用在荧光照明中的功率电子器件

　　为了降耗节能，用荧光灯、LED或HID替代白炽灯的工作正在全世界范围内进行，并取得了巨大进展。举例来说，电子变压器已用来驱动低电压卤素灯，用于荧光灯的磁性镇流器已经被电子镇流器所取代，而LED已经使用高效的开关电源。其中，替换50/60Hz铁芯变压器或镇流器的主要原因是为了提升效率。不过，新型电子镇流器虽能带来更高的性能和更小的质量或体积，但价格仍偏贵。然而，取决于具体应用，特别是考虑到电子镇流器能降低能耗的时候，用其取代磁性镇流器的投资回报时间就不会超过一年。

　　对荧光灯照明和电子镇流器的封闭检查

　　经典的磁性镇流器和启辉器能完满执行荧光灯的工作要求（见图1）。最初，起辉器S1关闭，电流流经电感L1和灯丝FL。当起辉器经一段时间启动后，灯丝已处于高温状态，电流的急剧变化会导致电感产生高电压并通过灯泡。当灯被点亮后，电感的感抗就会限制放电电流。

　　图1 磁性镇流器原理

　　磁性镇流器的缺点

　　这个简单镇流器的一些缺点是明显的，而另一些则不是。首先，启辉器会在线电压零交叉时启动。此时的电流比较小，启动电压也是如此，灯泡也许不会启动。整个系统效率较低，而这要归结于两个原因。首先是价格的风险，电感自身的高损耗是公认的。第二是离子在线电压零交叉时要重新结合，而在下个半周期中又要被离子化，后面的行为会导致可观的能量损失。

　　电子镇流器的优点

　　电子镇流器的一个主要优点是其有很高的频率（一般为30～60kHz）。由于此高频率，离子的重组合不会发生，灯泡的效率会增加10%（相比于工作在50/60Hz时）。此外，电子镇流器本身的设计效率要高于90%，当同FL一起工作时，能轻易节省30%的能量。

　　在欧洲最流行的FL镇流器拓扑是电压馈电系列共振半桥（见图2）。

　　图2 FL镇流器的结构框图

　　半桥能被不同的频率驱动，占空比约为50%。在启动阶段，只要FL不被点燃，镇流器控制器就会产生高于L1/C1的共振频率。于是，大电流流经灯丝将其加热到预期的温度。当经过一段决定于外部元件的时间后，控制器开始降低工作频率以达共振。其结果，通过灯泡的高电压产生了，灯泡被点亮。点亮后，FL的阻抗会对共振电路进行抑制，使灯泡上的电压接近工作电压。在许多应用中，灯泡电流被直接或间接地感应到，工作频率会被调整到预置点。而只要工作频率超过L1/C1的共振频率，MOSFET就会进行软开关，在EMI被降低的同时，开关损失可忽略不计。

　　带有快速恢复二极管的MOSFET会非常适合如图1那样的应用。集成快速恢复体二极管的500V和600V Q-FETTM，以及600V SuperFETTM都属这种类型。因为上部MOSFET的栅极需要高电压驱动，所以高压侧的栅极驱动是必须的。高电压驱动器芯片，像飞兆公司的FAN7380、FAN7383、FAN7384以及FAN7382都符合这些要求并具有很好噪声免疫能力。此外，还有具备安全和控制功能的纯镇流器驱动器FAN7544和集成高压栅级驱动的控制器FAN7532。

　　功率因数校正

　　按照电流国际标准要求，如果照明设备的功率超过25W，就必须使用功率因数校正。这里有两个原因：一个是白炽灯泡的特性像一个电阻，也就是说电压和电阻是同相的。二是照明只消耗了总功率的10%～12%，一天要工作几小时，相比于其他设备是相当长了。因此，如果照明电器没有进行功率因数校正，就会导致电源网络上的大量额外损失。

　　因为多数设备的总功耗都在150W以下，所以临界模式PFC是最经济的解决方案。在这个模式下，通过控制电感的峰值电流，电流峰值就能同整流后的输入电压成比例。在空闲时间，电感电流回落到零，也就是电感的退磁会启动下个开关周期。很容易看到电感的平均电流同输入电压成比例，这就是预期的结果。这里还有两种不同的方法来控制电感的峰值电流。在FAN7527的电流模式下，整流后的线电压会感应出参考电流，其能设定峰值电流的实际值。而在FAN7529的电压或恒定工作时间模式下，开关设备的工作时间在一个或多个线性半周期中是保持恒定的。保持工作时间恒定，峰值开关电流又再次同输入电压成比例，并能从基本的微分式dI/dt =V/L中解出来。这两种模式的共同点是输出电压的感应和稳压。

　　图3 转换模式PFC的电压模式控制应用框图

　　低价镇流器有多种PFC拓扑，或用高感抗的铁芯扼流圈平滑输入电流，或弃用功率开关和控制器IC而使用电荷泵PFC。在这种拓扑中，半桥结构用来驱动荧光灯和PFC（见图4）。因为灯泡的电源必须稳压，且没有额外的度数用来控制PFC，所以很难找到合适的L和C来形成良好的功率因数并将灯泡稳定在很宽的输入电压范围内。这就是为什么这种解决方案很便宜，却很少使用的缘故。

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