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1、惠州学院HUIZHOU UNIVERSITY毕 业 论 文（设 计）中文题目：基于有源谐波和功率因数校正原理的高性能电子镇流器的研究英文题目：On the High-Performance Electronic Ballasts of the Theory of Active Harmonic and the Power Factor Correction姓 名： 钟志聪 学 号： 070701149 专 业： 电气工程及其自动化班 级： 07电气(1)班 指导教师： 罗中良 提交日期： 2011年5月20日 教务处制惠州学院2011届毕业论文（设计）基于有源谐波和功率因数校正的高性能电子镇流
2、器的研究 07电气 钟志聪 070701149 指导老师：罗中良 教授 （惠州学院电子科学系，广东，惠州，516007） 摘 要有源功率因数校正(Active Power Factor Correction简称APFC)是电力电子技术的重要组成部分，已经在越来越多的领域得到应用。上世纪九十年代以来，有源功率因数校正越来越多的引起人们的关注。本文分析了电子镇流器的功率因数校正问题,讨论了高性能电子镇流器系统必须具备的电路结构和有源功率因数校正电路(APFC)的基本原理。在此基础上设计了一种以MC34262为功率因数校正控制器的有源高功率因数电子镇流器，并从电路组成、MC34262说明所设计镇流器
3、的主要特点，给出详细的电路原理图及主要元器件的选型。关键词：有源功率因数校正；电子镇流器；MC34262On the High-Performance Electronic Ballasts of the Theory of Active Harmonic and the Power Factor CorrectionAbstractActive Power Factor Correction is one of the most important sections constructing power electronics, which has been widely used in v
4、arious fields. From 1990s, more and more attention has been paid to Active Power Factor Correction.The thesis analyzes the issue of electronic ballasts power factor correction. It lays stress on discussing the necessary circuit configuration of the High-performance electronic ballast system and the
5、basic theory of Active Power Factor Correction. A power factor correction controller, MC34262 is introduced and it is an active high power factor electronic ballast. The thesis illustrates how the ballast circuit constructed, the main features of MC34262, the detailed circuit principle diagram and t
6、he main component selection.Keywords：APFC；Electronic ballast；MC34262IV目 录1 概述11.1镇流器的来源与发展11.2 设计依据11.3 设计原始资料21.3.1传统电感镇流器工作原理21.3.2电子镇流器基本介绍31.3.3交流电子镇流器的优点42 设计方案62.1 设计内容62.2 荧光灯对电子镇流器的基本要求63 总体电路设计与分析83.1总体电路设计与分析83.1.1 总电路工作流程83.1.2高性能电子镇流器电路框93.1.3总设计电路图93.2 整流滤波电路的设计103.2.1 RIF(EMI)滤波器的设计103
7、.2.2整流滤波电路的设计114 电子镇流器功率因数校正控制134.1 功率因数校正134.2 无源谐波滤波逐流电路134.3 有源功率因数校正164.3.1 有源功率因数校正的基本原理164.3.2 功率因数校正方法概述174.3.3 MC34262有源功率因数控制器185 电子镇流器的振荡输出部分设计215.1高频振荡电路的设计21结束语22致谢23参考文献24附录25附录一 元件列表25附录二 文献翻译271 概述交流电子镇流器具有体积小、重量轻、启动电压低、无噪声、无闪烁、效率高等优点, 适应了目前中国市场上的节能和环保两大潮流, 发展势头强劲。但是目前国内市场上的绝大多数产品的性能与
8、国际电工委员会标准要求差距很大，主要表现在电源进线电流的谐波含量大、线路功率因数太低。这样会给电网带来污染，影响电网的利用效率。传统的整流桥加电容结构只在输入交流电压的峰值附近才会有输入电流, 滤波电容的引入又造成了交流的较大畸变，导致输入电流中含有很大的谐波成份，滤波电容越大，电流畸变越严重，功率因数也就越低,一般功率因数不会超过0.650，而且电网的高次谐波在电网中传导、辐射, 严重影响了临近设备的正常工作。为了使输入电流谐波满足标准要求, 在不增加太多成本的前提下，必须考虑如何进行功率因数校正。1.1镇流器的来源与发展20世纪70年代出现了世界性的能源危机，节约能源的紧迫感使许多公司致力
