本文詳敘了一種低損耗的建筑用可調(diào)光" title="調(diào)光">調(diào)光鎮(zhèn)流器的設(shè)計,，它采用ML4835電子鎮(zhèn)流控制器IC，以MicroLinear公司的ML4835EVAL板為基礎(chǔ),。

當工作電壓超過102V～138V范圍時,，ML4835EVAL板作為功率因數(shù)校正的65W電子鎮(zhèn)流器，它接受0～10VDC控制,、具有20∶1調(diào)光范圍,，控制兩只串接的32WPLT緊密型熒光燈管。燈管采用預(yù)熱,、點亮和調(diào)光的運行模式,，是一頻率變化范圍寬,、不重迭的變頻器拓撲,。圖1給出了這種120V的電子鎮(zhèn)流器設(shè)計框圖。圖2則給出了完整的ML4835EVAL電路圖,。

CFL小型熒光燈被設(shè)計為工作在要求全照度和可調(diào)光的,，其鎮(zhèn)流器充分顯示了該ML4835鎮(zhèn)流控制器IC的如下特性：

（1）工作在鎮(zhèn)流變頻器頻率下的連續(xù)電流模式

（PFC）用以降低傳導(dǎo)EMI和二極管損耗；

（2）總諧波失真小于10％,；

（3）可編程的三重頻率起動程序用以延長燈管壽

命,，簡化燈管網(wǎng)絡(luò)設(shè)計" title="網(wǎng)絡(luò)設(shè)計">網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，以及在任意調(diào)光能級無全功率閃光時起動燈管,；

（4）具有單片熱保護功能和燈管熄滅檢測電路,；

（5）燈管壽命終結(jié)保護或功率限制功能；

（6）根據(jù)由調(diào)光控制器或傳感器來的0～10VDC

圖1120V鎮(zhèn)流器設(shè)計的方框圖

圖2可調(diào)光CFL鎮(zhèn)流器原理圖（原圖,，未做格式化處理）

電壓可控制小型熒光燈光輸出變化100％～5％,；

（7）按可編程的時間間隔自動再起動燈管。

1功率因數(shù)校正器（PFC）的設(shè)計

（1）選擇PFC輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓VB

因PFC采用升壓式變換器，則：VB>×VIN(max)

式中：VB為PFC輸出電壓,；

VIN為輸入線電壓有效值,。

為了能在具有較小變化的220V電壓工作則：

VB>(1.414)×(1.1)×220(1)

即VB>342VDC（采用380VDC）。

（2）計算升壓電感數(shù)值

由于在該功率范圍內(nèi)工作的燈管頻率接近40kHz,，故選用小號的鐵氧體磁芯,。ML4835PFC電路工作在連續(xù)的電感電流模式。該磁芯的典型應(yīng)用電感數(shù)值可由下式求出：L=mH(2)

式中：L是T1繞組（6,、10）的電感值,；

fmin是變頻器的最低頻率；

VIN=90V是開始調(diào)節(jié)的線電壓值,；

PO是向燈管輸出的功率,。因此有：L==1.5mH（采用3.5mH）

（3）電流傳感電阻的數(shù)值

為了確定電流傳感電阻的最大值R1，應(yīng)求出流經(jīng)它的峰值電流,。該峰值電流由時鐘頻率電流Icp與線路頻率電流Inp組成,。

在VIN(min)時的占空比D為：D=1－(3)

式中：VIN=90V；

VB=380VDC,。

因此得到D=0.67,。

圖3燈管網(wǎng)絡(luò)

