1 引言
高頻調(diào)光電子鎮(zhèn)流器以其效率高，無頻閃，體積小等優(yōu)點，獲得了技術(shù)界的廣泛認(rèn)同。一般來說，可以通過調(diào)節(jié)電子鎮(zhèn)流器電路的3個參數(shù)（直流母線電壓，占空比和開關(guān)頻率）實現(xiàn)調(diào)光。
通常，調(diào)節(jié)直流母線電壓可以較好地實現(xiàn)調(diào)光的目的，但是，由于電子鎮(zhèn)流器都有功率因數(shù)要求，如果采用普通的Boost電路作為功率因數(shù)校正，直流母線電壓至少是輸入電壓的兩倍，這樣調(diào)光就被限制在了一個很小的范圍，而且這種方法的控制電路比較復(fù)雜。調(diào)頻調(diào)光是比較常用且簡單的方法，但是，開關(guān)頻率的不斷變化，會使電路產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，使EMC的設(shè)計比較困難，而且調(diào)頻調(diào)光有一個固有的不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)頻率達到某一值時熒光燈的輸出功率會迅速變化，這會給實際應(yīng)用帶來麻煩。占空比的調(diào)節(jié)通常是指對稱的占空比調(diào)節(jié)方式，這種方式雖然可以使調(diào)光特性曲線很平滑，但隨著占空比的減小，波形的畸變程度大大加重，會影響熒光燈的壽命。
為了克服上述幾種調(diào)光方法的缺點，使之能達到平滑地調(diào)光，且不產(chǎn)生很大的電磁干擾，本文提出了一種新型的調(diào)光方法，即不對稱占空比的調(diào)光方法，可以達到理想的效果。
2 基本電路
圖1為電子鎮(zhèn)流器最基本的半橋諧振電路，輸入電壓Vin由市電經(jīng)過整流橋直接得到，通過控制開關(guān)管S1和S2給諧振電路提供電流；Cs為隔直電容，使A和B兩端得到一個對稱方波電壓信號，為使它基本上不參與諧振，因此，要求Cs》Cf，一般取Cs>10Cf就可滿足條件；Ls和Cf分別是諧振電感、電容，為熒光燈提供必要的啟動電壓，并保證熒光燈正常工作時能穩(wěn)定運行。
圖1 基本電路
在圖1的基本電路中，通過調(diào)節(jié)S1及S2的占空比（任何時候開關(guān)S1及S2導(dǎo)通時間互補），改變A和B兩端的輸入基波電壓的幅值，便可以改變熒光燈的輸入功率，從而達到調(diào)光的目的。
熒光燈是一種非線性負(fù)載，因此，需要建立一個適當(dāng)?shù)碾娐纺Ｐ鸵员惴治鏊恼{(diào)光特性。本文通過對Philips T8－36W熒光燈（額定電壓95V；額定電流0.31A）的測量，可以發(fā)現(xiàn)熒光燈的電壓隨功率的減小而線性增長，電流隨功率的增長呈近似二次曲線的形式增長，因此，采用功率模型（以功率為自變量，電流和電壓分別是功率的函數(shù)）對熒光燈的調(diào)光過程進行分析，可以得到與實際比較接近的結(jié)果。這里采用的模型如下：
V(P)=151－2P（1）
I(P)=2.28×10－3＋5.8×10－3P＋1.62×10－4P2 （2）
式中：P為熒光燈的功率。
由式（1）和式（2）可以得出燈的等效電阻與功率的關(guān)系：R(P)=V(P)/I(P)。其關(guān)系曲線如圖2所示。
圖2 熒光燈等效電阻與功率
3 調(diào)光分析
在圖1所示的電路中，設(shè)計電路的諧振頻率f0=40kHz，輸入電壓Vin=300V，根據(jù)熒光燈額定電流及電壓的關(guān)系，可以設(shè)計諧振參數(shù)：Ls=1.7mH，Cf=9.3nF。A和B之間的基波電壓有效值為
vAB1=
Vinsin(πD)（3）
