单级高功率因数调光式荧光灯电子镇流器设计

2022-01-29 11:28分类：电子元器件阅读：

　单极高功率因素变光式荧光灯管电子镇流器设计方案

引言：明确提出了一种变光式荧光灯管电子镇流器的设计方法。根据该方式制定了一种能变光的高功率因素的电子镇流器。选用荧光灯管PSPICE实体模型做模拟仿真认证，结果显示计划方案和技术参数制定有效，变光特性优质。

关键字：变光；电子镇流器；功率因素校准

　 1 前言

近些年，高频率荧光灯管电子镇流器以其高效率、体型小、重量较轻、无闪频、灯使用寿命长等特点而慢慢为我们所接纳。

在我国对电子镇流器的分析和发展趋势是在上世纪八十年代末到90年代初。在前期，许多厂商以便节约成本，采用的网络拓扑结构较简易，性能参数通常不能到达国家行业标准，并且非常容易毁坏，这显然给电子镇流器的普及化导致了大量阻碍。现阶段,一些人立即套入海外优秀的线路拓扑结构，导致设计方法复杂多变，乃至有一些压根不适宜在220V/50Hz电力网下工作中。伴随着环保节能难题愈来愈备受关心，性能卓越的荧光灯管电子镇流器必须提升变光作用，在多余满输出功率輸出的场所，减少功率，不但环保节能，增加灯的使用期限，并且还能具有转换视觉冲击的目地。因而,科学研究出性能卓越、更接近灯特点、且功能完善的电子镇流器刻不容缓。

2 设计方案关键点

2．1 简述

变光作用事实上就是指具备调整灯上的功率的作用。当照明灯具设备并不一定满输出功率輸出时，研究表明，运用变光系统软件可环保节能50％。

在传统式的无变光系统软件电子镇流器设计方案中，因为灯在高频率下且稳定工作时，功率也稳定，能够类似觉得灯是最小相位系统电阻器。当国家电网电流起伏，或因为其他缘由使灯电流量、灯工作电压产生变化，即灯工作电压、灯电流量RMS值及灯输出功率发生改变时，只需根据闭环控制系统就可以使灯平稳地工作中在额定值点周边，灯电阻器就不容易造成较大的转变。殊不知，在变光工作模式下设计方案复杂化了，假如依然把灯等效电路成纯感性负载负荷，会造成非常大的误差，由于在不一样的变光级别，荧光灯管所体现出的负阻特点是不一样的。因而设计方案变光式电子镇流器不能用简便的电阻器负荷来等效电路灯。

近些年，因为选用辅助设计设计方案使电力工程电子系统设计过程大大简化，而且还可以获得越来越多的电源电路工作信息。常见的模拟仿真软件有PSPICE、MATLAB这些，而在电力工程电子系统的制定中以应用PSPICE占多数。因而，创建荧光灯管的PSPICE实体模型变成急切需要处理的难题。

2．2 荧光灯管的模型

荧光灯管的模型关键有这两种方式，一种是物理学模型，它是根据灯的物理学充放电状况，殊不知这类建模都需要涉及到较比较复杂的表达式和许多自变量，不宜电路设计；另一种是采取曲线图拟和的方式，它是运用灯的V－I特点曲线图模型，依据研究結果用带有未确定指数的曲线方程去类似，在其中，有的用立方米曲线方程，也有用指数值曲线方程、双曲线曲线方程、乃至用线性方程去拟和。

PSPICE实体模型能够是静态模型还可以是动态性实体模型。静态模型需测算出在不一样工作中点时灯所呈现的特性阻抗值,再开展遍布模拟仿真，一般这类实体模型创建起來非常简单，但运用十分不方便。动态性实体模型必须在工作中点转变时，把这时灯所展现出來的特性阻抗值立即体现出去，包含它的运行全过程，那样的实体模型一般称作变光实体模型，这类实体模型十分适用变光式电子镇流器的设计方案。图1是一个荧光灯管PSPICE动态性实体模型[1]。它是根据指数曲线拟和而成的，此模式是对于32W－T8灯创建的。