（a)燈管網(wǎng)絡(luò)等效電路(b)燈管網(wǎng)絡(luò)的電容

T==25×10－6s=25μs

TON=DT=0.67×25×10－6=16.6×10－6s=16.6μsICP=(4)所以：ICP==0.30A并且有：InP==1.02A

這樣就能得到流經(jīng)R1的總峰值電流IR1：

IR1=0.30＋1.02=1.32A

R1的最高電壓被電流限制門檻置位于－1.0V，所以R1的最大值為：R1=1.0/1.32=0.755Ω（選用0.33Ω）

（4）選擇斜坡電容C24

斜坡電容器C24的數(shù)值可由式（5）求出：C24=(TOFF－TDIS)×（5）

式中：TOFF=T×(1－D)=8.38μs,；

TDIS≌321×CT≈0.68μs,；

PEAO(max)=6.1VDC；

Ri=22kΩ（IC內(nèi)部電阻）

因此可得到：C24=1.1nF

這是C24的最大值,，可用于在90V時起動調(diào)節(jié),。然而其實際值較小，這是因為R2和C4對電流脈動有整形作用,。R2和C4衰減大的高頻開關(guān)尖峰,，它流經(jīng)R1引起電流脈動。現(xiàn)選用C24數(shù)值為470pF,。

（5）功率因數(shù)校正誤差放大器輸出（PEAO）的補償（2腳）：

補償網(wǎng)絡(luò)的典型設(shè)計是分別在3Hz與30Hz處引入一個零點和一個極點,。

2燈管網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

21燈管網(wǎng)絡(luò)功能

燈管網(wǎng)絡(luò)的主要功能是：

（1）以諧振方式把燈管的電弧電阻RL變換成變頻器兩端的一只能消耗燈管的滿載額定功率的電阻RIN。

（2）當用于可調(diào)光場合時,，它必須維持阻抗與頻率的相應(yīng)關(guān)系,，即在頻率升高時將單調(diào)地減小供給燈管的電流，而且維持燈管兩端有足夠的電壓,，使之在整個調(diào)光范圍內(nèi)都能工作,。

良好的鎮(zhèn)流器設(shè)計需要了解許多燈管的使用數(shù)據(jù)。高頻燈管的數(shù)據(jù)需要考慮到：①參考的鎮(zhèn)流器特性,；②工作特性,；③點火特性,；④調(diào)光曲線和陰極加熱的必要條件。

除調(diào)光曲線外,，該32WPLT的數(shù)據(jù)可從菲利浦照明公司（PhilipsLightingCompany）得到,。對高頻燈管進行測試方可繪出調(diào)光曲線。

22燈管網(wǎng)絡(luò)設(shè)計程序

用于燈管網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的推薦程序是：

（1）根據(jù)PFC電路和燈管數(shù)據(jù)計算RIN和RL,。

（2）選擇恰當?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓撲,。

（3）用一個擴展圖表格式寫出網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方程式。雖然有各種方法用于設(shè)計諧振網(wǎng)絡(luò),，本網(wǎng)絡(luò)設(shè)計仍采用阻抗變換技術(shù)來完成,。通常，這種方法要求把電阻值分配給網(wǎng)絡(luò)中每個電感線圈的輸入與輸出端,，如圖3（a）所示,。這些數(shù)值限定了變換的量值和方向。利用各部分變換的Q值QTRS,，可求出網(wǎng)絡(luò)元件的電抗值：QTRS=(6)

式中R1和R2是變換的電阻,。如果R1是輸出電阻，那么變換則是向下方的,，R1總是接到網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)元件兩端,。如果R1是輸入電阻，那么變換則是向上方的,。網(wǎng)絡(luò)的各部分設(shè)計在輸出端能定時起動,。

（4）選擇滿載功率時的工作頻率fmin，并按步驟（3）求出電抗元件的數(shù)值,。

（5）利用步驟（4）中求出的元件值,，寫出一組網(wǎng)絡(luò)工作方程式。該工作方程式用燈管起動電阻RL和把串聯(lián)等效元件變換為并聯(lián)元件,，再把它們和其它并聯(lián)元件綜合之后寫出,。然后這些并聯(lián)元件再反變換為串聯(lián)等效元件，再把它們和其它串聯(lián)元件綜合,。這一過程繼續(xù)到網(wǎng)絡(luò)的輸入,。無論RL是接到串聯(lián)元件還是接到并聯(lián)元件，該過程都是相同的,。

