高性能電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)及其專用集成控制器
A High Performance Electronic Ballast and Its Special Integrated Controller
摘要:討論高性能電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)必需具備的電路結(jié)構(gòu)、功率因子校正電路的基本原理,介紹美國微線性公司(MicroLinearCorporation)的電子鎮(zhèn)流器專用集成控制器及其構(gòu)成的高性能電子鎮(zhèn)流器電路。
Abstract: Circuit structure essential for a high performance electronic ballast system, and fundamental circuits of power factor correction were discussed first. After that, a series of special electronic ballast integrated controllers of Micro Linear Corporation and a high performance electronic ballast system were described.
關(guān)鍵詞:電子鎮(zhèn)流器功率因子校正集成電路控制器
Keywords: Electronic ballast, Power factor correction, Integrated circuit controller
1引言
1997年10月1日,我國“綠色照明工程”正式啟動(dòng),這是照明技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)重大決策和舉措,必將對(duì)我國的能源、電光源和照明技術(shù),甚至環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。
據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委人士稱:我國將把采用電子鎮(zhèn)流器和緊湊型熒光燈組成的一體化節(jié)能燈取代白熾燈作為“綠色照明工程”的重要目標(biāo),“九五”期間,將推廣各種節(jié)能燈3億只以上,形成終端節(jié)電220億度的能力,相當(dāng)于節(jié)約電力建設(shè)資金(490~630)億元,扣除節(jié)電投入,實(shí)際可減少社會(huì)支出(300~400)億元。又據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部有關(guān)專家認(rèn)為,在相同光通量條件下,節(jié)能燈比白熾燈可節(jié)約電能80%,用于購買節(jié)能燈的費(fèi)用,在(8~10)個(gè)月的電費(fèi)節(jié)余中就可以收回。普通家庭和企事業(yè)單位、賓館飯店、商業(yè)系統(tǒng)等使用電子節(jié)能燈,比白熾燈更為合算。但是,目前在工頻下工作的老式電感鎮(zhèn)流器,普遍存在耗能高、效率低、體積大,需大量銅材等缺點(diǎn)。所以,國家已把高頻電子鎮(zhèn)流器取代傳統(tǒng)電感式鎮(zhèn)流器定為一項(xiàng)政策。目前,市場上出現(xiàn)了一些電子鎮(zhèn)流器,表1列出這些電子鎮(zhèn)流器的性能比較。按照國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC929和我國的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBK74012—90關(guān)于電子鎮(zhèn)流器在“正常情況下使用時(shí),應(yīng)使燈啟動(dòng),但不對(duì)燈性能造成損害”;“施加陰極預(yù)熱電壓的最短時(shí)間應(yīng)不少于0.4s”和“開路電壓的波峰系數(shù)不得超過1.8;在最低預(yù)熱期間,不得產(chǎn)生即使是極窄的、不影響有效值的電壓峰值”等規(guī)定,則表1中所列,除高檔電子鎮(zhèn)流器外,均屬不合格產(chǎn)品。特別要強(qiáng)調(diào)的是,早在1982年,國際電工委員會(huì)(IEC)就制定了名為“家用設(shè)備及類似電器設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)干擾的標(biāo)準(zhǔn)”,即IEC555-2標(biāo)準(zhǔn)。