图1 荧光灯PSPICE模型

2．3 变光方法

变光就是指调整传送到灯上的动能,进而更改灯输出功率。一个变光自动控制系统中一般通过操纵四个参数做到变光目地，即

1）电台广播

2）调整pwm占空比

3）调整直流电母相电压

4）调整串联谐振特性阻抗值[2]。

頻率操纵指的是更改电源开关頻率fs，使输出功率避开串联谐振互联网的当然串联谐振而降低灯输出功率，这时维持pwm占空比D稳定不会改变。pwm占空比调配就是指在fs稳定的情形下，更改按钮的通断時间，通断时长的降低使传输到灯上的动能降低进而使灯上的输出功率降低。pwm占空比调配范畴是从0转变到0.5，因而，限定了变光范畴。调整直流电母相电压指的是更改直流电母相电压的幅度值，与此同时维持fs和D不会改变，这类调节方法只有用以双极网络拓扑结构中。特性阻抗操纵就是指更改串联谐振互联网的Ls、Cr的变量值，这类调节方法完成起來较繁杂。在其中，选用电台广播方法的控制电路构造较简易，且易于操纵，因而，具体使用数最多。但它却拥有在全部变光范畴内，不容易完成软电源开关；在空载时，元器件地应力非常大；且硬启用和硬关闭使电磁感应搔扰难题比较严重等缺陷。为了更好地扩张变光范畴，则需扩张頻率变动范畴，而頻率范畴又受电磁感应元器件、门极光耦电路所限定，灯电流量类似与逆变电源頻率反比，因而设计方案电感器等电磁感应元器件时要充分考虑这些方面的危害。

2．4 实体模型的认证

图2应用一个简单电路认证一下灯实体模型，拓扑结构仅由一个CLASS－D逆变电源组成。主要参数为Ls=1.56mH，Cr=5.6nF，fs=45kHz，D=0.45。

图2 CLASS? D型逆变器电路拓扑

从图3中能够显著地看得出，在全部变光范畴内灯工作电压基本上不会改变，灯电流量伴随着次数的提高而逐步减少。当fs贴近75kHz时，灯电流量骤降，再次扩大頻率，灯可能灭掉。从而表明此实体模型可以有效地体现灯特点。

（a） f=45kHz,D=0.45

(b) f=70kHz,D=0.45

图3不同频率下灯电压、灯电流仿真波形

3 设计方案与认证

3.1 主电源电路拓扑结构

主电源电路网络拓扑结构如图4所显示。

电子镇流器的主线路由PFC电源电路和耦合电路两部份构成。充分考虑二级构造的费用过高,因而将二级中的输出功率开关管同用变为单极构造。图4所显示主电源电路拓扑结构便是将Buck－Boost型PFC电源电路与串联负荷并联谐振电源电路生成在一起，灯实体模型选用前边所提起的实体模型。

图4 调光式荧光灯电子镇流器主电路拓扑

3.2 基础理论设计方案

针对以上拓扑结构，功率因素校准级电感器Lo是和頻率相关的量，那麼变光时，伴随着次数的上升,电感器电流量很有可能要持续，那样会危害功率因素校准的实际效果，灯上工作电压、电流量也会出现崎变，进而局限了变光范畴。因而，它的主要参数挑选尤为重要[3]。最先，因为电感器电流量工作中于DCM情况，电感器电流量的最高值iin(peak)(t)正比例于相电压，因此它在大半个直流周期时间（T/2）内为

iin(peak)(t)= （1）

(0?t ?)

式中：VI为电力网电流的幅度值；

ω(=2π/T)为电力网电流的角频率；

fs为电源开关頻率，它大大的高过电力网工作电压頻率；

D为电源开关的pwm占空比。

而电感器电流量的均值iin(m)(t)为

iin(m)(t)== (2)

从上式能够看得出电感器电流量的最高值是呈正弦函数变动的，因而能完成功率因素校准。假定Buck－BoostSPWM的高效率是100％，功率因素是“1”，一个直流周期时间内键入功率因素校准级的平均功率为Pi为

Pi=== (3)

式（3）说明输入功率Pi在Lo稳定的情形下能够利用更改pwm占空比和次数来操纵，假如输入功率相当于灯推动级的输出功率，工作电压Vco可以维持稳定。反过来，假如输入功率超过灯消化吸收的输出功率，则Vco将无限制地提高，导致元器件毁坏。

因此，应尽可能使二者相同，而輸出到灯上的输出功率Po为

Po= （4）

式中：Vo为led灯管两直流电压；

Rlamp为led灯管等效电阻。

为了更好地确保电感器电流量工作中在DCM情况，pwm占空比D务必符合下述标准

?D (5)

Lo= (6)

式中：Pof1，Df1，fsf一分别表明载满时功率，pwm占空比和电源开关頻率。确保了全部变光范畴内电感器电流量时断时续，即功率因素自始至终为“1”。

切换开关頻率fs为45kHz，为了更好地给DCM运行状态留一个裕量，挑选D=0.45。功率因素校准极电感器Lo=3.37mH。串联负荷并联谐振互联网主要参数选用基波类似法获得，主要参数以下：Cs=1μF，Ls=1.41mH，Cr=5.6nF，实体模型仍然选用前边提到的灯实体模型。电台广播变光时直流电母相电压、灯工作电压、灯电流量波型如图所示5所显示。