一種新型智能電子鎮流器的設計

張健

（常熟中等專業學校，江蘇 常熟 215500）

1 概述

隨著節能問題越來越得到關注，高性能高質量的熒光燈電子鎮流器的普及成為必然趨勢。本文對熒光燈電子鎮流器進行了研究，并提出了一種新型智能電子鎮流器。該鎮流器以PIC12F675 單片機為主控電路，與橋式全波整流電路、EMI 濾波電路、無源PFC電路、高頻開關電路、電壓電流取樣電路、穩壓直流電源組成智能電子鎮流器系統。

2 硬件系統設計（圖1）

圖1 系統硬件框圖

2.1 橋式全波整流電路的選擇

橋式全波整流電路的作用是將50 Hz 交流電變成100 Hz 正弦半波脈動直流電。如圖2 所示，D1～D4 組成橋式整流器，本設計采用1A/1000V 的1N4007 型二極管作為整流二極管，其最大正向壓降為1.1V，較小的正向導通壓降可以減小損耗、提高效率。

圖2 EMI 濾波電路和整流電路

2.2 EMI 濾波電路的選擇

本設計中EMI 濾波器選用電感輸入式T 型濾波器及線濾波器，前者可去除差模噪聲，后者對共模噪聲具有高阻抗，兩種濾波器的組合使用，不僅可以有效減少鎮流器對電網的干擾，而且可以防止外部設備對鎮流器的干擾。

如圖2 所示，EMI 濾波器由C1、C2、CY1、CY2 和共模電感L1、L2、L3 組成，其中C1、C2 跨接在電源線上，用以抑制差模干擾，CY1、CY2 接在電源進線與大地之間，用以抑制共模電壓干擾。各元件的參數規格為：C1=C2=0.1uF，CY1=CY2=1nF，L1=L2=1.2mH，L3=35 mH。

2.3 功率因數電路的選擇

本設計采用了一種高性能的高頻反饋泵式無源功率因數校正電路，其作用是將輸出端的高頻能量反饋回輸入端，以再生利用。如圖3 所示，電路工作后，交流電源經過橋式整流后，通過D5、D8 向C8、C9 充電，當輸入交流電壓瞬時值高于輸入電壓峰值的一半時，充電一直進行，且充電時間較長，當交流電源電壓低于C8、C9 上的電壓時，停止充電。由于采用高頻反饋泵式技術，故在燈管點亮后輸出端的高頻電流經整流、濾波后形成輔助直流電壓，其值約為60 V，并通過諧振與橋式全波整流后的100 Hz 正弦半波脈動直流電壓疊加，從而形成波峰系數較小的直流電壓。該無源功率因數校正電路由于增加了輸入電流的導通時間，所以電源電流的波形更接近于電壓的正弦波形，從而使電流的波形失真大大減小，同時還大大減小了輸入電流與輸入電壓之間的相位差。各元件的選用規格為：C8、C9 選用10uF /400V的大容量電解電容，D5、D8選用FR107 型二極管，D6、D7 選用1N4007 型二極管。經測試，通過無源PFC 電路校正后的輸入電流波形為近似正弦的波形。

圖3 無源PFC 電路

2.4 高頻開關電路的設計

高頻開關電路的設計如圖4 所示，其作用是將VDC用單片機輸出的可控高頻開關脈沖進行高頻切割轉換成高頻開關電壓，再作為燈管的供電電壓。其中，功率場效應管G1，G2 選用IRF830， 濾 波 電 容 取C11=560pF ，C12= 1.5nF。

圖4 中，當高頻開關脈沖為低電平0 時，其中的VT1 截止、VT2 導通，此時VDC對C10 充電使得G1 導通、G2 截止，Vout=VDC，V燈管=-VDC/2；當高頻開關脈沖為高電平1 時，Vout=0，V燈管=+VDC/2；如此反復即產生了高頻開關電壓，從而給燈管供電。當高頻開關脈沖恒為低電平時，C10 會較快充滿電，滿電后無電流通過，G1、G2 隨之截止，從而使燈管停止工作。此外，電路中的濾波電容C11、C12 可以消除電壓尖峰，C14 和L 可將流過燈管的高頻電流整形為正弦波電流。

