大功率电子镇流器设计的研究 【摘 要】电子镇流器是世界节能、绿色环保的主产品之一,节能效果十分显著.推行绿色照明工程就是要采用发光效率高的光源以及灯用电子电器附件，经过科学合理的结构设计来取代耗能大的光源产品，从而达到节约能源的目的本文将以基于IR公司生产的IR2520D芯片为核心介绍电子镇流器的原理,内部介绍及其结合灯具的使用向大家展示电子镇流器对于提高节能灯功率,结合L6561构成的功率因数校正电路使节能灯功率因数达到0.99以上，高效运用电能使其真正达到对能源的保护中所起的作用. 目录引言……………………………………………………………………………………………21.研究背景………………………………………………………………………………………22.主要研究工作…………………………………………………………………………………23.主要内容………………………………………………………………………………………2第一章 节能灯及电子镇流器介绍……………………………………………………………31.1 节能灯原理……………………………………………………………………………….31.2 先进的大功率电子节能灯……………………………………………………………….31.3 大功率电子节能灯的技术难点及解决方案…………………………………………… 31.3.1 温度过高的问题……………………………………………………………………… 31.3.2 灯管、电路与器件的选择………………………………………………………………41.4 电子镇流器…………………………………………………………………………………51.4.1 电子镇流器介绍…………………………………………………………………………………51.4.2 高性能电子镇流器……………………………………………………………………………… 51.4.3 荧光灯电子镇流器的节能原理……………………………………………………………6第二章 IR公司IR2520D芯片及其设计软件……………………………………………………62.1 IR2520D简介………………………………………………………………………………62.2 IR2520D内部结构和引脚功能……………………………………………………………62.3 IR2520D优缺点和电气特点………………………………………………………………72.4 IR2520D 镇流器控制IC……………………………………………………………………82.5 电路描述…………………………………………………………………………………… 8 2.6 功能说明及其保护……………………………………………………………………… 92.6.1 功能说明……………………………………………………………………………… 92.6.2 适用于设计不同类型灯的设计步骤………………………………………………………102.7 BDA设计软件基本介绍………………………………………………………………….112.8 BDA软件具体操作流程……………………………………………………………………….11第三章 L6561芯片原理与介绍……………………………………………………………… 113.1 功率因数校正基本原理………………………………………………………………… 123.2 L6561芯片工作原理简介……………………………………………………………… 123.3 L6561芯片内部结构特点……………………………………………………………… 13第四章 基于IR2520大功率电子镇流器…………………………………………………… 144.1 IR2520D芯片控制镇流器电路与基本介绍…………………………………………… 144.1.1 镇流器电路基本分析…………………………………………………………………………… 144.1.2 135W大功率电子镇流器电路…………………………………………………………………. 154.2 电子节能灯设计规律…………………………………………………………………… 174.3 具体电路测试参数与分析…………………………………………………………… 17第五章 基于IR2520大功率电子镇流器使用中的问题及分析…………………………….185.1 维修实例与故障排查………………………………………………………………….185.1.1 大功率电子镇流器在实际使用中的问题………………………………………………….195.1.2 实践维修中遇到的电子镇流器损坏问题列总……………………………………………19结束语…………………………………………………………………………………………………20致谢语…………………………………………………………………………………………………..20参考文献……………………………………………………………………………………………… 21引言1.研究背景“绿色照明”是90年代提出的照明领域的新方针,它是从节约能源,保护环境的角度提出实施绿色照明的宗旨是要在我国发展和推广高照明器具,节约照明用电,建立优质高效,经济,舒适.安全可靠,有益环境和改善人民生活质量,提高工作效率,保护人民身心健康的照明环境,以满足国民经济各部门和人民群众的日益增长的对照明质量,照明环境的更高要求和减少环境污染的需要大功率电子镇流器的使用使节能灯具有光效高,寿命长,显色系数高等优点,功率因数可达到0.99,打破小功率节能灯照度不够用的使用局限，可以在高度高、空间大，对照度、亮度要求照明水平较高的楼、堂、馆、所、候机厅、候车室、会议厅、摄影场、舞台、厂矿、企业、大商场、影剧院、歌舞厅、酒楼、体育馆学校等方面。