圖4增大RL和XT對QIN的影響

如果設(shè)計的方程式是正確的，那么最后的變換將是三個元件串聯(lián)的結(jié)果：一個感抗,，一個等值的容抗,，一個數(shù)值為RIN的電阻，第一個網(wǎng)絡(luò)元件（在本設(shè)計中是L3）,，是一串聯(lián)元件,。該組方程式限定了網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點的工作條件,，通過節(jié)點的電流和所有元件兩端的電壓，以及相位關(guān)系,。

（6）利用燈管調(diào)光曲線,、電弧電壓與電弧電流的相應(yīng)關(guān)系，算出曲線不同點所對應(yīng)的燈管電弧電阻RL,。見圖4中的電弧電阻曲線,。以RL來替代網(wǎng)絡(luò)工作方程式中的這些電弧電阻值，然后調(diào)節(jié)頻率求出相應(yīng)的燈管電弧電流,。

從最小的RL開始,，每個逐次的RL值應(yīng)需要更高的頻率來求出對應(yīng)的電弧電流值。這就核實了帶有燈管的網(wǎng)絡(luò)調(diào)光性能,，并繪制出圖4中所示的頻率曲線,。作某些調(diào)節(jié)，能使設(shè)計參數(shù)較好地匹配燈管調(diào)光網(wǎng)絡(luò),。例如在設(shè)計方程式中用RL=900Ω阻值,，代替由燈管數(shù)據(jù)計算的632Ω，以擴展Q值縮減T型網(wǎng)絡(luò)的影響,、降低燈管電流,。

（7）根據(jù)燈管點火數(shù)據(jù)，求出預(yù)熱期間加在燈管兩端所允許的最大電壓VPHT,。在網(wǎng)絡(luò)工作方程式中采用很高的電阻RL時,，是表明在開路狀態(tài)，再調(diào)節(jié)頻率求出一個電壓值,，它稍低于VPHT,。存在兩個頻率值，選擇較高的fPHT,。

（8）根據(jù)燈管點火數(shù)據(jù),，求出點火所需要的最小電壓VST。在網(wǎng)絡(luò)工作方程式采用高的阻值RL,，然后調(diào)節(jié)頻率得到一個高于VST的電壓值,。將會存在兩個頻率值，選擇較低的fST,。

23燈管網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

（1）求解網(wǎng)絡(luò)元件的數(shù)值

首先是計算兩個串聯(lián)燈管的RL值：RL==632Ω

式中：VL和IL分別是燈管電壓和電流,，它們是在全亮強度時的值。然后求EIN：因方波的基波有效值電壓是其峰峰值的/π倍,，即

EIN=0.45×VB=171V所以：RIN=≈390Ω

式中：PO=（燈管電弧功率＋燈絲功率）/（效率）=(64＋1)/0.88≈75W,。

因此該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)把632Ω的燈管電阻，轉(zhuǎn)變成變頻器的390Ω,，以產(chǎn)生75W功率,。

（2）選擇網(wǎng)絡(luò)拓撲

由于RL大于RIN,，一個低通" title="低通">低通LC網(wǎng)絡(luò)（串聯(lián)的L和并聯(lián)的C）與接在C兩端的燈管，可以提供基本的燈管網(wǎng)絡(luò)功能,。

該典型網(wǎng)絡(luò)用于ML4831EVAL和ML4833EVAL電路板,，它們設(shè)計工作在線性的燈管。然而小型熒光燈CFL的調(diào)光特性與線性燈管有很大差別,，會使采用該網(wǎng)絡(luò)拓撲變得不切實際,。圖5給出了加在兩個串聯(lián)32WT8型（線性）燈管和32WPLT（小型熒光燈）燈管兩端的電壓曲線，是在它們調(diào)光10％時測量的,。要注意到小型熒光燈CFL兩端的電壓增加到大于80％時,，在線性燈管的兩端電壓變化卻只有20％左右。

