基于半桥驱动器IR2153的荧光灯电子镇流器.doc

基于半桥驱动器IR2153的荧光灯电子镇流器 来源:大比特半导体器件网 引言荧光灯的发光效率优于白炽灯已成为不争的事实，为此，近20年来，电子镇流器在世界范围内得到了迅速的普及和发展，各半导体厂家推出了众多的用于电子镇流器的驱动电路，本文介绍的电子镇流器基于IR公司开发的IR2153驱动器和摩托罗拉公司的MC33262功率因数控制器，是一种结构简单，成本低廉，可靠性高的解决方案。1 自激式半桥驱动器IR2153介绍IR2153是在IR2155和IR2151基础上推出的改进型的VMOS和IGBT栅极驱动器，它将高压半桥驱动器和一个类似于555时基电路的前端振荡器集成在一个8脚芯片上，使其成为一款功能更多，更易于使用的功率驱动IC芯片。如图1所示，脚CT兼有保护关断功能，可以用一个低电压信号使驱动器停止输出。另外，输出脉冲的宽度保持相等，一旦Vcc上升到欠压闭锁阈值，驱动器能以更加稳定的频率开始起振。通过降低栅极驱动器di/dt的峰值和提高欠压闭锁阈值的滞后电压到1V，使电路的抗噪性有了实质性的提高，同时，电路引脚的整体抗噪保护方面也有所改进。图1 IR2153内部简化功能框图2 功率因数校正电路MC33262属于有源功率因数校正器，特别适用在电子镇流器和离线式开关电源中作预转换器用，如图2所示，其内部集成了许多控制功能：为便于该电路的单独使用而设有启动定时器;为实现接近于1的功率因数采用了第一象限乘法器;零电流检测能保证电路工作在临界导通方式;快速启动电路改善了电路的启动特性;还设有预校的参考电压源、跨导误差放大器和电流检测比较器;图腾柱输出结构非常适合用于驱动功率MOS管。此外，MC33262内部还集成了许多保护功能，如过压比较器能减少空载引起的失控输出电压;乘法器输出嵌位限制了最大峰值开关电流;驱动输出高位嵌位，实现了对MOS管栅极的保护;还有输入带滞后特性的欠压闭锁电路、连续限流特性和RS锁存为单脉冲测量等。图2 MC33262内部简化功能框图3 电路工作原理电子镇流器详细电原理图如图3所示，可分为EMI滤波、桥式整流、功率因数控制、半桥逆变器、灯谐振、启动和保护电路等部分。图3 电子镇流器电原理图3.1 输入EMI滤波电路除过由F1A熔断器和RVP1压敏电阻组成的过流过压保护电路外，电子镇流器的输入电路主要是EMI滤波器。这是一个典型的两级复合式低通滤波电路，其中CP1CP4滤波电容用于滤除串模干扰信号，C1和C2的一端分别接输出，另一端作为中点连在一起接地,能有效地抑制共模干扰，LP1和LP2为共模扼流圈，用于滤除共模干扰，它的两个线圈分别绕在低损耗、高磁导率的铁氧体磁环上，当有电流流过时，两个线圈上的磁场就会互相加强，LP1和LP2的电感量与EMI滤波器的额定电流有关，滤波器的谐振频率应当远远低于镇流器的工作频率。3.2 变频控制电路我们知道，荧光灯要经过预热，点燃才能进入正常发光工作状态。在这三个状态中，逆变器处于变频工作方式，首先，以比较高的频率对灯丝进行预热，使阴极达到发射电子的温度;然后，频率快速下降，当到达串联谐振频率时，产生的谐振高压使灯管瞬间击穿点燃;最后，稳定在工作频率上。IR2153的振荡频率可由式(1)决定，串联谐振频率由式(2)决定。通过改变IR2153外接的CT有效电容可以实现频率的控制，因此，我们可以通过一个NPN三极管QN1的导通和截止，来切换两个振荡电容连接的方式，从而实现了频率控制。图3通电后，在电容器CC14充满以前QN1不导通，电容CC18和CC19串联决定了振荡频率，当电容器CC14充满后，DC18导通，QN1导通，电容器CC19不起作用，频率由电容器CC18直接接地来决定。3.3 预热控制电路通电后，DC18不导通前，QN1截止，IR2153以预热频率起振，QN2不截止，VCC经RC22给MO4栅极提供偏置电流使其导通，CO33与LO6起振，灯丝变压器工作，预热开始;随后，当CC14电压升高，使DC18导通后，QN1导通，使IR2153在正常工作频率振荡，同时，电流经RC21使QN2导通，MO4栅极电位到零，MO4关断，预热结束。3.4 保护自锁与重启动电路保护电路对镇流器使用过程中出现的异常现象进行保护，一般采用幅值检测保护原理，本镇流器保护功能较多，共有5种保护，其中从RC36引入的灯管过压保护;从RC37引入的灯管欠压保护;从DC19引入的电源高压保护和从QP6经RC15引入的电源低压保护4种，汇集到了MOS管MC5的栅极，当不发生保护时，MC5不导通，脚CT由IR2153内部提供分压，得到大约8V电压，工作正常;当4种保护中有任何一种发生时，MC5导通，OP7由于基极电位接地而导通，经RC33使脚CT电压降低，IR2153停止振荡，半桥电路关断，这时，即使保护撤离，由于MC5和OP7之间的互锁，也无法恢复脚CT的高电位，只有断电再启动，镇流器才能重新恢复工作。从DC20引入的灯丝保护不同于其它4种保护，它没有保护互锁功能，因此可以重新启动，当灯丝烧断或灯管脱离后，QN3，QN4，QN5导通，其中QN3用来禁止保护和互锁电路，QN4接到脚CT，使IR2153停振，QN5使电容CC14放电，为重新启动做好准备，一旦新的灯管装上，QN3，QN4，QN5立即截止，启动过程重新开始预热、点燃并稳定工作。3.5 电源VCC电路本镇流器中IC电源的设计主要从降低功耗考虑，电路刚启动时，先由直流高压经齐纳管DC4和DC5降压，由RC14和DC7稳压供电，由于IR2153的微功耗启动特性，保证了电路正常启动，当IR2153起振后，由扼流变压器LO4的次级经两路倍压整流，一路经DC8及RC23给IR2153供电，另一路经DPF2及RPF4给MC33262功率因数控制器供电，当电路出现保护时，半桥电路停止工作，LO4次级停止提供电压，IR2153的供电又改为微功耗供电。显然，IR2153停振后，MC33262失电停止工作，这对功率因数控制器又是一种保护。4 测试结果图4是本镇流器配接OSRAM-FQ高亮T5灯管测得的灯管电压和灯丝电流波形图，功率为54W，所用仪器为远方HB5A型镇流器综合参数测试仪。图4 灯管电压和灯丝电流波形5 结语现代电子镇流器是一项知识面宽且难度较大的技术，电路板上要输入交流220V电压，经过全