调光式荧光灯电子镇流器设计方法

最后更新高级搜索返回首页技术论坛照明藏经阁照明企业之窗照明博客当前在线: 31光源设计荧光灯高强度气体放电灯 霓虹灯白炽灯 卤钨灯 LED特殊光源 光源电器镇流器 变压器调光器 控制装置 启辉器 触发器其他附件 灯具设计工程灯具 室内灯具 特殊灯具照明设计工程照明 家庭装饰 汽车照明 特殊照明 照明材料灯具配件 电子元件 玻璃材料 金属材料 化学材料 标准及认证国际标准 国家标准 安全认证 电磁兼容 能效认证 工厂测试 综合照明基本知识 CAD品质管理生产管理 原创文章照明工程师社区 / 光源电器 / 镇流器 / 科技文章 / 荧光灯调光电子镇流器的设计荧光灯调光电子镇流器的设计2005-06-02 刘锴，吴明光 照明工程师社区 点击: 44荧光灯调光电子镇流器的设计摘 要：介绍了基于荧光灯专用电流负反馈调光控制芯片KA7543，功率因数校的调光电子镇流器的设计方案。

重点讨论了软启动的必要性和相应的技术解决现调光和功率因数校正的机理和方法。

关键词：电子镇流器；调光；软启动；功率因数 引言1999年全国荧光灯年产量37876万只，其中T8荧光灯产量8380万只[1]。

因此，和质量对于节约能源和改善工作和生活条件均具有重大意义。

高频电子镇流器式镇流器相比，具有重量轻，体积小，效率高，无频闪，易实现调光以及功率列优点。

上世纪80年代，分立元件的电子镇流器的市场表现不尽人意，其原因在于分立在可靠性差，价格高，污染电网，调光困难等缺点。

上世纪90年代，国外公司灯专用集成控制芯片，高频调光电子镇流器终于在市场中取得了长足的进步。

TDA4817，SG3561A ，MC34261，UC3852，KA7543[2]等。

解剖分析Philips 公司的BETPLTD 公司的DTK805调光电子镇流器产品，二片式（控制芯片＋功率因数校正结构。

Microlinear 公司的ML4830及ML4835[3]芯片为一片式结构，即把控制芯校正芯片集成为一片。

百度文库- 让每个人平等地提升自我目录摘要....................................................................................................................................................................... ABSTRACT (I)1引言 02荧光灯电子镇流器系统组成框图及其工作原理 02.2荧光灯电子镇流器设计电路原理图 (1)2.3荧光灯电子镇流器工作过程 (1)3电子镇流器工作特点 (2)4 20W荧光灯电子镇流器元件参数 (2)5电子镇流器的接线图 (3)6电子镇流器的元器件选择 (3)6.1整流滤波电路 (3)6.2启动电路 (4)6.3半桥式逆变器电路 (4)6.4输出谐振电路 (7)7调试 (9)8 结束语 (10)参考文献 (11)致谢 (12)摘要荧光灯电子镇流器的工作原理及其组成电路决定了荧光灯电子镇流器比电感镇流器节能。

但由于大多数荧光灯电子镇流器的电路设计存在缺陷、生产商偷工减料等原因，其节能作用没有得到广泛认可。

随着性能优异的新产品的不断出现及绿色照明工程的不断深入，荧光灯电子镇流器的节能作用会越来越受人们的重视。

本文介绍了一种性能优良的荧光灯电子镇流器的电路结构，工作原理及其设计路线。

这种由整流滤波电路、启动电路、半桥式逆变器电路、输出谐振电路组成的半桥逆变式荧光灯电子镇流器电路，具有低压启动、快速启动、效率高、自身耗电小、体积小、重量轻、适应电源电压范围宽等优点。

