一種新型的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器
摘要:介紹了一種新型的熒光燈調(diào)光控制方式,即通過不對稱占空比調(diào)制的方式控制熒光燈的輸出功率。首先,基于功率關(guān)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(diào)光特性。然后,應(yīng)用一個(gè)半橋式串聯(lián)諧振并聯(lián)負(fù)載電路為例,給出了設(shè)計(jì)步驟,仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179392.htm關(guān)鍵詞:調(diào)光電子鎮(zhèn)流器;占空比調(diào)制;諧振;功率模型
1 引言
高頻調(diào)光電子鎮(zhèn)流器以其效率高,無頻閃,體積小等優(yōu)點(diǎn),獲得了技術(shù)界的廣泛認(rèn)同。一般來說,可以通過調(diào)節(jié)電子鎮(zhèn)流器電路的3個(gè)參數(shù)(直流母線電壓,占空比和開關(guān)頻率)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。
通常,調(diào)節(jié)直流母線電壓可以較好地實(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的,但是,由于電子鎮(zhèn)流器都有功率因數(shù)要求,如果采用普通的Boost電路作為功率因數(shù)校正,直流母線電壓至少是輸入電壓的兩倍,這樣調(diào)光就被限制在了一個(gè)很小的范圍,而且這種方法的控制電路比較復(fù)雜。調(diào)頻調(diào)光是比較常用且簡單的方法,但是,開關(guān)頻率的不斷變化,會(huì)使電路產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾,使EMC的設(shè)計(jì)比較困難,而且調(diào)頻調(diào)光有一個(gè)固有的不穩(wěn)定區(qū),當(dāng)頻率達(dá)到某一值時(shí)熒光燈的輸出功率會(huì)迅速變化,這會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來麻煩。占空比的調(diào)節(jié)通常是指對稱的占空比調(diào)節(jié)方式,這種方式雖然可以使調(diào)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(huì)影響熒光燈的壽命。
為了克服上述幾種調(diào)光方法的缺點(diǎn),使之能達(dá)到平滑地調(diào)光,且不產(chǎn)生很大的電磁干擾,本文提出了一種新型的調(diào)光方法,即不對稱占空比的調(diào)光方法,可以達(dá)到理想的效果。
2 基本電路
圖1為電子鎮(zhèn)流器最基本的半橋諧振電路,輸入電壓Vin由市電經(jīng)過整流橋直接得到,通過控制開關(guān)管S1和S2給諧振電路提供電流;Cs為隔直電容,使A和B兩端得到一個(gè)對稱方波電壓信號,為使它基本上不參與諧振,因此,要求Cs》Cf,一般取Cs>10Cf就可滿足條件;Ls和Cf分別是諧振電感、電容,為熒光燈提供必要的啟動(dòng)電壓,并保證熒光燈正常工作時(shí)能穩(wěn)定運(yùn)行。
圖1 基本電路
在圖1的基本電路中,通過調(diào)節(jié)S1及S2的占空比(任何時(shí)候開關(guān)S1及S2導(dǎo)通時(shí)間互補(bǔ)),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(dá)到調(diào)光的目的。
熒光燈是一種非線性負(fù)載,因此,需要建立一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娐纺P鸵员惴治鏊恼{(diào)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(fā)現(xiàn)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(shù))對熒光燈的調(diào)光過程進(jìn)行分析,可以得到與實(shí)際比較接近的結(jié)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(guān)系:R(P)=V(P)/I(P)。其關(guān)系曲線如圖2所示。
圖2 熒光燈等效電阻與功率
3 調(diào)光分析
在圖1所示的電路中,設(shè)計(jì)電路的諧振頻率f0=40kHz,輸入電壓Vin=300V,根據(jù)熒光燈額定電流及電壓的關(guān)系,可以設(shè)計(jì)諧振參數(shù):Ls=1.7mH,Cf=9.3nF。A和B之間的基波電壓有效值為
vAB1=Vinsin(πD)(3)
式中:D是占空比,由于S1及S2占空比互補(bǔ),且它們的調(diào)節(jié)對實(shí)際的效果是一樣的,因此,規(guī)定本文中的D為S1的占空比,而S2的占空比為1-D。
根據(jù)電路基本原理,可以得出占空比與熒光燈的功率關(guān)系為
D(P)=(4)
式中:fn為開關(guān)頻率與電路諧振頻率的比值;
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