IR的免费镇流器设计软件技术文章

2
(2)
这里： Vin Vph Iph L C = = = = = 输入方波的峰-峰值电压[V] 灯管预热的峰-峰值电压[V] 灯丝预热电流的均方根[A] 输出级电感[H] 输出级电容[F]
这些公式仅考虑了半桥开关驱动方波的基本频率，假设在更高频率存在的谐波影响可 以忽略不计。
Lighting software __________________________________________________________________________________________
2 2
f% =
1 2π
[Hz]
(7)
另外一个附加等式是用来计算在最小输出时的阴极预热电流
I Cath 2% =
V2% f 2%πC 2
(8)
软件迅速计算以上方程式并确定结果是否满意。如果仍然不满意，它将不断重复 L 和 C 值，直到得到合适的结果。 设计者可利用每个部件的数据表中的公式直接计算出电阻和电容值，以设定镇流器控 制 IC 的频率和其他参数。软件根据所选定的 L 和 C 值选择合适的频率，电阻和电容值 可利用得出的频率以及系统的工作参数直接计算出来。
R=
[Ohms]
(6)
Lighting software __________________________________________________________________________________________
这里： Prun Vrun = = 灯管的运行功率[W] 灯管的峰值运行电压[V]
Lighting software __________________________________________________________________________________________
LPFC
V 2 AC ⋅ (VO − 2 ⋅ V AC ) = 2 f MIN ⋅ PO ⋅ VO
国际整流器 (IR) 公司提供的多种镇流器控制 IC 使电子镇流器节约了成本，提高了可 靠性和效率。IR 公司最近又向工程师们提供了技术先进和功能强大的设计软件，能够 优化电子镇流器设计，大幅缩短设计时间及商品化周期。这个软件更可简单地从 IR 公 司网站免费下载。 一般的设计过程需要复杂冗长的计算，在计算中需要考虑许多不同的工作参数，在重 复迭代过程中这些计算必须执行多次，才能得到一个满意的工作点。 IR 的软件基于视窗而设计，可执行获得最佳工作点和电路元件参数值所必需的复杂迭 代的程序，大幅缩短设计时间。仅需 5 个步骤就能产生一个完整的镇流器设计材料清 单，包括所有的元件参数列表，电感绕线指标和电路原理图。 运用这个软件，工程师可以将商品化周期从 1 个月缩短到 1 个星期。用这个软件配合 IR 的参考设计，能迅速为其特殊应用定制参考设计。 该软件拥有 36 种不同灯管类型的工作参数数据库，如有需要也能够添加新的灯管类 型。软件也能够支持包括一拖一、一拖二等电子镇流器结构的 7 种不同形式。 应用包括调光、不调光直管荧光灯和紧凑型镇流器。软件也支持串联型镇流器、幷联 型镇流器及双镇流器荧光灯结构。
以上公式可以确定采用最简单的“电流模式”预热的镇流器的预热条件。 一些灯管要求从电感中引出附加的线圈或附加的变压器为阴极提供预热，因为适合灯 管运行要求的 L 及 C 值并不能够提供合适的预热电流。 如要求这样的结构，IR 公司的设计软件则运用另一个不同的方法。一个依靠电感器的 辅助线圈提供预热的结构，术语称为“电压预热模式”。这个术语幷不代表这种方法 可以为阴极提供恒定的电压。 在触发期间因为灯管一直是开路的，利用（3）式可以计算出触发电压的频率。
Lighting software __________________________________________________________________________________________
通过改变输入电压的频率和选择恰当的 Vin，L 和 C，便可满足到这些要求。在预热和 触发时，灯管没有被导通，电路简化为 L-C 串联。在运行期间，灯管导通，电路转为 为 L 与幷联的 R-C 串联。 设计软件利用在迭代过程中每个工作模式的传递函数来确定 L 和 C 的最佳值，幷计算 出工作频率。选择最好的 L 和 C 的值可使镇流器设计最佳化，这是非常重要的。
软件中的灯管参数数据库已经包含了这些信息。 在可调光设计中以下参数也是必要的： 2%的灯管功率 2%的灯管电压 最小的阴极预热电流 1 215 0.35 [W] [Vpk] [A]
这个软件使用简化的模型来设计输出级。
L Vin R C
图 2：简化的输出级模型 一个高性能的镇流器要求在灯管触发之前给阴极提供预热电流，使它们在指定的时间 内达到一个合适的温度。在预热期间灯管电压很低，确保在预热时不出现触发。 在预热末期，需要高压使灯管触发。之后，必须在正确的功率下提供所需电流令灯管 运作。
Vin 1+ π Vign LC
4
fign =
1 2π
[Hz]
(3)
这里： Vign = 灯管触发的峰-峰值电压[V]
于电路中决定电感器 L 和半桥 MOSFETபைடு நூலகம்之最大额定电流的相关触发电流幅值为：
Iign = f ign CVign 2π
(4)
设计软件利用这个电流来设计电感器使它在触发期间不饱和。要确保镇流器在触发期 间不关断是非常重要的。一旦灯管被触发，在这个模型下的 R 必须包含在等式内，下 列公式用来计算运行频率：
(9)
I Lpk ( MAX ) = 2 2 .
