標簽：LED 照明 光源

雖然今年LED照明燈的發展異常迅猛，但由于LED方案的成本、技術等原因，目前還不能完全替代節能燈，尤其是替代大功率的節能燈還尚需時日。因此，研究開發低成本高性能的大功率節能燈仍然很有必要。

開發大功率節能燈，目前主要面臨著以下幾方面的問題：

1. 可靠性：當輸入電壓出現波動時，除具有APFC(有源功率因數校正)電路外，一般的節能燈沒有功率控制功能。由于大功率節能燈的發熱量和元器件負荷本來就很大，當功率升高后，將會因不堪重負而引起燈失效。事實上，電網電壓是會發生波動的，而發電機、逆變器輸出的電壓就更不穩定。所以，如將節能燈的功率控制在安全值以下，燈的可靠性將會大大提升。

2. 高性能：大于25W的節能燈，根據IEC 61000-3-2/GB 17625.1的要求，三次諧波低于30λ、五次諧波低于10%。目前高功率因數的鎮流器不是成本高就是可靠性與壽命還存在問題。另外開關次數也是節能燈的一個重要指標。

3. 高光效：發光效率除受燈管影響外，還取決于電子鎮流器的工作效率。而鎮流器效率受到與燈管匹配的限制，因此開發高效可靠的鎮流器也面臨著不少困難。

4. 低成本：面對白熱化的市場競爭，沒有成本優勢的設計方案是沒有市場前景的。如性能卓越的APFC電路，因其成本高的原因，目前只應用在一些高端的節能燈上。

今天的半導體工業已經相當發達，一個控制用的IC可能比我們常用的IRF830 MOSFET還便宜。那么，能否有一種方案僅使用一個IC和少量的外圍電路來解決燈功率的受控和低電流諧波問題呢?

二.RED2102節能燈的性能與成本

RED2102是香港REDSEM公司運用其擁有的CSOC(Controlled Self Oscillating Converter受控式自激振蕩轉換器)專利技術研發的節能燈專用IC。它驅動節能燈常用的半橋LC串聯型鎮流器中的低成本的雙極晶體管。不僅成本低，還同時實現了輸出功率控制與輸入諧波校正的功能，使節能燈具有非常高的性價比。

RED2102的特性：

l 長壽命，大于10000小時

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l 低成本的雙極晶體管CFL電路

l 可控制的預熱啟動電流

l 可控制點火電壓的斜率

l 電源電壓升高時，燈功率被自動限制

l 容性模式的檢測

l 自動的死區時間控制

l 外圍元件數量少，成本低

l IC功耗非常低，封裝小

1. RED2102的工作原理

RED2102工作時通過一個簡單的磁環變壓器來驅動晶體管基極使晶體管導通，并利用半橋LC串聯型電路自身的能量轉換和IC輸出控制信號的合成作用迫使晶體管開關截止來控制鎮流器的工作頻率，如圖1所示。

圖1 CSOC技術的工作原理

CSOC技術不會遇到許多MOSFET鎮流器的相關問題。死區時間和容性模式等都由RED2102自動控制。CSOC驅動技術允許使用較小的雙極晶體管，成本低。

圖2是運用RED2102設計的45W節能燈的線路圖。

圖2中U1根據采集到的燈管電流大小，通過磁環T1控制節能燈半橋式鎮流器中兩個Q1Q2雙極晶體管的開關周期與導通時間，實現對燈功率的控制。從而使節能燈在實際使用時，更好地適應電源電壓的波動。同時進行輸入電流諧波的校正，在成本增加不多的前提下，實現了大功率節能燈性能及可靠性的提升。

2. RED2102節能燈的性能與成本

剛才介紹了RED2102的工作原理。下面結合設計開發的45W節能燈的性能表現分別說明采用該方案后節能燈的性能與成本。

圖3是節能燈各階段的工作模式，具有預熱啟動與功率控制功能。

圖3 RED2102的工作模式

l 預熱啟動

從圖3可以看到，電路開始工作后立即進入預熱模式，經過一段時間(小于

1s)后再進入啟動點火模式。由于RED2102具有預熱電流與點火電壓斜率的控制及通過鎮流器OCV(Open Circuit Voltage)的調節，節能燈的開關次數很容易達到30000次以上，滿足EuP第五階段(2013年9月1日起實施)的要求。

l 工作效率

RED2102不僅自身的功耗非常低，而且因為該IC獨特的CSOC專利技術驅

動雙極晶體管工作，進入正常燃點模式后開關損耗低，鎮流器工作效率高。

我們與香港REDSEM公司應用該IC合作設計開發的45W節能燈鎮流器的工作效率高達93.5%，使節能燈的光效得到保證。樣品45W6500K節能燈的實測光效為75.4lm/W。達到了國家標準『GB 19044-2003普通照明用自鎮流熒光燈能效限定值及能效等級』的1級要求。

l 功率控制

RED2102具有功率

限制功能。它利用檢測到的燈管電流來調節晶體管的導通時間與工作頻率。當電壓升高時，IC檢測到燈管電流增加后會自動提高鎮流器的工作頻率，從而對燈功率進行限制，實現燈功率的控制。