实验结果证明这种电子镇流器具有良好的工作性能。

关键词：荧光灯电子镇流器；高频振荡；串联谐振；节能AbstractThe working principle and composing circuits of fluorescence lamp electronic-ballast ensure it more energy-saving than induction ballast. Because there are defects in circuits designing of most fluorescence lamp electronic-ballasts and the manufacturers use inferior materials, energy-saving function of electronic-ballast hasn’t been wildly recognized. With the appearance of new productions with excellent performances and the development of the Green Lighting Project , people will attach more importance to the energy-saving function of fluorescence lamp electronic-ballast.In this paper we analyze the circuit structure of a electric-ballast, working principle and design line. This rectification by the rectifier filter circuit, the start circuit, half-bridge inverter circuits, the output resonant circuit half-bridge inverter fluorescence lamp electronic-ballast circuit, start with the advantages of low-voltage start, quick start, high efficiency, small power consumption of their own, small size, light weight, to wide supply voltage range. The experiments show that these electronic-ballasts worked stably and reliably.Keywords:fluorescence lamp electronic-ballast;high-frequency oscillation;series resonance; energy-saving1引言电力危机是当今制约经济发展的一大难题，它不但造成巨大的经济损失,同时也给人们的日常生活带来诸多的不便。

高功率因数荧光灯电子镇流器设计——PWM型AC/DC和DC/AC变换电路综合应用专题照明技术与我们日常生活息息相关，在工厂、办公室、图书馆、餐厅、学校、商店等场所，照明技术为我们提供了宜人的工作、生活环境。

在现代照明技术中，电子镇流器由于其效率高、无频闪、无噪声、体积小等优点得到了广泛应用，此外，电子镇流器还能够实现调光，功率因数校正、同时驱动多支灯管等功能。

照明系统依赖于镇流器与灯源的协同工作，了解灯源的工作特性是设计电子镇流器的前提。

一、荧光灯的结构和工作特性1、荧光灯的结构组成家庭及工业照明用荧光灯（俗称日光灯）是一种低压汞蒸汽放电灯，其大部分光是由放电产生的紫外线激发管壁上的荧光粉涂层而发射出来的。

附图5-1是直管形荧光灯结构示意图。

荧光灯的核心部分是管形玻璃管和灯丝，其中，玻璃附图5-1 直型荧光灯管的结构示意图管的内壁上涂有荧光粉。

管内填充有惰性气体（如氩）和低气压汞蒸汽。

在灯两端各有一个电极，电极通常由钨螺旋做成，上面涂有热电子发射材料，人们将这种涂有电子发射材料的灯丝称为阴极。

灯丝两端与被称为导丝的支架相连接，导丝又与两个引出电极相连。

导丝和喇叭管等组成芯柱，其作用是保证电导线与玻璃壳进行气密性封接。

荧光灯工作时，放电发生在低气压的汞蒸汽和惰性气体的混合气中，产生很强的253.7nm的紫外辐射，经荧光粉转换成可见光。

2、荧光灯的主要特性与其它一些气体放电灯一样，荧光灯具有负阻抗特性，典型的荧光灯电压—电流（V-I）特性曲线如附图5-2所示。

当施加于荧光灯两端的电压低于触发启动电压（U strike ）时，灯呈高阻关断状态，灯中没有电流通过，一旦外加电压达到了灯的点火电压值，灯则导通，并且其两端电压立即降低，灯电流增大，呈现负阻特性。

