电荷泵式电子镇流器基本电路的分析

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1、电荷泵式电子镇流器基本电路的分析高季荪(西安无线电二厂，陕西西安710016）摘要：电荷泵式电子镇流器，采用充电电容和高频交流源，以实现功率因数校正（PFC），这已成为荧光灯镇流器中极有吸引力的电路拓扑。但这种电路还存在一些问题，如输入电流的THD值高，灯电流的波峰比（CF）高。对这些问题产生的根源进行了分析，并提出解决方法。附加两只小型箝位二极管后，在开环控制状态，就可使输入电流波形得到很好的改善，从而使PF>0.99，THD<5％，而灯电流的CF<1.6。并给出了实验结果。关键词：电子镇流器；功率因数校正；电路AnalysisandImprovementforCh

2、argePumpElectronicBallastGAOJi-sunAbstract:ThechargepumpelectronicballastcircuitwhichemploysachargingcapacitorandahighfrequencyACsourcetoimplementthepowerfactorcorrection(PFC)hasbecomeanattractivetopologyfortheballastofthefluorescentlamp.But,thiscircuithassomeproblems,suchashighertotalh

3、armonicdistortion(THD)oftheinputcurrentandhighercrestfactor(CF)ofthelampcurrent.Theoriginoftheproblemsisanalyzedandasolutionisproposed.Withtheadditionoftwosmallclampingdiodes,verygoodinputcurrent(PF>0.99,THD<5％)andlampcurrent(CF<1.6)canbeobtainedwiththeopenloopcontrol.Theexperimentalres

4、ultsareprovidedforverification.Keywords:Electronicballast;Powerfactorcorrection;Circuit中图分类号：TN86文献标识码：B文章编号：0219－2713(2002)3－0088－051 引言   普通电子镇流器拓扑，由带无源LC滤波器的桥式整流电路和高频逆变器组成，它已不能满足电网的严格要求，如线路输入端的功率因数要高，电网电流的THD要低等。断续升压式PWM变换器及其拓扑，可采用简单的控制电路，达到较高的功率因数，不过，它需要附加一只笨重的升压电感器，此外，开关功率管上的电压/电流应

5、力一般也比较大。综合考虑，该电子镇流器的性能/价格比就不会太高。近年来，采用充电电容和高频交流源来进行功率因数校正（PFC）的电子镇流器成为极具吸引力的电路拓扑。因为，充电电容器按类似“电荷泵”的方式来调整输入电流的波形，这类电路，也叫做“电荷泵”功率调节器。因为在电路中，取消了升压电感器，输入端的LC滤波器的体积就大大减小了，镇流器的成本还可能降低。但是，其输入电流的THD>15％，灯电流的CF>2.4。本文在对该“电荷泵”电路的工作原理和存在问题进行分析后，采用二极管箝位技术克服了这些存在的问题，使在开环控制下，就能得到良好的输入电流和灯电流波形。为了验证理论分析

6、结论，还提供了实验结果。2 工作原理和存在问题   图1为典型的“电荷泵”式电子镇流器电路图，图中Lr与Cr是谐振元件，Cb1是隔直电容。该电路和普通镇流器电路的区别是：普通镇流器是在整流桥后紧接高频逆变器，而本电路是增加了一只电容Cin和二极管Dc地址：北京海淀闵庄路3号清华科技园·玉泉慧谷电话：010-88856082传真：010-88856082-8008，这两个元件在调整输入电流波形方面起到了关键作用。图1电路可分为两部分：PFC及DC/AC逆变。图2为其PFC部分的等效电路和理想波形。为了简化分析，把Cr两端的电压看作独立的高频电压源（Ua）。通过设计，使直

7、流母线电压Udc高于输入的电网电压Ug，二极管Dc不会导通。从而，输入电流就等于Cin的的正向充电电流，电流的方向如图2（a）所示。这是通过调节ug和udc来实现的。如果Cin上电荷的变化〔它正比于Cin两端电压的变化，即ucmax－ucmin。参看图2（b）〕紧跟着输入电压ug变化，则可使功率因数达到1。具体分析如下：(a) 阶段1   (b)阶段2   (c)   阶段3   (d) 阶段4图1 典型电荷泵电子镇流器电路图2 PFC原理(a) 等效电路   (b) 理想的波形2.1 PFC原理分析   在一个开关周期内电荷泵电路的稳态工作，可分为