圖5施加在32WT8和32WPLT兩種燈管上的電壓

由于燈管接在并聯(lián)電容器兩端,，所以當調(diào)光器指示電弧電阻和Q值有相應(yīng)較大的增加時,，在小型熒光燈兩端的電壓會大幅升高，即：

Q=RL/XC

然而當調(diào)光時加在燈管的高電壓增加,，此時需要低的網(wǎng)絡(luò)Q值,。為了克服這個性能上的矛盾，在低通網(wǎng)絡(luò)之后設(shè)置一個高通T型網(wǎng)絡(luò)來驅(qū)動燈管,，即由一只串聯(lián)的電容器C13來驅(qū)動燈管,，當燈管調(diào)光時它會減小網(wǎng)絡(luò)的Q值。即：

QO=XC13/RL

這些網(wǎng)絡(luò)組合成一個低通L環(huán)節(jié)跟隨一個高通T環(huán)節(jié)（兩個高通L環(huán)節(jié)背對背）,，它是作為變壓器耦合的T型L環(huán)節(jié),，見圖3(a)。

低通LC網(wǎng)絡(luò)的Q值QIN,，可做得大于高通T網(wǎng)絡(luò)的輸出Q值QOUT,，以正確地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)。

（3）網(wǎng)絡(luò)工作的說明

當燈管調(diào)光并且QOUT減小時,，C13的等效并聯(lián)電抗XC13P變大,，這是因為：XC13P=XC13×（7）

把XC13P與變壓器的副邊電抗（T的分流引線）結(jié)合，變換到原邊時為XT,。變壓器T的輸入Q值QM可做得很?。?img alt="" height="27" src="http://files.chinaaet.com/images/20110304/bb081808-cd8b-43ee-ba78-38efde525ce5.jpg" style="zoom: 1" width="49" />QM=，以及XC12=QM×RM（8）

所以XC12也小到允許XT并聯(lián)在C11,，成為LC的并聯(lián)電容,，見圖3（b）。

當RL更大并且XT變?yōu)楦孰姼行詴r,，XT與XC11的的復(fù)合電抗增大,，引起QIN降低。這種影響可以從圖4中的關(guān)系曲線看出,。由于頻率曲線的斜率隨燈管電流變化,，與網(wǎng)絡(luò)的Q值成反比。

所以當燈管調(diào)光使曲線的斜率變得更陡時,，表明網(wǎng)絡(luò)的Q值減小,。該網(wǎng)絡(luò)在頻率單獨增大50％時，將燈管調(diào)光在全發(fā)光輸出時的5％,。低的調(diào)光頻率能使寄生電流的損耗最小,，并允許燈管以遙控方式設(shè)置。

（4）選擇fmin和求出網(wǎng)絡(luò)元件的數(shù)值

在選擇了恰當?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓撲,、并分配了變換電阻之后,，再計算變換的Q值和求出網(wǎng)絡(luò)的元件數(shù)值。例如在圖3(a)中的低通LC網(wǎng)絡(luò),，選擇R1=1740Ω作為它的輸出電阻器RM,，選擇R2=390Ω作為它的輸入電阻器RIN，因此輸入Q值QTRS將是1.86,，從而有：XC11==－935Ω,，以及XL3=1.86×390=725Ω

為了能使用標準電容器C11=4.7nF，選擇的頻率值為fmin=36.2kHz,。實際fmin稍微提高到40kHz,，以改進調(diào)光性能。fmin是由R19阻值來設(shè)定,。選擇C20=1.5nF,，以便在柵極驅(qū)動信號之間產(chǎn)生一個合理的死區(qū)時間。

（5）選擇預(yù)熱時的頻率fPHT

如網(wǎng)絡(luò)設(shè)計程序（7）所述,，選擇fPHT=64.5kHz,，以設(shè)置燈管兩端的電壓為350V。根據(jù)選擇的R18阻值來設(shè)置頻率,，并由R22和C21數(shù)值來設(shè)置預(yù)熱的間隔時間為0.9s,。

