采用可控硅調光器的節能燈電子鎮流器

摘要將白熾燈三端雙向可控硅(Triac)調光器連接在采用控制器(BUA2014) 緊湊型熒光燈(CFL)電子鎮流器的交流電源輸入端，可以實(shí)現調光功能。介紹了基于控制器(UBA2014)控制IC 并帶電荷泵的Triac 調光CFL 鎮流器電路工作原理，為設計Triac 調光CFL 鎮流器提供了一種高效低成本解決方案。

0 引言

熒光燈交流電子鎮流器自上一個(gè)世紀80 年代初期問(wèn)世以來(lái)，幾乎全部采用半橋式DC-AC 逆變器拓樸結構，如圖1 所示。其中，半橋輸出端的電感器(相當于工頻熒光燈鎮流器)與燈管是串聯(lián)的。C1 是耦合電容器，超隔直流作用?？刂破鱅C 的振蕩器頻率，通常與單個(gè)電阻RT(有時(shí)由RT 和電容CT)設定。改變RT 電阻值，則可以使開(kāi)關(guān)頻率發(fā)生變化，據此可以實(shí)現對熒光燈的調光。當開(kāi)關(guān)頻率降低時(shí)，L的阻抗(ZL =2 πfL) 減小，燈電流增加，燈光變亮;當頻率升高時(shí)，L的阻抗增加，燈電流變小，燈光變暗。因此，通過(guò)調頻可以實(shí)現調光。調光的最大亮度電平是燈管的額定功率(即100%)，亮度調節不能超過(guò)最大亮度電平。

事實(shí)上，利用傳統的三端雙向可控硅(Triac) 調光器，也可以對電子鎮流器進(jìn)行調光，而且電路簡(jiǎn)單，成本低廉，調光范圍可以從10%~100%.

1 三端雙向可控硅調光器

1.1 白熾燈調光器

傳統白熾燈調光器電路如圖2 所示。其中：VS 為三端雙向可控硅(Triac);D 為雙向(觸發(fā))二極管(Diac);RP 為調光電位器，R是RP 的串聯(lián)電阻;C為電容器。D 通常選用BD3,其擊穿電壓為32 V 左右。當電容C被充電到約32 V 時(shí)，Diac 擊穿導通，觸發(fā)Triac 導通，并且Triac 的導通電壓降很小。一旦電流降至其保持電流IH 以下，Triac 則關(guān)斷。Triac 具有雙向對稱(chēng)的伏安特性，如圖3 所示。在A(yíng)C 線(xiàn)路電壓過(guò)零后，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，在A(yíng)C 電壓的負半周Triac同樣會(huì )導通。調節RP 可以改變Triac 的導通角，從而實(shí)現調光。RP 電阻值越大，延遲角則越大，Triac 導通角也就越小，燈光則越暗。

1.2 調光器應用于電子鎮流器的連接方法

當Triac 調光器用于可調光CFL 電子鎮流器時(shí)，應將其連接到橋式整流器濾波電路的輸入端，如圖4所示。圖5 為輸入電壓VMAINS、電容CBUS 兩端的DC 總線(xiàn)電壓VBUS、電容Cdim 上的充電電壓Vcdim 及通過(guò)Triac的電流ITRIAC 波形。

白熾燈是一種純電阻性負載，而橋式整流(電容)濾波電路與白熾燈的情況完全不同。由于整流二極管具有單向導電性，只有正向偏置時(shí)才會(huì )導通，因此只有在A(yíng)C 輸入瞬時(shí)電壓高于DC 總線(xiàn)電壓VBUS 時(shí)，電流才會(huì )通過(guò)整流二極管。很顯然，在大部分時(shí)間中二極管是截止的。在橋式二極管不導通時(shí)，沒(méi)有DC 通路去充電調光器中的電容Cdim,Triac 也不會(huì )被觸發(fā)導通。Triac 的保持電流IH 通常為15~20 mA,一旦電流低于保持電流，Triac 就會(huì )立即關(guān)斷。

2 帶電荷泵的Triac 調光方案

目前使用Triac 調光器對CFL 鎮流器進(jìn)行調光，一種低成本解決方案是采用電荷泵電路，如圖6 所示。

圖6 中，二極管DX、DY 和電容CX 構成電荷泵。全波整流的電壓經(jīng)DX 對CX 充電，電容CX 通過(guò)DY 放電。

電荷泵的加入，有可能在整個(gè)AC 線(xiàn)路周期內都能汲取電流，不僅能使Triac 獲得保持電流使其導通，實(shí)現平滑調光，而且能減小AC 輸入電流波形失真，提高功率因數。

完整的帶電荷泵的Triac 調光CFL 電子鎮流器解決方案如圖7 所示。為了獲得較好的調光效果，必須附加一個(gè)燈電流反饋控制環(huán)路和調光器狀態(tài)(即電位器旋鈕位置，代表通過(guò)Triac 的電流)檢測電路。

3 基于控制器(UBA2014)的Triac調光電子鎮流器電路

3.1 UBA2014 控制IC 簡(jiǎn)介

UBA2014 采用16 引腳DIP 或SO 封裝，引腳排列如圖8 所示。

UBA2014 集成了壓控振蕩器、預熱定時(shí)器、燈電壓傳感器、預熱電流與平均電流傳感器、自舉二極管、電平移位器及半橋上/下MOSFET 柵極驅動(dòng)器等。表1列示了UBA2014 的各個(gè)引腳功能。

表1 UBA2014 引腳功能

3.2 實(shí)際電路

由UBA2014 控制IC 組成的21 W CFL 電子鎮流器電路如圖9 所示。

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