1987年,歐洲也制定了類似的EN60555-2標(biāo)準(zhǔn)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格限定了設(shè)備的功率因子必須接近1,而且還明確作出300W以上設(shè)備,自1992年起;300W以下設(shè)備,自1994年起,凡不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不準(zhǔn)銷售的規(guī)定。鑒于功率因子低造成的危害極大,強(qiáng)行貫徹電子設(shè)備和產(chǎn)品的功率因子必須接近1的規(guī)定非常重要,也非常必要,國內(nèi)現(xiàn)在雖尚無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),但可以確信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)是遲早的事。高性能電子鎮(zhèn)流器自然亦不例外。
表1低、中、高檔電子鎮(zhèn)流器簡要比較
性能 | 低檔 | 中檔 | 高檔 |
---|---|---|---|
網(wǎng)側(cè)功率因子 | 0.5~.7 | 0.9左右 | 0.9以上 |
三次諧波電流 | 60~80% | 約20% | <10% |
故障保護(hù)設(shè)置 | 無 | 少數(shù)有設(shè)置 | 有 |
燈管控制 | 不控制 | 少數(shù)考慮控制 | 燈絲預(yù)熱控制 |
電路結(jié)構(gòu) | 簡單 | 不太復(fù)雜 | 較復(fù)雜 |
我們認(rèn)為,高性能電子鎮(zhèn)流器應(yīng)該是既具有功率因子校正,同時(shí)兼?zhèn)錈艄軣艚z預(yù)熱、燈光調(diào)節(jié)和燈電路保護(hù)等功能,且完全符合IEC555-2及類似標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,為此,本文就高性能電子鎮(zhèn)流器必須具備的電路結(jié)構(gòu)和功率因子校正電路的基本原理作簡要討論,著重介紹美國微線性公司的電子鎮(zhèn)流器專用集成
控制器ML4831,ML4832,ML4833及由其構(gòu)成的高性能電子鎮(zhèn)流器電路。
2高性能電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)
電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中RFI和EMI濾波器將來自電網(wǎng)的傳導(dǎo)射頻干擾和電磁干擾濾除,同時(shí)阻礙鎮(zhèn)流器電路產(chǎn)生的傳導(dǎo)射頻及電磁干擾進(jìn)入電網(wǎng)。橋式整流電路將輸入交流變換成直流。功率因子校正電路則起改善輸入交流電流波形的作用,確保輸入電流正弦化并與輸入電壓同相位,實(shí)現(xiàn)功率因子接近或等于1。逆變電路完成直流高壓向高頻交流的變換,通過燈電路網(wǎng)絡(luò)將輸入功率最終傳輸給熒光燈管。燈網(wǎng)絡(luò)除了傳遞電功率之外,還將實(shí)施熒光燈燈絲的預(yù)熱、燈管工作狀態(tài)信號(hào)的取樣和反饋。燈工作狀態(tài)的反饋信號(hào)取自功率因子校正電路和調(diào)光信號(hào),經(jīng)控制電路處理得到正確的逆變電路中開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖。
圖1高性能電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)
2.1功率因子校正電路
系統(tǒng)的功率因子(PowerFactor,PF),定義為
PF=γcosφ1(1)
式中γ=I1/IRMS,是輸入電流的基波有效值與輸入總電流有效值之比,稱電流的失真因子(DistortionFactor,DF),φ1為基波電流與電壓的相移角。