（6）選擇燈管的點火頻率fST

如網(wǎng)絡(luò)設(shè)計程序（8）所述，選擇fST=48.5kHz,。按RT2的阻值來設(shè)置頻率,。

（7）燈絲電壓和陰極電壓

陰極加熱通過在燈管兩端放置的一個小變壓器來獲得。在調(diào)光情形之下這是理想的位置,，因為對調(diào)光燈管陰極加熱是額外的,。在預(yù)熱期間，變壓器匝數(shù)比由燈管兩端的電壓來確定,。由Philips照明提供的鎮(zhèn)流器指南建議預(yù)熱時間為1s,，燈絲電壓應(yīng)在3.9V～5.2V。當預(yù)熱時間為0.9s時,，電壓調(diào)節(jié)在4.8V,。這是因為在預(yù)熱期間加在燈管兩端的電壓為352V,，其匝數(shù)比為74。在全發(fā)光強度時的燈絲電壓是28V,，并以5％的速率增加到51V,。

3鎮(zhèn)流器工作說明

（1）燈管的起動程序

ML4835采用可編程的三種頻率程序，來進行預(yù)熱,、起動和使燈管滿載功率工作,。用于設(shè)置這三種頻率的充電電流是很精確的，由不同的電阻值分別來設(shè)定,。

預(yù)熱的頻率是最高的,，選擇它使之在燈管兩端產(chǎn)生的電壓為350V。該電壓足夠低以致于不產(chǎn)生大于讓燈管發(fā)光的25mA電流,。燈絲變壓器的原邊接在燈管兩端,，所以在調(diào)光期間隨燈管電壓增加，陰極加熱也增強,，它對于維持燈管的壽命是很重要的,。燈絲變壓器T3的匝數(shù)比，選擇在預(yù)熱期間使燈絲電壓為48V,。

在預(yù)熱周期結(jié)束之后,，頻率變?yōu)槠饎宇l率，它接近負載開路時的諧振頻率,，以便在燈管兩端產(chǎn)生650V的起動電壓,。燈管初始起動（或者是在燈管熄滅再起動期間里）允許的最大時間，由ML4835設(shè)置為05s,。

這么短的時間容許起動頻率借助諧振電容來選擇,，以致使電感L3的尺寸和成本降到最低，而不致在變頻器功率開關(guān)管MOSFET上有多余的熱應(yīng)力,。在預(yù)熱期間,，燈管反饋放大器的輸入端（5腳）和阻斷（10腳）是閉鎖的。

當燈管點火并且由電流傳感變壓器T5檢測出燈管電流時,，閉鎖周期結(jié)束,，變頻器頻率變?yōu)闈M載時的fmin值。在起動頻率時的燈管電流,，大約是滿載功率的36％,，所以當閉鎖周期結(jié)束時，燈管被驅(qū)動在滿載功率,、或者由燈管電流反饋電路預(yù)置的調(diào)光能級,。這種起動方法使燈管電流在調(diào)光之前越過輝光區(qū)域，而不會產(chǎn)生滿載功率時的閃光。如果燈管電流在起動期間沒有被檢測出來,，則阻斷功能起作用,。

（2）燈管輸出的檢測

ML4835采用變頻器柵極驅(qū)動的占空比阻斷方式，由C21和R22設(shè)置再起動時間間隔的長短,。無負載工況的檢測,，是通過10腳上采樣燈管電流所產(chǎn)生的電壓與內(nèi)部的門限電壓的比較來進行的,。如果在燈管起動周期的末端,，由采樣燈管電流所產(chǎn)生的電壓不大于門限電壓值，那么阻斷功能起作用,。當阻斷時在每個再起動時間間隔內(nèi)（典型值為6s～10s）,，可編程起動程序重復(fù)進行，所以燈管將不會被損壞,。

（3）燈管的調(diào)光

熒光燈管的光輸出,，是與它的電弧功率即燈管的電流和電壓的積密切相關(guān)的。ML4835賦值電路板控制光輸出,，它是通過用一只電流傳感器T5采樣燈管電流（見圖2）,，然后加以整流并把它供給由R14、R1和U1組成的PWM脈寬調(diào)制器的分壓器（R1和U1是在調(diào)光接口部件板上）,。

