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用于小型荧光灯的25W迷你型镇流器

• 荧光灯是一种以最少电能消耗(流明/瓦)产生白光的最廉价方法。现在，小型荧光灯的每年销线圈电感器售规模达数亿只，而对荧光灯可靠性的要求也不断提高。如今的照明系统需要镇流器控制功能以驱动小型荧光灯，但这样增加了成本和设计时间，而且这些镇流器控制功能必须根据每种不同类型的荧光灯重新调节。
  
  因此，设计工程师需要集成了所有控制功能的解决方案，以便将更多精力集中在灯管的输出级设计上，并缩短产品上市时间。本文介绍如何利用集成了多种控制功能的单片IC来设计25W小型荧光灯镇流器，另外还讨论输出级设计、可编程器件的选择、原理图、镇流器测量波形，以及仿真结果和实测结果的比较。
  
  可利用基于标准谐振电路拓电感器厂家扑的简化模型来设计灯管输出级(图1)。灯管要求在给定的时间内有电流来预热灯丝，有高电压来点亮灯丝，然后开始工作。选择合适的电感和电容并改变输入电压频率可以满足这些要求。为预热和点亮灯丝，此时灯管并不导通，电路为电感-电容串联形式。灯管点亮后，灯管处于导通状态，电路成为电感并联电阻-电容串的形式。
  
  根据电路的传递函数可得到灯管预热、点亮和正常照明三种状态下的输出级工作点(图2)。频率在确定的预热时间内从起始频率开始平滑下降到最终工作频率。在频率下降过程中，灯丝被预热，灯管两端的电压随着频率接近高Q值L-C电路的谐振点而不断增加。当电压足够高时，灯管即被点亮，工作点转移到低Q值L-C曲线。频率则继续下降，最终达到工作频率。
  
  
  图1：简化的灯管输出级模型是一个基本的R-L-C电路。
  
  高Q值串联L-C电路的传递函数为：
  
  其中Vin为输入方波电压的幅值(V)，Vign为灯丝点亮电压的幅值(V)，L等于输出级电感(H)，C等一体成型电感器于输出级电容(F)，fign为灯管点亮时的频率(Hz)。根据式1得到fign的表达式：
  
  式2给出了高Q值L-C传输曲线上灯管点亮时的工作点的频率。需要注意的是，这里采用输入方波(Vin)的基频进行线性分析。一旦灯管点亮，其电阻不能再被忽略，系统变成具有如下传递函数的低Q值串电感器厂家并联R-C-L电路：
  
  从式3可得到低Q值R-L-C传输曲线上的工作频率：
  
  这里R为由荧光灯工作功率和电压决定的荧光灯电阻。
  
  其中，Prun等于工作功率(瓦)，Vrun为灯管的工作电压(伏)。最后，根据所用IC的电控制振荡器(VCO)最大频率得到高Q值L-C曲线上的起始频率工作点。
  
  利用这些等式以及荧光灯和镇流器的参数，可设计出荧光灯输出级。25WCFL型荧光灯和镇流器(由230V交流电源供电)的参数为：Vin=280V,Vign=380V(峰值),Prun=25W,Vrun=175V(峰值),frun=45kHz。
  
  选择C=6大电流电感.8nF并利用式4，使L从0.1mH开始逐渐增大直到获得预期的工作频率。确定L和C后，利用式2和式6计算点亮和起始频率。所采用的IC为IR2520，其频率可以从起始频率扫描到工作频率(图3)，为保证荧光灯能够正常点亮，点亮频率必须大于工作频率，采用上述设计方法可确定电感值为2.3mH。
  
  
  图2：这些曲线描述了输出级具有不同工作点的传输函数。
  
  
  镇流器的设计
  
  本文设计了一个25W迷你型镇流器演示板，并对之进行性能测试。输入级针对230V交流电源而设计，利用镇流器控制IC对频率和预热时间进行编程，并执行频率扫描和驱动高端和低端半桥MOSFET。该IC也提供熄灯复位功能及在冲击失效、非零电压开/关、灯丝开路和拆卸灯管时的保护功能。

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