9、于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究，随着半导体技术飞速发展，各种高反压功率开关器件不断涌现，为电子镇流器的开发提供了条件，70年代末，国外厂家率先推出了第一代电子镇流器，是照明发展史上一项重大的创新。由于它具有节能等许多优点，引起了全世界的极大关注和兴趣，认为是取代电感镇流器的理想产品，随后一些著名的企业都投入了相当的人力、物力来进行更高一级的研究与开发。由于微电子技术突飞猛进，促进了电子镇流器向高性能高可靠性方向发展，许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品，1984年，西门子公司开发出了TPA4812等有源功率因数校正电器IC，功率因数达到0.99。随后一些公司相继推出
10、集成电子镇流器，89年芬兰赫尔瓦利公司又成功推出可调光单片集成电路电子镇流器，电子镇流器在全世界特别是发达国家已全国推广应用。1.2 设计依据本课题设计依据有：（1）任务书：基于有源谐波和功率因数校正原理的高性能电子镇流器的研究任务书；（2）设计标准：国标GB/T15144管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求；（3）技术参考：电力电子技术（西安交通大学黄俊）。1.3 设计原始资料本研究主要为高性能的交流电子镇流器。1.3.1传统电感镇流器工作原理传统电感式镇流器还在广泛使用，但传统镇流器本身是一个大电感，工作时无功分量大，所以它的功率因数低。而且低电压启动性能差，耗能大、笨重、频闪等缺点，所以
11、正逐渐为电子镇流器取代。为了使荧光灯正常工作，必须满足三个条件：a、灯丝的预热电流或灯丝电流；b、高电压启动；c、限制工作电流。其工作原理如图1-1所示。图1-1 传统电感镇流器工作原理图图中，当开关闭合电路中施加220V，50HZ的交流电源时，电流流过镇流器，灯管灯丝启辉器给灯丝加热（启辉器开始时是断开的，由于施压了一个大于190V以上的交流电压，使得启辉器内的跳泡内的气体弧光放电，使得双金属片加热变形，两个电极靠在一起，形成通路给灯丝加热），当启动器的两个电极靠在一起，由于没有弧光放电，双金属片冷却，两极分开，由于电感镇流器呈感性，当电路突然中断时，在灯两端会产生持续时间约1ms的600V
12、-1500V的脉冲电压，其确切的电压值取决于灯的类型，在放电的情况下，灯的两端电压立即下降，此时镇流器一方面对灯电流进行限制作用，另一方面使电源电压和灯的工作电流之间产生55。-65。的相位差，从而维持灯的二次启动电压，使灯能更稳定的工作。电感镇流由于结构简单，寿命长，作为第一种荧光灯配合工作的镇流器，它的市场占有率还比较大，但是，由于镇流器本身是一个大电感，工作时无功分量大，所以它的功率因数低。而且低电压启动性能差，耗能大、笨重、频闪等诸多缺点，它的市场慢慢地被电子镇流器所取代，电感镇流器能量损耗：40W（灯管功率）+10W（电感镇流器自身发热损耗）等于整套灯具总耗电为50W。1.3.2电子
13、镇流器基本介绍电子镇流器的组成如图1-2所示。图1-2电子镇流器基本结构图电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工作原理如图1-3所示。图1-3高性能电子镇流器的电路结构图工频（50/60HZ）市电电压在整流之前，首先经过射频干扰（RFI）滤波器滤波。RFI滤波器一般由电感（L）和电容（C）元件组成，用来阻止镇流器产生的高次谐波反馈到输入交流电网，以抑制对电网的污染和电子设备的干扰。同时也可以防止来自电网的干扰侵入的电子镇流器。对于高品质的电子镇流器，在器全桥整流器与大容量的滤波电解电容器之间，往往要设置一级功率因数校正（PFC）升压型变换电路。其作用就是获得底电流谐
14、波畸变，实现高功率因数。DC/AC逆变器的功能是将直流电变换成高频电压。高频变换部分的核心是功率开关元件。可作为开关使用的晶体管可使用场效应管（MOSFET）。逆变电路一般为20-50KHZ，输出波形取决于电路结构的选择。DC/AC逆变电路主要有半桥式逆变电路和推挽式逆变电路两种形式。高频电子整流器的输出级电路通常采用LC串联的谐振网络。灯的启动必须通过LC电路发生串联谐振，利用启动电容两端产生高压脉冲将灯点亮。在灯启动之后，电感元件对灯器限流作用，由于电子镇流器的开关频率达几十千赫兹，故电感器只需很小体积即可胜任。为使电子镇流器安全可靠地工作，还要辅助电路。有的从镇流器输出到DC/AC逆变电
15、路引入反馈网络，通过控制电路以保证与高频产生器同步变化。目前比较流行的异常状态保护电路，是将电子镇流器的的输出信号采样，一旦出现灯开路或不能启动等异常状态，则通过控制电路使振荡器停振，关断高频变换器输出，从而实现保护功能。1.3.3交流电子镇流器的优点（1）节电效果显著。电子镇流器的节电特征主要表现在以下三方面：增加光输出，提高光效。事实上，影响荧光灯光效的许多因素是由设计者和制造者决定的，用户无法控制。但荧光灯的发光效率受供电频率的影响，而该因素是可以控制的。对一些荧光灯的研究发现，荧光灯交流供电频率从50Hz增加到20kHz以上时，灯光效一般可提高10。对于同样的光输出，采用电子镇流器取代电感镇流器后，输人功率可以减小。自身功耗低。各种气体放电灯电感镇流器功耗一般约为灯功率的20。40w荧光灯电感镇流器一般为SW，只要不大于9W即可符合产品标准要求。而这种灯用的电子镇流器功耗可低至4W以下。对于双管58W、1500mm飞利浦出品的节能型荧光灯，当采用电感镇流器时，则需要2只，每只镇流
