一种新颖的低价单级电子镇流器

JOURNALOFHENANINSTITUTEOFENGINEERINGVol.23，No.4Dec．2011

一种新颖的低价单级电子镇流器

周成虎，瓮嘉民，李松涛

（河南工程学院电气信息工程系，河南郑州451191）

摘

要：给出了一个基于集成自激振荡变换器与Buck－Boost功率因数校正电路的单级电子镇流器．功率开关管的控制

信号是通过谐振电路中串接的饱和变压器获得的，用铁芯饱和来控制两个开关管控制信号之间的死区时间．由于没有专用集成电路控制镇流器，所以这种镇流器和典型的两级电子镇流器相比成本较低，实验证明其电路可行．

关键词：镇流器；高功率因数；自激控制；单级转换中图分类号：TM923．61

文献标志码：A

文章编号：1674－330X（2011）04－0038－04

Boost升降压型对于额定电压为220V的单管荧光灯电子镇流器，其有源功率因数校正一般采用Buck-Boost有源功率因数校正电路．该类电子镇流器通常由两级构成，即在自激振荡变换级电路前增加一个Buck-［1－2］

．尽管市场上有许多现成的集成控制电路可以使用，级电路，两级电路各需要一个单独的控制电路但两

级电路元器件数量较多、性价比低是不能回避的事实．

LCC串并联谐振变换电路与Buck-Boost有源功率因数校正电路相结合就构成了单级电子镇流器电路，Boost有源功率因数校正电路和LCC串并联谐振如图1所示．图中电路的共用开关管Q2不仅要承受Buck-变换电路的最大电压，还要负载输入和输出电流．

1单级电子镇流器主电路分析

图1为本文给出的单级电子镇流器电路图，一个开关周期可以分为两个工作阶段，各工作阶段的等效电路如图2所示．

图1

Fig．1

单级电子镇流器电路图

Thetopologyofsingle－stageelectronicballast

收稿日期：2011－08－23

基金项目：河南省科技厅重点科技攻关项目（112102310327）作者简介：周成虎（1973－），男，河南息县人，助教，硕士，主要从事非接触供电应用方面的研究．

第4期周成虎，等：一种新颖的低价单级电子镇流器

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Q2、在工作阶段Ⅰ，开关管Q2导通，电源电流流过二极管D3（或D4）、二极管D6、电感LP、二极管D2（或

D1），同时电容CF也经过Q2、二极管D6、电感LP放电，电感LP储能；电容CA放电，电流经过电容CP、电容CS、Q2．电容CA在放电过程中对CS充电．当电容CS充电结束时，电感LS、二极管D7、开关管Q2由导通转为截止，该工作状态结束．

在工作阶段Ⅱ，开关管Q1导通，电源电流流过二极管D3（或D4）、电容CF、二极管D2（或D1），向CF充电；电感LP释放能量，电流经过二极管D5、电容CA、二极管D6，向CA充电；电容CS放电，放电电流经过电容CP、开关管Q1、电感LS．当电容CS放电结束时，开关器件Q1由导通转为截止，该工作阶段也结束．

（a）工作阶段Ⅰ

图2Fig．2

主电路的工作阶段Maincircuitworkstage

（b）工作阶段Ⅱ

在该电路中，电容CF较小，滤波作用不大，整流二极管D1～D4的工作电流中高频分量大，采用普通二极管1N4007时的反向恢复时间与开关器件Q2（MOS管MTP6N60）的反向恢复时间悬殊，故整流二极管D1～D4选用超快恢复二极管HER107，电路的效率也有所提高．

2振荡变换部分的工作原理

LCC串并联谐振变换电路是一个半桥振荡变换器，它为灯管提供了足够高的启动电压，在稳态时峰值

［3］因数低是灯管寿命长的基本条件．

LCC串并联谐振变换电路的振荡输入电流落后输入电压一个角度φ，所以振荡变换器开关处于零电压工作状态（ZVS），开关损耗低，两个开关管Q1与Q2的控制脉冲之间的死角φd可在0和φ之间变化，但输入

电流和输入电压波形不变，仍保持零电压工作状态．可以在不改变振荡变换器运行条件的同时利用这个特性在最小值

δmin=

π－

．2π

（1）

在这里，δ是指一个开关周期的占空比，δ=Ton/T；Ton是指开关器件Q2的导通时间；T是指开关周期和最大值0．5之间调节开关器件Q1与Q2的占空比．

Boost有源功率因数校正级电路工作点，通过在这个范围内调节开关器件Q2的占空比可以控制Buck-同

时不影响振荡变换部分，这个特性可用于调节发送到灯具的功率和电路的其他部分．

3触发电路及其分析

本文给出的单级电子镇流器的触发电路如图3（a）所示．该电路用一个饱和变压器从LCC串并联谐振

CB两端的电压保持在12V，变换电路中获取电源，由于稳压管D11的稳压作用，对QC2和QC3供电．当饱和变QC1导通，QC2饱和导通，QC3截止，压器副边电压高于稳压管D11两端的电压时，触发信号UGS为高电平；反之，

