一种高功率因数可调光双管荧光灯电子镇流器

该文介绍了采用杭州某公司功率因数控制器SA7527 和可调光半桥镇流器控制器SA3078 的高性能双管荧光灯（32W×2/36 W×2）电子镇流器电路及其工作原理和元器件选择。

目前，我国在3~8 W 的小功率紧凑型荧光灯（CCF）中，电子镇流器已全部取代了电感镇流器。但在18 W 以上尤其是30 W 以上的荧光灯中，仍然是电感镇流器占主导地位。研发和生产高性能和高可靠的中大功率直管形荧光灯（TL）电子镇流器，提高市场占有率，逐步减少电感镇流器市场，是照明电器行业的一项重要任务。

高性能荧光灯电子镇流器解决方案
    中大功率TL 电子镇流器能否与电感镇流器尤其是节能型电感镇流器在市场上竞争，关键不是依靠低价促销策略，而是依靠其性能价格比。欲提高电子镇流器的性能与可靠性，沿用由分立元器件组成的简单电路是不可行的。采用专用控制器IC 设计高性能电子镇流器，早已是大势所趋。为满足IEC1000-3-2 等规范和能效标准，荧光灯（尤其是25 W 以上的荧光灯）电子镇流器必须具备低AC 输入电流谐波失真、高功率因数和可调光等功能。图1 所示为高性能荧光灯交流电子镇流器解决方案。

有源功率因数校正（APFC）已成为非常成熟的技术，但在我国内销的电子镇流器中很少被采用。调光电子镇流器是最符合能效标准要求的节能照明电器之一，发达国家的数字可寻址照明接口（DALI）数控调光镇流器和照明控制系统已进入实用阶段，而在我国几乎仍然为空白。即使是手动或遥控的模拟调光电子镇流器，在国内市场上也非常少见。我国目前虽然是世界照明电器生产和出口的第一大国，但照明电器的技术水平仍然较差，产品档次较低，这是一个必须正视的事实。
高功率因数可调光荧光灯电子镇流器电路采用某公司有源PFC 控制器SA7527 和调光镇流器控制器SA3078 的双灯管（32 W×2/36 W×2）电子镇流器电路如图2 所示。该电路适用85~265 V 的全球AC 线路输入，线路功率因数可达0.99，AC 输入电流总谐波失真（THD）<10%。
有源PFC 升压预调节器前置级电路在图2 中，C1~C4 和L1 组成电磁干扰（EMI）滤波器。其中，C1 和C2 为X 电容，C3 和C4 为Y 电容。EMI 滤波器对EMI 信号相当于一个“隔离墙”，作用是阻挡电网中的电磁干扰侵入到电子镇流器中，同时又阻止镇流器中的EMI 信号进入电网，成为“电力公害”的污染源。TNR 用作过电压保护，NTC 热敏电阻RT1 用作通电时的浪涌电流限制。二极管D1~D4 为全波桥式整流器。在桥式整流器与DC-AC 高频逆变器之间，插入了升压型有源功率因数校正（APFC）变换器电路。

在APFC 级预调节器电路中，C5 为输入小电容（<1 μF），C9 为PFC 输出储能电容，SA7527 为PFC控制IC。T1 初级绕组线圈作为升压电感器使用，次级绕组提供零电流检测（ICD）信号和SA7527 ⑧脚上电源电路的高频取样信号。D5 为升压二极管，Q1 为PFC开关（MOSFET），R6 为电流传感电阻，R1 与R2 组成输入电压检测分压器，R7 和R8、R9 组成PFC 输出电压（＋ 400 V）感测分压器，R3 和C6 为SA7527 的启动元件。         整流电压经R1 与R2 分压，约缩小100 倍输入到SA7527 ③脚内部的乘法器，PFC 输出直流（DC）电压V0（PFC）经R7 与R8、R9 分压，反馈到①脚内的误差放大器。当SA7527 ⑦脚上的PWM 输出驱动Q1 导通时，二极管D5 截止，通过T1 初级电感器L 的电流IL 从零开始线性增长。一旦Q1 阻断，D5 测导通，电感电流从峰值开始线性下降，如图3 所示。一旦电感电流IL 降至零，被SA7527 ⑤脚检测，Q1 再次导通，开始一个新的开关周期。

