摘要將白熾燈三端雙向可控硅(Triac)調(diào)光器連接在采用控制器(BUA2014) 緊湊型熒光燈(CFL)電子鎮(zhèn)流器的交流電源輸入端，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。介紹了基于控制器(UBA2014)控制IC 并帶電荷泵的Triac 調(diào)光CFL 鎮(zhèn)流器電路工作原理，為設(shè)計(jì)Triac 調(diào)光CFL 鎮(zhèn)流器提供了一種高效低成本解決方案。

0 引言

熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器自上一個(gè)世紀(jì)80 年代初期問(wèn)世以來(lái)，幾乎全部采用半橋式DC-AC 逆變器拓樸結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。其中，半橋輸出端的電感器(相當(dāng)于工頻熒光燈鎮(zhèn)流器)與燈管是串聯(lián)的。C1 是耦合電容器，超隔直流作用?？刂破鱅C 的振蕩器頻率，通常與單個(gè)電阻RT(有時(shí)由RT 和電容CT)設(shè)定。改變RT 電阻值，則可以使開(kāi)關(guān)頻率發(fā)生變化，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光燈的調(diào)光。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率降低時(shí)，L的阻抗(ZL =2 πfL) 減小，燈電流增加，燈光變亮;當(dāng)頻率升高時(shí)，L的阻抗增加，燈電流變小，燈光變暗。因此，通過(guò)調(diào)頻可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光。調(diào)光的最大亮度電平是燈管的額定功率(即100%)，亮度調(diào)節(jié)不能超過(guò)最大亮度電平。

事實(shí)上，利用傳統(tǒng)的三端雙向可控硅(Triac) 調(diào)光器，也可以對(duì)電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行調(diào)光，而且電路簡(jiǎn)單，成本低廉，調(diào)光范圍可以從10%~100%.

1 三端雙向可控硅調(diào)光器

1.1 白熾燈調(diào)光器

傳統(tǒng)白熾燈調(diào)光器電路如圖2 所示。其中：VS 為三端雙向可控硅(Triac);D 為雙向(觸發(fā))二極管(Diac);RP 為調(diào)光電位器，R是RP 的串聯(lián)電阻;C為電容器。D 通常選用BD3,其擊穿電壓為32 V 左右。當(dāng)電容C被充電到約32 V 時(shí)，Diac 擊穿導(dǎo)通，觸發(fā)Triac 導(dǎo)通，并且Triac 的導(dǎo)通電壓降很小。一旦電流降至其保持電流IH 以下，Triac 則關(guān)斷。Triac 具有雙向?qū)ΨQ的伏安特性，如圖3 所示。在AC 線路電壓過(guò)零后，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，在AC 電壓的負(fù)半周Triac同樣會(huì)導(dǎo)通。調(diào)節(jié)RP 可以改變Triac 的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。RP 電阻值越大，延遲角則越大，Triac 導(dǎo)通角也就越小，燈光則越暗。

1.2 調(diào)光器應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器的連接方法

當(dāng)Triac 調(diào)光器用于可調(diào)光CFL 電子鎮(zhèn)流器時(shí)，應(yīng)將其連接到橋式整流器濾波電路的輸入端，如圖4所示。圖5 為輸入電壓VMAINS、電容CBUS 兩端的DC 總線電壓VBUS、電容Cdim 上的充電電壓Vcdim 及通過(guò)Triac的電流ITRIAC 波形。

白熾燈是一種純電阻性負(fù)載，而橋式整流(電容)濾波電路與白熾燈的情況完全不同。由于整流二極管具有單向?qū)щ娦裕挥姓蚱脮r(shí)才會(huì)導(dǎo)通，因此只有在AC 輸入瞬時(shí)電壓高于DC 總線電壓VBUS 時(shí)，電流才會(huì)通過(guò)整流二極管。很顯然，在大部分時(shí)間中二極管是截止的。在橋式二極管不導(dǎo)通時(shí)，沒(méi)有DC 通路去充電調(diào)光器中的電容Cdim,Triac 也不會(huì)被觸發(fā)導(dǎo)通。Triac 的保持電流IH 通常為15~20 mA,一旦電流低于保持電流，Triac 就會(huì)立即關(guān)斷。