如果系統(tǒng)的輸入電壓與電流無相移(即系統(tǒng)為純電阻性),且無任何諧波分量(即DF=1),該系統(tǒng)的PF必然等于1。遺憾的是,目前絕大多數(shù)電子設(shè)備與工頻電網(wǎng)相接的輸入整流濾波單元都采用不控二極管和大容量電解電容器組成,網(wǎng)側(cè)電流的瞬時(shí)值相當(dāng)高(一般約為IRMS的2倍~3倍),持續(xù)時(shí)間非常短(通常不超過4ms),呈嚴(yán)重非正弦化特征,故系統(tǒng)的PF遠(yuǎn)低于1。功率因子校正就是針對(duì)傳統(tǒng)不控整流電路的弊病,采取相應(yīng)的電路措施,在提高系統(tǒng)DF值的同時(shí),盡量減小輸入基波電流和電壓的相移,最終實(shí)現(xiàn)PF值等于1的目標(biāo)。圖2所示為電子鎮(zhèn)流器中常用的升壓型有源功率因子校正電路。控制電路以輸入電壓信號(hào)作基準(zhǔn),輸入電流和輸出電壓信號(hào)的乘積作調(diào)制源,得到正弦脈寬調(diào)制(SPWM)信號(hào)給升壓型DC/DC功率變換電路,以調(diào)節(jié)功率開關(guān)的通、斷時(shí)間比,最后獲得穩(wěn)定的直流高壓。升壓型功率變換電路中的功率開關(guān)器件,由于在控制電路輸出的SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)下高速通、斷,故可確保流經(jīng)與整流橋相串聯(lián)的電感中的電流波形為正弦波,且與輸入電壓同相,從而得到系統(tǒng)輸入電流的失真因子γ=1和φ1=0,即cosφ1=1,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率因子為1。
圖2電子鎮(zhèn)流器中的PFC電路
2.2逆變電路
逆變電路最主要的功能是將經(jīng)功率因子校正電路輸出的高壓直流變換為供熒光燈使用的高頻交流。圖3所示為電子鎮(zhèn)流器中最常用的電流饋送推挽零電壓開關(guān)(ZeroVoltageSwitching,ZVS)諧振逆變電路及其相關(guān)波形。圖中功率MOSFET推挽管(V1和V2)在占空比為50%的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)下交替地通、斷,并在功率變壓器初級(jí)電感和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路中電流過零時(shí)換向,實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS),對(duì)高壓直流實(shí)行斬波。零電壓開關(guān)能消除與MOSFET管的輸出電容和寄生電容充電相關(guān)的開關(guān)損耗,而且柵極驅(qū)動(dòng)電荷最小,有利于減少柵極的損耗。圖3右側(cè)所示為功率變壓器初級(jí)所呈現(xiàn)的電壓和流過的電流波形。由于功率變壓器次級(jí)耦合得到的高頻交流是直接饋送至燈路網(wǎng)絡(luò)的,故燈電流(即功率變壓器次級(jí)電流)與逆變電路的輸出電流(即功率變壓器初級(jí)電流)不存在相移??紤]到燈網(wǎng)絡(luò)的總阻抗在高頻時(shí)會(huì)減小,以及熒光燈自身的負(fù)阻特性,可以發(fā)現(xiàn)隨著燈電流的減?。ㄏ喈?dāng)于燈的光強(qiáng)減弱),逆變電路的
圖3電流饋送推挽ZVS諧振逆變電路及相關(guān)波形
輸出電流將會(huì)增加。
2.3燈電路網(wǎng)絡(luò)
燈電路網(wǎng)絡(luò)除須將逆變電路輸出的高頻交流功率輸送給燈管,完成電-光的高效轉(zhuǎn)換外,還包括諸如燈絲預(yù)熱、燈電流檢測反饋以及整個(gè)電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)的輔助供電源等功能。圖4為實(shí)用雙燈管燈電路網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例。圖中功率變壓器T初級(jí)接逆變電路,通過電容直接向燈管輸送燈正常發(fā)光所需的燈電流,次級(jí)繞組則向燈管提供預(yù)熱和維持工作的燈絲電流。電流互感器TA執(zhí)行對(duì)燈電流的檢測和傳感,通過燈電流的變化隨時(shí)將有關(guān)燈工作情況的信號(hào)送往控制電路??刂齐娐房筛鶕?jù)燈電流的大?。ㄉ踔涟艄苊撨B和斷路),判斷燈的發(fā)光強(qiáng)弱,然后向逆變電路發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)。
圖4燈電路網(wǎng)絡(luò)示例
2.4控制電路
