緊湊型熒光燈泡(CFL)是用于區(qū)域照明的古老白熾燈泡的節(jié)能替代品：它將大約25%的輸入電能轉(zhuǎn)換為可見光輸出，而傳統(tǒng)燈泡則為5%(提高五倍)。然而，與白熾燈泡不同，白熾燈泡可以在很寬的電壓范圍內(nèi)(取決于設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié))從AC或DC操作，或者需要20到50 mA的穩(wěn)壓直流電源的LED，CFL需要更多復(fù)雜的啟動(dòng)和工作電壓序列。此外，CFL的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)電路還面臨其他挑戰(zhàn)。它必須符合EMI輻射規(guī)定，提供功率因數(shù)校正(PFC)，并處理CFL燈泡本身的故障模式，所有這些都使CFL成為一個(gè)復(fù)雜的問題。最后，如果需要對(duì)CFL進(jìn)行調(diào)光(通常是這種情況)，驅(qū)動(dòng)電路必須以經(jīng)濟(jì)有效且令人愉悅的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)光，與低成本的基于Triac的白熾燈調(diào)光相當(dāng)。所有必需的CFL電路，稱為鎮(zhèn)流器，必須裝在燈泡底部的外殼中，形成標(biāo)準(zhǔn)的愛迪生式螺旋燈。

CFL電壓和時(shí)序

在CFL中，來自加熱燈絲的電子流過燈泡并與汞原子碰撞。管。由于這些碰撞，照片被釋放，但它們處于UV波長范圍內(nèi)，因此不適用于照明。為了將UV轉(zhuǎn)換成可見光，熒光管的內(nèi)部涂有磷光體。當(dāng)發(fā)射的紫外光子撞擊這種熒光粉時(shí)，涂層發(fā)光并發(fā)出燈泡的可見光。

聽起來很簡(jiǎn)單，但不像使用穩(wěn)態(tài)電源軌的白熾燈和LED燈泡，CFL電壓是一系列三個(gè)電壓相(圖1)。在預(yù)點(diǎn)火階段，燈需要電流來預(yù)熱其燈絲。接下來，燈泡需要高壓直流電平進(jìn)行點(diǎn)火，然后在實(shí)際運(yùn)行(照明)階段需要高頻交流信號(hào)。

圖1：與白熾燈泡所需的穩(wěn)態(tài)電壓要求或LED的恒流驅(qū)動(dòng)不同，CFL在關(guān)閉和正常照明之間有三個(gè)不同的電壓相位：點(diǎn)火，點(diǎn)火和操作。

所有這些電壓和電流必須來自單個(gè)交流線電壓(標(biāo)稱值為120或220 VAC)。為此，首先對(duì)線電壓進(jìn)行整流(全波)，并將整流的峰值電壓對(duì)電容器充電，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電壓(圖2)。然后通過半橋開關(guān)電路將電容器上的該DC轉(zhuǎn)換為更高頻率的方波AC信號(hào)。最后，高頻交流驅(qū)動(dòng)諧振回路，在濾波后，為回路提供正弦波電壓和電流。這種諧振回路是操作的關(guān)鍵，因?yàn)樗雌饋硐褚粋€(gè)在預(yù)點(diǎn)火期間具有高Q值的串聯(lián)LC槽電路。然而，一旦發(fā)生點(diǎn)火并且燈正在運(yùn)行，它看起來像一個(gè)L/并聯(lián)RC槽電路。

圖2：將AC線轉(zhuǎn)換為特定的電壓和所需的順序CFL需要多個(gè)電源管理功能模塊(國際整流器公司提供)。

控制電路的鎮(zhèn)流器管理，補(bǔ)償和糾正操作問題。在典型設(shè)計(jì)中，控制器在導(dǎo)通時(shí)掃描半橋整流器的頻率，從定義的最大值向下流向鎮(zhèn)流器輸出級(jí)的諧振頻率(高Q)。當(dāng)頻率降低時(shí)，這預(yù)熱燈絲，導(dǎo)致燈電壓和電流消耗的增加。一旦燈電壓超過其點(diǎn)火電壓閾值并點(diǎn)燃，控制器電路就會(huì)調(diào)節(jié)燈電流，以維持所需的功率，從而保持照明水平。

控制問題

CFL鎮(zhèn)流器中的控制電路必須設(shè)計(jì)成適應(yīng)故障模式，例如開路燈絲，AC線路下降(掉電)和燈泡“未擊中”(非擊打)，以及其他問題：

EMI輻射：燈泡中的開關(guān)電路是不受歡迎的RF輻射源，可能會(huì)影響附近的無線鏈路，甚至?xí)ㄟ^交流電源線向后傳播。為了最大限度地減少這些并確保設(shè)計(jì)滿足法規(guī)要求，控制器必須管理導(dǎo)致此EMI的邊沿轉(zhuǎn)換。

PFC ：法規(guī)要求交流線路負(fù)載具有功率因數(shù)接近1(單位)，具體功率因數(shù)值由負(fù)載的功率設(shè)定。通常，PF為0.9或更高是理想的;與高功率因數(shù)相關(guān)的是低THD(《30%是該應(yīng)用的合理目標(biāo))。盡管CFL燈泡本身是燈絲負(fù)載并因此具有PF = 1的電阻，但AC線和燈絲之間的電路是電容性的，因此改變了負(fù)載的阻抗類型。因此，鎮(zhèn)流器必須采用幾種PFC技術(shù)中的一種; “谷填充”無源PFC是最常用的方法，因?yàn)樗贑FL的典型功率水平下具有低成本和有效性。

