单级高功率因数调光式荧光灯电子镇流器设计

(b) f=70kHz,D=0.45

(c) f=75kHz,D=0.45

图3不 同 频 率 下 灯 电 压 、 灯 电 流 仿 真 波 形

3 设计与验证

3.1 主电路拓扑

主电路拓扑结构如图4所示。

电子镇流器的主电路由PFC电路和谐振电路两部分组成。考虑到两级结构的成本过高,因此将两级中的功率开关管共用变成单级结构。图4所示主电路拓扑就是将Buck－Boost型PFC电路与并联负载串联谐振电路合成在一起，灯模型采用前面所提到的模型。

图4 调 光 式 荧 光 灯 电 子 镇 流 器 主 电 路 拓 扑

3.2 理论设计

对于上述拓扑，功率因数校正级电感Lo是和频率有关的量，那么调光时，随着频率的升高,电感电流可能要连续，这样会影响功率因数校正的效果，灯上电压、电流也会发生畸变，从而限制了调光范围。因此，它的参数选择至关重要^[3]。首先，由于电感电流工作于DCM状态，电感电流的峰值i_in(peak)(t)正比于线电压，所以它在半个工频周期（T/2）内为

i_in(peak)(t)= （1）

(0t )

式中：V_I为电网电压的幅值；

ω(=2π/T)为电网电压的角频率；

f_s为开关频率，它大大高于电网电压频率；

D为开关的占空比。

而电感电流的平均值i_in(m)(t)为

i_in(m)(t)== (2)

从上式可以看出电感电流的峰值是呈正弦变化的，因此能实现功率因数校正。假设Buck－Boost变换器的效率是100％，功率因数是“1”，一个工频周期内输入功率因数校正级的平均功率为P_i为

P_i=== (3)

式（3）表明输入功率P_i在L_o恒定的情况下可以通过改变占空比和频率来控制，如果输入功率等于灯驱动级的功率，电压V_co能够保持恒定。相反，如果输入功率大于灯吸收的功率，则V_co将无限制地增长，造成器件损坏。

所以，应尽量使两者相等，而输出到灯上的功率P_o为

P_o= （4）