由于外接镇流器的限流作用，使灯电流稳定在额定值，并且灯两端的导通电压降（U on ）也基本保持不变。

荧光灯的触发启动电压和正常工作时灯两端的电压降与灯管长度、灯管直径、灯管内填充气体的种类、气压、温度以及电极种类（是冷阴极还是热阴极）等因素有关。

电子镇流器调光方法与工作原理一. 占空比调光法这种调光控制法是利用调节高频逆变器占空比,来实现灯输出功率调节,对半桥逆变器的最大占空比为0.5,确保半桥逆变器中对两个功率开关管之间的导通有一个死时间,以免两个功率开关管由于共态导通而损坏;这种调光控制法存在的问题:如果电感电流连续并渧后于半桥电压U,则功率开关管可能在导通时工作在零电位状态,在功率开关管关断瞬间需采取吸收电容以达到ZVS工作条件,这样可进入ZVS工作方式,这是优点,同时EMI和功率开关管的应力可以明显降低,然而,如果功率开关管的脉冲占空比太小,以致电感电流不连续,则将失去ZVS工作特性,并且由于供电直流电压较高而使功率开关管上的应力加大,这种不连续电流导通状态将导致电路的工作可靠性降低和加大EMI辐射;除了小的脉冲占空比外，当灯管发生故障时，灯电路也会出现不连续工作状态，当负载为开路故障时，电感电流将流过谐振电容，又于这个电容的容量较小，所以阻抗较大，除非两个功率开关管有吸收电路保护，否则功率开关管将承受很大的电压力；二. 脉冲调频调光法脉冲调频调光法也是常用的调光方法，如果高频电子镇流器的脉冲开关工作频率增加，则镇流电感的阻抗也增加，这样通过镇流器电感的电流就会下降，从而实现调光控制，图2-1为脉冲调频调光法的调光控制特性曲线;脉冲调频调光法存在如下局限性：1. 调光范围由脉冲调频范围决定,如果脉冲调频范围不大,则功率调节也不大;2. 为了在低灯功率工作条件下实现调光, 脉冲调频范围(25-50KHZ),磁芯的工作的工作频率范围以及驱动电路和控制电路的工作特性都可能限制脉冲调光范围 ;3. 在整个脉冲调频范围内不易实现软开关,在灯负载较轻时,不能实现软开关 ,并将使功率开关管上的电压应力加大,硬开关的瞬态过渡是EMI辐射的主要来源;4. 如果半桥功率逆变器不工作在软开关状态，则会导致功率逆变器的损耗加大，使灯电路的工作效率降低;5. 当脉冲开关工作频率在红外摇控的频率范围内时,荧光灯将发射低电平的红外线,如果脉冲调频范围很大,其它的红外摇控装置(如电视机等家用电器)将会到影响;6. 灯电流近似反比于功率逆变器的脉冲开关工作频率,调光范围与脉冲开关工作频率之间不是线性关系,7. 当灯负载发生开路故障时,功率逆变器电路将会出现(电流不连续)DCM工作状态,特别是当脉冲开关工作频率很低时更是如此;三. 改变半桥功率逆变器供电电压的调光法利用改变半桥功率逆变器供电电压的方法来实现调光有以下优点:1. 利用调节半桥功率逆变器供电电压的方法来实现调光 ;2. 利用固定占空比(約0.5)的方法,可以使半桥功率逆变器工作在软开关镇流电感电流连续(CCM)的宽调光范围内(这也可使开关控制电路简化);3. 由于开关脉冲频率固定,所以可以针对给定的灯型号简化控制电路设计;4. 由于开关脉冲频率刚好大于谐振频率,所以可以降低灯电路的无功功率和提高灯电路工作效率;5. 由于开关脉冲频率固定，所以可以较方便的确定无源器件的参数；6. 在较宽的功率范围(5%-100%)内可以保持功率半桥逆变器的ZVS工作条件;7. 在很低的半桥功率逆变器供电电压下,半桥功率逆变器将失去软开关特性,会出现镇流电感不连续(DCM)的工做状态,然而在直流供电电压很低的情况下，这种工作状态不再是个问题,这时功率开关管的电应力和损耗将很小,即使半桥功率逆变器的功率开关管工作在硬开关工作条件下,在低直流供电电压(如20V)情况下,半桥功率逆变器的功率开关管也不会产生太多的EMI辐射;8. 可实现平滑和几乎线性的灯功率调节控制特性;9. 可得到低功率解决方案,半桥功率逆变器供电电压可以选得很低(如5%-100%的调光范围对应30-120V),这样可采用低电压电容和低耐电压值的MOSFET开关管;10.调光控制仅通过控制功率变换器的输出电压来实现,由于半桥功率逆变器工作在恒频工作状态,所以采用简单的DC/AC控制即可实现调光;11.灯电流近似和DC/AC变换器的供电电压成正比,调光几乎和AC/DC功率变换器的直流输出电压成正比,调光特性曲线如图2-2所示;四. 脉冲调相调光法可通过调节半桥功率逆变器中两只功率开关管的导通相位来调节灯电路的输出功率,从而达到灯电路调光控制的目地,脉冲调相的调光特性曲线图如图2-3所示:脉冲调相法调光法主要有以下特点:1. 灯功率可调至1%;2. 可在任意调光设定值下启动;3. 可应用多灯应用场合;4. 调光相位与灯功率的关系线性好;点图进入相册点图进入相册点图进入相册。

IR21531的实例应用: 高功率因数荧光灯电子镇流器设计——PWM型AC/DC和DC/AC变换电路综合应用专题照明技术与我们日常生活息息相关，在工厂、办公室、图书馆、餐厅、学校、商店等场所，照明技术为我们提供了宜人的工作、生活环境。

