基于IR2166的色选机17米光源灯管镇流器设计

1、基于ir2166的色选机1.7米光源灯管镇流器设计【摘要】介绍ir2166镇流器控制器特点;根据色选机对荧光灯光源的要求， 依据1.7米55w灯管的参数，详细阐述基于ir2166完成集有源功率因数(pfc)、 驱动控制及完善保护于一体的达到色选机光源要求的1.7米荧光灯管镇流器设 计。【关键词】ir2166;色选机l7米光源灯管麒流器;设计abstract： introduction of ir2166 ballast controller;according to the color sorter on the fluorescent light requirements, the para

2、meters of 1.7 meters 55w lamp, ir2166 is described in detail based on the complete set of active power factor (pfc), the drive control and to design 1.7 meters fluorescent lamp ballast color sorter light requirements of the perfect protection together.key words： ir2166;1.7 meters light source lamp c

3、olor sortcr;ballast;dcsign1.引言色选机是对大米、葡萄干等颗粒状物料进行良品分选或分级分选的设备。通 常采用荧光灯管做照明光源，对滑落流动的待分选颗粒物料做照明，以光电池或 ccd器件采集流动物料的图像，根据物料图像的亮度或色度差异将表面颜色不 同的物料颗粒进行分辨和区分，然后用喷气阀将非良品或待分离品剔除，从而实 现良品或分级的分选处理。很显然，物料的图像质量影响着良品与非良品的分辨, 从而影响着色选机对物料的分选效果。在色选机的光源应用场合下，对荧光灯光 源的驱动性能有特定的要求。色选机的产量与处理的通道数量有关，3.54吨/小时分选产量的色选机， 需要约250通

4、道处理。此产量的色选机在色选机系列中属中型产能，可满足日产 量7080吨的中小型米厂的分选需求，此规格色选机照明光源采用的是1.7米 荧光灯管，功率为55w,需要设计、研制专门匹配该1.7米荧光灯管的镇流器， 以实现此规格色选机光源照明要求。色选机光源耍求:(1) 发光频率要求30khz,光源频率要求是510倍图像行扫频率，以消 除频闪效应；(2)光源要求稳定且纹波低；(3)镇流器工作可靠(4)输入交流电 压过低或过高和灯管的各种不良情况，镇流器都能够进行保护，而不致损坏。色选机光源1.7米荧光灯管镇流器必须以专用控制电路为基础。市场上可供 选择的镇流器控制器芯片如上海复旦微电子公司的fm28

5、22、美国ir的ir2156. ir2166、徳国infineon的icb1f02g等等，都是镇流器控制器具右代表性的芯片。2.ir2166主耍特点ir2166镇流器控制器集成了功率因数校正(pfc)和600v半桥张动器，采 用16脚dip和soic封装。从上电开始到正常运行按模式转换工作。主要特点 如下：(1) 具冇欠压关断(uvlo)模式、预热(ph)模式、触发(ign)模式、 运行(run)模式、故障(fault)模式；(2) 预热频率、预惹时间、运行频率等各种参数均可利用外部元件设定， 为镇流器设计提供了高度的灵活性；(3) 过电流保护和灯寿命保护可调，可以根据灯管的应用场合设定；(4

6、) 提供灯触发失败、灯丝不良、灯在工作中出现异常、输入交流屯压过 高或过低、vcc欠压锁定(vcc欠压关断门限最大10.7v);(5) 芯片内部vcc置有15.6v稳压二极管，提供内部各部分电路的工作电 源。工作模式如图1所示:图1工作模式图2基于ir2166的1.7米55w色选机光源灯管镇流器电路3基于ir2166的l7米色选机光源灯管镇流器由ir2166控制器为核心组成的1.7米55w色选机光源灯管镇流器电路如图 2所示，图屮均标岀了元件的编号和设计参数值。3.1镇流器电路工作原理交流输入电压(输入范围85v265v)经bx保险、安规电容c1滤波进入 桥式整流桥p,输出脉动直流电压，其一，

7、为半桥驱动器供电;经r1对接于ir2166 的vcc引脚13的c9、cio充电，当c9上的电压超过vcc正欠压门限(典型值 11.5v)吋,ir2166控制器的内部振荡器起振,在ir2166的11脚和16脚输出 占空比为50%的预热频率脉冲，半桥驱动器开始工作，出cll、d4、d5、r21 组成的电荷泵电路为ir2166的vcc电源端供电。同时，pfc电路起振工作，其 8 脚输出 pfc 驱动脉冲，由 ml、bl、di、d2、c3、c7、r8、r9、ir2166 的 1、 6、7、8脚内部电路组成的功率因数cos(p接近于1、低总谐波电流失真thd (<15%)的pfc升压变换器电路开始

8、工作，产生电压值为400vdc的总线电压vbus,为半桥驱动器提供工作所需的直流电源电压。ir2166的第1脚与外接的r2、r3、r4、r5组成的分压器组成总线电压vbus 检测与调整端，只当vcc端上电压被充电到超过导通门限电压吋且ir2166第1 脚上的电压大于4v时，ir2166才能启动。启动前ir2166所处的工作模式为欠 压关断模式（uvlo）,也称为待机模式。处于待机模式时，对应输入交流电压 在低于设计输入范围的下限（85v）, ir2166是处于待机状态，是一种对低交流 输入电压的保护状态。ir2166启动后，即进入预热模式（ph）,此时的振动频率 也即预热频率由c6与r6和r7