PO VAC
(10)
这里： VAC VO FMIN = PO = = = 交流输入电压的均方根 输出直流总线电压 输出功率
PFC 最小开关频率
电感设计
设计软件还包括完整的电感器设计功能，能够计算出镇流器输出电感和 PFC 电感的指 标书 ( 如适用 )。 这个指标书提供的信息包括：磁芯尺寸、气隙长度、金属线直径和匝数。如果绕线正 确，按照这些信息制造的电感器将非常接近要求参数值，幷且适合组装于镇流器原型 电路中。 这个软件包含了一个磁芯参数数据库，适用于标准功率等级铁氧体材料制成的标准 E 磁芯。使用者也能够将额外磁芯规格添加到数据库中，因此任何的磁芯也能够融合于 系统设计中。 磁芯数据被存在微软 Access 数据库中。磁芯的信息必须按磁芯尺寸由小至大排列，以 确保软件功能可正常运作。因为在设计过程中是从最小尺寸开始计算，直到它的尺寸 达到所需电感和峰值电流要求而同时磁芯不超过特定的磁通密度或使之饱和。 软件采用非常穏健的 300mT 为界限，它提供足够的空间，使电感器在较高的磁芯温度 及最恶劣的峰值电流环境下仍然不会饱和。 设计软件也可以计算灯管运行电流所需的金属线直径，幷决定可用的骨架尺寸能否支 援匝数，为特定的气隙提供正确的电感。
Lighting software __________________________________________________________________________________________
不同种类的灯管对镇流器预热、触发、运行电压和频率的要求也不同。它会影响灯管 的寿命，照明质量和镇流器的效率，因此各种镇流器设计也有不同。IR 公司的镇流器 控制芯片支持定制电路设计以提供最长的灯管寿命和最佳的性能。 设计者能选择超过 20 种参数，包括频率、电压、电流和元件参数值。而且这个软件还 包括电感计算器，能够辅助设计电子镇流器要求的电感器。 IR 公司的镇流器设计软件几乎在瞬间就能完成任务，节省许多花在计算上的时间和可 能出现的错误。设计者只需指定： 1. 输入电压（美国 80V-140V 或欧洲 185V-265V，有功率因数校正或没有功率因数校 正） 2. 灯管类型（36 种灯管的数据库，用户可添加新的灯管类型） 3. 控制 IC（IR2156，IR21571，IR2159，IR2166 和 IR2167） 4. 输出结构（1 个或 2 个灯管，双管串联或幷联，电压或电流模式预热） 选择完之后，设计工程师只需按下“设计镇流器”(Design Ballast) 按扭，设计软件 便会输出完整实用的设计。 设计软件还包括有电感器设计，提供输出谐振电感指标，如果需要也有功率因数校正 电感的设计。 这个过程也是复杂及重复的。设计考虑到灯管在触发期间出现非常高的电感电流，这 样就可以避免在灯管触发时由于输出电感饱和而使镇流器关断的可能性。 输出的详细规格包含了制造商生产镇流器所需零件的所有信息，确保零件于镇流器正 常运作。
Ignition
Magnitude
High-Q Low -Q
Run Preheat
Frequency
图 3：RCL 电路的传递函数和典型工作点 从这个基本模型，我们可以推算出以下公式来计算预热频率和电压：
I ph 2πCV ph
f ph =
[Hz]
(1)
V ph
L 2 2V =− + in + I ph π π C 2Vin
Lighting software __________________________________________________________________________________________
技术文章
IR 的免费镇流器设计软件加快产品上市时间
作者：Peter Green, Senior Lighting Systems Engineer
当计算可调光镇流器设计参数时，该设计软件也用等式确定最大输出时的运行频率， 用公式表示最小输出时的工作频率。灯管数据库包含了每种灯管类型在光输出为 2%亮 度时的灯管电压和功率。
4Vin 1− V π 2 2 1 32 P 1 32 P% % − 2 % + − − 4 2 4 2 2 LC LC C V% LC C V%