高性能電子鎮(zhèn)流器專用的控制電路應(yīng)該具有包括功率因子校正、燈光調(diào)節(jié)、開燈預(yù)熱、燈管斷路警報(bào)、燈再起動(dòng)程序調(diào)控等一系列功能。目前,國內(nèi)外器件市場上出現(xiàn)的一些供電子鎮(zhèn)流器用的集成電路控制器,基本上多是以PFC控制為主,適當(dāng)添加燈路控制功能,或通過外部電路實(shí)施燈路控制的產(chǎn)品。相關(guān)產(chǎn)品列于表2,以供參考。值得強(qiáng)調(diào)的是,表2所列產(chǎn)品中,真正稱得上高性能電子鎮(zhèn)流器專用的集成控制器只有美國微線性公司的ML4830/31/32/33系列產(chǎn)品。
3ML4830系列高性能電子鎮(zhèn)流器專用集成控制器
表2電子鎮(zhèn)流器用集成電路控制器產(chǎn)品簡表
制造廠家 | 型號(hào) | 工作模式 | 備注 |
---|---|---|---|
MicroLinear | ML4830ML4831ML4832ML4833 | 平均電流型,升壓式峰值電流型,升壓式平均電流型,升壓式峰值電流型,升壓式 | 可調(diào)預(yù)熱,燈電流可控 |
Motorola | MC34261MC34262 | 峰值電流型,升壓式峰值電流型,升壓式 | |
Unitrode | UC3871 | ZVS推挽驅(qū)動(dòng),降壓式 | 燈開路檢測 |
Siemens | TDA4816TDA4817 | 連續(xù)電流,升壓式不連續(xù)電流,升壓式 | 有起動(dòng)、停止電路單環(huán)控制 |
SiliconGeneral | SG3561 | 電壓型,升壓式 | |
韓國三星 | KA7514KA7524 | 峰值電流,升壓式 |
ML4830/31/32/33是美國微線性公司專為高性能電子鎮(zhèn)流器開發(fā)的集成電路控制器。第一代產(chǎn)品ML4930已淘汰;第二代產(chǎn)品ML4831系采用雙極型集成電路工藝制造;第三代產(chǎn)品ML4832采用Bicmos工藝替代原先的雙極型工藝,電路偏置電流大大減小,自耗顯著降低;第四代產(chǎn)品ML4833不僅采用Bicmos工藝,內(nèi)部結(jié)構(gòu)亦有重大改進(jìn),故功能增強(qiáng),性能更好。這些器件盡管都可采用圖5功能框圖,實(shí)際上ML4831和ML4832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及ML4833的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖6及圖7所示。
圖5ML4831/32/33功能框圖
圖6ML4831/32內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
圖7ML4833內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
3.1ML4831/32功能簡介
ML4831/32均為由平均電流控制的連續(xù)電流型升壓式功率因子校正級(jí)組成,具有多種鎮(zhèn)流控制環(huán)節(jié)的電子鎮(zhèn)流器專用控制電路。燈管起輝和再起動(dòng)定時(shí)能通過選用外電路元件實(shí)現(xiàn),從而可對(duì)不同類型的燈管進(jìn)行寬范圍的控制。鎮(zhèn)流環(huán)節(jié)采用調(diào)頻和調(diào)節(jié)壓控振蕩器頻率范圍的附加可編程方法,對(duì)燈功率控制,故適應(yīng)各種類型的輸出網(wǎng)絡(luò)。
ML4831/32中的增益調(diào)制器對(duì)大功率開關(guān)器件切換造成的干擾有很強(qiáng)的抗擾能力。如圖6所示,增益調(diào)制器的輸出將作為電流誤差放大器的基準(zhǔn)出現(xiàn)在放大器的反相輸入端,數(shù)值為
式中:Isine是取自交流輸入的電流;UEA為誤差放大器的輸出(管腳1)。增益調(diào)制器的輸出限為1V。PFC控制環(huán)節(jié)中的PWM調(diào)整器將通過管腳4傳感電阻上產(chǎn)生的負(fù)電壓,對(duì)由乘法器輸出產(chǎn)生的正電壓進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)通過每周限流對(duì)功率MOSFET實(shí)施防高速電流瞬態(tài)的保護(hù)。一旦管腳4的電壓低于1V,PWM周期便馬上終止。