圖4 RED2102的功率控制功能

圖4是常規半橋LC串聯型電路和RED2102電路節能燈功率與輸入電壓之間的關系，從中可以看到：

1)通常的半橋LC串聯型鎮流器的45W節能燈，燈功率與電源電壓成正比。

2)RED2102的45W節能燈從AC230V開始，燈功率被限制在43.5W以下，AC220V~270V的功率變化小于2%，AC220V~300V的功率變化小于5%.

(在AC250V時，RED2102的功率比半橋LC高出5W;在AC270V時，RED2102的功率比半橋LC高出7W，功率相對高出了16%)

我們知道，RED2102具有的功率控制功能，不僅使鎮流器元器件免遭過負荷沖擊，還保持了燈管與鎮流器的匹配關系，延長了燈的使用壽命。這樣，可以使大功率節能燈也能夠在電壓波動大的地區、場所推廣使用。

同樣道理。在不改變可靠性的條件下，因為具有功率控制功能，RED2102方案能夠使鎮流器可以采用更小的晶體管及電感等器件來降低成本。

l 諧波電流的校正

圖5 諧波電流的標準與燈的實測值

大于25W節能燈的諧波電流必須符合『IEC 61000-3-2/GB 17625.1-2003電磁

兼容 限值 諧波電流發射限值』標準的規定。如圖5右下角紅線框內的數據所示，該方案45W節能燈的3次諧波為18.5%、5次諧波為2.5%，而7次、9次及11次的諧波更遠低于標準的要求，電流的THD(總諧波含量)小于19%。

l RED2102節能燈的成本

我們知道，通常的節能燈鎮流器，其燈功率是與電源電壓成正比變化的。如果要使節能燈具有功率控制功能，常用的方法是采用APFC電路，其原理是在整流器與輸出電容器之間串聯有源功率控制器。有源功率控制器電路不僅需要控制用的IC，還要有CHOCK線圈與MOSFET及快恢復二極管配合工作。如圖6所示。

圖6 升壓式APFC 工作原理

圖6中除控制用的IC外，CHOCK線圈L與MOSFET Q及二極管D都是功率器件，它們的成本與燈功率密切相關。燈功率越大，其成本就越高。因此難以在大功率燈上推廣應用。所以，雖然APFC電路在熒光燈鎮流器中廣泛使用，但因受成本與體積的限制，僅被部分高端的節能燈采用。

與性能接近的APFC電路相比，RED2102的節能燈不僅省去了價格不菲的有源功率控制器電路中的CHOCK電感與MOSFET，還實現了APFC所沒有的預熱啟動控制。成本上有十分明顯的優勢。如與半橋驅動IC相比，RED2102驅動的是雙極晶體管，成本低;同時它具有了半橋驅動IC所不具備的功率控制與電流諧波的校正功能。在同樣的成本下，性能勝出一籌。

三.RED2102技術的應用前景

大功率節能燈廣泛地應用在照明要求較高的場所，如候機廳、候車室、會議廳、工礦企業、商場酒樓、體育館等室內場所及車站碼頭、廣場港口、體育場、球場等室外場所，它有著其他產品無可替代的優勢，不管是傳統的高壓氣體放電燈還是新興的LED照明產品，在性價比面前，都顯得黯然失色。

事實上，一種解決方案的應用推廣，成本起著至關重要的作用;否則，以今天的電子技術水平，開發出滿足節能燈這些性能要求的鎮流器不算難題。而使用RED2102解決方案的大功率節能燈，不僅有效解決了節能燈在可靠性、高性能、高光效等方面遇到的問題，更讓人信服的是其出色的成本控制。

由于RED2102不但具有良好的性能，而且成本低廉。所以，擁有COSC專利技術的RED2102低成本高性能的節能燈解決方案，在節能燈行業，尤其是大功率節能燈領域具有十分誘人的應用前景。

四.結論

我們針對大功率節能燈亟需解決的問題，探索如何在低成本的條件下提升其性能與可靠性，并運用RED2102 的解決方案，成功開發了典型的45W節能燈。

解決了目前節能燈使用中遇到的實際問題。

該燈達到的主要性能指標如下：

l 開關次數30000次以上，預熱啟動可以調控

l 燈的光效高達75lm/W，其中鎮流器的工作效率93.5%。

l 可以很好地適應電源電壓的波動(AC220V~270V的功率變化小于2%，AC220V~300V的功率變化小于5%)。

l THD 19%，功率因數0.98

這些性能是在低成本的條件下實現的。由此可見，可以說RED2102 的解決方案是節能燈鎮流器設計開發的一次革命。