可調光的高功率熒光燈電子鎮流器字號: 小 中 大 | 打印 發布: 2008-5-04 20:46 作者: ALINA 來源: 照明工程師社區 查看: 1594次 :5Gj/v8k*v編者按：提出了一種調光式熒光燈電子鎮流器的設計方法。基于該方法設計了一種能調光的高功率因數的電子鎮流器。采用熒光燈PSPICE模型做仿真驗證，結果表明方案和參數設計合理，調光性能優良。照明工程師社區 | IL 6 &DQ0r&I?!M$Iuw1sp7J1 引言照明工程師社區 | IL Fp?$f&u+b0i0j?t+GK)u近年來，高頻熒光燈電子鎮流器以其高效、體積小、重量輕、無頻閃、燈壽命長等優點而逐漸為人們所接受。!&f9t8uMl照明工程師社區 | IL 4I:a yH:uR1b3bN*p 我國對電子鎮流器的研究和發展是在上世紀80年代末到90年代初。在初期，很多廠家為了節約成本，選用的拓撲結構較簡單，性能指標往往無法達到國家標準，而且極易損壞，這無疑給電子鎮流器的普及造成了更多障礙。目前,一些人直接套用國外先進的電路拓撲，致使設計方法紛繁復雜，甚至有些根本不適于在220V/50Hz電網下工作。隨著節能問題越來越受到關注，高性能的熒光燈電子鎮流器需要增加調光功能，在不必要滿功率輸出的場合，降低輸出功率，不僅節能，延長燈的使用壽命，而且還能起到變換視覺效果的目的。因此,研究出高性能、更貼近燈特性、且功能齊全的電子鎮流器迫在眉睫。R|#V PD/ODy !Ff0qED!j3_2 設計要點q_!Q8j/xTg$K)Fa,c i-s5x 2.1 概述照明工程師社區 | IL ych(jo.OO/k0wCW95hh e調光功能實際上是指具有調節燈上的輸出功率的功能。當照明裝置并不需要滿功率輸出時，研究表明，應用調光系統可節能50%。3BjFO55L */I6nRqij在傳統的無調光系統鎮流器設計中，由于燈在高頻下且穩定工作時，輸出功率也恒定，可以近似認為燈是定常電阻。當電網電壓波動，或由于其它原因使燈電流、燈電壓發生變化，即燈電壓、燈電流RMS值及燈功率發生改變時，只要通過閉環控制就可以使燈穩定地工作在額定點附近，燈電阻就不會發生很大的變化。然而，在調光工作模式下設計變得復雜了，如果仍然把燈等效成純阻性負載，會產生相當大的偏差，因為在不同的調光等級，熒光燈所表現出的負阻特性是不同的。因此設計調光式電子鎮流器不能用簡單的電阻負載來等效燈。s8!ykt0d 2iI;z#Mco近年來，由于采用計算機輔助設計使電力電子裝置設計過程大大簡化，并且可以得到更多的電路工作信息。常用的仿真軟件有PSPICE、MATLAB等等，而在電力電子裝置的設計中以使用PSPICE居多。因此，建立熒光燈的PSPICE模型成為迫切需要解決的問題。照明工程師社區 | IL w(II!lc R4x6juR0O|QT2.2 熒光燈的建模0Sxkt V ,Az!w照明工程師社區 | IL G_*i1W#n!kR 熒光燈的建模主要有兩種方法，一種是物理建模，它是基于燈的物理放電現象，然而這種建模方法都要涉及較復雜的方程式和很多變量，不適合電路仿真;另一種是采用曲線擬和的方法，它是利用燈的V-I特性曲線建模，根據實驗結果用含有待定系數的曲線方程去近似，其中，有的用立方曲線方程，還有用指數曲線方程、拋物線曲線方程、甚至用線性方程去擬和。照明工程師社區 | IL 8DV l5I-|#cR Y!q2vUPSPICE模型可以是靜態模型也可以是動態模型。靜態模型需計算出在不同工作點時燈所表現的阻抗值,再進行分布仿真，通常這類模型建立起來比較簡單，但應用十分不便。動態模型需要在工作點變化時，把此時燈所呈現出來的阻抗值直接反映出來，包括它的啟動過程，這樣的模型通常稱之為調光模型，這種模型非常適用于調光式電子鎮流器的設計。圖1是一個熒光燈PSPICE動態模型1。它是基于指數曲線擬和而成的，此模型是針對32W-T8燈建立的。Wi:h.g 照明工程師社區 | IL ?