带PFC的数控可调照明镇流器电路设计

来源:互联网 作者:秩名2014年11月26日 11:43

  目前随着能源问题日益严重,调光技术在照明的应用中得到了越来越广泛的关注。目前大多数调光器以可控硅为主,这种调光器在纯阻性负载(如白炽灯)时能很稳定地工作,因为可控硅可以在正弦波的任意点被触发导通直到正弦电压接近零的时候关断。在这样的系统中,白炽灯可以很平滑地实现从几乎是0到100%的调光。而节能灯由于其发光效率高、无频闪等优点在很多场合早已替代白炽灯。但是由于节能灯的负载特性,在应用于调光系统时就需要对其电路进行调整。于是新型可调光电子镇流器应运而生。因此,本文设计一种基于MC68HC908LB8的带PFC的数控可调照明镇流器 ,能使元件数量减少50%。

  MC68HC908LB8是低成本、高性能的8位M68HC08系列单片机中的一员。该系列中的所有MCU均采用增强的M68HC08中央处理器,并且能提供多种不同的模块配置、存储器大小、存储器种类和封装类型。MC68HC908LB8还带有专用的外围设备,用于高解析度的PWM及功率因数调整(PFC)。8MHz的内部总线频率;可调整的内部振荡器:4.0 MHz的内部总线运行;8位调整功能;25% 的未调整精度;5% 的调整后精度8K字节、10,000次典型擦写周期的可在线编程FLASH,带加密选择;128字节的内置随机存储器(RAM);双通道高解析度PWM, 具有死区时间插入和关断输入功能。输出采用频率脉动,可达到4ns的输出解析度 ;双通道脉冲宽度调制器(PWM)模块可提供功率因数调整功能 ;7通道的8位连续逼近型模数转换器(ADC);用于功率因数调整功能或一般用途的运算放大器/比较器;7位键盘中断 ;一个16位、两通道的定时器接口模块,其中一路输出至端口引脚(PTA6),可用于输入捕捉和PWM ;17个通用输入/输出(I/O)引脚,1个单输入引脚 。

  采用MC68HC908LB8的数控可调光36W&TImes;2荧光灯电子镇流器系统。该系统主要由PFC升压预变换级、半桥逆变器和灯驱动电路等几个部分组成。

  PFC升压预变换器电路

  带PFC的数控可调照明镇流器电路设计

  PFC的英文全称为“Power Factor CorrecTIon”,意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。 基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因素值越大,代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路,其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失,此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种,一种为被动式PFC(也称无源PFC)和主动式PFC(也称有源式 PFC)。

  由2(MC68HC908LB8)控制的PFC升压预变换器电路如图2所示。其中,S1为PFC主开关,LPFC为PFC升压电感器,D2为升压二极管,C4和C10分别为PFC电路输入和输出电容器,R5为电流传感电阻。PFC电路在连续导电模式(CCM)操作。R1、R2、R3、DZ1、D1、 R4和C3组成AC线路电压过零检测电路,过零检测信号由IC2引脚5接收(参见图5)。IC2引脚13上的栅极驱动器输出信号输入到S4的栅极。S4漏极输出信号经S2和S3缓冲放大后,驱动主开关S1.PFC级输出DC电压(VDCB)经分压器R11、R12、R13与R14检测,被馈送到IC2的引脚16.PFC级在R5上的电流感测信号经R7和C7低通滤波,输入到IC2的电流感测输入端(引脚12)。由于IC2嵌入了FC控制器,从而可省略传统方案中的独立功率因数控制IC.图2所示的这种PFC电路,可提供高于0.99的输入功率因数、低于6%的THD和400V稳定的DC输出电压。

  半桥逆变器电路设计

  图4所示为镇流器的半桥变换器电路与灯网络。半桥驱动器采用IR2106(IC1)。IC1引脚2和引脚3上的控制输入(高侧与低侧)由IC2引脚 6和引脚7上的输出提供。IC1引脚与引脚8之间的D4为自举二极管,引脚8与引脚6之间的C19为自举电容,S5和S6分别是半桥上桥和下桥开关。 LRES和C24、C23等,组成LC谐振槽路。R23和R24分别是两根灯管的灯丝接地电阻,用作感测灯管电流。R23和R24上的检测电压信号经 D9、D10、C26、R25和D11、D10、C27、R26整流滤波,分别输入到IC2的引脚17和引脚18.L3H和R21、R22、D7、 R20、C25组成两支灯管电压之差检测电路,并将检测信号输入到IC2的引脚20。

  带PFC的数控可调照明镇流器电路设计

  系统采用PWM调光方案。IC2中高精度PWM(HRP)模块,通过控制半桥(通过IC1引脚2和3输入)PWM占空比,可连续控制灯管亮度变化。采用低价位MC68HC908LB8的数控可调光电子镇流器,可提供有源功率因数校正,大幅度减少系统元件数量,降低系统复杂度和成本,提高系统能源效率。

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