节能可调光螺旋形CCFL球泡灯驱动电路的研制.doc

节能可调光螺旋形 CCFL 球泡灯驱动电路的研制【摘要】介绍了一种小功率节能可调光冷阴极荧光灯（ccfl）驱动电路的研制该灯可直接取代白炽灯，可大范围连续调光且无闪烁，外形小巧、价格便宜，应用越来越广泛关键词】冷阴极荧光灯；调光；驱动电路我国是能源资源严重短缺的国家，新《节约能源法》使节约资源成为我国基本国策， “十二五”期间节能减排大范围展开，成为全社会参与的国事、大事其中，照明节电具有重要意义绿色照明的两大要点：一是节能，二是环保ccfl 是一种新型的气体放电灯，完全符合绿色照明的这两个要求由于其寿命长、价格适中、色彩丰富、便于实现连续调光，越来越广泛应用于住宅照明、养殖业大棚照明等领域1.ccfl 的特点和发展趋势冷阴极荧光灯（cold cathode fluo-rescent lamp，简称 ccfl）它具有色彩丰富、灯管体积小、重量轻、结构简单、低温时快速启动、表面温升小、亮度高、功效高、易加工成各种形状（直管形、l 形、u 型、环形等） 、使用寿命长、显色性好、发光均匀等优点ccfl 同样的流明，耗电仅是白炽灯的 10%一 20%左右；与日光灯相比，光效略低，但寿命是日光灯的四至五倍，且灯管内的汞含量极低或彻底无汞，避免了汞蒸气的污染问题；与 led 相比，显色性能好、无眩光，价格便宜。

可见 ccfl 是一种高效、节能、环保的绿色光源，符合未来照明的 发展趋势相比其它常用灯具，ccfl 参数如表 1ccfl 过往常用于液晶屏背光源，由于体积小，灯管直径仅有 3-4mm，可随意弯曲，寿命长，成本低，便于调光的特性，目前国际上主要有两大发展方向，一是以美国 tcp 公司为代表，自 2006 年起将 ccfl 螺旋调光灯广泛应用于家用照明和高档商业照明，直接替代可调光白炽灯具；二是以日本、德国为代表，利用 ccfl 调光特性、色温丰富、成本低的特点，广泛应用于绿色大棚、育种和家禽养殖领域，在不同的育种期或家禽生产期，不同的时间段进行调光，取得了大量成果冷阴极荧光灯与普通荧光灯类似，也具有负阻特性，典型的ccfl 伏安特性曲线如图 1 所示曲线分为启动阶段和工作阶段在启动阶段，即供电电压小于启动电压 vstart（不同的灯管，vstart 不同，一般为 800 一 1200v）时，灯管内的电流大小随电压的增大而增大在工作阶段，即外加电压达到了灯的启动电压vstart，灯则导通，两端电压立即降低，灯电流增大，呈现负阻特性由于外接镇流器的限流作用，使灯电流稳定在额定值，并且灯两端的导通电压降（vcon）也基本保持不变。

灯的使用时间越长，环境温度越低，启动电压就越高；同一类型的产品，随着灯的直径的降低或者长度的增加，启动电压就越高；灯的直径越小，表面亮度就越强对于不同的工作电流，其在特定频率时均为发光亮度最大 螺旋型冷阴极荧光灯是直管 ccfl 的技术延伸，如图 2 所示：在螺旋灯管外配以球泡玻璃外壳，灯头处加装小巧的电子驱动器，光源可和普通白炽灯泡直接互换使用2.设计指标本文设计一款可与白炽灯泡直接替换的螺口节能可调光螺旋形ccfl 球泡灯，采用 e27 灯头，冷阴极荧光灯管长度为 1020mm，单螺旋绕制 8 圈半，灯管内径为 3mm，设计指标要求额定功率为9w，光效≥40lm/w，功率因数≥0.9，效率 η≥0.92，寿命达到30000h3.电路设计由于 ccfl 的负阻特性，当灯电流上升时，灯管的工作电压下降，但是供电电压不会下降，所以要使灯管正常工作，应配以镇流元件（镇流器） ，用以限制和稳定灯电流常用的镇流方法有：电阻镇流、电感镇流、电容镇流、电子镇流因为电子镇流器效率高、体积小、无闪烁、无噪声，便于智能控制，所以目前都基本采用电子镇流的方式普通的电子镇流器由整流桥、储能电容、逆变电路、谐振电路组成，将低频的交流电通过整流转变为直流电，再经过逆变器变换为较高频率的交流电，由高频能量来驱动一只或几只灯管，使之启辉点亮并正常工作。

