一种基于UBA2014的荧光灯变频调光方法

摘要

本发明涉及一种基于UBA2014的荧光灯变频调光方法。目前的调光方法需要外加一部分器件，脉宽调制的电流不连续，调整范围大会引起电流停顿时间长，造成灯管瞬间熄弧，加大了灯管压降。本发明是根据镇流器工作频率由电阻R

说明书

技术领域

本发明属于电工电子技术领域，涉及一种基于UBA2014的荧光灯变频调光方法。

背景技术

荧光灯的电子镇流器电路调光，目前存在以下3种方案：①降低电子镇流器逆变电路的直流供电电压；②改变电子镇流器逆变电路输出脉宽来控制总电流；③控制电子镇流器逆变电路的工作频率，通过调节镇流电感的阻抗来调光。

第一种方案的工作原理简单直观，但无法直接使用成熟并普及应用的晶闸管白炽灯调光电路；第二种方案的脉宽调制法存在大范围改变脉冲宽度，造成电流不连续、逆变器输出晶体管应力大、EMI大，以及荧光灯管的电压降加大的缺陷。

Philips、NXP公司用于驱动荧光灯的电子镇流器控制集成电路UBA2014，可直接驱动两个功率MOS管，形成的半桥输出电路后接镇流器电感模块(由电感器组成)，荧光灯、谐振电路模块；集成电路内部含有电平移位元电路、自激振荡器、驱动控制电路、灯电压检测传感器、灯电流控制电路、定时功能以及保护功能电路等。

数据手册给出的电子荧光灯典型外围电路，按实际各功能模块简化后，如图1所示。电路通过控制预热的时间、电流和振荡频率，定制启动时间和工作电流，延长了灯丝寿命。集成电路的检测-反馈电路引脚：引脚12ACM为自适应非交叠定时与电容性模式保护检测器，其外围信号产生模块为第一反馈模块；引脚13为灯电压传感器LVS输入端，接由灯管压降经滤波形成的第二反馈模块；R14是驱动管的电流取样电阻，由其形成第三反馈模块，经R8、R9分别反馈到引脚8的PCS，进入预热电流传感器，以及引脚16的CSN，进入平均电流传感器负端。UBA2014具有控制灯丝电流及预热时间、电容性模式保护功能确保功率MOS管(TR1和TR2)处于安全工作模式。在灯点亮阶段，控制灯的平均电流。改变集成电路输出频率和脉宽，可大幅度地改变灯的平均电流，实现调光功能。

UBA2014在启动阶段具有控制频率的功能，工作阶段采用脉宽调制的形式控制灯管电流恒定。集成电路的输出工况分别反馈到引脚12ACM、引脚13LVS。按数据手册，UBA2014集成电路在如图1所示的典型参数下，其输出振荡频率f_min约为40kHz，f_max为100kHz，其中f_max仅在上电启动的数秒钟内出现，平时为输出频率恒定的脉宽调制波。f_min和f_max的计算式如下：

$f_{\min }=\frac{125\times {10}^3}{C_{\mathrm{CF}}\times R_{I_{\mathrm{REF}}}}\left(\mathrm{kHz}\right)---\left(1\right)$

f_max＝2.5×f_min  (kHz)    (2)

其中R_IREF即为图1中的电阻R12，单位为kΩ，C_CF即为图1中的电容C14，单位为pF。

UBA2028是在UBA2014IC的基础上，将图1UBA2014集成电路外围的两只MOSFET功率管TR1、TR2集成到芯片内部，形成属于半桥电路、带功率输出的集成电路，可直接驱动荧光灯；集成电路的外围电路与UBA2014相似。

可用基于UBA2014或者2028集成电路实现荧光灯调光电子镇流器，通过控制电流反馈信号输入端CSP、CSN的信号，集成电路自动通过内部脉宽调制功能限制工作电流。目前常用晶闸管白炽灯调光器结合脉宽调光。这一类调光方案需要外加一部分器件，脉宽调制的电流不连续，调整范围大会引起电流停顿时间长，造成灯管瞬间熄弧，加大了灯管压降；此外开关管上的电压应力大以及EMI大也是需要解决的设计问题，这些均增加了电路的复杂性和工业化生产的工艺控制难度。

