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AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 版本

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2011 年2月21 日 应用手册 文档简介 信息 内容 关键字 CFL, 高功率因数,自由运行 PFC,双向可控硅,可调光, UBA2014 摘要 该应用手册描述了采用 UBA2014 的高功率因数的可调光紧凑型荧光灯 (CFL) 镇流器的应用设计 AN10932_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提.

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2011 年2月21 日2/32 联系信息 请登录 http://www.nxp.com 获取更多的信息 请发送邮件获取销售处地址,邮箱为 salesaddresses@nxp.com 恩智浦半导体 AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 修订历史 版本 日期 描述 v.2

20110221 第三版 此翻译版本基于日期为

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2011 年2月21 日3/32 恩智浦半导体 AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 1. 简介 本应用手册描述了可调光 CFL 的设计,它的功率因数 (PF) 很高,在实际中可以实现

95 % 以上的功率因数.手册描述了采用 UBA2014 和SPS04N60C3 功率管实现功率为

18 W 的镇流器应用. CFL 调光器用作双向可控硅调节器,它在以

120 V 市电为输入的应用中是比较有代表性的 调光器.应用中如果使用其他调光器,需要调节元件值以确保调光兼容性. 这个电路是基于一个可自由运行的 PFC, PFC 带有谐振半桥逆变器.为了能够深度调节 亮度,需要过电压保护 (OVP) 和欠电压自锁 (UVLO). 为了对实验室设备使用不同灯管进行评估,在主板上加了一个外部无灯检测 / 保护电路. 如果 CFL 灯罩内有镇流器和灯管,就不需要这个电路. 2. 双向可控硅调光 2.1 双向可控硅调光电路 图1显示的是输入为市电

120 V (有效值)的双向可控硅墙光调节器的电路图. 双向可控硅采用前沿调相技术,负载 (比如白炽灯, CFL 等)只在电力线的半周期的后一 部分 (α 到π和α+π到2π)通电,如图

2 所示. 图1. 带有 LC 滤波器的双向可控硅调光器 图2. 延迟角度为 α 的双向可控硅 019aaa332 Itriac Load Rvar

470 kΩ R 2.7 kΩ C

47 nF Cfilter Lfilter Triac (BT136) Diac (DB3)

120 V RMS Vin 019aaa333 Vin α π

2 π ωt α + π AN10932_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V.2011. 保留所有权利. 应用手册 版本

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2011 年2月21 日4/32 恩智浦半导体 AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 电容 (C =

47 nF) 通过一个固定电阻和一个可变电阻组合充电,延迟角是根据可变电阻的 值来设定的. 当电阻值小时,电容会迅速充电并达到双向转折二极管的导通电压,双向可控硅立刻导通 并且电流 Itriac 流动.电流持续流动,直到 Itriac 低于最小保持电流 IH. 双向可控硅是一个双向元件,可以工作在两个象限,如图 3,负的半周期是重复的正半周 期的相同过程. 双向可控硅应用电路中的 Lfilter 和Cfilter (或者 CFL 应用电路中的 LC 滤波器)可以使双向 可控硅在响应阶跃时锁住后产生电流振荡.双向可控硅振荡电流要保持在 IH 以上才能使双 向可控硅维持开通. 图3. 典型的双向可控硅 VI 特性 019aaa334 Rated current IL Minimum holding current IH Breakover voltage Gate trigger voltage +I ?I ?V +V AN10932_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V.2011. 保留所有权利. 应用手册 版本

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2011 年2月21 日5/32 恩智浦半导体 AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 2.2 双向可控硅调光器和有独立 PFC 的CFL 镇流器 在这里,负载是一个 CFL 镇流器 (也就是一个半桥,谐振电路和灯)和一个独立 PFC, 如图

4 所示. 当双向可控硅的电流大于最小维持电流 IH, PFC 维持双向可控硅的导通,大多数双向可控 硅的 IH 在15 mA 到20 mA 之间. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx x x x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xx xx xxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx x x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxx AN10932_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V.2011. 保留所有权利. 应用手册 版本

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2011 年2月21 日6/32 恩智浦半导体 AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 图4. 有单独 PFC 和CFL 镇流器的双向可控硅调光器 019aaa335 TRIAC DIMMER

120 V (RMS) VCO CSP CSN IREF CF CSW DRIVERS BRIDGE RECTIFIER Vin Lres Cres CFL Cblock DIM CONTROL PFC HALF BRIDGE UBA2014 CONTROLLER Lboost Iboost Vbus Cbus RESONANT TANK LAMP CURRENT SENSE AN10932_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V.2011. 保留所有权利. 应用手册 版本

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2011 年2月21 日7/32 恩智浦半导体 AN10932 UBA2014 在120 V 高功率因数可调光 CFL 中的应用 图5给出了双向可控硅延迟角 (α),输入电压 (Vin),升压电流 (Iboost) 和平均升压电流 (Iboost(AV)). PFC 工作在电流断续模式 (DCM),平均输入升压电流随输入电压而变化,功率因数 (PF) = 1. 这个电路中还需要再加一个 MOSFET,它的门极驱动可以由一个单独的控制器或者 UBA2014 的下桥门极驱动器提供.也可以通过结合 PFC 和CFL 镇流器的半桥 MOSFET,以去掉这个外加 MOSFET.这就是联合自由振荡或者自由运行 PFC. 2.3 双向可控硅调光器和有联合自由振荡 PFC 的CFL 镇流器 图6给出了 CFL 镇流器和联合自由运行 PFC.半桥 MOSFET 用来切换谐振电路和升压 电路.在节

5 有相关的波形图 (见图 20) . (1) Vin (2) Iboost (3) Iboost(AV) 图5. 延迟角为 α 的输入波形 019aaa336 Vin Vp

0 α π

2 π Θ = ωt α + π Ts (1) (2) (3) (1) (2) (3) xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx x x x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx ........