單級高功率因數調光式熒光燈電子鎮流器設計 摘要: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。 關鍵詞:調光;電子鎮流器;功率因數校正 Design of a High Power Factor Electronic Dimming Ballast LI Yan, ZHENG Ying-nan Abstract:A electronic dimming ballast design method is presented,based on this method,a kind of high power factor single-stage electronic dimming ballast is carried out.A fluorescent lamp PSPICE model is utilized for the electronic ballast simulation to verify the validity of the design,and the effect of dimming is good.? Keywords:Dimming; Electronic ballast; PFC? 中圖分類號:TN86? 文獻標識碼:A??? 文章編號:0219-2713(2003)04-0160-04
1? 引言 ??? 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。 ??? 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。 2? 設計要點 2.1? 概述 ??? 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%。 ??? 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。 ??? 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。 2.2? 熒光燈的建模 ??? 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。 ??? PSPICE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。
圖1? 熒 光 燈PSPICE模 型 2.3? 調光方式 ??? 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 ??? 1)調頻 ??? 2)調節占空比 ??? 3)調節直流母線電壓 ??? 4)調節諧振阻抗值[2]。 ??? 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。 2.4? 模型的驗證 ??? 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。
圖2? CLASS? D型 逆 變 器 電 路 拓 撲 ??? 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。
(a)? f=45kHz,D=0.45
(b)? f=70kHz,D=0.45
(c)? f=75kHz,D=0.45 圖3不 同 頻 率 下 燈 電 壓 、 燈 電 流 仿 真 波 形 3? 設計與驗證 3.1? 主電路拓撲 ??? 主電路拓撲結構如圖4所示。 ??? 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電路與并聯負載串聯諧振電路合成在一起,燈模型采用前面所提到的模型。
圖4? 調 光 式 熒 光 燈 電 子 鎮 流 器 主 電 路 拓 撲 3.2? 理論設計 ??? 對于上述拓撲,功率因數校正級電感Lo是和頻率有關的量,那么調光時,隨著頻率的升高,電感電流可能要連續,這樣會影響功率因數校正的效果,燈上電壓、電流也會發生畸變,從而限制了調光范圍。因此,它的參數選擇至關重要[3]。首先,由于電感電流工作于DCM狀態,電感電流的峰值iin(peak)(t)正比于線電壓,所以它在半個工頻周期(T/2)內為 ????? iin(peak)(t)=???? (1) ?????? (0?t? ?) 式中:VI為電網電壓的幅值; ??????????? ω(=2π/T)為電網電壓的角頻率; ????? fs為開關頻率,它大大高于電網電壓頻率; ?????? D為開關的占空比。 ??? 而電感電流的平均值iin(m)(t)為 ????? iin(m)(t)==?? (2) ??? 從上式可以看出電感電流的峰值是呈正弦變化的,因此能實現功率因數校正。假設Buck-Boost變換器的效率是100%,功率因數是“1”,一個工頻周期內輸入功率因數校正級的平均功率為Pi為 ????? Pi===??? (3) ????? 式(3)表明輸入功率Pi在Lo恒定的情況下可以通過改變占空比和頻率來控制,如果輸入功率等于燈驅動級的功率,電壓Vco能夠保持恒定。相反,如果輸入功率大于燈吸收的功率,則Vco將無限制地增長,造成器件損壞。 ??? 所以,應盡量使兩者相等,而輸出到燈上的功率Po為 ???????? Po=????? (4) 式中:Vo為燈管兩端電壓; ????? Rlamp為燈管等效電阻。 ??? 為了保證電感電流工作在DCM狀態,占空比D必須滿足以下條件 ?????? ?D?? (5) ??????? Lo=???? (6) 式中:Pof1,Df1,fsf1分別表示滿載時輸出功率,占空比和開關頻率。保證了整個調光范圍內電感電流斷續,即功率因數始終為“1”。 ??? 選擇開關頻率fs為45kHz,為了給DCM工作狀態留一個裕量,選擇D=0.45。功率因數校正極電感Lo=3.37mH。并聯負載串聯諧振網絡參數采用基波近似法得到,參數如下:Cs=1μF,Ls=1.41mH,Cr=5.6nF,模型依然采用前面提及的燈模型。調頻調光時直流母線電壓、燈電壓、燈電流波形如圖5所示。
(a)? f=45kHz,D=0.45
(b)? f=75kHz,D=0.45 圖5? 提出的單級電子鎮流器不同頻率下直流母線電壓、燈電壓、燈電流仿真波形 ??? 由圖5的仿真波形可以看出,所提出的電路拓撲及參數能夠達到設計要求。當頻率從45kHz提高到75kHz時,燈功率可以從140%(46W)下降到1%(0.29W)。因此,設計的電路調光范圍很寬,調光范圍是一項非常重要的性能指標。 ??? 調光電子鎮流器的頻率與功率之間的關系如圖6所示。當fs=75kHz時輸入電流依然能夠跟隨輸入電壓,達到功率因數為“1”。其波形如圖7所示。
圖6? 32W熒 光 燈 調 頻 法 調 光 曲 線
圖7? 輸 入 電 壓 電 流 波 形 4? 結語 ??? 應用熒光燈PSPICE動態模型可以方便地設計出一個可調光的電子鎮流器,設計者可以采用更少的假設做更深入的研究。對所選拓撲其調光范圍可達到滿功率的1%,調光范圍較寬,其功率因數達到“1”,波峰因數在整個調光范圍內始終小于1.7。 參考文獻 [1]? Naoki Onish,Tsutomu Shiomi.A fluorescent lamp model for high frequency wide range dimming electronic ballast simulation[C].IEEE PESC Record-IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference 1999:1001- 1005. [2]? S.Y.Ron Hui,Leung Ming Lee,Henry Shu-Hung Chuing,Y.K.Ho.An electronic ballast with wide dimming range, high PF, and low EMI[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2001,16(4):465- 472. [3]? E.Deng,S.Cuk.Single-stage,high power factor,lamp ballast[C].IEEEE APEC Record- IEEE 1994:441- 449. |
單級高功率因數調光式熒光燈電子鎮流器設計
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熒光燈電子鎮流器電路設計
L6585D是sT公司推出集PFC與半橋鎮流器控制器于一身的組合IC。文中介紹了L6585D的結構與特點.給出了基于L6585D的熒光燈電子鎮流器的電路原理與設計方法。關鍵詞:L5685D;PFC
2010-04-12 08:25:3453
新型的調光電子鎮流器
新型的調光電子鎮流器
介紹了一種新型的熒光燈調光控制方式,即通過不對稱占空比調制的方式控制熒光燈的輸出功率。首先,基于功率關系的熒光燈模型,通過基波近似
2010-04-12 18:01:5180
電荷泵式功率因數校正電子鎮流器
電荷泵功率因數校正(CPPFC)電子鎮流器由于其良好的功率因數校正性能越來越受到人們的關注。以幾種帶電荷泵功率因數校正器的電子鎮流器為例子,介紹了電荷泵功率因數校正
2010-05-08 08:44:3954
基于單片機實現的有源功率因數校正
摘要:本文給出了一種基于單片機AT90PWM2B的BOOST升壓型臨界電流模式有源功率因數校正的實現方法。在70W可調光熒光燈電子鎮流器上的實用結果驗證了該方法的可行性和有效性。該方
2010-09-11 10:55:3470
具有功率因數校正、控制和保護功能的熒光燈鎮流器集成電路
熒光燈鎮流器設計正在向全電子化照明系統轉化。與五年前的器件相比,日益成熟的電子鎮流器技術正以更低的系統成本提供更好的性能。其中,IR2166和IR2167便是最新一代電子鎮
2006-03-11 12:56:45736
電子鎮流器功率因素校正電路APFC的分析
電子鎮流器功率因素校正電路APFC的分析
摘要 針對熒光燈電子鎮流器和高壓鈉燈電子鎮流器中功率因數校正技術的發展,總結了典型的有源功率因數
2007-11-08 10:13:521816
熒光燈電子鎮流器電路圖
熒光燈電子鎮流器電路圖:電子鎮流器具有體積小、重量輕、適應電源電壓</a>范圍寬、啟動快、不閃爍、效率高等優點,因而得到廣泛應用。市電經整流后
2008-01-31 09:19:472500
熒光燈電子鎮流器的電路分析
熒光燈電子鎮流器
摘要:介紹了一個基于自激式半橋驅動器IR2135的熒光燈電子鎮流器電路,著重介紹了燈絲預熱和啟動保護等單元電路的
2008-06-18 22:26:033155
一種高功率因數可調光雙管熒光燈電子鎮流器
該文介紹了采用杭州某公司功率因數控制器SA7527 和可調光半橋鎮流器控制器SA3078 的高性能雙管熒光燈(32W×2/36 W×2)電子鎮流器電路及其