发明内容

本发明针对现有的UBA2014调光电路的不足，采用变频技术控制荧光灯的电流，达到调光的目的。

本发明方法具体是根据计算式(1)的工作频率f_min由电阻R_IREF和电容C_CF的乘积决定，采用调整电阻R_IREF和电容C_CF的乘积来控制压控振荡器的频率，进而按1/2压控振荡器频率控制UBA2014的基础振荡频率，驱动功率MOS管TR1、TR2交替导通，达到调节镇流器的工作频率和电流的目的，从而实现荧光灯变频调光。

更进一步地说，电阻R_IREF和电容C_CF的乘积是通过改变集成电路UBA2014引脚4的外接电阻R_IREF来实现的。

本发明相对现有技术具有以下有益效果：本发明通过改变UBA2014控制的电子镇流器的基础工作频率，实现变频调光和扩大变频范围。利用UBA2014组成智能调光荧光灯、节能灯电路，外围电路简单，利用电位器直接控制压控振荡器频率，改变电子镇流器的工作频率，代替复杂的晶闸管电子节能灯调光电路，通过R_IREF控制该集成电路的参考电流I_REF，控制压控振荡器频率达到调光的目的。调光范围可达3～5倍，并用数字电位器模块形成数字化变频调光镇流器电路，为UBA2014数字化远程控制调光奠定了基础电路。运用该模块的调光电路实施方便，工作可靠性高，没有普遍使用的脉宽调制电路的电流不连续、器件冲击应力和EMI辐射大的缺陷。

附图说明

图1为典型的基于UBA2014的荧光灯电路；

图2为本发明的第一实施例电路图；

图3为荧光灯、谐振电路模块；

图4为可变电阻数字电位器及其外围电路；

图5为本发明的第二实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详尽的描述。

一种基于UBA2014的荧光灯变频调光方法具体是根据工作频率f_min由R_IREF和C_CF的乘积决定，采用调整R_IREF和C_CF的乘积来控制压控振荡器的频率，达到调节镇流器的工作频率和电流的目的，从而实现荧光灯变频调光。

本发明的一个实施例如图2所示，图2中电路绝大多数外围元器件参数与图1典型参数相同；外围电路的电容C_CF固定，可以选择保持典型参数的100pF，或者在±30％范围微调。电阻R_IREF在33KΩ(-45％～+100％)范围变动(电阻R_IREF由R12、R0或R0’确定)，可获得近200％的调整范围。图2中的R12取20KΩ，可变电阻R0为43KΩ，频率可变范围从100％～300％；输出振荡频率约为20KHz～60KHz。当R12取20KΩ，可变电阻R0为22KΩ，频率可变范围从100％～200％；输出振荡频率约为30KHz～60KHz。

图2中的R0’、单刀双掷开关K0组成了正常亮度(含启动)、变频调光2挡控制。当单刀双掷开关K0的刀拨向上方，K0分路的一端接R0’的一端，R0’的另一端接R12的一端，R12的一端同时接电位器R0的另一端；R12的另一端接IC引脚4(IREF)，组成正常亮度照明。

当单刀双掷开关K0的刀拨向下方，K0分路的另一端接电位器R0的一端，R0的一端同时接R0的中间滑动抽头，R0的另一端接R12的一端，R12的另一端接IC引脚4(IREF)，形成了变频调光电路。

推荐最小工作频率f_MIN选25～30kHz左右。若接36W荧光灯，选定最低工作频率f_MIN＝30kHz下的镇流电感模块的电感器取2.4mH；若选取最低工作频率f_MIN＝25kHz，对应的镇流电感器取2.9mH；f_MIN＝20kHz，镇流电感器取3.6mH。UBA2014变频调光有平稳控制亮度的特性，可实现多挡功率输出。