改善了环境照明使用状况.龙岩京展照明公司专业生产的大功率电子镇流器在闽西大学的测试中一盏京展节能灯比一盏普通日光灯省8.8度电,整个学校共计700盏灯,每月可节约电量5960度,达到节约能源,提高光效的目的.随着人们生活水平,对于物质生活的要求也越来越高,所以说我国的照明市场具有非常大的潜力.特别是对于大功率节能灯的需求与日俱增,至此本文着重介绍了与人们息息相关的照明设备电子镇流器及节能灯的开发,以至于达到减少污染,提高光效,节约能源的目的.这也是本文的重要论题.2.主要研究工作本文的题目是大功率电子节能灯及配套电子镇流器的研究,本课题是一个与实践紧密结合的课题,为此我在研究本论题的过程中深入福建龙岩某节能照明公司,在公司车间实习的一段时间,我所做研究包括如下; 1.把握大功率电子镇流器的功能对其进行初步的分析2.根据电子镇流器的原理,对IR公司芯片2520用于大功率电子镇流器做一定的分析对其进行简单的维修保护.3.与公司设计人员探讨并研究了大功率节能灯设计的一些规律3.主要内容根据所涉及的主要研究工作,本文的内容主要包括以下几个部分:第一章简要叙述了节能灯和电子镇流器的相关知识及其优点,紧接着第二章用较大篇幅介绍了主要器件IR2520D,包括其内部结构,工作特性,并介绍了IR公司的设计软件,第三章对电路中另一重要器件L6561做了简要的介绍,之后第四章是论文的核心部分介绍了基于IR2520D的大功率电子镇流器的设计的研究更包括一些数据的分析,故障的排查. 第一章 节能灯介绍及电子镇流器1.1 节能灯原理 节能灯实际上就是一种紧凑型、自带镇流器的日光灯，节能灯点燃时首先通过电子镇流器给灯管灯丝加热，灯丝开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞充装在灯管内的氩原子，氩原子碰撞后获得了能量又撞击内部的汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，灯管内形成等离子态，灯管两端电压直接通过等离子态导通并发出253.7nm 的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2200K-2700K低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000小时以上，由于它使用效率较高的电子镇流器，同时不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上，所以节约电能。
所谓电子粉是指熔点高而逸出功低（吸收较低的能量就可发射电子）的金属如钍、铯等粉末节能灯的术名叫自镇流荧光灯，除了白色(冷光)的外，现在还有黄色（暖光）的一般来说，在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能80%，平均寿命延长8倍，热辐射仅20%非严格的情况下，一盏5瓦的节能灯光照可视为等于25瓦的白炽灯，7瓦的节能灯光照约等于40瓦的，9瓦的约等于60瓦的节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160K温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm 的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2200K-2700K低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上1.2 先进的大功率电子节能灯 目前国际先进大功率节能灯在实际照明中体现出了很多其他电光源不具备的优点： 一、显色性指数高大大优于显色性指数仅为0.5左右的自镇流汞灯。
可以使用在对色彩还原度高要求的摄影、电视转播、印染厂、织布厂、试验室等重要场合 二、光效高：在45KHZ的工作频率的实际应用电路中， 传统电感失荧光灯光效可达到58LM－68LM/W的技术水平采用先进IC芯片IR2520及L6561所设计的电子镇流器在相同的使用环境下，85W大功率节能灯的光效可达到70-80LM/W，相当一支400W的白炽或350W自镇流汞灯的亮度和照度节能效果右达到80％以上是替代淘汰自镇流汞灯与白炽灯的新产品 三、高功率因数达到0.95－0.99以上，灯的使用寿命可达到15000小时优质产品的灯使用寿命可达20000小时以上，是白炽灯的五倍是汞灯使用寿命的四陪以上 分体式大功率节能灯的整体的使用寿命可以达到20000小时以上，经济效益十分明显 四、特殊的色温制造技术：大功率节灯的色温制造技术，可以从300K的暗红色至到20000K的兰色高色温这是大功率节能灯一大特点 1.3 大功率电子节能灯的技术难点要使lOOW 以上大功率电子节能灯真正做到足功率(标称功率与实际功率相符)，各项技术指标均符合IEC968、IEC969和IEC61000—3—2以及EN55015标准要求，还必须做到低价位、长寿命，符合市场发展规律，只有这样产品才能被市场接受，大功率电子节能灯方可真正取代能耗大的光源产品。