9、的并联电阻值确定，为50%占空比的脉冲。两个 脉冲间隔的死区时间曲c6和控制器内部死区时间电阻决定，从而避免半桥输出 管m2和m3直通。预热时间由ir2166第2脚所接的电容c5容量确定。在预热 阶段，主耍工作是镇流器给灯管的灯丝捉供充分的预热，使灯丝阴极温度在预热 时间内快速地达到约1000°c,阴极可口由发射电子的状态，为接下来的灯管瞬 间触发做好充分的准备。同时，镇流器要控制输出给灯管两端的电压，不能超过 灯管的最大点火电压，否则会损坏阴极。当ir2166第2脚电压犬于5.1v时， ir2166进入触发模式（ign）o进入触发模式后，振荡器的振动频率由预热频率 fph向触发频率

10、flgn过渡，在频率线性下降过程屮，当频率接近输出级电感电 容（元件b2和c16）串联电路的固有频率时，发生谐振，在c16两端产生超过 2000vpp的电压施加在荧光灯管的两端，将灯管瞬间启辉点燃。启辉成功后， ir2166进入运行模式（run）,荧光灯管处于正常发光工作状态。表1 1.7米t6荧光灯管参数参数符号参数定义数值单位plamp灯管功率55 wiph灯丝预热电流0.4 armstph灯丝预热时间1.5 svph （max）灯管最大预热电压390 vpkvign灯管触发电压900 vpkvrun灯管运行电压335 vpk在以上模式下和转换中出现灯管故障或异常、输入交流电压过高及过低等

11、情 况，ir2166均有监测保护功能，一旦发现工作出现异常，ir2166立刻进入故障 模式（fault）,其pfc和振荡器电路立即停止振荡，进入关闭保护状态，从而 避免了镇流器不会因外界因素异常而导致损坏。3.2镇流器电路设计首先需要明确1.7米t6色选机光源荧光灯管的参数，如表1所示。321镇流器输出级b2电感量l和c16容量c的确定对于给定b2电感量l、c16电容量c、vbus取值，预热电压vph、预热 频率fph、触发频率hgn、触发电流iign,由下面公式(1)(4)给出。(1)(2)(3)(4)在镇流器对灯管的预热阶段，要求预热电压vphvvph(max);预热频率fph 比触发频率

12、flgn高5khz;触发阶段，要求触发电流iign<iign (max),否则 电感饱和，不能触发灯管启辉。b2电感量l、c16电容量c的取值应能满足这 些约束条件。根据公式(1)(4),可以求出在vbus= 400v时b2电感量l和c16电 容量c的不同取值组合下的镇流器输出级参数值，如表2所示。表2b2电感量l和c16电容量c不同取值组合镇流器输出级参数符号参数定义数值单位lb2电感量22.4 2.9 mhcc16 屯容量 3.3 3.3 3.3 nfvph灯管预热电压342 372 418 vpkfph灯管预热频率80 73.4 65.3 khzflgh灯管触发频率68.5 64.

13、1 58.3 khziign触发电流1.3 1.2 1appfrun 运行频率 60.5 50.5 51.4 khzplamp灯管功率45 55 55 w表2 'p b2电感量l和c16电容量c不同取值组合下镇流器输出级参数数 据与表11.7米t6色选机光源荧光灯管的参数相比较l=2.1mh、c=3.3nf,灯管 功率plamp偏低，因此取值不合适;l=2.9mh、c=3.3nf,灯管的预热电压 vph<vph (max),会造成灯管在预热时冷激发而损伤灯管阴极，导致灯管工 作寿命减低，因此取值也不合适。选择l=2.4mh、c=3.3nf取值吋，对1.7米t6 色选机光源荧光灯管

14、的参数是适宜的。3.2.2 ir2166输入参数值设计由灯管的要求和b2电感量l与c16电容量c的选定值，输入元件值由下 面公式(5)(8)计算得出：(5)(6)(7)(8)元件r6、r7、c5、r15计算值见图2电路图。pfc电路参数计算由下而公式(9)(13)计算得到：(9)(10)(11)(12)(13)计算结果和取值见图2电路图屮元件值。1.7米色选机光源灯管采用电压预热方式，由b2的b、c绕组通过c18、c19 为灯管两端灯丝捉供镇流器在预热阶段的灯丝预热电流。pfc电路所接的输出滤 波储能电容c3容量取值较大，为的是使半桥駆动电源电压稳定性强、纹波低， 这是获得荧光灯管稳定发光的技

15、术措施;r13、r14、c14、d3、c13与ir2166的 第9脚组成灯管未接入检测;第1脚检测vbus电压，第1脚基准电压为4v,当 低于4v时，是交流输入电压低于交流输入电压范围的卜限85v,当高于4.3v 时，是交流输入电压高于交流输入电压范围的上限265v,在这两种情况下， ir2166均会保护动作，而处于故障模式(fault),从而避免镇流器在异常状态 下工作;r16、r17、r18、r19、c15和ir2166的第9脚组成灯管寿终检测，荧 光灯管在灯寿即老化较严重时管压比止常状态的管压升高至少30%,这就是检测 灯寿的依据，此时镇流器关闭，捉示需要更换荧光灯管。r15、r12.c12与ir2166 的笫10脚组成过电流检测，在运行工作中灯管出现任何异常，均会导致半桥电 路电流发生过电流，检测到过电流后，ir2166保护关闭，ir2166转入故障模式 (fault)o4结束语基于ir2166的色选机1.7米光源灯管镇流器，是依据1.7米t6、55w荧光 灯管的参数，根据色选机对荧光光源的要求，从镇流器的预热频率、预热时间、 预热电流、工作频率、驱动功率各个参数进行了匹配性设计，灯管发光频率 50khz,完全满足图像行扫对光源无频闪耍求，灯管发光稳定性，同时具冇的