低直流电压供电的36W/T8灯管用可调光电子镇流器

利用IR2159可以构成采用低直流供电电压的可调光电子镇流器电路,下面介绍一个采用IR2159的30V直流供电电压的可调光电子镇流器电路。电路原理如图1所示。

在图1所示的电路图中功率输出级采用推挽输出电路，由于电路的直流供电电压较低（30V），所以功率输出级的推挽变压器次级的一只引脚可以和初级电路的地共地，同样为了避免在调光过程中产生的灯光发光条纹沿灯管的一端向另一端移动的现象，在功率输出推挽变压器的次级绕组的上端通过一个电阻R16接至电源供电+30V的正极，同时电路通过电阻R10和电容C6接至IR2159的SD引脚9，以实现灯管不在位或灯管低端灯丝断路的故障保护，电阻R15和电容C10组成的RC吸收电路用以吸收由于功率开关管VT1和VT2在关断时产生的开关脉冲尖峰电压，并且也可以优化功率开关管VT1和VT2的工作条件。为了检测功率输出级的工作电流，在功率开关管VT2的源极串接了一只0.1Ω的电流检测电阻，通过这只电流检测电阻产生的电流检测信号的相位和通过推挽变压器次级升压绕组的电流信号的相位基本一致，所以可以用作调光控制的检测控制信号。并且通过这个0.1Ω的电流检测电阻产生的电压信号可以在灯管点火失败时作为灯电路的故障保护信号。在这个电路中采用的功率管的型号为IRF540N，它的Vds电压额定值为100V，在25℃条件下的导通电阻Rds(on)为0.044Ω。这对VT1和VT2在关断期间产生的60V的脉冲峰-峰值电压来说是有足够余量的。

1、 输出级L、C参数的选择

图1所示电路正常工作时，在推挽变压器次级产生300V峰峰值的脉冲方波电压，在推挽变压器次级必须加隔直电容C11，以避免在推挽变压器的初级侧由于磁不平衡而导致推挽变压器磁饱和。电路的灯满功率工作时的工作频率为40kHz，这样应取L=1.6mH，C=6.8nF。这个可调光电子镇流器电路中的灯丝预热电路为电流型灯丝预热电路（参见本书第2章关于灯丝预热电路的有关内容介绍），灯电路满功率工作时的灯丝预热电流有效值为0.6A。

同样，在灯电路调光应用中，足够的灯阴极工作电流对灯的正常工作是非常重要的。

在图1所示电路中，对应灯2%的满功率亮度值时的灯工作电压为，相应的工作频率为71kHz，相应的灯阴极电流为峰值0.5A。

一般而言，灯工作在调光应用工作条件下，在整个灯电路的调光工作范围内，灯丝的电阻变化范围应在（3~5.5）倍的灯丝冷电阻值内。对T8/36W灯管，灯丝的冷阻大约为3Ω。在灯最低发光亮度输出时，灯丝的有效值电压大约为3V，所以灯丝电阻大约为3V/0.35A≈9Ω，是灯丝冷电阻3Ω的3倍。

2、 电路板PCB元件布局的考虑

在本电路的PCB板布局时，首先应使大电流引线尽量短和尽量宽，电阻R12的安装位置应尽量靠近IR2159的COM引脚12，并且引线应尽量粗短，电解电容器C2的负极COM引脚12的引线也应尽量粗短，同样电解电容器C2的正极和变压器中心抽头的引线连线也尽量粗短，电容C9的引线应尽量靠近VCC引脚13和COM引脚12，元件C3、C4、C5、R4、R5、R6、R7、C6、C7和C8引脚的公共点同样也应接至COM引脚12的连接点。除了场效应管VT1和VT2的栅极驱动信号引线和IR2159的VB引脚14的连接线可以长一点外，其他所有和IR2159有关引脚相连接的引线应尽量短，应使大电流引线离IR2159外围的敏感元件尽量远些，以免引入附加干扰信号。

3、 脉冲开关变压器的设计

由于电路的供电电压为30V，在功率开关管VT1和VT2的开关过程中，由于线圈反电动势的原因，变压器T1初级侧的脉冲电压峰-峰值为260V=120V。由于变压器次级侧供给谐振回路和灯负载的脉冲电压要求为300V的峰-峰值，所以变压器T1初、次级的匝数比应为300/120=2.5，即脉冲开关变压器的匝数比选为1+1：5=1：2.5。

脉冲开关变压器T1的磁芯尺寸应满足在40kHz的工作频率下能输出的36W的灯功率，这里选型号为EF25（E23/13/7）的3C85或N27磁性材料的磁芯，这种型号的磁性材料的未加磁缝间隙的A1值为1900nH，有效磁通横截面积Ae为52mm2。

本电路中选取脉冲开关变压器T1的匝数为25+25：125匝=1+1：5。

这样脉冲开关变压器初级侧的电感量为5021900nH=4.75mH。

所以脉冲开关变压器T1初级侧的磁化电流为75010-6/4.7510-3=0.16（A）

这表明在磁化曲线的每一个方向磁芯接近饱和，但是在高温工作条件下磁芯又没有磁饱和。

4、 输出镇流电感（即LC谐振回路的谐振电感）的设计

（1）导线直径的选择

由于电路工作在调光应用场合，电路的最高工作频率可以高达70kHz，为了尽可能减小由于趋肤效应而引起的损耗，选用多股导线的使用效果会好些，如果使用单股导线来绕制脉冲开关变压器T1，则灯负载工作在低发光亮度的调光应用场合，输出镇流电感的温升会高些。

根据流过灯电流的大小和最大灯功率的大小，可以很方便地估算出灯工作电压有效值的大小。在本电路的工作条件下，灯的工作电压有效值为100V，对36W的灯功率，可以推算出灯电流为0.36A。可选用电流密度为3A/mm2的导线来计算镇流电感导线的直径，这样0.36A/(3A/mm2)=0.12mm2，即应选用脉冲开关变压器T1次级绕组导线的横截面积为0.12mm2。

将灯电路的最高工作频率为70kHz代入上式后有：趋肤深度值为0.24mm，所以可以选用镇流电感铜导线的半径为0.24mm。

（2）磁芯的选择

镇流电感磁芯选择的原则应是使其在工作条件下不会磁饱和，如果磁芯出现了磁饱和，则会由于磁芯磁饱和而引起的过大的开关管工作电流而使IR2159的过电流CS引脚10的控制功能动作，而使电路关断。

可以根据经验来选择磁芯的型号，对36W的荧光灯管可选用气隙长度为1mm的3C85或N27的EF25（E25/13/7）的磁芯。

这样对应的A1值为63nH，有效磁芯横截面积为52mm2，而所需的电感量值为1.6mH。

由于该种磁芯材料在100℃的工作条件下的磁通饱和密度为0.35T，在25℃工作条件下的磁通饱和密度为0.42T，所以在点火工作期间由于灯电路刚开始工作，磁芯不会磁饱和，并且在灯电路工作一般时间后关断又重新点火，如果灯电路在点火时经过了合理的灯丝预热，电路的温度也不会到100℃，所以这种选择是可以接受的。但是所制作的电感应经历最恶劣的工作条件测试，以确保灯电路能正常点火、正常工作，如果灯电路不能正常工作，说明灯电路还有问题，则还需进一步加大磁芯的磁缝间隙，并调节变压器的有关参数，以避免磁芯磁饱和。

5、 电路元件表

电路元件表如表1所示。

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