3.1 拓扑结构选择电子镇流器常用的拓扑结构主要有 royer 拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑、推挽拓扑本设计选择半桥拓扑结构，因为半桥电路结 构简单、高效、成本低，效率居中，特别适合于尺寸小巧、价格便宜的球泡灯使用3.2 调光方式选择主要的调光策略有电位器调光、模拟调光、数字调光由于本设计要实现与白炽灯的直接替换现有的调光白炽灯大多数采用可控硅调光器，该调光器一般置于开关面板中可控硅调光机理属于模拟调光，镇流器电路输入电压为缺角的正弦波，通过改变可控硅的触发角，移相控制灯管电流的有效值而达到调光的目的灯管等效电阻大使得寄生电容所造成的温度计效应明显，会使灯管亮度不均匀，出现闪烁，调光范围受限于最小操作电流，所以要增加相位补偿电路3.3 电路结构设计本设计驱动电路由 emc 控制电路、整流滤波电路、启动电路、高频振荡电路、相位补偿反馈电路、光输出电路等组成，电路结构见图 3，电路原理图见图 4从图 4 中可以看出，c2、c6、c7、r3、r4、r5 构成启动电路；q1、q2、c3、c4、l4、t1 构成高频振荡电路d2、d4、c5、r6 构成相位补偿反馈电路，由 t2 第 3 个反馈绕组提供反馈量，通过 d2对 c5 进行充电，当低输入电压时，c5 通过 d4 放电，消除在可控硅小导通角时灯光闪烁的问题。

3.4 变压器选择 根据计算和实际试验，最后确定变压器 t1、t2 选用选择 ee 型磁芯，t1 为 ee10，t2 为 ee19，磁芯材料选择国产的目前应用最为广泛的中高频段（100～500khz）的优质材料 lp3 型 mn-zn 铁氧体t1、t2 具体绕制规格见表 2、表 34.测试结果使用远方 ccfl 测试仪对整灯进行测试的结果如图 5 所示结果显示实际的电参数完全满足设计要求整灯经受住 10000 次开关试验，全部 8 圈半灯管可以连续从 1 圈到 8 圈逐步点亮和关灭，调光过程中灯光变化均匀，没有闪烁，且经过老化后，合格率可以达到 95%5.结论本文介绍了一种新型 9w 的可调光 ccfl 球泡灯，它可以直接替代白炽灯，很好地配合传统可控硅调光器一起使用批量生产时整灯电子镇流器材料成本约 7 元，加上灯管、灯罩、灯头等整灯原材料成本约 14 元实际使用过程中寿命大都能达到 3 万小时相对于白炽灯更节能环保，相对于普通节能灯能实现可靠调光，相对于 led 灯便宜许多加之 10%～100%的大调光范围使它在节能方面可以发挥发挥很大的优势因此随着国家绿色照明工程的实施，ccfl 将有望进入普通家庭，逐步取代现有的白炽灯、日光灯、节能灯等用于普通照明领域。

参考文献[1]王海林.冷阴极荧光灯电子镇流器的分析与设计[d].大连:大 连理工大学,2007.[2]黄陆建.ccfl 仿真及驱动电路的研究[d].南京:南京航空航天大学,2007.[3]王元庆.ccfl 的亮度特性及其驱动电路[j].液晶与显示,2004(3):202-206.[4]厦门海莱照明有限公司.冷阴极调光灯[p].中国专利,200920137942.9,2010-02-10.作者简介：冯薇（1974—） ，女，重庆人，大学本科，讲师，研究方向：电子技术。