图1和图2中的①为直流电源V_DC；②为集成电路UBA2014的直流供电V_DD。图3为荧光灯、谐振电路模块，适合大范围调光下，为荧光灯灯丝供电的电路；其中L1a、L1b分别为上下两个灯丝的供电线圈，与镇流电感器共用磁芯。C22、C23和C24典型参考值如图3，其中L1a、L1b的典型值为0mH；当调光范围很大时，灯丝温度变化大，需要增加灯丝保温，需启用L1a、L1b。C22、C23和C24均在典型参考值上加了“*”，需要根据实际最低工作频率和荧光灯管参数调整。例如，36W荧光灯的C22，变频最低工作频率30KHz可选6.8nF，最低工作频率25KHz可选5.6nF，最低工作频率20KHz可选4.7nF。表1为针对NXP公司的UBA2014，不同的R12阻值对应的电子镇流器工作频率(C_CF保持100pF不变)。

表1不同工作频率对应的R_IREF数值

图4是数字调节电路，用于代替图2中的可调电阻R0。图4的虚线框内为数字电位器集成电路内部结构与连线，虚线框外为设计的外围电路。图4采用有记忆功能的数字电位器X9312，也可采用其他公司生产的各类数字电位器；X9312可形成32级、64级甚至100级可调电阻。X9312分总电阻10kΩ，50kΩ与100kΩ几种规格，通过EEPROM数字写入，该数字电位器系有源器件，需要+5V的Vcc、GND，电位器部分的V_H、V_L和V_W与器件本身的电源Vcc隔离，数字电位器的阻值控制由(低电平有效)改变，电路中通过电子防颤按钮开关K2产生负脉冲；增/减方向由控制，电子防颤调光开关K1选择增/减方向；为使能端，通过电子防颤开关K3选择低电平有效。当通过电子防颤开关K3选择低电平，确定了高/低电平后，在端每加一个负脉冲，输出抽头V_W的位置顺序升/降一个位置，阻值随之变化。电路中的上拉电阻RD1、RD2、RD3的一端并联后，接Vcc；上拉电阻RD1的另一端接电子防颤开关K1的一端、数字电位器的端；上拉电阻RD2的另一端接电子防颤开关K2的一端、数字电位器的端；上拉电阻RD3的的另一端接电子防颤开关K3的一端、数字电位器的端；电子防颤开关K1、K2、K3的另一端并联后接地。数字电位器的Vcc端接+5V，GND端接地。

图5中数字电位器的电阻抽头端V_W与电阻的一端V_H并联后，外接UBA2014集成电路的外围电路的R12的一端，R12的另一端接UBA2014的引脚4I_REF；数字电位器的电阻的另一端V_L接UBA2014集成电路外围电路的地。组成的数字调光荧光灯、节能灯在增加部分逻辑电路后，可单线输入调整UBA2014的输出频率，控制调光亮度。

图5中的R0’、单刀双掷开关K0组成了正常亮度(含启动)，单刀双掷开关K0、数字电位器组成了变频调光共2挡控制。当单刀双掷开关K0的刀拨向左方，K0分路的一端接R0’的一端，R0’的另一端接R12的一端，R0’的另一端同时接数字电位器的V_H端和V_W端；R12的一端同时接数字电位器的V_H端和V_W端；R12的另一端接IC引脚4(IREF)，组成正常亮度照明模式，电阻R_IREF由R12和R0’确定。

当单刀双掷开关K0的刀拨向右方，K0分路的另一端接数字电位器的V_L端，数字电位器的V_H端接数字电位器的中间滑动抽头V_W端，再接R12的一端，R12的另一端接IC引脚4(IREF)，形成了变频调光电路，电阻R_IREF由R12和数字电位器的阻值确定。

本发明中电路各元器件的参考参数如下：电位器R01/4～1/8W线性，可选电位器带推拉式开关K0或单刀双掷开关K0，镇流电感模块器件，带E型磁芯线圈，取决于灯管的功率、工作电流和电压降和镇流器工作频率，电感量1.9～3.6mH(36W荧光灯)，副绕组L1a、L1b，E型磁芯线圈0～3匝，保险丝F1-1A，C22-4.3～8.2nF/1500V(36W荧光灯)，C23、C24-43～100nF/250V，R14-0.5～1.0Ω/1W，其他电阻的散热功率1/8W～1/4W，C5-100nF/250V，其他电容器耐压-63V，RD1、RD2、RD3-51～100KΩ/1/8W，K1、K2、K3-电子防颤开关，由普通电工开关附加公知的简单逻辑门防颤电路组成，数字电位器型号为X9312，也可选其他公司的数字电位器。