摘要將白熾燈三端雙向可控硅(Triac)調(diào)光器連接在采用控制器(BUA2014) 緊湊型熒光燈(CFL)電子鎮(zhèn)流器的交流電源輸入端，可以實現(xiàn)調(diào)光功能。介紹了基于控制器(UBA2014)控制IC 并帶電荷泵的Triac 調(diào)光CFL 鎮(zhèn)流器電路工作原理，為設計Triac 調(diào)光CFL 鎮(zhèn)流器提供了一種高效低成本解決方案。

0 引言

熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器自上一個世紀80 年代初期問世以來，幾乎全部采用半橋式DC-AC 逆變器拓樸結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。其中，半橋輸出端的電感器(相當于工頻熒光燈鎮(zhèn)流器)與燈管是串聯(lián)的。C1 是耦合電容器，超隔直流作用。控制器IC 的振蕩器頻率，通常與單個電阻RT(有時由RT 和電容CT)設定。改變RT 電阻值，則可以使開關頻率發(fā)生變化，據(jù)此可以實現(xiàn)對熒光燈的調(diào)光。當開關頻率降低時，L的阻抗(ZL =2 πfL) 減小，燈電流增加，燈光變亮;當頻率升高時，L的阻抗增加，燈電流變小，燈光變暗。因此，通過調(diào)頻可以實現(xiàn)調(diào)光。調(diào)光的最大亮度電平是燈管的額定功率(即100%)，亮度調(diào)節(jié)不能超過最大亮度電平。

事實上，利用傳統(tǒng)的三端雙向可控硅(Triac) 調(diào)光器，也可以對電子鎮(zhèn)流器進行調(diào)光，而且電路簡單，成本低廉，調(diào)光范圍可以從10%~100%.

1 三端雙向可控硅調(diào)光器

1.1 白熾燈調(diào)光器

傳統(tǒng)白熾燈調(diào)光器電路如圖2 所示。其中：VS 為三端雙向可控硅(Triac);D 為雙向(觸發(fā))二極管(Diac);RP 為調(diào)光電位器，R是RP 的串聯(lián)電阻;C為電容器。D 通常選用BD3,其擊穿電壓為32 V 左右。當電容C被充電到約32 V 時，Diac 擊穿導通，觸發(fā)Triac 導通，并且Triac 的導通電壓降很小。一旦電流降至其保持電流IH 以下，Triac 則關斷。Triac 具有雙向?qū)ΨQ的伏安特性，如圖3 所示。在AC 線路電壓過零后，經(jīng)過一定的延時，在AC 電壓的負半周Triac同樣會導通。調(diào)節(jié)RP 可以改變Triac 的導通角，從而實現(xiàn)調(diào)光。RP 電阻值越大，延遲角則越大，Triac 導通角也就越小，燈光則越暗。

1.2 調(diào)光器應用于電子鎮(zhèn)流器的連接方法

當Triac 調(diào)光器用于可調(diào)光CFL 電子鎮(zhèn)流器時，應將其連接到橋式整流器濾波電路的輸入端，如圖4所示。圖5 為輸入電壓VMAINS、電容CBUS 兩端的DC 總線電壓VBUS、電容Cdim 上的充電電壓Vcdim 及通過Triac的電流ITRIAC 波形。

白熾燈是一種純電阻性負載，而橋式整流(電容)濾波電路與白熾燈的情況完全不同。由于整流二極管具有單向?qū)щ娦?，只有正向偏置時才會導通，因此只有在AC 輸入瞬時電壓高于DC 總線電壓VBUS 時，電流才會通過整流二極管。很顯然，在大部分時間中二極管是截止的。在橋式二極管不導通時，沒有DC 通路去充電調(diào)光器中的電容Cdim,Triac 也不會被觸發(fā)導通。Triac 的保持電流IH 通常為15~20 mA,一旦電流低于保持電流，Triac 就會立即關斷。

