一種新型的調光電子鎮流器

摘要：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，通過基波近似的方法得到了控制方程，得出了熒光燈的調光特性。然后，應用一個半橋式串聯諧振并聯負載電路為例，給出了設計步驟，仿真及實驗結果。

關鍵詞：調光電子鎮流器；占空比調制；諧振；功率模型

1 引言

高頻調光電子鎮流器以其效率高，無頻閃，體積小等優點，獲得了技術界的廣泛認同。一般來說，可以通過調節電子鎮流器電路的3個參數（直流母線電壓，占空比和開關頻率）實現調光。

通常，調節直流母線電壓可以較好地實現調光的目的，但是，由于電子鎮流器都有功率因數要求，如果采用普通的Boost電路作為功率因數校正，直流母線電壓至少是輸入電壓的兩倍，這樣調光就被限制在了一個很小的范圍，而且這種方法的控制電路比較復雜。調頻調光是比較常用且簡單的方法，但是，開關頻率的不斷變化，會使電路產生嚴重的電磁干擾，使EMC的設計比較困難，而且調頻調光有一個固有的不穩定區，當頻率達到某一值時熒光燈的輸出功率會迅速變化，這會給實際應用帶來麻煩。占空比的調節通常是指對稱的占空比調節方式，這種方式雖然可以使調光特性曲線很平滑，但隨著占空比的減小，波形的畸變程度大大加重，會影響熒光燈的壽命。

為了克服上述幾種調光方法的缺點，使之能達到平滑地調光，且不產生很大的電磁干擾，本文提出了一種新型的調光方法，即不對稱占空比的調光方法，可以達到理想的效果。

2 基本電路

圖1為電子鎮流器最基本的半橋諧振電路，輸入電壓V_in由市電經過整流橋直接得到，通過控制開關管S₁和S₂給諧振電路提供電流；C_s為隔直電容，使A和B兩端得到一個對稱方波電壓信號，為使它基本上不參與諧振，因此，要求C_s》C_f，一般取C_s>10C_f就可滿足條件；L_s和C_f分別是諧振電感、電容，為熒光燈提供必要的啟動電壓，并保證熒光燈正常工作時能穩定運行。

圖1 基本電路

在圖1的基本電路中，通過調節S₁及S₂的占空比（任何時候開關S₁及S₂導通時間互補），改變A和B兩端的輸入基波電壓的幅值，便可以改變熒光燈的輸入功率，從而達到調光的目的。

熒光燈是一種非線性負載，因此，需要建立一個適當的電路模型以便分析它的調光特性。本文通過對Philips T8－36W熒光燈（額定電壓95V；額定電流0.31A）的測量，可以發現熒光燈的電壓隨功率的減小而線性增長，電流隨功率的增長呈近似二次曲線的形式增長，因此，采用功率模型（以功率為自變量，電流和電壓分別是功率的函數）對熒光燈的調光過程進行分析，可以得到與實際比較接近的結果。這里采用的模型如下：

V(P)=151－2P（1）

I(P)=2.28×10^－3＋5.8×10^－3P＋1.62×10^－4P2 （2）

式中：P為熒光燈的功率。

由式（1）和式（2）可以得出燈的等效電阻與功率的關系：R(P)=V(P)/I(P)。其關系曲線如圖2所示。

圖2 熒光燈等效電阻與功率

3 調光分析

在圖1所示的電路中，設計電路的諧振頻率f₀=40kHz，輸入電壓V_in=300V，根據熒光燈額定電流及電壓的關系，可以設計諧振參數：L_s=1.7mH，C_f=9.3nF。A和B之間的基波電壓有效值為

v_AB1=V_insin(πD)（3）

式中：D是占空比，由于S₁及S₂占空比互補，且它們的調節對實際的效果是一樣的，因此，規定本文中的D為S₁的占空比，而S₂的占空比為1－D。

根據電路基本原理，可以得出占空比與熒光燈的功率關系為

D(P)=（4）

式中：f_n為開關頻率與電路諧振頻率的比值；