式中：D是占空比，由于S1及S2占空比互補，且它們的調(diào)節(jié)對實際的效果是一樣的，因此，規(guī)定本文中的D為S1的占空比，而S2的占空比為1－D。
根據(jù)電路基本原理，可以得出占空比與熒光燈的功率關(guān)系為
D(P)=
（4）
式中：fn為開關(guān)頻率與電路諧振頻率的比值；
Z為特征阻抗，Z=
。
當(dāng)fn=1.05（額定工作點）時，可以得到占空比與功率的關(guān)系曲線如圖3所示。
圖3 開關(guān)占空比與功率的關(guān)系
從圖3可以看到，調(diào)節(jié)占空比可以在整個功率范圍內(nèi)達到光滑的調(diào)光目的。但是在實際電路中，我們需要考慮開關(guān)的工作狀態(tài)，當(dāng)占空比過小時，開關(guān)的零電壓工作條件就不能滿足，這樣會使開關(guān)體二極管出現(xiàn)反向恢復(fù)問題，導(dǎo)致開關(guān)損耗增加，電路的工作效率降低。為此，我們討論開關(guān)工作在零電壓狀態(tài)的臨界條件。
圖4中vds1為S1的漏—源極電壓，vAB1為諧振電路的基波電壓，ir為諧振電流，φ為兩者的相位差。由圖4可知，為達到軟開關(guān)條件，必須滿足式（5）
D>0.5－
（5）
式中：φ與功率P有關(guān)，具體可由圖1電路的基本關(guān)系得出，即
φ(P)=arctan
（6）
圖4 不對稱占空比諧振電路基波電壓及電流
它們的關(guān)系曲線如圖5所示。從圖5可以看到隨著P的減小而減小，由式（5）可知對D的要求隨P的減小而增大，對照圖3與圖5可以看到，當(dāng)功率調(diào)到12W左右的時候，D降到0.11，而由圖5及式（5）可以看到，當(dāng)功率為12W時，要求D≥0.11。因此，通過不對稱占空比的調(diào)節(jié)可以使熒光燈功率調(diào)到12W，事實上，這一數(shù)值對實際應(yīng)用已經(jīng)足夠，因為，在更低的功率下，熒光燈的光輸出會減小，即每瓦的流明數(shù)會減小，如果再減小功率將得不償失。
圖5 相移角φ與功率的關(guān)系
4 仿真及實驗結(jié)果
基于對Philips T8－36W直管熒光燈的參數(shù)測量，以及對基本電路的分析，應(yīng)用以下主要電路參數(shù)：Cs=100nF，Ls=1.7mH，Cf=9.3nF，Vin=300V，開關(guān)頻率為1.05倍諧振頻率即fs=42kHz，S1及S2用IRF840，得出仿真及實驗結(jié)果。
圖6為此電路的仿真及實驗的波形，其中圖6（a），（c），（e）分別為占空比是0.5，0.3和0.12時的燈電壓及電流仿真波形，圖6（b），（d），（f）分別為占空比是0.5，0.3和0.12時的燈電壓及電流實驗波形。對比這些波形及前面的計算可以看到，實驗結(jié)果與仿真、計算符合得很好。
(a) 仿真波形,D=0.5,V:100V/div,I:1A/div
(b) 實驗波形,D=0.5,V:100V/div,I:1A/div
(c) 仿真波形,D=0.3,V:100V/div,I:1A/div
(d) 實驗波形,D=0.3,V:100V/div,I:1A/div
(e) 仿真波形,D=0.12,V:100V/div,I:1A/div
(f) 實驗波形,D=0.12,V:100V/div,I:0.5A/div
圖6 熒光燈電壓和電流仿真及實驗波形
5 結(jié)語
高頻電子鎮(zhèn)流器中，通過不對稱占空比調(diào)制的方式，可以使調(diào)光平滑，并且克服傳統(tǒng)調(diào)頻調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的EMI問題。同時，通過最小占空比的控制，它還可以滿足軟開關(guān)條件。