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

2、第1...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Anal

3、ysisandImprovementforChargePumpElectronicBallastGAOJi-sunAbstract:ThechargepumpelectronicballastcircuitploysachargingcapacitorandahighfrequencyACsourcetoimplementthepop.But,thiscircuithassomeproblems,suchashighertotalharmonicdistortion(THD)oftheinputcurren

4、tandhighercrestfactor(CF)ofthelampcurrent.Theoriginoftheproblemsisanalyzedandasolutionisproposed.OSFET不能在零电压下开关（ZVS）（详见3中的论述）。在高频工作时，MOSFET中的二极管的反向恢复电流可能会损坏MOSFET器件（详见3中的例子）。虽然，选用大的Cr（Cr》Cin）可能会降低Cin引起的影响，但谐振电感器中的电流应力仍然很高。所以，从效率和Lr的体积尺寸两者来考虑，选用大的Cr并不可取。3改善

5、输入电流及灯电流波形的办法根据式（5），要获得正弦输入电流波形，有两个途径：一是调整MOSFET管的开关频率fs，二是获得一种关系式：2Up=udc。调整fs就需要复杂的控制电路，况且，也难保证得到低的灯电流波峰比CF。因此，设法使2Up=udc，是可选择的途径。3.1基本的解决思路图1基本电路的波形示于图7。由于Cin的调制作用，ua的包络线上有明显的100Hz纹波。uc的变化，也不能跟随输入电压ug。为得到良好的输入功率因数，应该滤平ua的包络。在特殊情况下，2Up总是大于udc，可以采用二极管箝位技术

6、，来滤平ua的包络。此电路示于图8，其波形如图9所示。ua的包络被箝在udc（在这种情况下，uamax=udc，uamin=0），式（7）总能成立。可获得正弦输入电流波形。500)this.style.ouseg(this)">(a)ua波形(b)uc波形图7基本电荷泵电路中的ua及uc波形（2Up>udc）500)this.style.ouseg(this)">图8带箝位二极管后的改进电路(c)模态3：iL>0，ua=udc(d)模态4：iL>0，0Pudc>(e)模态5：iL&l

7、t;0，0500)this.style.ouseg(this)">(a)模态1：iL<0，0ua<udc(b)模态2：iL>0，0<ua<udc图9有箝位二极管后，改进电路的ua及uc波形3.2工作原理该逆变电路的稳态工作可分成六个工作模态，如图10所示。图中，ZA代表Cineg，Cr及R1a'＋Cb1的等效组合。图11为该电路的仿真波形。在下面讨论中，正向电流和电压的方向按图10所示定义。500)this.style.ouseg(this)">图10在新电路中的六个工作模态

8、1）模态1S2关断，电感电流反向流经D1，使S1可在ZVS状态导通。在这种模态下，ua小于udc，uLr1总是正的。从而，电感电流iL的幅值下降，当iL降到零时，这种模态结束。2）模态2S1导通，因为ua处于0和udc之间，Da1和Da2均截止。由于电感电压的极性关系，电感电流iL维持正向增长。当ua达到udc时，这个模态结束。3）模态3（箝位模态或续流阶段）Da1导通，ua被箝位到udc，uLr1为零。因此iL通过Da1和S1续流。当S1截止时，该模态结束。4）模态4S1截止，迫使正向的电感电流流经D2。

9、从而使S2以ZVS导通。在这种工作模态中，ua总是正的，所以，电感电压uLr1总是负的，电感电流的幅值下降。当电感电流变成零时，该模态结束。5）模态5S2导通，Da1和Da2都不导通。因为ua是处在udc和零之间。加在Lr1上的电压是负的。因此，电感电流按反方向增加，如图11所示。在降到零时，该模态结束。500)this.style.ouseg(this)">图11新电路的理论波形图（uf为开关电压，虚线为无箝位