2 帶電荷泵的Triac 調(diào)光方案

目前使用Triac 調(diào)光器對CFL 鎮(zhèn)流器進行調(diào)光，一種低成本解決方案是采用電荷泵電路，如圖6 所示。

圖6 中，二極管DX、DY 和電容CX 構(gòu)成電荷泵。全波整流的電壓經(jīng)DX 對CX 充電，電容CX 通過DY 放電。

電荷泵的加入，有可能在整個AC 線路周期內(nèi)都能汲取電流，不僅能使Triac 獲得保持電流使其導通，實現(xiàn)平滑調(diào)光，而且能減小AC 輸入電流波形失真，提高功率因數(shù)。

完整的帶電荷泵的Triac 調(diào)光CFL 電子鎮(zhèn)流器解決方案如圖7 所示。為了獲得較好的調(diào)光效果，必須附加一個燈電流反饋控制環(huán)路和調(diào)光器狀態(tài)(即電位器旋鈕位置，代表通過Triac 的電流)檢測電路。

3 基于控制器(UBA2014)的Triac調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路

3.1 UBA2014 控制IC 簡介

UBA2014 采用16 引腳DIP 或SO 封裝，引腳排列如圖8 所示。

UBA2014 集成了壓控振蕩器、預熱定時器、燈電壓傳感器、預熱電流與平均電流傳感器、自舉二極管、電平移位器及半橋上/下MOSFET 柵極驅(qū)動器等。表1列示了UBA2014 的各個引腳功能。

表1 UBA2014 引腳功能

3.2 實際電路

由UBA2014 控制IC 組成的21 W CFL 電子鎮(zhèn)流器電路如圖9 所示。

圖9 中，Triac 調(diào)光器應當連接在交流電源相線L上(見圖4)。R1 為可熔電阻，用于短路保護和啟動時的流浪涌電流限制。D1~D4 為橋式整流器，其輸入端上的R3、C1、R2 和L1 及其后的L2、C3 構(gòu)成電磁干擾(EMI)濾波器。二極管D5、D6 和電容C12 組成電荷泵電路。MOSFET(T1 和T2)是半橋功率開關。電感(扼流圈)L10 的副繞組L10A 和L10B 及串接在燈絲上的電容C14、C15 用作燈絲預熱。連接在CFL 右端下面燈絲上的D50、D51、C52、C50、R51 和C51 組成燈電流檢測及反饋電路。連接在橋式整流器輸出端和IC1(UBA2014)引腳CS+之間的R40、R41、C40、C42、D40、D41、R43 和C41組成調(diào)光器電位器旋鈕位置檢測電路。R43 和C41 組成調(diào)光器電位器旋鈕位置檢測電路。IC1 引腳CS-上的檢測電壓與引腳CS+上的控制電壓進行比較，來控制半橋頻率以調(diào)節(jié)燈電流，從而實現(xiàn)調(diào)光。

在系統(tǒng)加電后，在電容C7 上的DC 總線電壓經(jīng)啟動電阻R30 和R31 對電容31 充電。當IC1 引腳VDD 上的電壓超過13V 時，振蕩器在最高頻率fmax 開始振蕩。

fmax 值由IC1 引腳CF 外部電容C23(100 pF)和引腳IREF 上的電阻R21(33 k Ω)共同決定，計算方法如下：

振蕩器啟動后，頻率從fmax 迅速降低到預熱頻率對燈絲加熱。預熱時間tph 由IC1 引腳CT 上的電容C20(220 nF)和電阻R21 確定，計算方法為：

預熱結(jié)束后，進入燈引燃階段，頻率向最低頻率fmin 偏移。當頻率達到負載諧振頻率時，將在燈管兩端產(chǎn)生一個高電壓使燈點亮。當引燃時間tign 為預熱時間的14%,即：

燈被點亮后，在最低頻率fmin 上工作。fmin 為fmax 的40%,即：

4 結(jié)束語

基于相應控制原理的傳統(tǒng)白熾燈Triac 調(diào)光器，被置于采用控制器UBA2014 的CFL 電子鎮(zhèn)流器的輸入端，并且在橋式整流器與燈管之間附加一個由兩個二極管和一個電容組成的電荷泵電路，則可以實現(xiàn)對CFL的調(diào)光。