ML4831/32的過壓保護(hù)(OVP)端(管腳18)用于當(dāng)燈管突然脫開時(shí)保護(hù)功率電路免受高壓傷害。利用分壓電阻直接掛到高壓直流總線的方式可對(duì)OVP的起跳點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。只要管腳18的電壓超過2.75V,功率因子校正(PFC)晶體管將被截止,鎮(zhèn)流環(huán)節(jié)的工作仍可繼續(xù)。OVP的閾值應(yīng)設(shè)定在功率器件能安全工作,但又不太低以致影響升壓型功率變換環(huán)節(jié)工作的數(shù)值上。器件內(nèi)部的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器執(zhí)行PFC的電壓反饋、電流傳感和環(huán)流放大三方面工作。該跨導(dǎo)放大器按具有小信號(hào)正向跨導(dǎo)比較低的特性設(shè)計(jì),以使在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中可采用大阻值電阻作負(fù)載及小容量(<1μ F) 陶 瓷 電 容 作 交 流 耦 合 。 補(bǔ) 償 網(wǎng) 絡(luò) 可 采 用 圖 8形 式 , 分 別 在 頻 率 fz和 fP處 引 入 一 個(gè) 零 點(diǎn) 和 極 點(diǎn) :
fZ=1/2πR1C1
fP=1/2πR1C2
注意到直流至“地”的通路及跨導(dǎo)放大器輸出處都可能產(chǎn)生失調(diào),反映到輸入端的失調(diào)誤差電壓數(shù)值則由uos=iO/gm確定。圖8中的電容C1就是用于阻斷直流,使失調(diào)的不利影響減至最小。
ML4831/32中所有的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器均組合有壓擺率(SlewRate)增強(qiáng)功能,以改善電路加電和瞬態(tài)響應(yīng)條件下的恢復(fù),因?yàn)榭鐚?dǎo)放大器從小跨導(dǎo)狀態(tài)改變到大跨導(dǎo)狀態(tài)時(shí),對(duì)大信號(hào)的響應(yīng)基本上是非線性的。
ML4831/32是通過對(duì)鎮(zhèn)流電路逆變部分的功率開關(guān)管非重疊導(dǎo)通進(jìn)行頻率調(diào)制實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的輸出功率控制的。也就是說,在振蕩定時(shí)電容CT放電期間,兩只鎮(zhèn)流功率管的輸出都為低電平,參見圖9。器件中壓控振蕩器(VCO)的頻率范圍受LFB放大器的輸出(管腳6)控制。隨著燈電流減小,管腳6的電壓上升,致使CT充電電流下降,從而造成振蕩器振蕩頻率變低。因?yàn)殒?zhèn)流輸出網(wǎng)絡(luò)衰減高頻,故饋送給燈的功率便相應(yīng)增加。一般,振蕩器的頻率可按下式計(jì)算:
fosc=1/(tchg+tdis)(2)式中
式中UTH及UTL見圖9(b)。
假定充電電流大于放電電流,顯然充電電流Ichg=0時(shí),振蕩頻率(最低)
fosc=1/(0.51×RTCT)
注意,充電電流為零的情況發(fā)生在LFBOUT(管腳6)為高電平時(shí)。
通常,充電電流隨送入振蕩器的兩個(gè)輸入而變:
其一是預(yù)熱定時(shí)器的輸出,其二是燈反饋放大器的輸出(管腳6)。在預(yù)熱階段,充電電流固定在
Ichg(preheat)=2.5/Rset(3)
的數(shù)值上。正常工作階段,充電電流隨管腳6的電壓從0到UOH的變化而變。管腳6的電壓為零時(shí),振蕩器頻率最低,燈的功率最大。放電電流遠(yuǎn)大于流過定時(shí)電阻RT的電流,如取放電電流為5mA時(shí),放電時(shí)間tdis≈490×CT。
圖8跨導(dǎo)放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
ML4831/32內(nèi)部還包含一個(gè)將UCC電壓限定在13.5V的并聯(lián)調(diào)整器。當(dāng)UCC比13.5V低0.7V時(shí),器件的靜態(tài)電流將小于1.7mA,輸出便被截止,從而使器件可直接利用掛接到整流AC總線上的電阻來起動(dòng)。
另外,因?yàn)镸L4831/32內(nèi)部含有溫度傳感功能,故只要器件結(jié)溫超過120℃便立即停止鎮(zhèn)流器工作。為了更好發(fā)揮內(nèi)部傳感功能而不使用外部傳感器,必須在鎮(zhèn)流器的電路板上仔細(xì)確定ML4831/32的位置,以確保器件能正確傳遞鎮(zhèn)流器的工作溫度。ML4831/32的芯片溫度通??捎孟率絹砉浪悖?/P>
(a)(b)
圖9振蕩器和定時(shí)波形
Tj=65TA/PD(℃/W)(4)
值得注意的是,充分合理地用好器件內(nèi)部的傳感功能,對(duì)降低鎮(zhèn)流器的總成本很有用。