波峰因數(shù)：這是兩者之間的比率負(fù)載的峰值電流和平均電流。即使燈絲完好無損，燈也可能無法“撞擊”或點(diǎn)燃(通常是溫度或短暫的情況)。在這種情況下，燈電壓將上升，過電流將流過，內(nèi)部電感可能會(huì)飽和。這會(huì)損壞鎮(zhèn)流器的半橋電路中的MOSFET，從而導(dǎo)致無用的燈。為了避免這個(gè)問題，如果峰值/平均電流和電流過高，正確設(shè)計(jì)的鎮(zhèn)流器將監(jiān)測(cè)波峰因數(shù)，并關(guān)閉MOSFET周圍的內(nèi)部電路。

燈調(diào)光：使用三端雙向可控硅開關(guān)對(duì)白熾燈泡進(jìn)行調(diào)光是很簡(jiǎn)單的：在交流波形相位的不同點(diǎn)開啟/關(guān)閉線路AC，這會(huì)降低在保持峰值電壓的同時(shí)輸送到燈泡的平均功率，確保適當(dāng)?shù)陌谉攵?。這種方法與CFL的驅(qū)動(dòng)需求不兼容，并且使用帶有CFL的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)光器在范圍，一致性和線性方面沒有輸出或差的調(diào)光操作。

控制調(diào)光，使用更復(fù)雜的反饋驅(qū)動(dòng)電路。雖然有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光，但是一種方法使用AC燈電流的測(cè)量結(jié)果與對(duì)應(yīng)于所需調(diào)光水平的DC參考電壓相結(jié)合。然后，控制器通過調(diào)節(jié)半橋電路的工作頻率來調(diào)節(jié)組合AC + DC信號(hào)的低點(diǎn)或谷值，這又使燈電流的幅度發(fā)生變化。在峰谷設(shè)計(jì)中，隨著DC參考電壓的增加，谷底也會(huì)增加，反饋電路會(huì)使頻率降低;這增加了諧振回路的增益，從而增加了燈電流。簡(jiǎn)而言之：CFL調(diào)光不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。

IC使驅(qū)動(dòng)，調(diào)光更有效

雖然有可能構(gòu)建一個(gè)CFL鎮(zhèn)流器，滿足分立元件的各種操作和故障要求，性能將是微不足道的，控制一致性差，PFC不足，防止故障的保護(hù)將是最小的，而成本和物理尺寸將很高。幸運(yùn)的是，IC供應(yīng)商將CFL鎮(zhèn)流器視為一個(gè)重要機(jī)遇，并開發(fā)出具有內(nèi)部復(fù)雜性和復(fù)雜性的器件，有效地解決了這些問題;有些還提供調(diào)光功能。例如，恩智浦半導(dǎo)體的UBA20261具有兩個(gè)內(nèi)部350 V，1Ω，5 A MOSFET(以及類似的UBA20262，具有兩個(gè)內(nèi)部600 V，3Ω，2.7 A MOSFET)在20引腳IC中完成CFL驅(qū)動(dòng)和功率控制功能所需的電路，如其內(nèi)部框圖的復(fù)雜性所示(圖3)。該IC支持CFL功能，包括使用標(biāo)準(zhǔn)開/關(guān)電源開關(guān)進(jìn)行四級(jí)步進(jìn)調(diào)光調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)的步進(jìn)調(diào)光存儲(chǔ)器保持時(shí)間以及可調(diào)節(jié)的最小調(diào)光水平。

圖3：集成了許多所需的功能模塊和功能，使CFL更高效，更緊湊，成本更低，如恩智浦半導(dǎo)體的20引腳UBA20261器件的內(nèi)部框圖所示。

其內(nèi)部狀態(tài)圖表是管理CFL所需的多個(gè)步驟的證明。 IC中的邏輯實(shí)現(xiàn)狀態(tài)圖，提供在各個(gè)階段和故障模式下管理CFL所需的功能，包括在升壓和燒毀狀態(tài)下防止過熱，電容模式故障，過功率模式和過流(圖4)。

圖4：UBA20261還實(shí)現(xiàn)了CFL功能的時(shí)序和順序的狀態(tài)圖。

當(dāng)然，完整的CFL燈組件仍需要無源外部元件(圖5);在這里，UBA20261供應(yīng)商提供的方程式可讓設(shè)計(jì)人員計(jì)算出特定燈泡和應(yīng)用的最佳值;供應(yīng)商還為典型的CFL燈泡提供詳細(xì)的BOM。

圖5：完整的CFL燈組件需要驅(qū)動(dòng)和管理功能，以及選擇的無源元件和適當(dāng)?shù)某叽缫援a(chǎn)生所需的操作性能，以及匹配所選特定CFL燈泡的固有特性。

最后，演示板允許用戶評(píng)估和微調(diào)性能，同時(shí)還顯示演示板完整組件的整個(gè)工作核心可以裝入帶有愛迪生型底座的CFL燈底座(圖6)，并擰入標(biāo)準(zhǔn)插座。

圖6：基于UBA20261的整個(gè)CFL驅(qū)動(dòng)電路，包括IC和相關(guān)無源器件，均可安裝在本演示/評(píng)估中心的圓形PC板上因?yàn)樗鼈兊母咝?，緊湊的外形，緊湊型熒光燈(CFL)正在迅速成為浪費(fèi)能源的白熾燈泡的有吸引力的替代品，因此可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)的愛迪生燈泡中。 ，而且成本低。與可以直接從各種電壓的交流或直流電源或需要低壓直流電流源的LED燈一起工作的白熾燈不同，CFL需要一個(gè)電源(“鎮(zhèn)流器”)，它可以提供啟動(dòng)(沖擊)電壓以及適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷?。本文研究了如何提供CFL獨(dú)特的電壓驅(qū)動(dòng)要求以及相關(guān)的電磁干擾，功率因數(shù)校正(PFC)以及調(diào)整CFL的挑戰(zhàn)。