基于A(yíng)p1661芯片的熒光燈電子鎮流器設計

　　前言

　　熒光燈應用廣泛，種類(lèi)繁多，特性參數專(zhuān)業(yè)性較強，通?？筛鶕軓?、光色、功率進(jìn)行分類(lèi)。

　　熒光燈管按管徑大小分為：T12、T10、T8、T6、T5、T4、T3等規格。T+數字組合，表示管徑的毫米數值：T=1／8英時(shí)，一英時(shí)為25.4mm，數字代表T的個(gè)數，故T12=25.4mm×1／8×12=38mm。熒光燈管管徑與電參數的關(guān)系是管徑越細，光效越高，節電效果越好；管徑越細，燈點(diǎn)燃的啟輝電壓越高，對鎮流器技術(shù)性能要求也越高。管徑大于T8(含T8)，點(diǎn)燃啟輝電壓較低。點(diǎn)燃啟輝電壓小于1／2單相工頻交流電源電壓定律，可采用電感式磁鎮流器點(diǎn)燃運行；管徑小于T8，啟輝點(diǎn)燃電壓較高，不滿(mǎn)足點(diǎn)燃啟輝電壓小于1／2單相工頻交流電源電壓定律，不能采用電感式鎮流器點(diǎn)燃啟輝，必須配置電子式鎮流器才行。

　　熒光燈按光色可分為三基色，冷白日光色和暖白日光色三種。燈的光色與燈管內所涂熒光粉和填充氣體種類(lèi)不同而不同。管內涂鹵素熒光粉，填充氬、氪、氬混合氣體光色為冷白日光色或暖白日光色熒光燈管。這兩種光色的顯色性能較低，顯色指數一般小于40。遠遠小于自然太陽(yáng)光顯色指數等于100的標準值。這兩種光色的熒光燈發(fā)光效率、有效照度低也比較低，燈點(diǎn)燃啟輝壽命短(一般在5000至6000小時(shí)之內)。這兩種光色的熒光燈管不屬于高效節能電光源，不符合綠色照明技術(shù)要求。涂三基色稀土熒光粉，填充高效發(fā)光氣體。光色為三基色合成的高顯色性太陽(yáng)光色。顯色指數大于82，接近于自然太陽(yáng)光。這種熒光燈管發(fā)光效率較高，光效一般為每瓦65至120流明。熒光燈實(shí)際光效的高低與所用鎮流器性能以及鎮流器-熒光燈的兼容程度有直接關(guān)系，因此，實(shí)際照明設計時(shí)，應選用技術(shù)性能先進(jìn)的電子鎮流器，并須進(jìn)行熒光燈-鎮流器的最佳匹配和調試。這種燈的點(diǎn)燃啟輝壽命也較長(cháng)，一般在8000小時(shí)以上。如配置高性能電子鎮流器，壽命將增加至15000至20000小時(shí)。

　　表觀(guān)上，正常工作狀態(tài)下熒光燈的發(fā)光功率與燈管的表面積成正比，故管徑一定時(shí)，燈的發(fā)光功率與熒光燈管長(cháng)度成正比，而熒光燈-鎮流器的兼容和最佳匹配則是保證熒光燈正常工作的先決條件。

　　毋容置疑，除根據上述熒光燈的管徑、光色和發(fā)光功率科學(xué)選用熒光燈構建高效節能、明亮舒適的照明環(huán)境外，設計和配置高性能高頻電子鎮流器將至關(guān)重要，本文特介紹一款基于A(yíng)P1661芯片構成的熒光燈電子鎮流器，供參考。

　　AP1661芯片簡(jiǎn)介

　　AP1661實(shí)際上是BCD半導體制造有限公司(BCDSemiconductorManufacturingLimited)的一款主要為電子鎮流器、AC-DC適配器和脫線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源(SMPS)作前置功率變換設計的集成電路功率因子控制器，具有如下典型特性：
　　·不連續電流傳導(DCM)臨界導通模式的零電流檢測控制
　　·輸出電壓可調并具精確過(guò)壓保護
　　·啟動(dòng)電流低，典型值為50μA
　　·工作電流小，典型值為4mA
　　·內部基準電壓精確為1％
　　·具有內部啟動(dòng)定時(shí)器
　　·可降低電流耗損的閉鎖功能
　　·圖騰柱輸出的源電流達600mA，阱電流為800mA
　　·2.5V遲滯欠壓鎖定

　　AP1661芯片內部含一個(gè)適于獨立應用的啟動(dòng)定時(shí)器、一個(gè)用于實(shí)現功率因數接近等于的單象限乘法器、一個(gè)確保不連續電流傳導(DCM)臨界導通模式的零電流檢測器以及具有以600mA源電流和800mA阱電流驅動(dòng)MOSFET的圖騰柱輸出級。圖1為其內部功能和外部管腳圖。