1.3.1 温度过高的问题要使灯真正做到长寿命就必须做到低温升，只有解决灯的温升问题才能使灯功率做足，做到标称功率与实际功率相符，使灯的光效真正发挥出来目前市场上的大功率电子节能灯几乎都是欠功率的例如：一只标称105W 的大功率电子节能灯，其实际输入功率仅为标称功率的50％ ～60％，最高也不过是70％其主要原因是没有解决温度过高的问题由于一体化存在管内温度较不易散热的问题，我们采取了分体式的方案，但是由于分体式镇流器元器件的发热问题，我们采取以下解决方案从而使大功率电子节能灯真正满足了足功率、低温升，因而达到15 000h的较长寿命解决方案方案(1)优化电路设计各项技术性能指标在满足IEC标准要求的前提下，尽量使电路简化，让每个元器件在不同的路径中发挥其最佳的作用，做到系统调整简便众所周知，多一个元件就多一分损耗，同时也就多一个损坏的概率采用双极型功率管作高频振荡电路开关器件，在现有泵电路基础上加以改良，使整灯的功率真正做到与标称相符使105～250W灯的损耗与热损耗控制在6％ ～7％以内，线路功率因数PF≥0．99(宽、窄频一致)，电源电流谐波THD≤10％，灯电流波峰系数CFI≤1．7，传导干扰值EMI达到B级，流明系数／1≥0．93。
方案(2)外围措施 电子整流器外壳可安装通风口用于改善由于电子元器件的发热而导致的温度过高问题并可凃散热胶加强散热效果1.3.2 灯管、电路与器件的选择分体式电子节能灯要真正做到足功率、长寿命，除电子电路设计要优化，结构要合理，所用材料、器件的选择也是个关键，尤其对于大功率电子节能灯显得更为重要1) 灯管的选择荧光灯的光效主要取决于荧光粉的成份和电弧电流，所以在选择灯管时，首先要了解灯管的工作参数，即灯管的管压、管流、灯丝冷阻以及灯管内径和灯管的有效长度，才能计算并确定灯管的实际功率，然后采用潮湿、高温、低温、过压、过载、欠压加冲击实验的方法，验证灯管的实际工作参数和实际工作寿命2)控制电路的设计与选择荧光灯管为非线性负载，其特征与环境温度、工作电流、工作频率有很大的关系在启动瞬间，灯管呈高阻状态，谐振电路的Q值很大，若谐振电路进入容性区，电子镇流器的可靠性将大大下降这是考验该电路设计调配是否合理的试金石(在排除元器件本身质量和焊接质量的前提下)整灯损坏一般都在启辉瞬问，所以电路的优化设计要根据灯管的工作特性以及使用环境，采用布局合理的方法，使其燃点和工作在最佳状态 关键元器件的选择一个优化设计合理的电子电路必须具备合理的选材。
大功率电子节能灯的选材首先要熟悉电路,知道每个元器件在电路上所起的作用,要承受的电压,通过的电流,以及该路径上的阻抗,这是关键其次是要熟悉元器件的工作特性及测量方法,更重要的是辨别方法根据灯的工作特性及使用环境,通过动态折叠法验证这样实验周期最短,而且最为科学例如:我们根据改良的泵电路特点及产品的使用环境,采用折叠法认定电解电容器、磁性元件(扼流圈、磁环、抗干扰滤波器) 以及功率开关管和电容器,这些电子元器件是影响电子节能灯性能寿命的几个关键性器件元件(1) :电解电容器的选用根据整灯功率、线路功率因数,计算出电解电容所需容量范围除按基本条件检测耐压、温度、损耗角等技术参数外,更关键的是按我们设置的条件进行动态破坏性实验元器件的科学选用是制造电子节能灯的关键元件(2) : 磁性材料(扼流圈、磁环、抗干扰滤波器) 的选择根据整灯功率、功率因数设定电路工作频率、工作温度,用电流叠加法选择适合电路工作的磁性材料的牌号、档次,既简便又实用元件(3) :功率管的选择电子节能灯的心脏部分是电子镇流器,而电子镇流器中最易损坏的关键元件是功率开关管因此开关晶体管由开到关及由关到开的转换时间非常重要在电子镇流器中,功率开关晶体管的损坏大多数都出现在灯启辉和浪涌电压波动的瞬间,所以用常规的方法和测试手段来判断功率开关晶体管质量的好坏并不实用。
因为分体式电子节能灯不同于其他电子产品,灯管的工作状态是非线性的同一批灯管离散性都很大,因此在选用功率开关器件时,首先要找出灯管的共同点和差异在确定其他器件和搭配合理的情况下,用折叠法来选择适应电路与灯管工作特性相匹配的开关功率管的型号、规格及相应电参数范围我们经过大量的对比实验发现同一功率的节能灯,采用不同的电路、不同的功率因数校正方法,不同的驱动方式若调配不当,将对功率开关管造成不同的危害,甚至用较大的功率开关管,若驱动电路调整不到位,在小功率的节能灯上同样也要损坏功率开关晶体管;若选择调配得当,哪怕是用较小一档的功率开关管也能在较大功率的节能灯上正常工作,而且三极管的温度极低,长时间使用、冲击都未见损坏所以我们认为节能灯用电子镇流器功率三极管的损坏,以及其他元器件的突然损坏,不一定全都是元器件自身的质量问题,其中也有选择实验方法不当,调试工作不到位的问题元件(4) :电容器的选择LRC 振谐电路,灯管启辉电容和移相电容的选择同样也是关键除需要较高的耐压外,其电容量与灯管参数的匹配,以及在低、常、高三种温度特性下参数值均有很大的关系若对该器件材质的物理性能了解不够,采用常规的选材和测试方法来选用该电容有可能造成其它器件如三极管、电解电容过早失效和损坏,使整灯寿命缩短。
较小功率的电子镇流器均用一体化实现,这样有对于节省镇流器的结构,但是由于其的结构所影响散热效果一般较差,而对于所在实习公司的大功率电子镇流器采用的是分体式,这样对于其散热效果较好,但是其分体式必然较为占空间.1.4 电子镇流器1.4.1电子镇流器介绍 电子镇流器是利用半导体材料的特性限制电流的设备，由于气体放电灯（如荧光灯、霓虹灯、卤素灯、金卤灯等）是一种负阻性电光源要使其正常稳定工作，需加一个限流装置这个限流装置叫做镇流器电子镇流器也应具备以下控制功能：1.有高的功率因数 2.能限制交流输入市电的总谐波失真（THD）3.能限制灯电路的短路工作电流或避免由于灯电极电流过大而热过载4.能有效地抑制电磁辐射干扰，避免它干扰相邻电子设备的正常工作5.当灯电路不能正常点火时能自动关断灯电路，这对电子镇流器电路是比较重要的6.在交流电供电电压变化时，能稳定灯的工作电压，工作电流和功率1.4.2：高性能电子镇流器要求电子镇流器是一个高频振荡器，要维持高压钠灯的点燃功能必须满足下列要求： 1、自身可靠性高 2、可靠地启动 3、线路的功率因数高 4、三次谐波（电压）含量低 5、使用环境温度广 6、温升低 7、灯管出故障时（开路或短路）镇流器不损坏 8、严重过、欠压时，有自动保护装置。
