fmax /fpre），Tpre是一個(gè)固定的預(yù)熱時(shí)間。經(jīng)過(guò)預(yù)熱后，在到達(dá)最小頻率或工作頻率之間有個(gè)一持續(xù)0.1pre的轉(zhuǎn)換時(shí)間Tsh。引腳1-4用于設(shè)定頻率和時(shí)間。

連接到1腳（CPRE）的電容用于設(shè)定預(yù)熱時(shí)間：

Tpre=K1* Cpre。

點(diǎn)燈時(shí)間或者說(shuō)是讓頻率從預(yù)熱頻率向工作頻率的轉(zhuǎn)換時(shí)間，是預(yù)熱時(shí)間的1/10。

由連接到3腳（CF）的電容進(jìn)行沖放電的電流設(shè)定半橋振蕩頻率。在預(yù)熱時(shí)間，CF的充電電流由流入、流出引腳2（Rpre）和引腳4（RIGN）的電流決定；在正常工作階段由流出引腳4的電流進(jìn)行充電。計(jì)算預(yù)熱頻率和工作頻率的公式如下：

使用合適的電阻和電容，可以用于設(shè)定希望的頻率和時(shí)間。

3.2 L6574的保護(hù)功能

當(dāng)燈管壽命中止或出現(xiàn)其他問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)腳8（EN1）和腳9（EN2）提供保護(hù)。

兩者都是高電平起作用，但是有不同的用處，當(dāng)EN2為高電平時(shí)，它強(qiáng)制IC重新啟動(dòng)和預(yù)熱。當(dāng)EN1為高電平時(shí)，它強(qiáng)制關(guān)斷IC直到供電電源VCC取消或EN2為高電平。

EN2用于點(diǎn)燈故障下的重新啟動(dòng)作用，可用于不用切斷主電源更換故障燈管，避免影響其他燈的使用。

EN1用于檢測(cè)燈管的更換或有沒(méi)有燈管的檢測(cè)，避免燈管負(fù)載去掉后，鎮(zhèn)流器繼續(xù)工作造成鎮(zhèn)流器的損傷。

3.3 L6574的調(diào)光功能實(shí)現(xiàn)

L6574擁有一個(gè)可用于對(duì)燈進(jìn)行閉環(huán)控制的運(yùn)算放大器。當(dāng)提供一個(gè)固定的參考電壓在同相輸入端，將和負(fù)載電流成比例的信號(hào)加到反相輸入端，同時(shí)將運(yùn)算放大器輸出端連接到4腳（RIGN），在此情況下，當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)參考電壓時(shí)，運(yùn)算放大器將從4腳吸收電流，將導(dǎo)致流出4腳的電流增大，也就意味著增大了CF的充電電流，提高了CF的充放電時(shí)間，對(duì)應(yīng)的提高了半橋工作頻率，也就將減少負(fù)載的電流。因而，改變同相端的參考電壓，就可以改變半橋的工作頻率，也就是改變了流經(jīng)燈管的負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燈管的亮度調(diào)節(jié)。endprint

4 L6574產(chǎn)品實(shí)例

4.1 L6574應(yīng)用于調(diào)光產(chǎn)品的說(shuō)明

220VAC電源通過(guò)前級(jí)EMI濾波電路和整流橋整流后，經(jīng)過(guò)PFC集成電路L6561構(gòu)成的有源功率因數(shù)校正電路APFC為后面半橋電路提供穩(wěn)定的396VDC直流電壓。半橋整流后的電壓通過(guò)電阻R3和R4降壓，電容C6和C20濾波后加到集成電路12腳（VS）為IC提供較小的啟動(dòng)電壓。IC啟動(dòng)后，連接到IC14腳的半橋開(kāi)關(guān)，電壓通過(guò)電容C11降壓、14V二極管穩(wěn)壓管DZ1穩(wěn)壓、二極管D2整流后加到12腳VS，提供能保證IC正常工作的直流電壓。電感L1用于扼流，確保燈管工作時(shí)電流的平穩(wěn)，C19用于點(diǎn)燈，當(dāng)燈管工作頻率接近L1、C19確定的諧振頻率時(shí)，燈高壓擊穿燈管點(diǎn)亮。電阻R28、R29、R30組成燈管高壓分壓檢測(cè)電路，R30上的分壓通過(guò)D4整流C15濾波后加到IC EN1，當(dāng)燈管正常連接到鎮(zhèn)流器上，該分壓電路電壓為低電平，燈管正常工作。當(dāng)燈管損壞不能正常點(diǎn)亮或燈管去除時(shí)，該電路檢測(cè)到諧振高壓，EN1腳為高電平，強(qiáng)制集成電路停止工作，保證了鎮(zhèn)流器處于安全狀態(tài)。電阻R26、R27、燈絲、R25構(gòu)成了燈絲檢測(cè)回路。當(dāng)燈管正常連接到鎮(zhèn)流器回路里，連接到EN2的電平為低電平，鎮(zhèn)流器正常工作。當(dāng)更換燈管時(shí)，EN2檢測(cè)到電壓由高電平到低電平的轉(zhuǎn)換，將強(qiáng)制IC重新開(kāi)始預(yù)熱啟動(dòng)工作，確保帶電更換燈管時(shí)，燈管正常點(diǎn)亮。 R14為可調(diào)電阻，通過(guò)R13、R14、R15的分壓電壓加到運(yùn)算放大器的同相輸入端，經(jīng)R14調(diào)節(jié)輸出不同的輸入電壓，調(diào)節(jié)IC工作在不同的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)燈管的調(diào)光功能。

4.2 L6574應(yīng)用于調(diào)光產(chǎn)品的圖示

5 結(jié)束語(yǔ)

以上是采用L6574芯片的調(diào)光鎮(zhèn)流器的基本技術(shù)分析，人們可以利用通過(guò)控制運(yùn)算放大器同相端的參考輸入電壓，對(duì)燈管進(jìn)行調(diào)光這個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)可調(diào)光鎮(zhèn)流器調(diào)光信號(hào)的多樣化。目前市場(chǎng)比較有特點(diǎn)的調(diào)光信號(hào)有可控硅調(diào)光信號(hào)、DALI可尋址調(diào)光信號(hào)、PWM調(diào)光信號(hào)、0-10V直流調(diào)光信號(hào)等。但所有調(diào)光信號(hào)應(yīng)用于調(diào)光鎮(zhèn)流器最終都是變換為控制運(yùn)放放大器同相端的參考電壓調(diào)光信號(hào)。希望此技術(shù)應(yīng)用在當(dāng)前產(chǎn)品應(yīng)用多樣化基礎(chǔ)上得到更廣泛的發(fā)展，為我國(guó)照明產(chǎn)品的節(jié)能做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]芯片資料：ST L6574 CFL/TL BALLAST DRIVE PREHEAT AND DIMMING，DATASHEET.

[2]芯片資料：L6574&MICROCONTROLLER IN BALLAST APPLICATIONS，by Francesca Sandrini and Luca Rodischini.

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