　　AP1661采用SOIC-8和IP-8兩種封裝。管腳功能說(shuō)明如表1：

　　采用AP1661芯片的電子鎮流器設計

　　圖2所示為采用AP1661芯片設計的40W雙燈并聯(lián)電子鎮流器電路圖。

　　輸入交流經(jīng)EMI濾波和整流橋D1整流，由L1、Q1、D2和AP1661芯片構成的升壓電路(Boost)，實(shí)現有源功率因子校正(APFC)。電路工作于電流不連續臨界導通模式。電路后級采用兩個(gè)三極管Q2、Q3和磁環(huán)T1組成的自激驅動(dòng)半橋電路實(shí)現DC／AC變換，驅動(dòng)兩支并聯(lián)熒光燈工作。

　　升壓型有源功率因子校正電路(BoostPFC)的主要設計指標如表2。

　　1 Boost電感的選取

　　Boost電路工作于臨界DCM模式的開(kāi)關(guān)頻率有如下關(guān)系：

        
 
　　據此可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)頻率在輸入正弦電壓波形峰值處最低，在輸入正弦電壓波形過(guò)零處最高。最低開(kāi)關(guān)頻率應大于A(yíng)P1661內部啟動(dòng)定時(shí)器頻率15kHz，故電感值由下式確定：

　　計算得電感值應小于1.5mH。

　　Boost電感副邊繞組用以檢測電感電流過(guò)零點(diǎn)，AP1661管腳5(ZCD)檢測到電壓降至2.1V以下時(shí)，MOSFET導通。Boost電感原、副邊匝比m可由下式計算：

　　本設計選用E25／9／6鐵氧體磁芯，電感原邊148匝，副邊16匝。

　　2 PFG控制電路設計

        
 
　　輸出電壓檢測和反饋環(huán)路

　　AP1661內部誤差放大器調節PFC輸出電壓。內部精密基準電壓為2.5V，INV腳接采樣分壓電阻R1、R2。誤差放大器輸出和INV腳之間外接補償元件實(shí)現負反饋控制，通常補償環(huán)路的帶寬很低以濾除輸出電壓紋波以達到好的功率因數校正效果。

　　AP1661具有輸出過(guò)壓保護(OVP)功能。輸出過(guò)壓時(shí)，過(guò)沖電流經(jīng)過(guò)R1和補償電路流進(jìn)誤差放大器，如此電流大干40μA，為保護電路，驅動(dòng)輸出將被關(guān)閉。R1和R2可由下式計算：

        
 
　　本設計中，△VOVP=50V，經(jīng)計算R1=1.25MΩ R2=8.2kΩ。

　　最簡(jiǎn)單的補償電路設計是使用電容提供一個(gè)低頻極點(diǎn)，在100Hz處有40dB衰減，同時(shí)保證有高電壓增益，則：

　　C4=10／2πR1

　　我們選C4為1μF。

　　3輸入電壓采樣電阻設計
 

        
　　AP1661內部乘法器的輸入線(xiàn)性區間為0～3V，因此輸入電壓采樣電阻可由下式設計。

　　VMULTpk取3V。

　　4電流采樣電阻設計

　　電流采樣電阻據下式計算：

        
 
　　其中，VCSpK為芯片CS管腳的最大工作電壓，即1.6V。

　　5零電流檢測電阻設計

　　零電流檢測(ZCD)管腳的最大吸收電流為10mA，因此零電流檢測電阻滿(mǎn)足下式。
 

　　
　　訓節R6大小使MOSFET在漏極電壓較小時(shí)開(kāi)啟導通以降低開(kāi)通損耗。

　　6啟動(dòng)電阻

       
　　圖2中啟動(dòng)電阻R5在為芯片VCC腳提供初始工作電流，啟動(dòng)電阻R5需滿(mǎn)足下式。
        

　　7 IC供電設計
　
　　本設計后級半橋供電由C3、C6、C9、C10、Z1、D3組成。C9可同時(shí)作為半橋軟關(guān)斷緩沖電容。若半橋停止工作，則AP1661供電不足，PFC輸出電壓則降低，可起到一定的保護功能。

　　半橋電路設計

　　采用磁環(huán)自激振蕩方案，磁環(huán)工作于飽和模式下，驅動(dòng)三極管Q2，Q3輪流導通。半橋電路工作頻率與磁環(huán)特性，線(xiàn)圈匝數，三極管驅動(dòng)電阻和存儲時(shí)間都有關(guān)系。本設計半橋電路的工作頻率40kHz，LC諧振電路參數取C14=C15=3.3nF，L2=L3=1.8mH。

　　結語(yǔ)

　　現在全世界夜間室內照明絕大多數都采用熒光燈，比傳統白熾燈具有使用壽命長(cháng)，發(fā)光效率高，光照面積大，可調整不同光色等優(yōu)點(diǎn)，能滿(mǎn)足人類(lèi)絕大多數場(chǎng)合的需求。根據熒光燈的管徑、光色和發(fā)光功率科學(xué)選用熒光燈構建高效節能、明亮舒適的照明環(huán)境外，設計和配置高性能高頻電子鎮流器至關(guān)重要，本文介紹基于A(yíng)p1661芯片構成的熒光燈電子鎮流器以供讀者參考指正。