一种新型的荧光灯电子镇流器用振荡电路的简易实现方法

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1、一种新型的荧光灯电子镇流器用振荡电路的简易实现方法

2、第1　一种新型的荧光灯电子镇流器用振荡电路的简易实现方法郭丽娜，成民，杨洪强，陈星弼（电子科技大学微电子所成都610054）摘要：本文针对预热式荧光灯，提出了一种应用于电子镇流器的可以实现荧光灯工作需要的频率变化曲线的CMOS方波发生器电路。该电路用于电子镇流器的智能功率集成电路中的控制部分，不仅完成了荧光灯在预热、启动及正常发光各阶段的频率要求，而且具有结构简单、外接元件少、成本低、频率可调控等优点。利用本文提出的方法也容易推广到其它需要电源频率随时间变化的场合。关键词：电子镇流器；智能功率集成电路；频率变化曲线；C

3、MOS方波发生器；预热1引言由于荧光灯的固有特性[1]，高频电子镇流器[1，2]作为一种重要的节能产品，越来越受到各国的普遍重视。在美国等一些发达国家，早在上个世纪90年代初就已开始限制生产和使用白帜灯和电感镇流器。我国“绿色照明工程”的正式启动，也将对我国的能源、电光源和照明技术，甚至环境保护等各个领域产生巨大影响[3]。并且，国际电工委员会标准IEC929和我国的专业标准ZBK74012-90都对电子镇流器的性能进行了规定，如“正常情况使用时，应使灯启动，但不对灯性能造成损害”，、“施加阴极预热电压的最短时间不小于0.4s”等。国际上已经出现用灵巧功率集成电路（Sm

4、artPosin（2πft），其中Um为幅值，f为输入信号的角频率，R代表灯的电阻。当灯回路在某个频率点fph时，进行预热；当f逐渐减小趋近于LC电路固有谐振点f0时，灯两端电压迅速增大到其点燃电压范围600～800V时，使其点燃，我们设灯达到点燃电压Vign时的频率点为fign。此后，灯点亮并正常发光。R由很大变为几百欧（据灯型而定），电路Q值降低，设使灯工作在额定功率下的频率点为frun。我们根据灯两端电压会随电路本身Q值及输入信号的频率变化而变化的特性，来满足荧光灯在三个工作阶段的电流、电压要求[6]。2电路的理论分析与实现为了实现荧光灯工作的三个工作阶段，其输入

5、信号Uin的频率随时间变化曲线如图2中曲线1所示。实际上，灯丝为一个很小的电阻Rf，所以在灯未启动前输出回路是一个LCRf串联回路输入，因之，灯两端电压UR（t）是一个频率为f（f大于f0）的正弦激励信号，其瞬态零状态响应为其中，f0是LC串联谐振回路的固有频率点，f0=1/2π，f为输入信号频率，且f>f0。由上式可看出，由于电路本身的影响，灯两端电压将是暂态到稳态的过程[6]。可以证明，在t=0后一个短时间内，要使UR（t）不致过大，即避免灯未经预热而发生冷启动，则f/f0应比1大。当f/f0值为2或3时，UR（t）峰值约为Um或其一半，即可避免冷启动。在经过2L/

6、Rf时间（当L取1mH时约小于0.2ms）后，进入稳态，此时灯两端电压为综合上述，我们希望输入Uin的频率为开始由很高的频率fstart下降，在t1时刻到预热频率fph，经过0.4～1s时间的预热后，在t2到t3时间内使频率逐渐过滤到燃点频率，最后稳定在使灯工作于额定功率下的。其输入信号的频率变化曲线如图2中曲线2所示。实际电路中，我们将要用到的是一个方波信号提供给后端电路如图1，幅值为1，占空比为50%，角频率为ω的方波U（t），其傅立叶分解为：此方波信号经一个隔直电容后，可近似认为只有基波分量起作用，与上述原理相同。本文提出一种如何得到一个如上图2中曲线2所示频率变

7、化以满足燃灯要求的三个工作阶段所需的方波信号，且又是简单的CMOS电路的方法，使所产生的驱动信号，基本上是振荡频率按要求变化的一个方波信号。电路原理图如图3所示。图3中，比较器p1和p2参数均按常规设计，且在V+>V-时输出低；电流源is1和is2经开关PMOS、NMOS控制分别给电容C充电，且电流源is1的电流i11比电流源is2的电流i12大很多，电流i12可由电流i11的镜像方法得到；D触发器为时钟上升沿有效。此电路共有两个部分：一个是由两个比较器、或非门、两个可选电流源及控制电容C组成的预热频率及时间控制部分；另一个是由压控镜像电流及振荡部分组成的频率可调变的方

8、波发生器。由于荧光灯电子镇流器的振荡电路的频率变化特点（如图3），需要一个很慢的变化时间作为预热时间，此时间即为t2-t1的时间，大约为1s的数量级，若用一个电流源给电容C充电，则因电流源的电流较小，要想达到上述的时间要求，则需用一个很大的电容C，这样频率变化时间过长；若电流源的电流过大，则频率变化过快，也不能满足时间要求。那么如何得到一个在一段时间内近于不变的预热频率呢？我们采用的方法是用一个很小的镜像电流i12给控制电容C充电。用电流镜的方法可得到一个很小的电流给电容C充电，则电容不必很大，就可满足在很长的时间内频率近于不变，达到了预