9、供电短时中断，又立即恢复时能正常工作1.4.3 荧光灯电子镇流器的节能原理荧光灯电子镇流器由滤波电路、整流电路、功率因数校正电路(PFC)、DC滤波电路、逆变电路、驱动电路、保护电路、输出谐振电路等几部分组成功率因数校正(PFC)电路的作用是降低电流谐波畸变，获得较高系统功率因数系统功率因数是高效镇流器的重要参数，是衡量电能利用率的一个重要指标普通电感镇流器和灯配套工作时系统功率因数只有O．5左右，电路中有大量谐波，这些谐波不仅增加了电子镇流器自身的损耗和温升，而且还会进入电网，干扰其他电器的正常工作，增大其功耗，并且使电网的功耗增加，电能利用率降低并且电感镇流器的线路电流也较大，损耗的电能较多，使电网的负载能力降低电子镇流器的功率因数大于0．9，使得供电系统的损耗会降低70％左右，不但节约了电能，还改善了电网的供电质量DC／AC逆变电路的作用是将直流电压变换成高频电压荧光灯在高频下工作时，易保持灯管内部适度的电子密度，这意味着更小的持续电流便能产生相同的光输出因此消耗的电能变小，系统光效提高；灯管的负荷降低，灯管的寿命随之延长另外，荧光灯工作在高频状态时，由于电极在作为阳极的半周内的振荡消失了，所以电极位降损耗减少，荧光灯自身的光效可以提高20％ 。
电子镇流器中包含交／直流和直／交流变换电路，从理论上讲，这种电路的最大效率为95％ ，一般情况下能达到87％ 以上，只有5％ ～13％的能量消耗在电子镇流器中电感镇流器的核心器件是电感，电感损耗较大，而且还会产生较高温升，温升太高不但耗能更多，而且还会影响镇流器的安全使用和荧光灯的发光效率电感镇流器用于室内时还会增加空调系统的能耗第二章 IR公司IR2520D芯片介绍及其设计软件 电子镇流器的设计中,镇流器的稳定性能,性价比往往是要考虑的重要因素,公司生产的大功率电子镇流器采用IR公司的2520芯片,该芯片功能齐全,自我保护措施非常的完善,同时价格较低廉,性价比非常好,以下具体介绍该款芯片.2.1 IR2520D简介 国际整流器公司的IR2520D是为了克服用分立元件设计的自振式镇流器的缺点,同时保持成本低而设计的高压集成电路,用于驱动CFL灯或者用于尺寸小的镇流器.IR2520D包含预热、点燃、正常运作、CFL灯故障保护、交流电网低电压保护等等必不可少的功能,以及600 V半桥电路的高压边和低压边驱动器.虽然IR2520D集成了许多功能,它只有八个引出脚,使用标准的SO8或者DIP8封装,可以把整个镇流器的元件数量减少到最多只有二十个元件. 用IR2520D进行的设计是非常简单的,因为它只有两个控制引脚:VCO (振荡器的输入电压为直流0-5 V )和FMIN.在把设计成用于功率不同的灯时,只需要修改几个外接元件.2.2 IR2520D内部结构,引脚功能2.2.1 IR2520D内部结构 图2-1 IR2520D内部结构图2.2.2 IR2520D引脚功能 引脚 名称 功能 1 VCC电源电压 2 COMIC信号和电源地 3 FMIN最小频率设定 4 VCO电压控制振荡器输入 5 LO低端栅极驱动器输出 6 VS高端浮置电源回复 7 HO高端栅极驱动器输出 8 VB高端栅极驱动器浮置电源 表2-1 IR2520D引脚功能表2.3 优缺点和电气特点2.3.1. IR2520D优缺点（1）.运行频率可调。
2）.预热时间可调3）.灯丝开路和无灯保护4）.触发失败和无效灯保护5）.输入交流线电压过低保2.3.2. IR2520D电气特点输入功率：24W（220Vac 输入）输入电流：168mA（220Vac 输入）起始频率：100KHz平均运行频率：40KHz启动电压：120Vac关断电压：70Vac 表2-2 IR2520D电气特点2.4 IR2520D 镇流器控制ICIR2520D 解决方案适合驱动CFL 和TL 灯以CFL 或matchbox（小尺寸的镇流器）方式它集成了灯所需的预热、触发和运行功能，还带有故障保护、输入线电压过低保护和600V 半桥驱动器，它仅有8 个管脚因此适合标准的SO8 或者DIP8 封装IR2520D 的设计克服了分离式自振荡方案的缺点，而且保持低成本在CFL 市场上，由于低成本的缘故，自振荡双极晶体管方案仍旧比镇流器控制IC 加场效应管方案流行双极晶体管方案本身非常简单但有以下缺点：DIAC 或者启动时需要附加电路，需要附加恢复二极管，工作频率由双极晶体管的存储时间和饱和状态所决定（不易设计，对产品的误差依赖性极大很难设置合适的频率）预热时采用的PTC 使灯丝处于“总是加热”的不可靠状态，在应用中经常会失效，灯没有触发或无灯丝开路时无保护，在触发期间频率不是平滑下降，工作在容性模式，灯电流的波峰比很高。