&p;F ;Mo/C2S 照明工程師社區 | IL -aY fY L圖1 熒光燈PSPICE模型l4cy-G3Xz照明工程師社區 | IL x?1y,o*?t 2.3 調光方式N8o.(a照明工程師社區 | IL UH3X+Ml 調光是指調節傳遞到燈上的能量,從而改變燈功率。一個調光控制系統中一般通過控制四個參量達到調光目的，即照明工程師社區 | IL W1O,SQT e照明工程師社區 | IL bb9|0K5h 1)調頻照明工程師社區 | IL t?Y e7BPs&Z:V3Y5E8I2)調節占空比照明工程師社區 | IL G)gBS3z f%w1y照明工程師社區 | IL *dvH n4FJ9B 3)調節直流母線電壓1Ej.11z Q $gu N$c4)調節諧振阻抗值2。照明工程師社區 | IL 0w(W6:CSt照明工程師社區 | IL S4G7x(?*GzXR 頻率控制指的是改變開關頻率fs，使工作頻率遠離諧振網絡的自然諧振頻率而減少燈功率，此時保持占空比D恒定不變。占空比調制是指在fs恒定的情況下，改變開關的導通時間，導通時間的減少使傳遞到燈上的能量減少從而使燈上的功率減少。占空比調制范圍是從0變化到0.5，因此，限制了調光范圍。調節直流母線電壓指的是改變直流母線電壓的幅值，同時保持fs和D不變，這種控制方式只能用于雙級拓撲結構中。阻抗控制是指改變諧振網絡的Ls、Cr的參數值，這種控制方式實現起來較復雜。其中，采用調頻方式的電路結構較簡單，且容易控制，因此，實際應用最多。但它卻有著在整個調光范圍內，不易實現軟開關;在輕載時，器件應力很大;且硬開通和硬關斷使電磁騷擾問題嚴重等缺點。為了擴大調光范圍，則需擴大頻率變化范圍，而頻率范圍又受電磁元件、門極驅動電路所限制，燈電流近似與逆變器頻率成反比，因此設計電感等電磁元件時要考慮這方面的影響。照明工程師社區 | IL )Io0)r%AV t照明工程師社區 | IL /|&J/Gc5Xx;Z*I0HOara*O5hg2.4 模型的驗證13hj2u5Wg P1e (d8D8nc;C I-dTO;J圖2使用一個簡單電路驗證一下燈模型，拓撲僅由一個CLASS-D逆變器構成。參數為Ls=1.56mH，Cr=5.6nF，fs=45kHz，D=0.45。照明工程師社區 | IL Mjsl3cbyG Q-t5GI!Nz-$bf2J,qk X&B 圖2 CLASS D型逆變器電路拓撲照明工程師社區 | IL ,ew 7t+N#lQ5?:tCfOKO從圖3中可以明顯地看出，在整個調光范圍內燈電壓幾乎不變，燈電流隨著頻率的增加而逐漸降低。當fs接近75kHz時，燈電流急劇下降，繼續增大頻率，燈將會熄滅。由此說明此模型能夠很好地反映燈特性。lB,%Vgw:uZM-R 照明工程師社區 | IL R+P-Vg 照明工程師社區 | IL &h1JZ X g$f u(a) f=45kHz,D=0.45照明工程師社區 | IL y+W*OaV照明工程師社區 | IL X C8N+Z3B2TCHk 照明工程師社區 | IL 269A&uAZJ(b) f=70kHz,D=0.45H S*w(_C6a mK7H|1E)L*k$GlJ YP;d3R%t&Q7_u (c) f=75kHz,D=0.45dR9:lzh 圖3不同頻率下燈電壓、燈電流仿真波形照明工程師社區 | IL p4rUhj-CN8lGu Qfl!v7J3 設計與驗證照明工程師社區 | IL Z ix#n8a照明工程師社區 | IL 6Am7 w_GB 3.1 主電路拓撲照明工程師社區 | IL )f myc A*LC&S照明工程師社區 | IL *!|IJ+w 主電路拓撲結構如圖4所示。4_H a6M wV!e&U照明工程師社區 | IL tRH+fy7j 電子鎮流器的主電路由PFC電路和諧振電路兩部分組成。考慮到兩級結構的成本過高,因此將兩級中的功率開關管共用變成單級結構。圖4所示主電路拓撲就是將Buck-Boost型PFC電路與并聯