基于低成本緊湊型熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

由于功率電平較低，集成緊湊型熒光燈(CFL)鎮(zhèn)流器通常不需要進(jìn)行功率因數(shù)校正(PFC)。然而，隨著這款具有節(jié)能優(yōu)勢的產(chǎn)品的市場需求日益旺盛，在不久的將來，功率因數(shù)校正將很有可能成為一項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。有源PFC電路要求采用附加的控制集成電路、電感、二極管和高壓MOSFET。無源PFC電路成本較低，但會增加燈電流波峰因數(shù)，從而縮短燈的使用壽命。本文所述設(shè)計(jì)采用了一個簡單的控制電路來改良無源PFC電路，可以在實(shí)現(xiàn)較高功率因數(shù)的同時，將燈電流波峰因數(shù)降至可接受的水平。

　　圖1所示為建議的緊湊型熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)示意圖。該鎮(zhèn)流器包含一個具備EMI濾波器的交流輸入級，一個無源PFC級，一個采用國際整流器公司IR2520D自適應(yīng)鎮(zhèn)流器控制IC的鎮(zhèn)流器控制級，一個半橋逆變器和諧振輸出級。相比于現(xiàn)有的CFL電路，這個設(shè)計(jì)的改進(jìn)之處在于用填谷式無源PFC電路和燈電流波峰因數(shù)控制電路來實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)、較低的總諧波失真(THD)和可接受的燈電流波峰因數(shù)。

　　圖1：采用IR2520D的電子CFL鎮(zhèn)流器電路。上：直流總線(黃色);中前：Iinput(紅色);中后：ILamp(綠色);下：VLamp(藍(lán)色)。

　　填谷式無源PFC電路由CVF1-2、DVF1-3、RVF和CX組成(圖1)。在被整流交流輸入的每個半波期間，電容CVF1和CVF2經(jīng)由二極管DVF2和電阻RVF而被串聯(lián)充電至交流峰值電壓的1/2。RVF的作用是在對電容器進(jìn)行充電的過程中，降低電流波形的波峰。當(dāng)總線電壓隨正弦波波形下降至Vpeak/2之后，電容開始提供輸出電流。此時，這兩個電容本質(zhì)上呈并聯(lián)狀態(tài)，并一直提供負(fù)載電流，直至被整流交流輸入在下一個半波期間再次超過Vpeak/2。電容CX的作用是濾除直流總線上出現(xiàn)的半橋逆變器開關(guān)尖峰。這個填谷式無源PFC電路實(shí)現(xiàn)了良好的功率因數(shù)(>0.9)和較低的THD(30%)，但其主要缺點(diǎn)是，50%的直流母線紋波會導(dǎo)致很高的燈電流波峰因數(shù)，從而縮短燈的使用壽命。

　　Waveforms with RFMIN3

　　ILMAP (Upper), DC BUS (Mid), VLMAP (Lower)

　　除IR2520D之外，還有一個由RFMIN2-3、RBUS1-2和QFMIN構(gòu)成的控制電路,通過調(diào)制工作頻率來降低燈電流波峰因數(shù)。如果鎮(zhèn)流器工作頻率固定，那么，填谷式電路造成的50%直流總線紋波會產(chǎn)生很高的燈電流波峰因數(shù)，因?yàn)橹绷骺偩€電壓越高，諧振輸出級產(chǎn)生的燈電流也越高。由于IR2520D采用了具備外部可編程最小頻率的VCO，因此，半橋逆變器開關(guān)頻率取決于VCO管腳上的電壓和連接至FMIN管腳的電阻的阻值(請參見http://www.irf.com網(wǎng)站提供的IR2520D數(shù)據(jù)表)。當(dāng)直流總線達(dá)到一定電壓時，與分壓器(由RBUS1和RBUS2構(gòu)成)相連的QFMIN的基極電壓將超過QFMIN的導(dǎo)通閾值，而使得QFMIN導(dǎo)通。此時，RFMIN1與串聯(lián)的RFMIN2和RFMIN3的并聯(lián)組合，構(gòu)成了FMIN管腳與GND之間的電阻。由于FMIN管腳上的電阻越低，則開關(guān)頻率越高，因此，在接近直流總線峰值時的逆變器開關(guān)頻率將高于其谷底時的逆變器開關(guān)頻率。這樣，由ILAMP(pk)/ILAMP(avg)計(jì)算得到的波峰因數(shù)值將降低。RFMIN3是一個發(fā)射極負(fù)反饋電阻，可用于改善線性。如果沒有RFMIN3，當(dāng)QFMIN基極上的電壓達(dá)到閾值時，QFMIN將快速接通。這將導(dǎo)致工作頻率驟升，而造成燈電流波形失真。

　　總而言之，該設(shè)計(jì)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)(0.96)、低THD(28.5%)和可接受的燈電流波峰因數(shù)(1.71)的低成本CFL鎮(zhèn)流器電路。相比之下，典型的CFL鎮(zhèn)流器則功率因數(shù)較低(0.56)、THD較高(128%)，同時具有類似的波峰因數(shù)(1.71)。這種鎮(zhèn)流器不僅控制方法簡單，元器件數(shù)量較少，而且此設(shè)計(jì)還滿足了鎮(zhèn)流器所必需的全部要求。