这些能够导致对元器件造成很大的冲击和负载波动拟或使镇流器输出级元器件损坏，缩短了灯的寿命IR2520D 具有自适应零电压最小电流开关（ZVMCS，适应性运行频率转换为零电压开关），内置波峰比和非零电压开关（ZVS）保护，同时也集成了自举二极管这个IC 的核心是一个具有外部编程最小频率功能的压控振荡器（VCO）和0~5V 模拟电压输入IR2520D 的一个最大优点是利用VS 脚（半桥电压）作过流保护和检测非ZVS状态（IR2520D 利用低端FET 导通时的Rdson 作为电流传感电阻检测高压母线电压一个内置的600V FET 把VS 脚和VS 感应电路相连接，在LO 脚为高电平期间可以使VS 脚被精确地测量，在一个开关周期的其它部分，当高端FET 开通，VS 脚处在DC母线电位时能够承受DC 母线的高压）这样能够节省经常用来检测过电流的高精度电阻关于IR2520D 更进一步的信息请参考IR2520D 的数据表和浏览此IC 的说明图表作为IR2520D 特点的结果，电路利用IR2520D 成为一个完全CFL 方案比自振荡方案具有较好的可靠性和较长的灯寿命，也具有灯失效和低输入线电压保护，同时也降低了元器件数量，减小了镇流器尺寸。
2.5 电路描述原理图如图2-2 所示带有元件值的BOM 表见表2-2 图2-2 IR2520原理图镇流器的组成为一个保险、EMI 滤波器、输入整流器、母线电容、半桥、控制和输出级输出级是经典的谐振电路，由电感LRES 和电容CRES 组成电路以IR 的镇流器控制IC IR2520D 为基础IR2520D 包含：预热时间可调、可调节运行频率以设置灯功率、高的起始频率（大约是fmin 的2.5 倍）可以避免灯闪烁、灯丝开路时的容性模式保护和触发失败或者无灯情况下电流波峰因子保护交流输入线电压被整流成为大约300V 的母线电压启动电阻Rsupply1 和Rsupply2 的大小应使其在欠压锁定（UVLO）期间能够提供微功率电流当VCC 超过UVLO+门限时IR2520D 开始振荡，充电泵电路（CSNUB，DCP1 和DCP2）给VCC 供电，内部的15.6V 稳压管进行调节IR2520D 镇流器控制IC 控制半桥频率，调整为灯的合适参数，提供灯预热、灯触发、运行模式、低输入线电压保护和灯/镇流器失效保护2.6 功能说明及其保护2.6.1功能说明 IR2520D的功能如下：预热时间可调，可调运行频率以设置灯功率可以避免灯闪烁的高起始频率的软启动，灯丝开路和触发失败时故障保护，低线电压输入保护及电压升高后自动重启动。
IR2520D 是一个低成本方案，特别适合于 CFL应用IR2520D 仅有 8个管脚，对于一个完全的应用方案其元器件数量可减少为 19个图2-3 给出了在启动、预热、触发和运行模式期间灯上的电压和谐振电感LRES的电流波形 图2-3 在启动、预热、触发和运行模式期间灯上的电压（第一个波形）和谐振电感LRES的电流（第二个波形）波形当电源开启时，IR2520D 进入欠压锁定（UVLO）模式UVLO 模式被设计为维持一个很低的电源电流（<200uA），在高端和低端输出驱动器被击活之前以保证IC 的全部基本功能在UVLO 期间高低端驱动器的输出（LO 和HO）均为低，VCO 脚被拉低到地（COM），复位起始频率到最大一旦VCC 达到启动门限，IR2520D 开启，半桥FET 开始振荡，IC 进入频率回扫模式在启动时VCO 是0V，频率非常的高，大约为2.5 倍的fmin这样一来在启动时使电压毛刺和灯闪烁最小化频率向高Q 输出级谐振频率降落，引起灯电压和灯电流增加，在此期间灯丝被预热到发射温度，保证灯的长寿命频率继续降低直到灯被触发，如果灯触发成功，IR2520D 进入运行模式如果最小频率选择的低于或非常接近谐振频率，IC 将在谐振点附近工作，频率会高于fmin，将不断的调整频率以维持半桥的零电压开关，使FET 的损耗最小。
如果最小频率选择得高于谐振频率，IR2520D 将工作在最小频率图2-4 给出了在启动时谐振电感的电流和灯丝电压波形 图2-4 在启动时谐振电感的电流和灯丝电压波形图2-5 给出了在运行模式下VS（HB）电压、灯电压和灯电流波形图2-5 在运行模式下VS（HB）电压（第一条）灯电压（第二条）和灯电流（第三条）波形2.6.2 适用于设计不同类型灯的设计步骤应用IR2520D 进行设计是非常的简单，因为它仅有2 个控制脚：VCO（0~5V 振荡器电压输入）和FMIN（最小频率设置）修改设计为一个大功率灯时需要改变RFMIN，CVCO，LRES 和CRES 的值要确保FET 和电感的额定值与新灯所需的电流相匹配，也要确保新灯的VCC 稳定修改设计为一个小功率灯时需要减小RFMIN，仅在一些情况下也需要修改CVCO、LRES 和CRES基本上只能使用FET 和电感在其额定电流之下在典型应用中，FMIN 脚通过一个电阻连接到地，电阻（RFMIN）的值设定了IC的最小频率（fmin）和起始频率（fmin 的2.5 倍）在零电压开关情况下IR2520D 以最小频率工作在运行模式（这有助于获得恒定频率，即使交流输入线电压在工作范围内变化），在非零电压开关情况下IC 自动增加频率工作在尽可能接近谐振频率点上以维持ZVS（这在需求最大效率的应用中是有益的）。