2009-02-08 10:33:151878
電子鎮流器式熒光燈電路圖-原理圖
電子鎮流器式熒光燈 熒光燈電子鎮流器問世于八十年代初,由荷蘭飛利浦公司首先研制成功。由于它與傳統的電感式鎮流器相比,特別在電性能
2009-05-12 23:54:435468
基于半橋驅動器IR2153的熒光燈電子鎮流器
基于半橋驅動器IR2153的熒光燈電子鎮流器
摘要:介紹了一個基于自激式半橋驅動器IR2135的熒光燈電子鎮流器電路,著重介紹了燈絲預熱和啟動保護等單元電路的構成
2009-07-04 11:21:245960
用ML4835設計室內可調光小型熒光燈電子鎮流器
用ML4835設計室內可調光小型熒光燈電子鎮流器
本文詳敘了一種低損耗的建筑用可調光鎮流器的設計,它采用ML4835電子鎮流控
2009-07-10 09:57:011420
電子鎮流器對熒光燈性能的影響
電子鎮流器對熒光燈性能的影響
Electronic Ballast(EB) Effect on Performances of Fluorescent Lamp(FL)
遼寧工學院陳永真曹永剛郭濤王智(錦州121001)摘要:提出
2009-07-11 09:23:251890
單級高功率因數調光式熒光燈電子鎮流器設計
單級高功率因數調光式熒光燈電子鎮流器設計
摘要: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
2009-07-29 12:22:09814
電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用 (IR2166/I
電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用
IR2166/IR2167是集功率因數校正器(PFC)、鎮流器和半橋驅動器為一體的新型電子鎮流器驅動電路。內部的
2009-10-09 09:36:011827
用FMS7401型功率控制器設計的數字調光熒光燈鎮流器
用FMS7401型功率控制器設計的數字調光熒光燈鎮流器
為了控制預熱時間、最低與最高驅動頻率及正常工作頻率等各種參數,模擬電子鎮流器的控制器外
2009-12-14 14:06:391309
采用IR21592的調光電子鎮流器的原理與設計
采用IR21592的調光電子鎮流器的原理與設計
概述:介紹IR21592型調光鎮流器控制器的特點,詳細闡述基于IR21592的36 W熒光燈調
2010-03-07 13:08:322502
電子鎮流器式熒光燈,電子鎮流器式熒光燈原理
電子鎮流器式熒光燈,電子鎮流器式熒光燈原理
電子鎮流器式熒光燈 熒光燈電子鎮流器問世于八十年代初,由荷蘭飛利浦公
2010-03-08 10:37:502358
電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用
電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用
傳統的磁性鎮流器使用工作于60Hz的鐵芯電磁元件.工作時會產生閃爍和可聞噪聲。磁性鎮流
2010-03-10 16:40:471222
熒光燈電子鎮流器的選擇因素
目前,室內照明光源以熒光燈為主;點燈有電感鎮流器和電子鎮流器兩種方式。 以下分別將高性能電子鎮流器與電感鎮流器及普通電子鎮流器使用情況做一全面比較:
2011-02-12 17:57:2857
電子高效節能熒光燈制作實例總匯
本書主要介紹了電子高效節能熒光燈照明燈具的原理、制作及維修使用資料,內容包括:電感鎮流器熒光燈,電感鎮流器熒光燈 電子節能熒光燈等的產品介紹 本書可供廣大用戶,維修
2011-04-01 15:27:34164
熒光燈與電子鎮流器配套使用問題
電子鎮流器與 熒光燈 配套使用在國內市場已占有相當比重。尤其是與緊湊型熒光燈的配套比例更大,這是由于 電子鎮流器 比傳統的電感鎮流器耗電省、體積小、重量輕、燈易啟動等諸
2011-08-08 17:57:20208
調光式熒光燈電子鎮流器的設計方案
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
2011-09-23 15:58:5153
低成本緊湊型熒光燈鎮流器設計
由于功率電平較低,集成緊湊型熒光燈(CFL)鎮流器通常不需要進行功率因數校正(PFC)。然而,隨著這款具有節能優勢的產品的市場需求日益旺盛,在不久的將來,功率因數校正將很有可能
2012-02-07 10:49:103243
熒光燈電子鎮流器接法
在這個LED發展的年代,很多家庭依然使用鎮流器式的熒光燈,下面就介紹一下熒光燈電子鎮流器的接法。(這次介紹的是EB-C 228 TL5 II式一拖二鎮流器),自己動手也能接。為了安全起見,在熒光燈
2017-11-03 17:24:2133662
高功率因數導致替換T8熒光燈使用AL9910高壓LED控制器
電子發燒友網站提供《高功率因數導致替換T8熒光燈使用AL9910高壓LED控制器.pdf》資料免費下載
2023-07-25 16:15:220
電子鎮流器與電感式鎮流器:功率因數的比較
電子鎮流器與電感式鎮流器:功率因數的比較? 電子鎮流器與電感式鎮流器通常被廣泛應用于照明設備等需要穩定電流的場所。在比較功率因數時,我們可以看到兩個照明系統之間的差異和優勢。 首先,讓我們了解一下
2023-12-29 14:45:26369
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