电子镇流器基于自激式半桥驱动器的功率因数控制器
关键词:电子镇流器; 功率因数校正; 灯丝预热; 重新开始
介绍
荧光灯的发光效率优于白炽灯已成为不争的事实。 为此,近20年来,电子镇流器在世界范围内迅速普及和发展。 各半导体制造商推出了众多电子镇流器产品。 在驱动电路方面,本文介绍的电子镇流器是基于IR公司开发的驱动器和公司的功率因数控制器。 是一种结构简单、成本低、可靠性高的解决方案。
1 自激半桥驱动器简介
它是在 和 的基础上推出的改进型VMOS和IGBT栅极驱动器。 它在8引脚芯片上集成了高压半桥驱动器和类似于555时基电路的前端振荡器,使其成为功能更多、更易于使用的电源驱动IC芯片。 如图1所示,引脚CT还具有保护性关断功能,可以使用低电压信号来停止驱动器输出。 此外,输出脉冲的宽度保持相等,一旦Vcc上升到欠压锁定阈值,驱动器就可以开始以更稳定的频率振荡。 通过降低栅极驱动器di/dt的峰值并将欠压锁定阈值的迟滞电压提高至1V,电路的抗噪声能力得到了显着提高。 同时,电路引脚的整体抗噪声保护也得到了提高。
图1
2 功率因数校正电路
它是一种有源功率因数校正器,特别适合用作电子镇流器和离线开关电源中的预转换器。 如图2所示,它集成了许多控制功能:它的配备是为了方便该电路的独立使用。 启动定时器; 第一象限乘法器用于实现接近 1 的功率因数; 零电流检测可以保证电路工作在临界导通模式; 快速启动电路提高了电路的启动特性; 还具有预校准参考电压源、跨导误差放大器和电流检测比较器; 图腾柱输出结构非常适合驱动功率MOS管。 此外,内部集成了许多保护功能,例如过压比较器,可以减少空载引起的输出电压失控; 乘法器输出钳位限制最大峰值开关电流; 驱动器输出高电平钳位实现MOS管栅极保护的控制; 还有具有迟滞特性的输入欠压锁定电路、连续限流特性以及用于单脉冲测量的RS锁存器等。
3 电路工作原理
电子镇流器的详细电气原理图如图3所示,可分为EMI滤波、桥式整流、功率因数控制、半桥逆变、灯谐振、启动和保护电路等部分。
3.1 输入EMI滤波电路
电子镇流器的输入电路除了由F1A熔断器和RVP1压敏电阻组成的过流、过压保护电路外,主要是EMI滤波器。 这是典型的两级复合低通滤波器电路。 CP1~CP4滤波电容用于滤除串模干扰信号。 C1和C2的一端分别连接到输出,另一端作为中点接地,可以有效地抑制共模干扰,LP1和LP2是共模扼流圈,用于滤除共模干扰干涉。 其两个线圈分别绕制在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上。 当有电流流过时,两个线圈上的磁场会相互加强。 LP1和LP2的电感与EMI滤波器的额定电流有关。 滤波器的谐振频率应远低于镇流器的工作频率。
3.2 变频控制电路
我们知道,荧光灯必须经过预热和点燃后才能进入正常照明状态。 这三种状态下,变频器均处于变频模式。 首先,以较高的频率对灯丝进行预热,使阴极达到发射电子的温度; 然后,频率迅速下降,当达到串联谐振频率时,谐振高压使灯瞬间击穿并点燃; 最后稳定在工作频率。 振荡频率可由式(1)确定,串联谐振频率由式(2)确定。
通过改变外部CT有效电容即可实现频率控制。 因此,我们可以通过NPN晶体管QN1的导通和截止来切换两个振荡电容的连接方式,从而实现频率控制。 图3 上电后,在电容CC14充满之前,QN1不导通。 电容器CC18和CC19的串联决定了振荡频率。 当电容CC14充满时,DC18导通,QN1导通,电容CC19没有作用,频率直接由电容CC18决定。 接地决定。
3.3 预热控制电路
上电后,在DC18未导通之前,QN1截止,开始以预热频率振荡。 QN2没有被切断。 VCC通过RC22向MO4栅极提供偏置电流,使其导通。 CO33和LO6开始振荡,灯丝变压器工作。 热启动; 然后,当CC14电压上升,DC18导通时,QN1导通,以正常工作频率振荡。 同时,电流通过RC21使QN2导通,MO4栅极电位达到零,MO4截止,预设Hot结束。
3.4 保护自锁及重启电路
保护电路对镇流器使用过程中出现的异常现象进行保护。 一般采用幅值检测保护原理。 该镇流器具有多种保护功能,共有5种保护,其中包括从RC36引入的灯管过压保护; RC37推出的灯欠压保护; DC19引入的电源高压保护和QP6至RC15引入的电源低压保护均汇聚在MOS管MC5的栅极。 不发生保护时,MC5不导通,引脚CT内部分压得到8V左右电压,正常工作; 当四种保护中的任意一种发生时,MC5导通,OP7因基极接地而导通,CT脚电压通过RC33降低而停止。 振荡时,半桥电路被关断。 此时,即使撤消保护,由于MC5和OP7之间的互锁,CT脚的高电位也无法恢复。 只有当电源关闭并重新启动时,镇流器才能恢复工作。
图3
DC20引入的灯丝保护与其他四种保护不同。 它不具有保护联锁功能,因此可以重新启动。 当灯丝烧坏或灯管脱落时,QN3、QN4、QN5导通,QN3用于解除保护荧光灯工作原理,在互锁电路中,QN4连接到引脚CT以停止振荡,QN5对电容器CC14放电,使准备重启。 一旦安装了新灯,QN3、QN4和QN5立即断开,并重新启动启动过程以预热。 点火并稳定工作。
3.5 电源VCC电路
该镇流器中IC电源的设计主要是基于降低功耗。 电路刚启动时,直流高压首先经稳压管DC4、DC5降压,再经RC14、DC7稳压。 由于具有微功耗启动特性,保证电路正常启动。 启动后,扼流变压器LO4的次级经过两个倍压器进行整流。 一个通道通过DC8和RC23供电,另一通道通过DPF2和RPF4向功率因数控制器供电。 当电路发生保护时,半桥电路停止工作,LO4次级停止提供电压,供电改为微电源供电。 显然,振动停止后,电源就会停止工作,这是对功率因数控制器的另一种保护。
4 测试结果
图4是该镇流器连接到OSRAM-FQ高亮度T5灯时测得的灯电压和灯丝电流的波形图。 功率为54W。 所用仪器为远方HB5A型镇流器综合参数测试仪。
5 结论
现代电子镇流器是一门知识面广、难度大的技术。 电路板需要输入交流220V电压,经过全波整流后输出300V直流高压,再经过功率因数校正器对储能电感进行升压。 高达 400V。 如果设计中元器件选择不当或调试稍有不慎,就会烧毁功率管。 该方案中保护电路的设计大大降低了异常烧管的几率。 另外,该电路中的重启电路和谐振电路稍作修改即可用于驱动双灯,对此作者将另写文章。