QC1与QC2截止，QC3饱和导通，触发信号UGS为低电平0．3V（QC3集电极与发射极饱和压降为0．3V）．QC2和QC3构成推挽电路．稳压二极管D12起嵌位触发信号UGS的作用．

由于开关器件Q1与开关器件Q2的负载不同，在相同的触发信号下，用同一种触发电路触发这两个开关器件，得到的触发信号不同．开关器件Q2的触发信号相对较差，其上升沿和下降沿变化速度缓慢．

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河南工程学院学报（自然科学版）2011年

图3

Fig．3

触发电路与仿真波形

Triggercircuitandsimulationwaveform

从图3（b）的仿真结果可以看出，开关器件Q2的触发信号的下降沿出现的尖峰电压被稳压二极管D12嵌

［4］

位，开关器件Q2的栅源极触发信号更加稳定，寿命比以前的电路有提高；从图3（c）的仿真结果可以看出，如果触发电路去掉稳压二极管D12，触发信号UGS的仿真波形在下降沿出现的尖峰电压超过20V，实验中偶

见开关器件Q2被击穿的现象．

4实验结果

50Hz，实验电路的电源电压为220V、灯管选用飞利浦36W圆形日光灯．电路的输入电压波形如图4所示．灯端电压频率为37kHz，效率为90%，功率因数大于0．99．

5结论

与两级有源功率因数校正电路相比，本文给出的电路没有使用专用的集成电路，总原件数较少；与以前的单级有源功率因数校正电路相比，效率进一步提高，开关器件的损耗降低，寿命更长．

参考文献：

［1］RibasJ，AlonsoJM，Callejaetal．Low－costhigh－power－

factorelectronicballastbasedontheself－oscillatingbuck－boostinverter［J］．ProceedingsoftheIEEEAPEC，2000，1（1）：597－602．

Fig．4

图4

实验电路的输入电压波形

Experimentalcircuit’sinputvoltage

第4期周成虎，等：一种新颖的低价单级电子镇流器

·41·

［2］RibasJ，AlonsoJM，CallejaAJ，etal．Lowcostsingle－stageelectronicballastbasedonaselfoscillatingresonantinverterin-tegratedwithabuck－boostPFCcircuit［J］．IEEETransNdElectron，2001，48（6）：1196－1204．

［3］RibasJ，AlonsoJM，CallejaAJ，etal．Single－stagehigh－power－factorselfoscillatingelectronicballastforfluorescent

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［4］WuTF，ChiangMC，LiuYC．Single－stagedimmableelectronicballastwithunitypowerfactor［J］．IEEETransIndElectron，

1996，152（1）：2141－2148．

ANovelLowCostSingleStageElectronicBallastZHOUCheng-hu，WENGJia-min，LISong-tao

（DepartmentofElectricInformationEngineering，HenanInstituteofEngineering，Zhengzhou451191，China）

Abstract：Thispapergivesasingle-stageelectronicballastbasedontheintegrationofself-excitedoscillationconverterandBuck-Boostpowerfactorcorrectioncircuit．ControllingsignalsofPowerMOSFETisobtainedfromtheresonancecircuitofthecombinationofsaturatedtransformer．TheironcoreissaturatedtocontroltwoPowerMOSFETcontrolsignaldeadtime．Sincenospecialintegratedcir-cuitcontrolballast，andcomparedwithtypicaltwostagesofelectronicballast，theballastislowcostandtheexperimentsshowthatthecircuitisfeasible．

Keywords：ballast；highpowerfactor；self-oscillatingcontrol；single-stageconverter

檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭（上接第37页）参考文献：

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TemperatureMonitoringofC8051F020TerminalStation

HEZhi-yan，GONGQuan-qing

（CollegeofElectricalEngineering，NantongUniversity，Nantong226019，China）

Abstract：Concerningtheproblemthatindustrystatuscannotberealizedtimelybyusingtraditionaldetectingmethods，aC8051F020self-heatingtemperaturecollection，transmission，analysisandprocessalgorithmisproposed，givingguidelinesforvariabledetectionandinformationmanagement．ByreallocatingVB6．0ActiveXMscomm，communicationbetweenindustrialPCandMCUhasbeenfulfilled．Monitoringinterfaceprovidespastandcurrenttemperaturedatarecordsforlookingoverandforgeneratingprintingre-ports．Ithasbeenattestedthattheaverageterminaltemperatureis15．64percenthigherthanthereference，rangingwiththeatmos-pherictemperatureandtheaircirculationspeed．μC/OS－Ⅱdebuggedanddevelopedthemonitoringsoftwareonterminal，satisfyingtheexpectedfeasibility，reliabilityandstabilitytargets．

Keywords：μC/OS－Ⅱ；communicationprotocol；ActiveXMscomm；AccessDatabase