通常恒频工作时需要选择最小频率在低Q 值R、C、L 电路的谐振点之上在此种情况下，能够通过增加RFMIN 值来减小频率增大灯功率，或者减小RFMIN 值增大频率减小灯功率2.7 设计软件基本介绍全球功率半导体和管理方案领导厂商 – 国际整流器公司 (International Rectifier，简称IR) ，推出了它的已被广大用户普遍接受的镇流器设计辅助软件的4.0版本该款名为IRPLBDA4的软件极大的减少了电子镇流器的设计时间，并提供了一个原理图和完整的元材料单该版本中的新特性包括支持直流输入电压应用，以及一个新的时间序列图特性该新型时间序列图特性基于一种简化的数字分析技术，并且显示镇流器输出的波形，包括半桥电压，灯电压，电流，以及谐振电感和谐振电容的电流IR的设计软件，高度集成的集成电路，以及参考设计组成的强大的资源库能够快速高效的设计出具备完整保护功能的电子镇流器该软件支持38种类型的灯和7种不同的镇流器结构用户可以添加新的灯型号用户可以从20种参数中进行选择，包括频率，电压，电流，和元件值支持全部交流电源电压，包括80伏特到140伏特，和185伏特到265伏特，带或不带功率因因数校正，24伏直流，以及其他。
2.8 BDA软件具体操作流程IR公司的相关电子镇流器设计软件具有以下功能和相应设计步骤: 1、设计步骤: (1)对给定的电路类型和输入电压范围,可生成相应的电路图、元件表和印刷电路板图. (2)良好的图形设计界面,可给出电子镇流器的电参数、元件值和整个电子镇流器的相关文件. 2、主要特点:⑴三步设计流程;⑵灯型号流览;⑶设计流览;⑷良好的显示界面;⑸电子镇流器工作点的计算;⑹电子镇流器工作点的图形表示;⑺Windows的图形显示界面;⑻ LC谐振腔元件参数计算;⑼PFC元件参数计算;⑽IR21571外围相关元件参数计算;⑾电路图;⑿元件清单;⒀PCB图;⒁电参数图;⒂元件参数表. 灯的选择和电路基本设计选择主要包含:灯的选择含以下内容:灯型号、灯功率、灯管工作电压、最大灯管预热电压、灯管最小点火电压、预热电流、预热时间(秒). 基本设计选择含以下内容:最低电源电压、最大电源电压、预热直流总线电压、启动点火直流总线电压、直流工作总线电压、PFC工作频率、镇流器工作频率.并且BDA软件有两种工作方式: 1．标准3步法(含以下步骤):选灯型、选择电路形式、自动生成设计结果. 2．高级工作方式(含以下设计步骤): ①工作点计算和IR21571外围元器件计算; ②允许预先设定所要求参数值; ③设计灵活,方便. IR公司的设计软件针对IR2520主要是用于小功率电子镇流器的制作,但是所在照明公司采用IR2520D主要应用于大功率电子镇流器,同时由于器件(如灯管的差异)其设计的参数及其电路对于我们公司来说不能完全应用,具体的参数调配必须由技术人员分析调试.第三章 L6561芯片原理与介绍3.1 APFC预调整器基本原理升压式APFC变换器电路原理图如3-1所示。
APFC电路主要由控制器Ic、功率开关M0SFET(VTl)、升压电感器L1、升压二极管VD5、输出滤波电容C 1及反馈环路所组成，其核心就是PFC控制器ICAPFC变换器的工作原理基于升压电感LI电流与电压之间的物理关系在VT1导通时，升压二极管VD5则截止，滤波电容cI通过负载放电当vTI由导通跃变为关断时，L1产生的突变电势使VD5正向偏置而导通，LI中的储能经VD5释放，对C1充电由于vTl和VD5交替导通，使整流器输出电流经LI连续流动这就意味着整流二极管在交流电源电压的半个周期内，导通角趋于180APFC变换器一般双环反馈控制方法网侧内环反馈的作用是将全被整流输出直流脉动电压(实质上即是交流输入电压)通过R1、R2组成的电阻分压器取样输入到PFC控制器IC．以保证通过L1的电流时刻跟踪输入电压按正弦规律变化的轨迹通过L1的三角形高频电流的峰值包迹波正比于输入交流电压，其平均电流则呈正弦波形，这就意味着电源输入电流也呈正弦波外环用作APFC变换器输出直流电压的反馈控制直流输出电压被检测后输入到IC，IC输出PWM驱动信号调节功率开关的占空比，以便输出电压稳定 图3-1 升压式APFC预调整器电路原理图 APFC预调整器应用于电子镇流器的作用及效果主要有：一是有效地抑制了输入电源电流的波形失真，完全可以达到并可以远远低于L级低畸变指标要求；二是能将系统功率因数提高到几乎是1的水平。
三是输出低纹波的直流电压，能确保镇流器配接的灯管电流波峰系数小于1．7；四是当输入交流电压在较大范围内被动时，可以获得稳定的直流电压，既消除或赋小了瞬态能量对电子元器件的冲击，提高了电子镇流器的可靠性与安全性．同时可以保证灯管的灯电压和灯电流稳定，使灯光输出恒定，有利于延长灯管的使用寿命3.2 L6561芯片结构与工作原理简介 L6561是ST公司生产的有源功率因数校正专用芯片能方便的构成宽电压输入（AC85V—265V），低谐波含量的APFC电源；能直接驱动MOS管，且集成了各种保护功能；由于集成度很高，它大大减少了构成系统所需的元器件，降低了损耗，提高了效率 图3-2给出了L6561的内部原理图8号引脚为芯片的电源输入端，芯片的正常工作电压范围为11V—18V，芯片内部有一20V的稳压管并连于该引脚与地之间，为防止芯片供电电压过高而将芯片内部稳压管击穿，可在该引脚与外部供电电源间串接一限流电阻；7号引脚为芯片的驱动信号输出引脚，该引脚内部采用了图腾柱结构，具有最大400mA的驱动能力，能直接驱动MOS管；6号引脚为芯片的参考地，该引脚应和主电路的地连在一起；5号引脚为芯片的过零检测引脚，用于确定何时导通MOS管。