按照既確保燈的壽命最長,又使鎮(zhèn)流器發(fā)熱最小的原則,ML4831/32專門設(shè)計(jì)了器件的起動(dòng)方案。見圖10(a),即包含燈絲預(yù)熱、燈突然脫斷在內(nèi)的起動(dòng)方案。鎮(zhèn)流器加電時(shí),CX上的電壓由初始為0.7V,上升到3.4V的時(shí)間即燈絲的預(yù)熱時(shí)間。在此期間,振蕩器的充電電流Ichg=2.5/Rset,振蕩器產(chǎn)生很高的頻率,但不產(chǎn)生足以使燈起輝的電壓。燈絲預(yù)熱后,逆變電路的頻率跌到最低,同時(shí)產(chǎn)生高壓使燈點(diǎn)燃起輝。如果在燈應(yīng)該點(diǎn)燃起輝的時(shí)候逆變電路的電壓沒有跳變,則進(jìn)入管腳9的燈反饋電壓將升高至Uref以上,CX充電電流將被旁路,逆變電路停止工作,直到CX通過RX放電降到1.2V閾值。按這種方式停止逆變電路工作,可以避免燈起輝失敗或者脫離插座時(shí)逆變電路產(chǎn)生過熱。一般,選擇大阻值RX使這段時(shí)間適當(dāng)長些為好。當(dāng)CX達(dá)到6.8V閾值時(shí),振蕩器將關(guān)閉LFBOUT,因此燈將被驅(qū)動(dòng)至滿功率,隨后進(jìn)行調(diào)光,CX管腳的電位被箝位在約7.5V處。整個(gè)過程如圖10(b)波形所示。
(a)(b)
圖10燈起動(dòng)預(yù)熱和中斷定時(shí)方案及其波形
3.2ML4833內(nèi)部功能的改善
ML4833是ML4831/32的改進(jìn)型,除兼有上述ML4831/32的全部功能外,最突出的改善在功率因子校正部分。ML4833的功率因子校正部分為峰值電流傳感的升壓型PFC控制電路,這種形式的電路只需要電壓環(huán)補(bǔ)償,比之ML4831/32采用平均電流控制方式的電路更簡單。它由電壓誤差放大器、無須補(bǔ)償?shù)碾娏鱾鞲蟹糯笃?、積分器、比較器及邏輯控制電路組成。在升壓型功率變換部分,功率因子的校正通過電流傳感電阻輸出傳感電壓和流過的電流,利用對(duì)誤差放大器的積分電壓信號(hào)和Rsense兩端電壓的比較實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié),占空比的控制定時(shí)如圖11所示。考慮到微線性公司的所有高性能電子鎮(zhèn)流器集成控制芯片均采用18腳DIP或SOIC封裝,器件結(jié)構(gòu)的改善必將帶來內(nèi)部功能框架和外部管腳功能的變化,為了簡潔說明上述3種器件的差異,特在表3中給出它們的管腳功能僅供參考。
4ML4833構(gòu)建的高性能電子鎮(zhèn)流器
圖12所示為采用ML4833構(gòu)建的高性能電子鎮(zhèn)流器的完整電路圖。該電路系典型的AC/DC/AC結(jié)構(gòu):輸入端增加了RFI抑制濾波電路,前級(jí)由AC/DC組成升壓型有源功率因子校正電路,后級(jí)DC/AC則為高頻逆變電路,通過T5,VD11,R23和控制芯片的管腳8構(gòu)成閉環(huán),使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)電路可達(dá)
圖11ML4833的PFC環(huán)節(jié)和占空比控制
表3ML4831/32/33管腳功能
管腳 | ML4831 | ML4832 | ML4833 |
---|---|---|---|
1 | EAOUT:功率因子校正誤差放大器輸出與補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) | EAOUT:功率因子校正誤差放大器輸出與補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) | PEAO:功率因子校正誤差放大器輸出與補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) |
2 | IAOUT:功率因子校正平均電流跨導(dǎo)放大器的輸出與補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) | IAOUT:功率因子校正平均電流跨導(dǎo)放大器的輸出與補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) | PIFB:電感電流傳感與功率因子校正每周期限流比較器的峰電流傳感點(diǎn) |
3 | I(SINE):功率因子校正增益調(diào)制器輸入 | I(SINE):功率因子校正增益調(diào)制器輸入 | PDWN:閾值為1V的比較器,超過該值,工作頻率將切換到預(yù)熱頻率 |
