荧光灯是一种以最少电能消耗(流明/瓦)产生白光的最廉价方法。现在，小型荧光灯的每年销售规模达数亿只，而对荧光灯可靠性的要求也不断提高。如今的照明系统需要镇流器控制功能以驱动小型荧光灯，但这样增加了成本和设计时间，而且这些镇流器控制功能必须根据每种不同类型的荧光灯重新调节。

    因此，设计工程师需要集成了所有控制功能的解决方案，以便将更多精力集中在灯管的输出级设计上，并缩短产品上市时间。本文介绍如何利用集成了多种控制功能的单片ic来设计25w小型荧光灯镇流器，另外还讨论输出级设计、可编程器件的选择、原理图、镇流器测量波形，以及仿真结果和实测结果的比较。

    可利用基于标准谐振电路拓扑的简化模型来设计灯管输出级(图1)。灯管要求在给定的时间内有电流来预热灯丝，有高电压来点亮灯丝，然后开始工作。选择合适的电感和电容并改变输入电压频率可以满足这些要求。为预热和点亮灯丝，此时灯管并不导通，电路为电感-电容串联形式。灯管点亮后，灯管处于导通状态，电路成为电感并联电阻-电容串的形式。

    根据电路的传递函数可得到灯管预热、点亮和正常照明三种状态下的输出级工作点(图2)。频率在确定的预热时间内从起始频率开始平滑下降到最终工作频率。在频率下降过程中，灯丝被预热，灯管两端的电压随着频率接近高q值l-c电路的谐振点而不断增加。当电压足够高时，灯管即被点亮，工作点转移到低q值l-c曲线。频率则继续下降，最终达到工作频率。

    图1：简化的灯管输出级模型是一个基本的r-l-c电路。

    高q值串联l-c电路的传递函数为：

    其中vin为输入方波电压的幅值(v)，vign为灯丝点亮电压的幅值(v)，l等于输出级电感(h)，c等于输出级电容(f)，fign为灯管点亮时的频率(hz)。根据式1得到fign的表达式：

    式2给出了高q值l-c传输曲线上灯管点亮时的工作点的频率。需要注意的是，这里采用输入方波(vin)的基频进行线性分析。一旦灯管点亮，其电阻不能再被忽略，系统变成具有如下传递函数的低q值串并联r-c-l电路：

    从式3可得到低q值r-l-c传输曲线上的工作频率：

    这里r为由荧光灯工作功率和电压决定的荧光灯电阻。

    其中，prun等于工作功率(瓦)，vrun为灯管的工作电压(伏)。最后，根据所用ic的电控制振荡器(vco)最大频率得到高q值l-c曲线上的起始频率工作点。

    利用这些等式以及荧光灯和镇流器的参数，可设计出荧光灯输出级。25w cfl型荧光灯和镇流器(由230v交流电源供电)的参数为：vin=280v, vign=380v(峰值),prun=25w,vrun=175v(峰值),frun=45khz。

    选择c=6.8nf并利用式4，使l从0.1mh开始逐渐增大直到获得预期的工作频率。确定l和c后，利用式2和式6计算点亮和起始频率。所采用的ic为ir2520，其频率可以从起始频率扫描到工作频率(图3)，为保证荧光灯能够正常点亮，点亮频率必须大于工作频率，采用上述设计方法可确定电感值为2.3mh。

    图2：这些曲线描述了输出级具有不同工作点的传输函数。

    镇流器的设计

    本文设计了一个25w迷你型镇流器演示板，并对之进行性能测试。输入级针对230v交流电源而设计，利用镇流器控制ic对频率和预热时间进行编程，并执行频率扫描和驱动高端和低端半桥mosfet。该ic也提供熄灯复位功能及在冲击失效、非零电压开/关、灯丝开路和拆卸灯管时的保护功能。

    采用上述设计方法计算l、c及灯管输出级的频率，并根据计算结果选择可编程ic(图4)。分别选取电感和电容为2.3mh和6.8nf，将电容、电感值和计算出的工作频率