2 帶電荷泵的Triac 調(diào)光方案

目前使用Triac 調(diào)光器對(duì)CFL 鎮(zhèn)流器進(jìn)行調(diào)光，一種低成本解決方案是采用電荷泵電路，如圖6 所示。

圖6 中，二極管DX、DY 和電容CX 構(gòu)成電荷泵。全波整流的電壓經(jīng)DX 對(duì)CX 充電，電容CX 通過(guò)DY 放電。

電荷泵的加入，有可能在整個(gè)AC 線路周期內(nèi)都能汲取電流，不僅能使Triac 獲得保持電流使其導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)光，而且能減小AC 輸入電流波形失真，提高功率因數(shù)。

完整的帶電荷泵的Triac 調(diào)光CFL 電子鎮(zhèn)流器解決方案如圖7 所示。為了獲得較好的調(diào)光效果，必須附加一個(gè)燈電流反饋控制環(huán)路和調(diào)光器狀態(tài)(即電位器旋鈕位置，代表通過(guò)Triac 的電流)檢測(cè)電路。

3 基于控制器(UBA2014)的Triac調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路

3.1 UBA2014 控制IC 簡(jiǎn)介

UBA2014 采用16 引腳DIP 或SO 封裝，引腳排列如圖8 所示。

UBA2014 集成了壓控振蕩器、預(yù)熱定時(shí)器、燈電壓傳感器、預(yù)熱電流與平均電流傳感器、自舉二極管、電平移位器及半橋上/下MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器等。表1列示了UBA2014 的各個(gè)引腳功能。

表1 UBA2014 引腳功能

3.2 實(shí)際電路

由UBA2014 控制IC 組成的21 W CFL 電子鎮(zhèn)流器電路如圖9 所示。

圖9 中，Triac 調(diào)光器應(yīng)當(dāng)連接在交流電源相線L上(見(jiàn)圖4)。R1 為可熔電阻，用于短路保護(hù)和啟動(dòng)時(shí)的流浪涌電流限制。D1~D4 為橋式整流器，其輸入端上的R3、C1、R2 和L1 及其后的L2、C3 構(gòu)成電磁干擾(EMI)濾波器。二極管D5、D6 和電容C12 組成電荷泵電路。MOSFET(T1 和T2)是半橋功率開(kāi)關(guān)。電感(扼流圈)L10 的副繞組L10A 和L10B 及串接在燈絲上的電容C14、C15 用作燈絲預(yù)熱。連接在CFL 右端下面燈絲上的D50、D51、C52、C50、R51 和C51 組成燈電流檢測(cè)及反饋電路。連接在橋式整流器輸出端和IC1(UBA2014)引腳CS+之間的R40、R41、C40、C42、D40、D41、R43 和C41組成調(diào)光器電位器旋鈕位置檢測(cè)電路。R43 和C41 組成調(diào)光器電位器旋鈕位置檢測(cè)電路。IC1 引腳CS-上的檢測(cè)電壓與引腳CS+上的控制電壓進(jìn)行比較，來(lái)控制半橋頻率以調(diào)節(jié)燈電流，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

在系統(tǒng)加電后，在電容C7 上的DC 總線電壓經(jīng)啟動(dòng)電阻R30 和R31 對(duì)電容31 充電。當(dāng)IC1 引腳VDD 上的電壓超過(guò)13V 時(shí)，振蕩器在最高頻率fmax 開(kāi)始振蕩。

fmax 值由IC1 引腳CF 外部電容C23(100 pF)和引腳IREF 上的電阻R21(33 k Ω)共同決定，計(jì)算方法如下：

振蕩器啟動(dòng)后，頻率從fmax 迅速降低到預(yù)熱頻率對(duì)燈絲加熱。預(yù)熱時(shí)間tph 由IC1 引腳CT 上的電容C20(220 nF)和電阻R21 確定，計(jì)算方法為：

預(yù)熱結(jié)束后，進(jìn)入燈引燃階段，頻率向最低頻率fmin 偏移。當(dāng)頻率達(dá)到負(fù)載諧振頻率時(shí)，將在燈管兩端產(chǎn)生一個(gè)高電壓使燈點(diǎn)亮。當(dāng)引燃時(shí)間tign 為預(yù)熱時(shí)間的14%,即：

燈被點(diǎn)亮后，在最低頻率fmin 上工作。fmin 為fmax 的40%,即：

4 結(jié)束語(yǔ)

基于相應(yīng)控制原理的傳統(tǒng)白熾燈Triac 調(diào)光器，被置于采用控制器UBA2014 的CFL 電子鎮(zhèn)流器的輸入端，并且在橋式整流器與燈管之間附加一個(gè)由兩個(gè)二極管和一個(gè)電容組成的電荷泵電路，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CFL的調(diào)光。