该引脚检测电感电流过零时产生的电压振荡，有效触发信号为一下降沿；4号引脚为MOS管电流采样引脚，芯片将该引脚检测到的信号与芯片内部产生的电感电流参考信号相比较，用以确定何时关断MOS管；3号引脚为芯片内部乘法器的一个输入端，该引脚与boost电路输入电压相连，确定输入电压的波形与相位，用以生成芯片内部的电感电流参考信号；2号引脚为内部乘法器的另一个输入端，同时为电压误差放大器的输出端，当系统稳定工作时，该点的电压应恒定；1号引脚为系统反馈电压的输入端，该引脚与内部运算放大器的负相输入端相连，同时通过一电阻分压网络与输出电压相连，从而构成负反馈；1号引脚和2号引脚之间应接一补偿网络，该网络一方面构成电压环的PI调节器，另一方面用以补偿系统的动静态性能图3-2 L6561芯片内部结构L6561引脚功能:引脚号 名称 功能说明 1 INV误差放大器EA的反相输入端，集成电路预调整器的输出电压经电阻分压为2.5V后,接于此脚 2 COMP补偿端 3 MULT乘法器的输入端,全波整流后的电压分压到3.8V以下后接于此脚 4 CS脉宽调制PWM比较器的输入端,通过MOS管的源极电阻上电压来检测源级,内部有R/C滤波器,以限制前沿上升速率,消除电流波形中的高频噪声 5 ICD零电流检测6 GND引脚地电位7 GP栅极驱动8 VCC逻辑及控制部分的低压电源3.3 L6561芯片内部结构特点可非常精确的调整过电压输出极小的启动电流（典型值：50μA）非常低的工作电流（典型值：4μA）内置启动定时器芯片中集成电流感应过滤器有功能停止装置内有精确度达1%的参考电压（环境温度为25℃）过滤工作模式双列直插8 角和小型外壳8 角两种封装模式第四章 基于IR2520大功率电子镇流器4.1 IR2520D芯片控制镇流器电路与分析 4.1.1 IR2520D设计参考电路IR 公司设计的 IR2520芯片是设计目的是为小功率的电子镇流器而设计的.由ＩＲ２５２０组成的紧凑型荧光灯ＣＦＬ电子镇流器电路如图4-1所示。
该镇流器的ＡＣ输入电压可从１８０Ｖ直到２７０Ｖ，输出端可配接７～３２Ｗ的灯管. 图4-1 IR2520典型电路下面对图4-1中各部分的主要功能作以说明：１ 欠压锁定（ＵＶＬＯ)模式当图2-2中的启动电路工作时，流过启动电阻ＲＳＵＰＰＬＹ的电流将对启动电容ＣＶＣＣ进行充电，并使ＣＶＣＣ上的电压逐渐升高在ＶＣＣ脚电压达到启动门限电平１３．２Ｖ之前，电源电流ＩＱＣＣ约为１５０μＡ，ＩＣ脚３和脚４上的电压ＶＦＭＩＮ和ＶＶＣＯ均为０Ｖ，半桥截止一旦脚ＶＣＣ上的电压超过１３．２Ｖ，ＩＣ将导通并开始振荡 ＩＣ内自举二极管和ＶＢ脚与ＶＳ脚之间的电容ＣＢＯＯＴ可用于决定ＩＣ内高端驱动器电路的电压，ＩＣ外部的二极管ＤＣＰ１、ＤＣＰ２和电容ＣＣＰ组成的电荷泵电路可用于为ＩＣ低端驱动电路提供工作电压ＩＣ启动之后，ＬＯ脚上的驱动输出首先使功率开关Ｍ２导通，然后由ＶＣＣ通过自举二极管对自举电容充电当ＣＢＯＯＴ上的电压超过９Ｖ时，ＩＣ高端驱动器被使能而在高端与低端驱动器之间的１．５μｓ死区时间内，控制电路可用于保证半桥高端开关Ｍ１和低端功率开关Ｍ２不会发生直通２ 频率扫描模式一旦ＶＣＣ脚上电压超过１３．２Ｖ，ＩＲ２５２０将进入频率扫描模式。
此时，ＩＲ２５２０内部的电流源将对ＶＣＯ脚外部电容ＣＶＣＯ充电，从而使脚ＶＣＯ上的电压从０Ｖ线性增加，同时使ＶＣＯ振荡从最大值开始线性降低当频率降至镇流器输出级ＬＣ串联谐振频率时，ＬＣ电路发生谐振并产生高压将灯点亮只要灯启动成功，ＶＣＯ脚上的电压将一直升高到５．２Ｖ，频率ｆ则降至最小值ｆＭＩＮ当ＶＶＣＯ超过２Ｖ以后，ＺＶＳ和波峰因数峰值电流与平均值电流之比值检测均被使能当ｆ与ｆＭＩＮ相等时，ＦＭＩＮ脚上的电压ＶＦＭＩＮ为５．１Ｖ３ 正常运行模式在灯点火之后，镇流器输出级变为低Ｑ值ＲＣＬ电路，此时ＶＶＣＯ被限制在５．２Ｖ，频率降至ｆＭＩＮ，实际上，这时的最低工作频率即是灯正常燃点时的工作频率该状态下的灯功率由谐振电感(扼流圈ＬＲＥＳ）、谐振电容(灯启动电容ＣＲＥＳ）、ＤＣ总线电压ＶＢＵＳ和ｆＭＩＮ共同确定如果发生非ＺＶＳ，即在死区时间内也就是两个开关Ｍ１与Ｍ２之间的非交迭时间(电压不能回落到零（在低端开关Ｍ２导通之前，会有一个电压横跨低端开关）ＩＣ脚ＶＣＯ上的电压ＶＶＣＯ将因外部电容ＣＶＣＯ的充电电流减小而降低，从而引起频率升高通过ＶＳ感测和自适应ＺＶＳ控制逻辑可使ＩＣ自动保持ＺＶＳ操作。
由图可知，ＶＣＯ脚外部电容ＣＶＣＯ的充电电流受该脚内部ＭＯＳ晶体管控制，进而控制ＶＣＯ脚上的电压和振荡频率当ＩＣ外部高端开关Ｍ１接通时，ＩＣ脚ＶＳ上的电压即为ＤＣ干线电压ＩＲ２５２０的６００Ｖ高压工艺允许ＶＳ脚进行精密测量，并能承受ＤＣ干线高压 4 IR2520D应用典型电路工作程序框图接通电源UCLO模式 半桥截止IQCC=150μΑVCO=0V FMIN=0V频率扫频模式 FMIN = 5.1V VCO 渐增, 频率逐渐下降 波峰因数使能VCO>2V,ZVS使能VCO>2V运行模式VCO=5.2V 频率为最小频率,如果非ZVS被检测，VCO减小，为维持ZVS频率增加故障模式：半桥截止VCO=0VIQCC=150ΜαFMIN=0V 图4-2 IR2520D应用典型电路工作程序框图4.1.2 基于IR2520运用于大功率电子镇流器电路设计由于2520D芯片在具体的设计中用做大功率电子镇流器的设计,现将2520用于大功率镇流器的电路做一个初步的分析进而对测试的数据进行验证:一般的大功率电子镇流器电路都是由EMI滤波器,功率校正电路及其主控制IC,在以下的电路图也是由此三部分构成,具体如下: 1.在图4—3中，L1与L2、C1与C2和C3与C4组成EMI滤波器，用于差模一共模方式的EMI／RR的抑制。
