基于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(jìn)行功率因數校正(PFC)。然而，隨著(zhù)這款具有節能優(yōu)勢的產(chǎn)品的市場(chǎng)需求日益旺盛，在不久的將來(lái)，功率因數校正將很有可能成為一項強制性標準。有源PFC電路要求采用附加的控制集成電路、電感、二極管和高壓MOSFET。無(wú)源PFC電路成本較低，但會(huì )增加燈電流波峰因數，從而縮短燈的使用壽命。本文所述設計采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的控制電路來(lái)改良無(wú)源PFC電路，可以在實(shí)現較高功率因數的同時(shí)，將燈電流波峰因數降至可接受的水平。

　　圖1所示為建議的緊湊型熒光燈鎮流器設計示意圖。該鎮流器包含一個(gè)具備EMI濾波器的交流輸入級，一個(gè)無(wú)源PFC級，一個(gè)采用國際整流器公司IR2520D自適應鎮流器控制IC的鎮流器控制級，一個(gè)半橋逆變器和諧振輸出級。相比于現有的CFL電路，這個(gè)設計的改進(jìn)之處在于用填谷式無(wú)源PFC電路和燈電流波峰因數控制電路來(lái)實(shí)現較高的功率因數、較低的總諧波失真(THD)和可接受的燈電流波峰因數。

　　圖1：采用IR2520D的電子CFL鎮流器電路。上：直流總線(xiàn)(黃色);中前：Iinput(紅色);中后：ILamp(綠色);下：VLamp(藍色)。

　　填谷式無(wú)源PFC電路由CVF1-2、DVF1-3、RVF和CX組成(圖1)。在被整流交流輸入的每個(gè)半波期間，電容CVF1和CVF2經(jīng)由二極管DVF2和電阻RVF而被串聯(lián)充電至交流峰值電壓的1/2。RVF的作用是在對電容器進(jìn)行充電的過(guò)程中，降低電流波形的波峰。當總線(xiàn)電壓隨正弦波波形下降至Vpeak/2之后，電容開(kāi)始提供輸出電流。此時(shí)，這兩個(gè)電容本質(zhì)上呈并聯(lián)狀態(tài)，并一直提供負載電流，直至被整流交流輸入在下一個(gè)半波期間再次超過(guò)Vpeak/2。電容CX的作用是濾除直流總線(xiàn)上出現的半橋逆變器開(kāi)關(guān)尖峰。這個(gè)填谷式無(wú)源PFC電路實(shí)現了良好的功率因數(>0.9)和較低的THD(30%)，但其主要缺點(diǎn)是，50%的直流母線(xiàn)紋波會(huì )導致很高的燈電流波峰因數，從而縮短燈的使用壽命。

　　Waveforms with RFMIN3

　　ILMAP (Upper), DC BUS (Mid), VLMAP (Lower)

　　除IR2520D之外，還有一個(gè)由RFMIN2-3、RBUS1-2和QFMIN構成的控制電路,通過(guò)調制工作頻率來(lái)降低燈電流波峰因數。如果鎮流器工作頻率固定，那么，填谷式電路造成的50%直流總線(xiàn)紋波會(huì )產(chǎn)生很高的燈電流波峰因數，因為直流總線(xiàn)電壓越高，諧振輸出級產(chǎn)生的燈電流也越高。由于IR2520D采用了具備外部可編程最小頻率的VCO，因此，半橋逆變器開(kāi)關(guān)頻率取決于VCO管腳上的電壓和連接至FMIN管腳的電阻的阻值(請參見(jiàn)http://www.irf.com網(wǎng)站提供的IR2520D數據表)。當直流總線(xiàn)達到一定電壓時(shí)，與分壓器(由RBUS1和RBUS2構成)相連的QFMIN的基極電壓將超過(guò)QFMIN的導通閾值，而使得QFMIN導通。此時(shí)，RFMIN1與串聯(lián)的RFMIN2和RFMIN3的并聯(lián)組合，構成了FMIN管腳與GND之間的電阻。由于FMIN管腳上的電阻越低，則開(kāi)關(guān)頻率越高，因此，在接近直流總線(xiàn)峰值時(shí)的逆變器開(kāi)關(guān)頻率將高于其谷底時(shí)的逆變器開(kāi)關(guān)頻率。這樣，由ILAMP(pk)/ILAMP(avg)計算得到的波峰因數值將降低。RFMIN3是一個(gè)發(fā)射極負反饋電阻，可用于改善線(xiàn)性。如果沒(méi)有RFMIN3，當QFMIN基極上的電壓達到閾值時(shí)，QFMIN將快速接通。這將導致工作頻率驟升，而造成燈電流波形失真。

　　總而言之，該設計是一種能夠實(shí)現高功率因數(0.96)、低THD(28.5%)和可接受的燈電流波峰因數(1.71)的低成本CFL鎮流器電路。相比之下，典型的CFL鎮流器則功率因數較低(0.56)、THD較高(128%)，同時(shí)具有類(lèi)似的波峰因數(1.71)。這種鎮流器不僅控制方法簡(jiǎn)單，元器件數量較少，而且此設計還滿(mǎn)足了鎮流器所必需的全部要求。