采用可控硅调光器的能灯电子镇流器

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1、 21 2010 年 6 月 光 源 与 照 明 2010 年 第 2 期采 用 可 控 硅 调 光 器 的节 能 灯 电 子 镇 流 器王 兴 超 高 思 思 山 东 沂 光 电 子 股 份 有 限 公 司 （ 山 东 临 沂 276017）摘 要 将 白 炽 灯 三 端 双 向 可 控 硅 （ Triac） 调 光 器 连 接 在 采 用 控 制 器 （ BUA2014） 紧 凑 型 荧 光 灯 （ CFL） 电 子 镇 流 器 的 交 流 电 源输 入 端 ， 可 以 实 现 调 光 功 能 。 介 绍 了 基 于 控 制 器 （ UBA2014） 控 制 IC 并 带 电 荷 泵 的

2、Triac 调 光 CFL 镇 流 器 电 路 工 作 原 理 ， 为 设 计Triac 调 光 CFL 镇 流 器 提 供 了 一 种 高 效 低 成 本 解 决 方 案 。关 键 词 紧 凑 型 荧 光 灯 （ CFL） 三 端 双 向 可 控 硅 （ Triac） 调 光 电 荷 泵 镇 流 器 控 制 器 （ UBA2014） 控 制 IC引 言荧 光 灯 交 流 电 子 镇 流 器 自 上 一 个 世 纪 80 年 代 初 期问 世 以 来 ， 几 乎 全 部 采 用 半 桥 式 DC-AC 逆 变 器 拓 朴结 构 ， 如 图 1 所 示 。 其 中 ， 半 桥 输 出 端 的 电

3、 感 器 （ 相当 于 工 频 荧 光 灯 镇 流 器 ） 与 灯 管 是 串 联 的 。 1 是 耦 合电 容 器 ， 超 隔 直 流 作 用 。 控 制 器 IC 的 振 荡 器 频 率 ， 通常 与 单 个 电 阻 T（ 有 时 由 T 和 电 容 T） 设 定 。 改 变T 电 阻 值 ， 则 可 以 使 开 关 频 率 发 生 变 化 ， 据 此 可 以 实现 对 荧 光 灯 的 调 光 。 当 开 关 频 率 降 低 时 ， 的 阻 抗（ =2 ) 减 小 ， 灯 电 流 增 加 ， 灯 光 变 亮 ； 当 频 率 升 高时 ， 的 阻 抗 增 加 ， 灯 电 流 变 小 ， 灯

4、光 变 暗 。 因 此 ， 通过 调 频 可 以 实 现 调 光 。 调 光 的 最 大 亮 度 电 平 是 灯 管 的 额定 功 率 （ 即 100%） ， 亮 度 调 节 不 能 超 过 最 大 亮 度 电 平 。事 实 上 ， 利 用 传 统 的 三 端 双 向 可 控 硅 （ Triac) 调光 器 ， 也 可 以 对 电 子 镇 流 器 进 行 调 光 ， 而 且 电 路 简 单 ，成 本 低 廉 ， 调 光 范 围 可 以 从 10%100%。图 1 荧 光 灯 电 子 镇 流 器 半 桥 逆 变 器 及 输 出 电 路三 端 双 向 可 控 硅 调 光 器1.1 白 炽 灯 调

5、光 器传 统 白 炽 灯 调 光 器 电 路 如 图 2 所 示 。 其 中 ： VS 为三 端 双 向 可 控 硅 （ Triac)； D 为 双 向 （ 触 发 ） 二 极 管（ Diac)； RP 为 调 光 电 位 器 ， 是 RP 的 串 联 电 阻 ；为 电 容 器 。 D 通 常 选 用 BD3， 其 击 穿 电 压 为 32 V 左右 。 当 电 容 被 充 电 到 约 32 V 时 ， Diac 击 穿 导 通 ， 触发 Triac 导 通 ， 并 且 Triac 的 导 通 电 压 降 很 小 。 一 旦 电流 降 至 其 保 持 电 流 H 以 下 ， Triac 则 关

