MC68HC908LB8在帶PFC的數(shù)控可調(diào)光電子照明鎮(zhèn)流器的應(yīng)用 -設(shè)計(jì)應(yīng)用

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當(dāng)今，節(jié)能潛力的領(lǐng)域包括照明系統(tǒng)和電機(jī)及電子產(chǎn)品。上述三個(gè)領(lǐng)域都能夠節(jié)能降耗：采用電子鎮(zhèn)流器替代磁性鎮(zhèn)流器可以將照明系統(tǒng)的功耗降低25%;采用微控制器和功率半導(dǎo)體對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，可以將電動(dòng)設(shè)備的功耗降低20%至30%;在空調(diào)系統(tǒng)中配備變頻器可以使其能源效率提升30%到40%,以及家用電器領(lǐng)域，采用電磁灶替代電爐可以節(jié)約25%左右的電能。目前隨著能源問題日益嚴(yán)重，調(diào)光技術(shù)在照明的應(yīng)用中得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。目前大多數(shù)調(diào)光器以可控硅為主，這種調(diào)光器在純阻性負(fù)載（如白熾燈）時(shí)能很穩(wěn)定地工作，因?yàn)榭煽毓杩梢栽谡也ǖ娜我恻c(diǎn)被觸發(fā)導(dǎo)通直到正弦電壓接近零的時(shí)候關(guān)斷。在這樣的系統(tǒng)中，白熾燈可以很平滑地實(shí)現(xiàn)從幾乎是0到100%的調(diào)光。而節(jié)能燈由于其發(fā)光效率高、無(wú)頻閃等優(yōu)點(diǎn)在很多場(chǎng)合早已替代白熾燈。但是由于節(jié)能燈的負(fù)載特性，在應(yīng)用于調(diào)光系統(tǒng)時(shí)就需要對(duì)其電路進(jìn)行調(diào)整。于是新型可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器應(yīng)運(yùn)而生。因此，本文設(shè)計(jì)一種基于MC68HC908LB8的帶PFC的數(shù)控可調(diào)光電子照明鎮(zhèn)流器,能使元件數(shù)量減少50%.

1MC68HC908LB8的主要特點(diǎn)

MC68HC908LB8是低成本、高性能的8位M68HC08系列單片機(jī)（MCU）中的一員。該系列中的所有MCU均采用增強(qiáng)的M68HC08中央處理器（CPU08），并且能提供多種不同的模塊配置、存儲(chǔ)器大小、存儲(chǔ)器種類和封裝類型。MC68HC908LB8還帶有專用的外圍設(shè)備，用于高解析度的PWM及功率因數(shù)調(diào)整（PFC）。8MHz的內(nèi)部總線頻率；可調(diào)整的內(nèi)部振蕩器：4.0MHz的內(nèi)部總線運(yùn)行；8位調(diào)整功能；25%的未調(diào)整精度；5%的調(diào)整后精度8K字節(jié)、10,000次典型擦寫周期的可在線編程FLASH內(nèi)存，帶加密選擇；128字節(jié)的內(nèi)置隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）；雙通道高解析度PWM,具有死區(qū)時(shí)間插入和關(guān)斷輸入功能。輸出采用頻率脈動(dòng)，可達(dá)到4ns的輸出解析度;雙通道脈沖寬度調(diào)制器（PWM）模塊可提供功率因數(shù)調(diào)整功能;7通道的8位連續(xù)逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；用于功率因數(shù)調(diào)整功能或一般用途的運(yùn)算放大器/比較器；7位鍵盤中斷;一個(gè)16位、兩通道的定時(shí)器接口模塊，其中一路輸出至端口引腳（PTA6），可用于輸入捕捉和PWM;17個(gè)通用輸入/輸出（I/O）引腳，1個(gè)單輸入引腳.

2基于MC68HC908LB8的數(shù)控可調(diào)光36Wx2熒光燈電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)

采用MC68HC908LB8的數(shù)控可調(diào)光36W×2熒光燈電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)主要由PFC升壓預(yù)變換級(jí)、本機(jī)電源、半橋逆變器和燈驅(qū)動(dòng)電路等幾個(gè)部分組成。

2.1PFC升壓預(yù)變換器電路

PFC的英文全稱為"PowerFactorCorrection",意思是"功率因數(shù)校正",功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因素值越大，代表其電力利用率越高。計(jì)算機(jī)開關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會(huì)造成交換功率的損失，此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，一種為被動(dòng)式PFC（也稱無(wú)源PFC）和主動(dòng)式PFC（也稱有源式PFC）。

由IC2（MC68HC908LB8）控制的PFC升壓預(yù)變換器電路如圖2所示。其中，S1為PFC主開關(guān)，LPFC為PFC升壓電感器，D2為升壓二極管，C4和C10分別為PFC電路輸入和輸出電容器，R5為電流傳感電阻。PFC電路在連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）操作。R1、R2、R3、DZ1、D1、R4和C3組成AC線路電壓過零檢測(cè)電路，過零檢測(cè)信號(hào)由IC2引腳5接收（參見圖5）。IC2引腳13上的柵極驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)輸入到S4的柵極。S4漏極輸出信號(hào)經(jīng)S2和S3緩沖放大后，驅(qū)動(dòng)主開關(guān)S1.PFC級(jí)輸出DC電壓（VDCB）經(jīng)分壓器R11、R12、R13與R14檢測(cè)，被饋送到IC2的引腳16.PFC級(jí)在R5上的電流感測(cè)信號(hào)經(jīng)R7和C7低通濾波，輸入到IC2的電流感測(cè)輸入端（引腳12）。由于IC2嵌入了FC控制器，從而可省略傳統(tǒng)方案中的獨(dú)立功率因數(shù)控制IC.圖2所示的這種PFC電路，可提供高于0.99的輸入功率因數(shù)、低于6%的THD和400V穩(wěn)定的DC輸出電壓。

2.2本機(jī)電源電路

系統(tǒng)電源電路如圖2所示。該電路是一種DC/DC降壓（Buck）變換器，采用集PWM控制和MOSFET于同一芯片上的NCPl010（IC3）作為控制器。電路的DC輸入電壓為PFC級(jí)400V的DC輸出總線電壓，DC輸出電壓分別為15V和5V.

2.3半橋逆變器電路與燈網(wǎng)絡(luò)

圖4所示為鎮(zhèn)流器的半橋變換器電路與燈網(wǎng)絡(luò)。半橋驅(qū)動(dòng)器采用IR2106（IC1）。IC1引腳2和引腳3上的控制輸入（高側(cè)與低側(cè)）由IC2引腳6和引腳7上的輸出提供。IC1引腳與引腳8之間的D4為自舉二極管，引腳8與引腳6之間的C19為自舉電容，S5和S6分別是半橋上橋和下橋開關(guān)。LRES和C24、C23等，組成LC諧振槽路。R23和R24分別是兩根燈管的燈絲接地電阻，用作感測(cè)燈管電流。R23和R24上的檢測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)D9、D10、C26、R25和D11、D10、C27、R26整流濾波，分別輸入到IC2的引腳17和引腳18.L3H和R21、R22、D7、R20、C25組成兩支燈管電壓之差檢測(cè)電路，并將檢測(cè)信號(hào)輸入到IC2的引腳20.

系統(tǒng)采用PWM調(diào)光方案。IC2中高精度PWM（HRP）模塊，通過控制半橋（通過IC1引腳2和3輸入）PWM占空比，可連續(xù)控制燈管亮度變化。

2.4MC68HC908LB8的I/O接口

MC68HC908LB8的輸入/偷出（I/0）接口電路如圖5所示。其中，連接器JP2的2端，為