在每个开关周期中的电感电流峰值都跟踪AC 线路输入电压的变化轨迹，其峰值电流包迹波（即包络）正比于AC 输入电压。由于采用SA7527 的PFC 电路工作在临界模式（CRM），峰值电器电流的一半为平均输入电流，与市电电压瞬时值成正比，呈正弦波形且与AC 电压同相位（见图4），使系统呈现电阻性负载，因此输入功率因数几乎等于1（≥ 0.99，功率因数为1 的情况，称为单位功率因数）。由于APFC 预变换器实质上就是一种特殊类型的开关电源（SMPS），在AC 输入电压从85 V 到265 V 变化三倍时，都能在C9 两端输出400 V 的恒定DC 电压，作为后随半桥级电路的母线电压。

图4　在一个AC 线路电压半周期内的电感电流和平均输入电流

         如果不采用APFC 电路而是采用常规的全波整流和大容量电解电容滤波电路，AC 输入电流则呈幅度很大的尖峰脉冲，总谐波失真率（THD）远大于基波电流（100%），可达110% 以上，仅三次电流谐波，一项往往超过60%，线路功率因数约0.55。图5 示出了采用APFC 和未采用时的AC 输入电流波形比较。

2.2　半桥式镇流器电路和输出网络
在图2 中，SA3078 为控制IC，变压器T2 和开关Q2、Q3 等，组成DC/AC 半桥式高频逆变器电路。L2、C15 和L3、C16 等，组成LC 串联谐振网络。R21和C24 为SA3078 ③ 脚（VCC 脚）上的启动元件。在SA3078 启动半桥电路开始运行后，C14、D6 和D7 组成的电荷泵（辅助电源）电路为SA3078 的③脚提供工作电流，以减少启动电阻R21 上的功率消耗。在SA3078 启动后，⑩脚流出10 μA 的电流对电容C22 充电。在启动初始时刻，镇流器输出最高频率（≥ 77 kHz，由④脚上电容C13 值决定）。随C22 上电压升高，频率降低，对灯丝加热。当C22 上的充电电压达到2 V 时，预热时间结束，L2、C15 和L3、C16等组成的LC 串联电路（由于C17/C18 值远大于C16，C19/C20 值远大于C15，故C17/C18 和C19/C20 的作用可忽略）发生谐振，在C15 和C16 上产生高电压将两根灯管击穿而点亮。
在SA3078 ⑨脚可以加入0~2 V 的手动或遥控模拟调光电压。当⑨脚上的输入电压为0 V 时，灯光最亮（光输出为100%）；当⑨脚上的电压为2 V 时，灯光完全变暗。当SA3078 ⑨脚上电压从0 V 增加到2 V的过程中，镇流器输出频率渐升，L2和L3上的阻抗（2πfL）渐增，灯电流逐渐减小，灯亮度从最大到完全变暗。因此，调光功能是利用调频来实现的。        R14、R15、R18 和R14、R16、R17 及R19、C21，分别组成两支灯管的检测电路。如果SA3078 ⑧脚上电压低于1 V，说明电路中两根灯管均未接入。如果⑧脚上的电压为1~3 V，说明只有一支灯管接入。只有⑧脚上的电压高于3 V，才说明两支灯管均到位。R10 为半桥电流传感电阻，为SA3078 ⑥脚提供电流检测信号。
)P6@"} |'M5n*Wxi2.3　元器件选择
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U        当每支灯管为32 W 时，元器件选择见表1。若将L2、L3 线圈匝数分别减少到100 和90，C15/C16 分别变为5600 pF 和6800 pF，灯管可分别变为36 W×2 和40 W×2。3　结束语
        杭州某公司推出的SA7527 功率因数控制器和SA3078 调光镇流器控制器，分别与美国的FAN7527和KA7543 等效，而且引脚兼容。这两种专用IC 的推出，为国内相关技术人员设计高功率因数可调光荧光灯电子镇流器提供了便利。