4 | IA+:功率因子校正平均電流跨導(dǎo)放大器同相輸入與功率因子校正每周期限流比較器的峰電流傳感點(diǎn) | IA+:功率因子校正平均電流跨導(dǎo)放大器同相輸入與功率因子校正每周期限流比較器的峰電流傳感點(diǎn) | LAMPF.B.:用于傳感(或調(diào)節(jié))燈弧光電流的誤差放大器反相輸入端,也是調(diào)光控制的輸入節(jié)點(diǎn) |
5 | LAMPF.B.:用于傳感(或調(diào)節(jié))燈弧光電流的誤差放大器反相輸入端,也是調(diào)光控制的輸入節(jié)點(diǎn) | LAMPF.B.:用于傳感(或調(diào)節(jié))燈弧光電流的誤差放大器反相輸入端,也是調(diào)光控制的輸入節(jié)點(diǎn) | LFBOUT:用于燈弧光電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)臒綦娏髡`差跨導(dǎo)放大器的輸出 |
6 | LFBOUT:用于燈弧光電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)臒綦娏髡`差跨導(dǎo)放大器的輸出 | LFBOUT:用于燈弧光電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)臒綦娏髡`差跨導(dǎo)放大器的輸出 | RSET:設(shè)定最大振蕩器頻率fmax和R(X)/C(X)充電電流的外接電阻 |
7 | R(SET):設(shè)定最大振蕩器頻率fmax和R(X)/C(X)充電電流的外接電阻 | R(SET):設(shè)定最大振蕩器頻率fmax和R(X)/C(X)充電電流的外接電阻 | RT/CT:振蕩器定時(shí)元件 |
8 | R(T)C(T):振蕩器定時(shí)元件 | R(T)C(T):振蕩器定時(shí)元件 | INTERRUPT:用作燈脫連及重新起動(dòng)的輸入,電壓小于1.25V對(duì)芯片重新設(shè)定并在經(jīng)過可調(diào)的時(shí)間間隔后產(chǎn)生重新起動(dòng) |
9 | INTERRUPT:用作燈脫連及重新起動(dòng)的輸入,電壓大于7.5V重新對(duì)控制芯片設(shè)定并在經(jīng)過可調(diào)的時(shí)間間隔后產(chǎn)生重新起動(dòng) | INTERRUPT:用作燈脫連及重新起動(dòng)的輸入,電壓大于7.5V重新對(duì)控制芯片設(shè)定并在經(jīng)過可調(diào)的時(shí)間間隔后產(chǎn)生重新起動(dòng) | RX/CX:設(shè)定預(yù)熱、調(diào)光結(jié)束和突變時(shí)間 |
10 | R(X)/C(X):設(shè)定預(yù)熱、調(diào)光結(jié)束和突變時(shí)間 | R(X)/C(X):設(shè)定預(yù)熱、調(diào)光結(jié)束和突變時(shí)間 | CRAMP:誤差放大器輸出的積分電壓 |
11 | GND:接地端 | GND:接地端 | GND:接地端 |
12 | PGND:IC的功率“地” | PGND:IC的功率“地” | PGND:IC的功率“地” |
13 | OUTB:鎮(zhèn)流MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 | OUTB:鎮(zhèn)流MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 | OUTB:鎮(zhèn)流MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 |
14 | OUTA:鎮(zhèn)流MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 | OUTA:鎮(zhèn)流MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 | OUTA:鎮(zhèn)流MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 |
15 | PFCOUT:功率因子MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 | PFCOUT:功率因子MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 | PFCOUT:功率因子MOS管驅(qū)動(dòng)輸出 |