6、 断 。 Triac 具 有双 向 对 称 的 伏 安 特 性 ， 如 图 3 所 示 。 在 AC 线 路 电 压过 零 后 ， 经 过 一 定 的 延 时 ， 在 AC 电 压 的 负 半 周 Triac同 样 会 导 通 。 调 节 RP 可 以 改 变 Triac 的 导 通 角 ， 从 而实 现 调 光 。 RP 电 阻 值 越 大 ， 延 迟 角 则 越 大 ， Triac 导通 角 也 就 越 小 ， 灯 光 则 越 暗 。图 2 白 炽 灯 调 光 器 电 路图 3 三 端 双 向 可 控 硅 （ Triac) 伏 安 特 性 曲 线照 明 电 器 22 2010 年 第 2

7、期2010 年 6 月 光 源 与 照 明1.2 调 光 器 应 用 于 电 子 镇 流 器 的 连 接 方 法当 Triac 调 光 器 用 于 可 调 光 CFL 电 子 镇 流 器 时 ，应 将 其 连 接 到 桥 式 整 流 器 滤 波 电 路 的 输 入 端 ， 如 图 4所 示 。 图 5 为 输 入 电 压 MAINS、 电 容 BUS 两 端 的 DC 总线 电 压 BUS、 电 容 dim 上 的 充 电 电 压 cdim 及 通 过 Triac的 电 流 TRIAC 波 形 。图 4 调 光 器 连 接 到 CFL 镇 流 器 的 输 入 端图 5 电 压 和 电 流 波

8、形白 炽 灯 是 一 种 纯 电 阻 性 负 载 ， 而 桥 式 整 流 （ 电 容 ）滤 波 电 路 与 白 炽 灯 的 情 况 完 全 不 同 。 由 于 整 流 二 极 管具 有 单 向 导 电 性 ， 只 有 正 向 偏 置 时 才 会 导 通 ， 因 此 只有 在 AC 输 入 瞬 时 电 压 高 于 DC 总 线 电 压 BUS 时 ， 电流 才 会 通 过 整 流 二 极 管 。 很 显 然 ， 在 大 部 分 时 间 中 二极 管 是 截 止 的 。 在 桥 式 二 极 管 不 导 通 时 ， 没 有 DC 通路 去 充 电 调 光 器 中 的 电 容 dim， Triac 也

9、 不 会 被 触 发 导通 。 Triac 的 保 持 电 流 H 通 常 为 1520 mA， 一 旦 电 流低 于 保 持 电 流 ， Triac 就 会 立 即 关 断 。带 电 荷 泵 的 调 光 方 案目 前 使 用 Triac 调 光 器 对 CFL 镇 流 器 进 行 调 光 ，一 种 低 成 本 解 决 方 案 是 采 用 电 荷 泵 电 路 ， 如 图 6 所 示 。图 6 中 ， 二 极 管 DX、 DY 和 电 容 X 构 成 电 荷 泵 。 全 波整 流 的 电 压 经 DX 对 X 充 电 ， 电 容 X 通 过 DY 放 电 。电 荷 泵 的 加 入 ， 有 可 能

10、 在 整 个 AC 线 路 周 期 内 都 能 汲取 电 流 ， 不 仅 能 使 Triac 获 得 保 持 电 流 使 其 导 通 ， 实 现平 滑 调 光 ， 而 且 能 减 小 AC 输 入 电 流 波 形 失 真 ， 提 高功 率 因 数 。图 6 带 电 荷 泵 的 调 光 镇 流 器完 整 的 带 电 荷 泵 的 Triac 调 光 CFL 电 子 镇 流 器 解决 方 案 如 图 7 所 示 。 为 了 获 得 较 好 的 调 光 效 果 ， 必 须附 加 一 个 灯 电 流 反 馈 控 制 环 路 和 调 光 器 状 态 （ 即 电 位器 旋 钮 位 置 ， 代 表 通 过 T

11、riac 的 电 流 ） 检 测 电 路 。图 7 可 调 光 CFL 镇 流 器 解 决 方 案基 于 控 制 器 （ ） 的 调 光 电 子 镇流 器 电 路3.1 UBA2014 控 制 IC 简 介UBA2014 采 用 16 引 脚 DIP 或 SO 封 装 ， 引 脚 排列 如 图 8 所 示 。图 8 UBA2014 引 脚 排 列 23 2010 年 6 月 光 源 与 照 明 2010 年 第 2 期UBA2014 集 成 了 压 控 振 荡 器 、 预 热 定 时 器 、 灯 电压 传 感 器 、 预 热 电 流 与 平 均 电 流 传 感 器 、 自 举 二 极 管 、电