在现代照明技术中，电子镇流器由于其效率高、无频闪、无噪声、体积小等优点得到了广泛应用，此外，电子镇流器还能够实现调光，功率因数校正、同时驱动多支灯管等功能。

照明系统依赖于镇流器与灯源的协同工作，了解灯源的工作特性是设计电子镇流器的前提。

一、荧光灯的结构和工作特性1、荧光灯的结构组成家庭及工业照明用荧光灯（俗称日光灯）是一种低压汞蒸汽放电灯，其大部分光是由放电产生的紫外线激发管壁上的荧光粉涂层而发射出来的。

附图5-1是直管形荧光灯结构示意图。

荧光灯的核心部分是管形玻璃管和灯丝，其中，玻璃附图5-1 直型荧光灯管的结构示意图管的内壁上涂有荧光粉。

管内填充有惰性气体（如氩）和低气压汞蒸汽。

在灯两端各有一个电极，电极通常由钨螺旋做成，上面涂有热电子发射材料，人们将这种涂有电子发射材料的灯丝称为阴极。

灯丝两端与被称为导丝的支架相连接，导丝又与两个引出电极相连。

导丝和喇叭管等组成芯柱，其作用是保证电导线与玻璃壳进行气密性封接。

荧光灯工作时，放电发生在低气压的汞蒸汽和惰性气体的混合气中，产生很强的253.7nm的紫外辐射，经荧光粉转换成可见光。

2、荧光灯的主要特性与其它一些气体放电灯一样，荧光灯具有负阻抗特性，典型的荧光灯电压—电流（V-I）特性曲线如附图5-2所示。

当施加于荧光灯两端的电压低于触发启动电压（U strike ）时，灯呈高阻关断状态，灯中没有电流通过，一旦外加电压达到了灯的点火电压值，灯则导通，并且其两端电压立即降低，灯电流增大，呈现负阻特性。

由于外接镇流器的限流作用，使灯电流稳定在额定值，并且灯两端的导通电压降（U on ）也基本保持不变。

荧光灯的触发启动电压和正常工作时灯两端的电压降与灯管长度、灯管直径、灯管内填充气体的种类、气压、温度以及电极种类（是冷阴极还是热阴极）等因素有关。

智能调光大功率电子镇流器的设计[摘要]基于调光镇流器IR21592的智能调光大功率电子镇流器设计，用AT20C51单片机系统控制21592调光控制电压输入端DIM，系统还加入有源功率因素校正模块，使其镇流器性能达到高功因电子镇流器的性能指标，并具有能根据自然光线强弱自动调光、能按设定时间长短进行调光、人工手控调光三种调光模式，三种调光模式可根据需要相互切换。

该设计填补了我国在智能型、大功率节能灯的空白。

1.引言在我国，缺电和照明落后成为制约经济发展的瓶颈，大部分的家庭、企事业、公用设施仍以白炽灯为主体，而在大功率的照明场所，如城市街道、广场、隧道、厂房等地方，也都采用电感式镇流器的高压钠灯、汞灯等，其具有能耗大、光色单一，显色性差、热辐射高等缺点。

荧光灯（电子节能灯）由于具有节能、光效高、光色可选择范围广、热辐射小、寿命长等优点，所以被称为照明中的“绿色照明工程”。

我国也已将“绿色照明工程”列为重点推广项目和节能产业跨世纪战略。

目前节能灯我国已形成了一定的产业规模，但其中的具有智能可调光特点的电子节能灯的研制和开发以国外相比较为落后，主要表现在产品大多数性能指标不高，且主要应用于小功率节能灯，其原因在于节能灯及其镇流器不能采用简便的电压调节方式进行调光，而智能调光应用在大功率节能灯上我国还等于空白，因为大功率还易带来镇流器性能指标低、可靠性与稳定性差、使用寿命短等问题。

本设计在大功率电子镇流器及其大功率节能灯的基础上，进行反复比较、测试及实验，设计了具有较高性能指标的智能型大功率可调光电子镇流器。

该设计智能调光大功率电子镇流器能根据使用场所的需求，可分别使用光控、定时程控、手控三种调光模式。

光控调光，即能根据自然光线强弱自动调光。

该模式可适用于如企业生产车间等场所的照明，当光线强时，节能灯关闭，当光线稍暗些时，节能灯开启，以最大功率的20﹪或40﹪照明，光线再暗时，节能灯输出功率进一步增大，天全暗时，节能灯功率达100﹪。