16 | UCC:集成控制電路的正電源 | UCC:集成控制電路的正電源 | UCC:集成控制電路的正電源 |
17 | Uref:7.5V基準(zhǔn)電壓緩沖輸出 | Uref:7.5V基準(zhǔn)電壓緩沖輸出 | Uref:7.5V基準(zhǔn)電壓緩沖輸出 |
18 | EA-/OVP:功率因子校正誤差放大器的反相輸入及過壓保護(hù)比較器輸入 | EA-/OVP:功率因子校正誤差放大器的反相輸入及過壓保護(hù)比較器輸入 | EA-/OVP:功率因子校正誤差放大器的反相輸入及過壓保護(hù)比較器輸入 |
圖12采用ML4833的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路
表4幾種磁心的特性參數(shù)
#8:18240cm,0.02061mΩ/cm;#723000cm,0.01634mΩ/cm。
表4指標(biāo)。
表4ML4833構(gòu)建的高性能電子鎮(zhèn)流器的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)
三管鎮(zhèn)流器 | 二管鎮(zhèn)流器 | 單管鎮(zhèn)流器 | |
---|---|---|---|
輸入電壓/VAC | 220 | ||
輸入電流/A | 0.46 | 0.32 | 0.16 |
輸入功率/W | 98 | 66 | 33 |
工作頻率/kHz | 33.8 | ||
功率因數(shù) | >97.5% | ||
效率 | >85% | ||
燈管電源波峰系數(shù) | <1.70 | ||
總諧波失真(THD) | |||
起動(dòng)時(shí)間/ms | |||
工作電壓范圍/V | 160~260 | ||
最低起動(dòng)溫度/℃ | 0 | ||
燈管連接方式 | 串聯(lián)或并聯(lián)均可 |
5結(jié)論
鑒于目前市場上低檔電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品,質(zhì)量低劣、可靠性差、失效率高,而且參數(shù)與日光燈管不匹配,影響燈管的發(fā)光效率和使用壽命,電路輸出的高次諧波含量高,對(duì)電網(wǎng)干擾大等缺點(diǎn),高性能電子鎮(zhèn)流器的開發(fā)研制,無論從社會(huì)效益,還是經(jīng)濟(jì)效益方面看,都是一項(xiàng)非常迫切的任務(wù)。另外,高性能電子鎮(zhèn)流器的價(jià)格盡管高于老式電感型鎮(zhèn)流器,但考慮電費(fèi)上漲及元器件價(jià)格下降等因素,從長期節(jié)電的費(fèi)用上考慮還是能得到明顯補(bǔ)償?shù)?,所以高性能電子?zhèn)流器的發(fā)展前景仍然看好。特別是隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,無論建筑、街道、居室的照明和美化都離不開新光源的裝飾,各種現(xiàn)代光源專用鎮(zhèn)流器的開發(fā)研制必將形成熱點(diǎn)。本文介紹的美國微線性公司ML4831/32/33高性能電子鎮(zhèn)流器專用集成控制器,希望能對(duì)我國高性能電子鎮(zhèn)流器及現(xiàn)代光源專用鎮(zhèn)流器的開發(fā)研制起到借鑒和促進(jìn)的作用。
參考文獻(xiàn)
1 Micro Linear Corporation .Electronic Ballast Controller ML4831.
Micro Linear 1997 Databook, 1997: 9- 17 ~ 9- 30
2 Micro Linear Corporation.Electronic Ballast Controller ML4832.
Micro Linear 1997 Databook, 1997: 9- 31~ 9- 44
3 Micro Linear Corporation.Electronic Ballast Controller ML4833. Micro Linear 1997 Databook, 1997: 9- 45 ~ 9- 56
4 Kit Sum K and LoCascio Jim. Power Conversion Efficiencies for Miniature Fluorescent Lamp. Micro Linear Applications Handbook, Application 26, 180~ 185
評(píng)論
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