12、 平 移 位 器 及 半 桥 上 /下 MOSFET 栅 极 驱 动 器 等 。 表 1列 示 了 UBA2014 的 各 个 引 脚 功 能 。表 1 UBA2014 引 脚 功 能符 号 引 脚 功 能 符 号 引 脚 功 能CTCSWCFIREFGNDGLVDDPCS12345678预 热 定 时 器 输 出 端压 控 振 荡 器 输 入 端振 荡 器 输 出 端参 考 电 流 输 入 端地 端低 端 开 关 栅 极 驱 动 器 输 出 端低 压 电 源 端预 热 电 流 传 感 器 输 入 端FVDDGHSHACMLVSVrefCS+CS-910111213141516高 端 驱 动

13、器 浮 置 电 源 端高 端 开 关 栅 极 驱 动 器 输 出 端高 端 开 关 （ MOSFET） 源 极电 容 性 模 式 输 入 端灯 电 压 传 感 器 输 入 端参 考 电 压 输 出 端平 均 电 流 传 感 器 正 输 入 端平 均 电 流 传 感 器 负 输 入 端3.2 实 际 电 路由 UBA2014 控 制 IC 组 成 的 21 W CFL 电 子 镇 流 器 电 路 如 图 9 所 示 。图 9 采 用 UBA2014 的 21 W CFL 可 调 光 电 子 镇 流 器 电 路图 9 中 ， Triac 调 光 器 应 当 连 接 在 交 流 电 源 相 线 L上

14、 （ 见 图 4） 。 1 为 可 熔 电 阻 ， 用 于 短 路 保 护 和 启 动 时的 流 浪 涌 电 流 限 制 。 D1D4 为 桥 式 整 流 器 ， 其 输 入 端上 的 3、 1、 2 和 1 及 其 后 的 2、 3 构 成 电 磁 干 扰（ EMI） 滤 波 器 。 二 极 管 D5、 D6 和 电 容 12 组 成 电 荷 泵电 路 。 MOSFET（ T1 和 T2） 是 半 桥 功 率 开 关 。 电 感 （ 扼流 圈 ） 10 的 副 绕 组 10A 和 10B 及 串 接 在 灯 丝 上 的 电 容14、 15 用 作 灯 丝 预 热 。 连 接 在 CFL 右

15、端 下 面 灯 丝 上的 D50、 D51、 52、 50、 51 和 51 组 成 灯 电 流 检 测 及 反馈 电 路 。 连 接 在 桥 式 整 流 器 输 出 端 和 IC1（ UBA2014）引 脚 CS+之 间 的 40、 41、 40、 42、 D40、 D41、 43 和 41组 成 调 光 器 电 位 器 旋 钮 位 置 检 测 电 路 。 43 和 41 组 成调 光 器 电 位 器 旋 钮 位 置 检 测 电 路 。 IC1 引 脚 CS-上 的 检测 电 压 与 引 脚 CS+上 的 控 制 电 压 进 行 比 较 ， 来 控 制 半桥 频 率 以 调 节 灯 电 流

16、， 从 而 实 现 调 光 。在 系 统 加 电 后 ， 在 电 容 7 上 的 DC 总 线 电 压 经 启 24 2010 年第 2 期2010 年 6 月光 源 与 照 明动电阻 30 和 31 对电容 31 充电。当 IC1 引脚 VDD 上的电压超过 13 V 时，振荡器在最高频率 max 开始振荡。max 值由 IC1 引脚 CF 外部电容 23（ 100 pF）和引脚IREF 上的电阻 21（ 33 k ）共同决定，计算方法如下：max=2.5(40.51031001012233310321)=2.5(40.5103100101210010123310333103) 2.5(40.5103） 101.25 kHz振荡器启动后，频率从 max 迅速降低到预热频率对灯丝加热。预热时间 ph 由 IC1 引脚 CT 上的电容 20（ 220 nF）和电阻 21 确定，计算方法为：ph=1.8203301092133103=1.82201093301093310333103