引言

隨著照明技術(shù)的不斷進(jìn)步，熒光燈因其高效、環(huán)保、無頻閃等特性，在各類照明場合中得到了廣泛應(yīng)用。電子鎮(zhèn)流器作為熒光燈的關(guān)鍵配套設(shè)備，其性能直接決定了熒光燈的使用效果和壽命。特別是具備調(diào)光功能的高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，在節(jié)能、延長燈壽命以及視覺效果變換等方面具有重要意義。本文將詳細(xì)介紹一種單級高功率因數(shù)調(diào)光式熒光燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)方法及其關(guān)鍵技術(shù)。

熒光燈電子鎮(zhèn)流器的基本需求

熒光燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)需要滿足多個基本要求，包括高效性、高功率因數(shù)、調(diào)光功能、安全可靠性以及良好的電磁兼容性。具體而言，鎮(zhèn)流器需能確保熒光燈在額定功率下穩(wěn)定工作，并能在不需要滿功率輸出的場合進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能效果。同時，為了防止對電網(wǎng)造成污染，鎮(zhèn)流器應(yīng)具有較高的功率因數(shù)，并且諧波含量需控制在標(biāo)準(zhǔn)限值以內(nèi)。

單級高功率因數(shù)調(diào)光式電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

電路結(jié)構(gòu)

單級高功率因數(shù)調(diào)光式熒光燈電子鎮(zhèn)流器主要由功率因數(shù)校正(PFC)電路和諧振電路兩部分組成?？紤]到兩級結(jié)構(gòu)的成本較高，本設(shè)計(jì)采用單級結(jié)構(gòu)，即將PFC電路與諧振電路合成在一起，通過共用功率開關(guān)管實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)不僅簡化了電路，還降低了成本。

關(guān)鍵技術(shù)

1. 功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)

功率因數(shù)校正技術(shù)是提高電子鎮(zhèn)流器功率因數(shù)的關(guān)鍵。在本設(shè)計(jì)中，采用Buck-Boost型PFC電路，通過調(diào)整占空比和開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)輸入電流與輸入電壓同相位，從而達(dá)到功率因數(shù)為“1”的目標(biāo)。電感電流工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)下，確保了在整個調(diào)光范圍內(nèi)功率因數(shù)始終保持高水平。

2. 調(diào)光技術(shù)

調(diào)光功能主要通過控制開關(guān)頻率fs、占空比D以及諧振網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。其中，調(diào)頻調(diào)光因其電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方便而得到廣泛應(yīng)用。在調(diào)頻調(diào)光中，通過改變開關(guān)頻率fs，使工作頻率遠(yuǎn)離諧振網(wǎng)絡(luò)的自然諧振頻率，從而減少傳遞到燈上的能量，實(shí)現(xiàn)燈功率的調(diào)節(jié)。

為了確保電感電流在DCM狀態(tài)下工作，占空比D必須滿足一定的條件。在本設(shè)計(jì)中，選擇開關(guān)頻率fs為45kHz，并留有一定的裕量，設(shè)定D=0.45。此外，還通過調(diào)整并聯(lián)負(fù)載串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)(如Cs、Ls、Cr)，以進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)光效果。

3. 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和調(diào)光性能，采用PSPICE仿真軟件建立熒光燈的動態(tài)模型，并進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，所提出的電路拓?fù)浼皡?shù)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)頻率從45kHz提高到75kHz時，燈功率可以從140%(46W)下降到1%(0.29W)，調(diào)光范圍非常寬。此外，當(dāng)fs=75kHz時，輸入電流依然能夠跟隨輸入電壓，達(dá)到功率因數(shù)為“1”，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

開關(guān)頻率fs：45kHz至75kHz

占空比D：0.45

功率因數(shù)校正極電感Lo：3.37mH

并聯(lián)負(fù)載串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：Cs=1μF, Ls=1.41mH, Cr=5.6nF

性能特點(diǎn)

高功率因數(shù)：通過PFC技術(shù)，使輸入電流與輸入電壓同相位，功率因數(shù)達(dá)到“1”。

寬調(diào)光范圍：調(diào)頻調(diào)光方式使燈功率可調(diào)范圍從140%到1%，滿足不同場合的照明需求。

安全性與可靠性：設(shè)計(jì)考慮了電網(wǎng)電壓波動、過載保護(hù)等多種情況，確保鎮(zhèn)流器在異常條件下能夠正常工作。

節(jié)能環(huán)保：在不必要滿功率輸出的場合，通過調(diào)光功能降低輸出功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

結(jié)論

本文提出了一種單級高功率因數(shù)調(diào)光式熒光燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)方法，并通過PSPICE仿真驗(yàn)證了其合理性和優(yōu)良性能。該設(shè)計(jì)結(jié)合了PFC技術(shù)和調(diào)頻調(diào)光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)和寬調(diào)光范圍的目標(biāo)。同時，該設(shè)計(jì)還具有較高的安全性和可靠性，滿足了現(xiàn)代照明技術(shù)的需求。隨著節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能的熒光燈電子鎮(zhèn)流器將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。