2 基于L6574的典型可调光镇流器电路基于L6574的典型58W可调光镇流器半桥逆变器和谐振输出级电路如图3所示。

图3 基于L6574的58W镇流器电路根据国际标准IEC61000-3-2要求，由于灯功率>25W，所以必须采用功率因数校正（PFC）。

图3电路的前端，是基于L6561的有源PFC升压转换器，为图3所示的镇流器部分提供400V的DC总线电压，并保证系统输入功率因数达0.99,AC输入电流总谐波失真（THD）<10%。

启动电阻R3和R4连接在桥式整流输出端，而不是连接在DC400V的母线上，可以使R3和R4承受较低的电压。

IC2启动后，只要半桥开始产生输出，高频电压经C11耦合，VD2整流和C6、C20滤波，加至IC2引脚12，为IC2供电。

引脚12上的电压VS被VDZ1箝位在14V。

IC2引脚2上的电位器R14调至最大时的电阻值是4.7kΩ，因此，RPRE=R13+R14+R15=100kΩ+4.7kΩ+1.5kΩ=106.2kΩ。

IC2引脚4上的接地电阻R19=RING=100kΩ，引脚3上的电容C13=CF=470PF，引脚1上的电容C14=CPRE=0.82μF，按照（1）～（4）式计算：fPRE=60kHz,tPRE=1.2s，tIGN=0.12s，fING≈30kHz。

如果灯管未接入，IC2引脚12上的电压VS经电阻R26和R27加至引脚8（EN1），CMOS比较器将强制IC2进入关闭模式，半桥电路截止。

在灯丝预热之后，如果灯不能被点亮，电阻R30上将产生一个额外电压，经VD4整流和C15滤波，加至IC2引脚9（EN2），IC2则重新进入预热和点灯程序。

半桥下面MOSFET源极上连接的R25是电流检测电阻，R25上的电流检测信号经R33加至IC2的引脚6（OPIN_）。

IC2的引脚5（OPOUT）与引脚4（RING）之间连接VD3和R18，VD3的作用是防止开关频率低于由R13等设定的频率。

用ML4835设计室内可调光小型荧光灯电子镇流器本文详叙了一种低损耗的建筑用可调光镇流器的设计，它采用ML4835电子镇流控制器IC，以MicroLinear公司的ML4835EVAL板为基础。

当工作电压超过102V～138V范围时，ML4835EVAL板作为功率因数校正的65W 电子镇流器，它接受0～10VDC控制、具有20∶1调光范围，控制两只串接的32WPL T 紧密型荧光灯管。

灯管采用预热、点亮和调光的运行模式，是一频率变化范围宽、不重迭的变频器拓扑。

图1给出了这种120V的电子镇流器设计框图。

图2则给出了完整的ML4835EVAL电路图。

CFL小型荧光灯被设计为工作在要求全照度和可调光的，其镇流器充分显示了该ML4835镇流控制器IC的如下特性：（1）工作在镇流变频器频率下的连续电流模式（PFC）用以降低传导EMI和二极管损耗；（2）总谐波失真小于10％；（3）可编程的三重频率起动程序用以延长灯管寿命，简化灯管网络设计，以及在任意调光能级无全功率闪光时起动灯管；（4）具有单片热保护功能和灯管熄灭检测电路；（5）灯管寿命终结保护或功率限制功能；（6）根据由调光控制器或传感器来的0～10VDC图1120V镇流器设计的方框图图2可调光CFL镇流器原理图（原图，未做格式化处理）电压可控制小型荧光灯光输出变化100％～5％；（7）按可编程的时间间隔自动再起动灯管。

1功率因数校正器（PFC）的设计（1）选择PFC输出电压VB因PFC采用升压式变换器，则：VB>×VIN(max)式中：VB为PFC输出电压；VIN为输入线电压有效值。

为了能在具有较小变化的220V电压工作则：VB>(1.414)×(1.1)×220(1)即VB>342VDC（采用380VDC）。

（2）计算升压电感数值由于在该功率范围内工作的灯管频率接近40kHz，故选用小号的铁氧体磁芯。