該電路改變電阻的平均值,，流經(jīng)這個電阻的取樣燈管電流產(chǎn)生的電壓，與PWM信號的占空比成比例,，PWM是在燈管誤差放大器的（－）輸入端（LFA：IC5腳）,。由C15提供平滑濾波。PWM占空比受0V～10V直流電壓的控制,，它來自一個標準的遙控調(diào)光控制器件,，或來自蜂窩狀EL7316A型手控調(diào)光器的傳感器。

燈管誤差放大器LEA的（＋）輸入端在IC內(nèi)部接到一個25VDC參考電壓,，它使LEA輸出電壓（6腳）的變化依照總的燈管電流或者希望的發(fā)光強度,。該電壓控制一內(nèi)部壓控振蕩器VCO，以調(diào)節(jié)變頻器的開關(guān)頻率,。當變頻器的頻率因燈管網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性而升高時,，燈管的電流則降低。

（4）功率檢測腳

電阻器R9兩端的電壓是由R24和C23來平滑濾波的,，其直流電平表示由PFC電路供給變頻器的功率值,。IC12腳是有10V門限電平之比較器的負極性輸入端，當過載時關(guān)閉IC,。該腳可用于限制供給燈管的功率,，或者采用一些其它的檢測方法，在燈管壽命終止（EOL）時閉鎖芯片。

4有關(guān)性能數(shù)據(jù)

當工作在概述的測試條件下時,，典型的ML4835EVAL電路板性能列于表1,。

表1ML4835EVAL電路板測試結(jié)果

5典型的測量波形

圖6、圖7,、圖8給出了在EVAL電路上各點測量的典型示波器波形,。測試條件和示波器的設(shè)置在每幅照片下給出。波形測量是用電路板向兩只32WPLT燈管提供功率時進行的,。

圖6給出了功率因數(shù)校正器的升壓電壓波形,。變頻器的直流母線由交流電網(wǎng)整流后供給。注意120Hz（兩倍電網(wǎng)頻率）的紋波電壓迭加在380VDC之上,。這是交流電網(wǎng)電壓經(jīng)功率因數(shù)校正之后的結(jié)果,。

圖7給出了變頻器的輸出電壓和電流波形。經(jīng)升壓的直流母線電壓經(jīng)Q2和Q3斬波,，在燈管網(wǎng)絡(luò)輸入

圖6PFC升壓電壓波形

（顯示設(shè)置：垂直50V/格,，水平10ms/格）

（兩只32W燈管在最大亮度，探頭100∶1）

圖7變頻器輸出電壓,、電流波形

（顯示設(shè)置：垂直CH1=50V/格,，方波CH4=2mA/mV

水平：5ms/格。)

(兩只32W燈管在最大亮度時,，120VAC）

圖8燈管的電流和電壓波形

（顯示設(shè)置：垂直CH1=100V/格（較高的波形）

CH4=2mA/mV

水平：5ms/格,，其它同上）

端（Q2與Q3結(jié)點）產(chǎn)生方波。輸入網(wǎng)絡(luò)的電流與電壓波形,，設(shè)計在最低工作頻率（滿功率）時接近40°電感性相位,。當調(diào)光電平在最大與最小之間轉(zhuǎn)換時，由于燈管的發(fā)熱滯后,，為防止瞬時的電容性工作,，這一感性相位是必要的。因頻率增大將產(chǎn)生更大的感性相位角,，故應(yīng)保證零電流開關(guān),。

圖8比較了燈管的電壓與電流波形。燈管在典型的高頻工作時有同相關(guān)系,，當工作超過60Hz指示燈管效能增加時,，相位差很重要。燈管電流的波峰因數(shù)約為14,，它低于17極限值,。用戶要注意調(diào)光時燈管電壓的快速增大，它由“負的”高動態(tài)電阻引起,，是小型熒光燈管的一個特點,。