圖4 高頻開關電路

2.5 其他電路的選擇

本設計中為了獲取電網電壓值和燈管電流值，設計了電壓取樣電路和電流取樣電路，單片機電路根據采集到的取樣信號可以進行異常保護、變頻控制等實時控制。為了給5 V 單片機和9 V 高頻開關電路提供穩定的工作電壓，本設計采用了可控穩壓直流電源，其供電由單片機中的GP0 和GP2 引腳控制。燈管點亮前，此時GP0=GP2=0，單片機和高頻開關電路的工作電壓由輸入端電源經整流、濾波、穩壓后來提供；燈管點亮后，此時GP0=GP2=1，單片機和高頻開關電路的工作電壓由輸出端燈管高頻電流經過電感耦合、半波整流、濾波、穩壓后來提供；異常保護期間，此時GP0=0, GP2=1，單片機工作電壓由輸入端提供，高頻開關電路工作電壓由輸出端提供。本設計中，通過在燈管點亮后再生利用輸出端的高頻能量來進行供電，既減小了電路的功耗，又提高了效率。

3 系統的軟件設計

系統軟件設計方案為：

3.1 初始化工作：單片機上電復位后，先初始化PIC 芯片，即設置GP0、GP2、GP4 為輸出，并使GP0=0，GP2=0，設置GP1 為A/D 輸入通道。

3.2 燈管工作頻率控制：燈管工作頻率值由GP4 引腳輸出的開關脈沖頻率值決定，系統通過實時檢測電網電壓來設置GP4 輸出值，如果電壓在正常工作范圍內，則根據電壓值設置相應的GP4 輸出頻率值，即燈管工作頻率值，并輸出預熱啟輝頻率串。

3.3 可控穩壓直流電源供電控制：燈管點亮前，設置GP0=GP2=0，控制穩壓直流電源使得單片機和高頻開關電路的工作電壓都由輸入端提供；燈管點亮后，設置GP0=GP2=1，控制穩壓直流電源使得單片機和高頻開關電路的工作電壓都由輸出端提供，節省功耗。

3.4 異常保護功能：系統輪回檢測電網電壓和燈管電流，若電壓和電流都在正常工作范圍，則根據電壓的波動調整燈管的工作頻率，若電壓或電流超出正常工作范圍，則異常保護，此時設置GP0=0, GP2=1，控制穩壓直流電源使得單片機工作電壓由輸入端提供，高頻開關電路工作電壓由輸出端提供，如果異常保護超過了5 次則程序終止。本程序中設定連續5 次檢測到的電網電壓值都在相同范圍內才能調整燈管的工作頻率，這樣可避免電網的瞬時干擾。

4 測試分析

在電網電壓175～270 V、燈管40 W 的工作條件下，測試得到表1 所示的主要電性能參數測試結果。

表1 主要電性能參數測試數據表

結果表明：在175V～270V 輸入電壓范圍內，鎮流器的功率因數均能保持0.987 的高水平，完全達到電子鎮流器的高性能標準；燈管電流波峰系數小于1.7，達到標準；輸入電流諧波含量小于10%，遠低于國標GB/T15144 的規定值；效率（燈管功率與電源功率的比）為0.89 左右，節能效果顯著；燈管功率相對穩定，隨電網電壓的波動不大，不會引起燈管較大的明暗變化。

5 結論

本文設計的高性能電子鎮流器工作電壓范圍寬、功率因數高、節能效率顯著，具備異常保護功能，使用過程中燈絲預熱效果好、燈管功率穩定、燈管使用壽命長，具有很大的市場應用價值。