熒光燈是一種以最少電能消耗(流明/瓦)產(chǎn)生白光的最廉價方法�，F(xiàn)在，小型熒光燈的每年銷售規(guī)模達數(shù)億只，而對熒光燈可靠性的要求也不斷提高。如今的照明系統(tǒng)需要鎮(zhèn)流器控制功能以驅(qū)動小型熒光燈，但這樣增加了成本和設計時間，而且這些鎮(zhèn)流器控制功能必須根據(jù)每種不同類型的熒光燈重新調(diào)節(jié)。

    因此，設計工程師需要集成了所有控制功能的解決方案，以便將更多精力集中在燈管的輸出級設計上，并縮短產(chǎn)品上市時間。本文介紹如何利用集成了多種控制功能的單片ic來設計25w小型熒光燈鎮(zhèn)流器，另外還討論輸出級設計、可編程器件的選擇、原理圖、鎮(zhèn)流器測量波形，以及仿真結(jié)果和實測結(jié)果的比較。

    可利用基于標準諧振電路拓撲的簡化模型來設計燈管輸出級(圖1)。燈管要求在給定的時間內(nèi)有電流來預熱燈絲，有高電壓來點亮燈絲，然后開始工作。選擇合適的電感和電容并改變輸入電壓頻率可以滿足這些要求。為預熱和點亮燈絲，此時燈管并不導通，電路為電感-電容串聯(lián)形式。燈管點亮后，燈管處于導通狀態(tài)，電路成為電感并聯(lián)電阻-電容串的形式。

    根據(jù)電路的傳遞函數(shù)可得到燈管預熱、點亮和正常照明三種狀態(tài)下的輸出級工作點(圖2)。頻率在確定的預熱時間內(nèi)從起始頻率開始平滑下降到最終工作頻率。在頻率下降過程中，燈絲被預熱，燈管兩端的電壓隨著頻率接近高q值l-c電路的諧振點而不斷增加。當電壓足夠高時，燈管即被點亮，工作點轉(zhuǎn)移到低q值l-c曲線。頻率則繼續(xù)下降，最終達到工作頻率。

    圖1：簡化的燈管輸出級模型是一個基本的r-l-c電路。

    高q值串聯(lián)l-c電路的傳遞函數(shù)為：

    其中vin為輸入方波電壓的幅值(v)，vign為燈絲點亮電壓的幅值(v)，l等于輸出級電感(h)，c等于輸出級電容(f)，fign為燈管點亮時的頻率(hz)。根據(jù)式1得到fign的表達式：

    式2給出了高q值l-c傳輸曲線上燈管點亮時的工作點的頻率。需要注意的是，這里采用輸入方波(vin)的基頻進行線性分析。一旦燈管點亮，其電阻不能再被忽略，系統(tǒng)變成具有如下傳遞函數(shù)的低q值串并聯(lián)r-c-l電路：

    從式3可得到低q值r-l-c傳輸曲線上的工作頻率：

    這里r為由熒光燈工作功率和電壓決定的熒光燈電阻。

    其中，prun等于工作功率(瓦)，vrun為燈管的工作電壓(伏)。最后，根據(jù)所用ic的電控制振蕩器(vco)最大頻率得到高q值l-c曲線上的起始頻率工作點。

    利用這些等式以及熒光燈和鎮(zhèn)流器的參數(shù)，可設計出熒光燈輸出級。25w cfl型熒光燈和鎮(zhèn)流器(由230v交流電源供電)的參數(shù)為：vin=280v, vign=380v(峰值),prun=25w,vrun=175v(峰值),frun=45khz。

    選擇c=6.8nf并利用式4，使l從0.1mh開始逐漸增大直到獲得預期的工作頻率。確定l和c后，利用式2和式6計算點亮和起始頻率。所采用的ic為ir2520，其頻率可以從起始頻率掃描到工作頻率(圖3)，為保證熒光燈能夠正常點亮，點亮頻率必須大于工作頻率，采用上述設計方法可確定電感值為2.3mh。

    圖2：這些曲線描述了輸出級具有不同工作點的傳輸函數(shù)。

    鎮(zhèn)流器的設計

    本文設計了一個25w迷你型鎮(zhèn)流器演示板，并對之進行性能測試。輸入級針對230v交流電源而設計，利用鎮(zhèn)流器控制ic對頻率和預熱時間進行編程，并執(zhí)行頻率掃描和驅(qū)動高端和低端半橋mosfet。該ic也提供熄燈復位功能及在沖擊失效、非零電壓開/關(guān)、燈絲開路和拆卸燈管時的保護功能。

    采用上述設計方法計算l、c及燈管輸出級的頻率，并根據(jù)計算結(jié)果選擇可編程ic(圖4)。分別選取電感和電容為2.3mh和6.8nf，將電容、電感值和計算出的工作頻率