在元件数值上，L1＝L2，C1=C2，C3=C4L1和L2对共模干扰信号(非对称干扰电流)呈现高阻抗，而对差模信号(对称干扰电流)和电源电流呈现低阻抗，这样就保证了对电源电流的衰减甚微，而同时又抑制了电流噪声通常L1、L2对称地绕在同一磁芯上，这样可以在正常工作电流范围内，由于磁性材料产生的磁性互相补偿，从而能避免磁通饱和但是对于不对称干扰(共模)信号来说，这两个线圈产生的磁场是相互加强的，对外呈现出的总电感明显加大，于是，对称的干扰信号就被L1、L2和C1、C2大大地抑制 L1、L2与Cl-C4组成的EMI滤波器，实际上是一种低通滤波器由于电感对射频起阻流作用，而小电容对射颊近似于短路．因此EMI滤波器对射频干扰酌抑制作用是不难理解的在滤波器阻抗与干扰源阻抗失配的情况下，能迫使干扰源产生的干扰信号沿干扰源进人的方向反射回去，从而有效地抑制了干扰信号的影响EMI滤波器既抑制了来自电网的电磁于扰同时对电子镇流器自身产生的电磁干扰也起衰减作用，以保证电网不受污染 2.对于高品质的电子镇流器，在其全桥整流器与大容量的滤波电解电容器之间，往往要设置—级功率因数校正(APFc)升压型变换电路。
其作用就是获得低电流谐波畸变，实现高功率因数如电路图上所用到L6561芯片以及其模块作用的电路都是起到校正功率因数的目的3. DC／AC逆变器的功能是将直流电压变换成高频电压,而高频变换部分的核心是功率开关元件,在这个电路中用到的是半导体场效应管(MOSFET).而电路中的IR2520D则是本电路的镇流器控制器. 镇流器电路的预热时间约为1-2秒先预热灯丝进而点亮灯管,同时在电路运行时最佳的运行频率约为40-45HZ之间以达到避开34-38HZ红外遥控器频率的干扰.4.2 电子节能灯设计规律 设计开发人员在长期的开发过程中总结了十大经验定律,现将节能灯的十大经验定律介绍如下, 1. 隔热层的选用:实际功率在20瓦以下的节能灯不需要隔热层,20瓦以上的节能灯需在灯罩上加装能和外界对流的空气隔热层. 2. 磁芯的选用规律是:7瓦以下的灯用EE10mm,11瓦以下的灯用EE13mm,15瓦以下的灯用EE16mm,20瓦以下的灯用EE19mm,40瓦以下的灯用EE25mm,60瓦以下的灯用EI28mm,100瓦以下的灯用EI33mm.磁芯间隙的规律是:20瓦以下的灯用0.4mm,40瓦以下的灯用0.6mm,100瓦以下的灯用0.8mm. 3. 脉冲变压器(俗称磁环)的选用规律是:7瓦以下的灯用￠8mm、5K磁环,用电磁线按3:11:3绕成.7—20瓦的灯用￠10mm、7K磁环,用电磁线按1:7:1绕成.20—30瓦的灯用￠10mm、7K磁环,用电磁线按2:3:2绕成.30—40瓦的灯用￠10mm、7K磁环,用电磁线按3:3:3绕成.40—50瓦的灯用￠10mm、7K磁环,用电磁线按4:4:4绕成.50—100瓦的灯用￠10mm、7K磁环,用电磁线按2:3:2绕成. 4. 滤波电解电容器的选用规则是:7瓦以下的灯用2.2uF,7—11瓦的灯用3.3uF,11—15瓦的灯用4.7uF,15—20瓦的灯用10uF,20—40瓦的灯用22uF,40—60瓦的灯用33uF,60—100瓦的灯用68uF. 5. 灯头电容的选用规律是:第一,灯头电容的耐压值一定要1000伏以上;第二,电容量的选择是这样的,7瓦以下的灯用152,7—15瓦的灯用222,15—20瓦的灯用332,20—26瓦的灯用472,26—32瓦的灯用682,32—40瓦的灯用822,40—50瓦的灯用103,50—60瓦的灯用123,60—80瓦的灯用153,80—100瓦的灯用183. 6. 三极管的选用规则是:7瓦以下的灯用740,7—15瓦的灯用IRF740,15—25瓦的灯用IRF730,25—45瓦的灯用IRF730,45—75瓦的灯用IRF740,75—100瓦的灯用IRF840. 7. 保险丝的选用规律是:考虑到镇流器启动时电流较大,15瓦以下的灯用1安的,15—26瓦的灯用1.5安的,26—45瓦的灯用2安的,45—75瓦的灯用2.5安的,75—100瓦的灯用3安的. 8. 三极管基极电阻的选用规律是:15瓦以下的灯用1/4W,22欧姆,15—25瓦的灯用1/2W,10欧姆,25—45瓦的灯用1/2W,6.8欧姆,45—75瓦的灯用1/2W,6.8欧姆,75—100瓦的灯用1/2W,4.7欧姆. 9 三极管发射极电阻的选用规律是:15瓦以下的灯用1/4W,1欧姆,15—25瓦的灯用1/2W,1欧姆,25—45瓦的灯用1/2W,0.5欧姆,45—100瓦的灯用1W,0.5欧姆. 10. 电磁线的使用规律是,7瓦以下的灯用￠0.10mm, 7—13瓦的灯用￠0.17mm, 13—20瓦的灯用￠0.25mm, 20—40瓦的灯用￠0.20mm×3股, 40—100瓦的灯用￠0.20mm×8股.4.3 具体电路测试参数与分析：所设计135W电子镇流器参数如下：输入电压(V)输入电流(A)输入功率(W)功率因数灯管电流(A)灯丝电流(A)输出功率(W)工作频率(KHZ)导入阴极电流(A)160.31.550130.20.990.4100.201120.645.000.7612201.101132.60.990.4520.168123.443.250.7802510.952131.50.990.4630.224125.141.060.8021591.523131.80.990.4100.210121.044.200.7522211.120132.50.990.4430.198124.342.100.7752490.998134.20.990.4700.232127.440.000.796表4-1 135W节能灯光电测试参数表使用杭州远方仪器公司的HB-3A测量节能灯的输入/输出特性的几个注意事项：。
