電子鎮(zhèn)流器控制芯片IR2156

1、電子鎮(zhèn)流器控制芯片IR21561引言IR2156是IR公司最新推出的多功能、 低成本電子鎮(zhèn)流器控制芯片，它由一個(gè)高壓半橋門極驅(qū)動器和一個(gè)頻率可調(diào)振蕩器組成。具有預(yù)熱頻率和運(yùn)行頻率可調(diào)，預(yù)熱時(shí)間可調(diào)，死區(qū)時(shí)間可調(diào)，以及過流門限可調(diào)等特性。完善的保護(hù)性能，諸如燈管觸發(fā)失敗保護(hù)，燈絲故障保護(hù)以及自動重啟動功能都設(shè)計(jì)在其中。IR2156具有DIP14及SOIC14兩種封裝。圖1是其內(nèi)部原理框圖。圖1 IR2156內(nèi)部原理框圖2主要電氣特性2.1主要電氣特性主要電氣特性見表1。除非另有說明，一般情況下:Vcc=Vbs=Vbias=14V 土 0.25V,Vvdc =OPEN,RT=39.0k Q ,Rp

2、H=100.0k ,Ct=470pF,Vcph=0.0V,Vcs=0.0V, Vsd=0.0V, Clo, Ho=1000pF,Ta=25 C。表1主要電氣參數(shù)符號1定義最小H大唯位稻試能樣供電精及rttii +)Jk匕門網(wǎng)(0.511.512 5V13戰(zhàn)口處是13隊(duì)14、什始觥就|h I L *Xfk F門瞅S. 59. 510.5V 1, b科，欠懂俺定覆評1, 52.0L 0F 1尸 i 1IVLO暝式群起電波501202<K)R-*|& 靜后%供電電流i K!R1 4.CT COM . ru - 14V .月T : 15 上nI « f liW114,515(*

3、16. 5V |/1 a = 5 hi A浮動供電特柱一一_Jk-科怎供電北WM” = U l八卜I'wttlR建注HOW不1 j電山1.55V偏佻喂加電瘴50飛T» % -600；播荔就l/d精慢班德幅率25100kHf#t= ax pul 5 - 4項(xiàng)聲K/Z；*/ G = 47H/*襦8空比50.騷11豈#t 電H；門瞅上沿g.i'LVI；-,14V匚1電壓fl眼卜沿4. MVI i.rn r年降模式LT腳電H.0ASl>> 5. I !'lc< >> t.3_輸出田區(qū)肘間2.0H”輸出此風(fēng)打阿，10中d I4/d l方植乳

4、物電陵整定ri0 71)V<I5VKiirr內(nèi)部檢區(qū)時(shí)間恥見3.0懂焦精強(qiáng)A HiCPH犯博出也需SO1 HI = 0, 1 n J . 311 fli ll 1故障模式CPII腳電量0N，> 5 l 或 I o L KKPH特性fs M事建網(wǎng)1典開潞悔電:出0. 1，uX1=imL故障模式HPH鱗電壓0mV1如> '八改1|>> L門HT特性/mibHT腳開路漏電流=0. Ij-1r '%,W¥1'im l r核皆曜式RT麗電黃0hii;r> 葭 n 魂J n保護(hù)椅性1 “E* *羌新門網(wǎng)上升電壓5 IV小哺西in美新腳口

5、來滯壞電壓4貞心1 iA11 *111 *國詵感區(qū)門限電田L(fēng)3V3過流感應(yīng)延遲時(shí)向160m _從cs到11n越時(shí)小ptIX：金娥感也也阻K 5t2.611 5Hl公> 7,3V. Kt= iovVti-H - %(.141 VHC樸愫電比10.410. 9F7VI'CPM QpEb h 阻二=0門援塞動箱出樗性低電平輸出電J103U0ai VI” u_ _Km高電¥輸出電王博?1WnAk - %.如 H 0r.邪遹上升時(shí)間1 10150Gu * '怖優(yōu)優(yōu)£欄diL CM盤fl美斯卜降時(shí)間55100nA注1：該芯片內(nèi)部 VCC與COM之間設(shè)有15.6V穩(wěn)

6、壓管，注意該腳不能直接外加電壓源。詳細(xì)參數(shù)見IR2156數(shù)據(jù)表。2.2推薦工作條件推薦工作條件見表2。表2推薦工作條件符號定義最小值最大值單位Vbs高端浮動供電電壓VCC -0.7V clampVVs高端浮動供電偏置電壓1600VVCC供電電壓Vccuv+VclampVICC供電電流注210mACTCT引腳電容220PF1sd關(guān)斷引線電流11mAIcs電流檢測引線電流11mATj結(jié)溫一 40125C注2: VCC引線要有足夠的電流使內(nèi)部的15.6V的穩(wěn)壓管能夠穩(wěn)住電壓。3 IR2156管腳排列及功能器件管腳排列見圖 2,管腳功能見表3。表3管腳功能1NC不接2VCC邏輯電路及低端門極驅(qū)動供電3

7、VDCIC啟動及DC總線檢測輸入4RT最小頻率定時(shí)電阻5RPH預(yù)熱頻率定時(shí)電阻6CT振蕩器定時(shí)電容7CPH預(yù)熱定時(shí)電容8COMIC電源及信號地線9 SD關(guān)斷輸入10CS電流檢測輸入11LO低端門極驅(qū)動輸出12VS高端浮地13HO高端門極驅(qū)動輸出14VB高端門極驅(qū)動浮動供電圖2管腳排列4功能簡介4.1 欠壓關(guān)斷（UVLO ）模式欠壓關(guān)斷模式是當(dāng)供電電壓Vcc低于IC的開啟門限電壓時(shí)，IC不工彳K IR2156的欠壓關(guān)斷模式要求供電電流最小保持在200dA以上，保證IC正常工作并驅(qū)動高低端輸出。圖3為典型的從直流母線饋電和從鎮(zhèn)流器輸出級充電泵共同為IR2156供電的例子。通過供電電阻（Rsuppl

8、y）的電流一部分作為啟動電流流入IC,其余給啟動電容（Cvcc）充電。電阻應(yīng)能供應(yīng)兩倍的最大啟動電流，以保證鎮(zhèn)流器在低電壓輸入下啟動。一旦 VCC腳電容電壓到達(dá)啟動門限，且SD腳電壓低于4.5V,則IC開始工作，HO, LO振蕩。由于IC工作電流增大，電NCJT vcc X vixh TR T T rph UCT國< VEI EIR2l5nTT| VB國HO12 VSHI LOU COM容開始放電見圖4。圖3 IC啟動供電方式圖4 Cvcc電壓流滿足鎮(zhèn)流器工作需要。自舉二極管（Dboot）和自舉電容（Cboot）提供高端驅(qū)動電路的工eCOM ?>r-|ivwv. 在放電期間，充電泵

9、產(chǎn)生的整流電流給電容充電，使Vcc電壓高于IC關(guān)斷門限，充電泵和IC內(nèi)置15.6V穩(wěn)壓管來提供供電電壓。啟動電容和緩沖電容要有足夠的容量，使供電電INl L：RNAt.Zf Nl R Cl AMP V< " I."IDISCHARGL： IJMFCH ARG F PIMPOUTPUTtl FFalf-Bndgi Ouljiul。招CHARGE、i'MVHlL忖M M'l V 氐 C m11 ME CONSTANTDims i作電壓。為了在HO腳的第一個(gè)脈沖前就給高端供電，因此輸出驅(qū)動的第一個(gè)脈沖來自LO腳。在欠壓關(guān)斷狀態(tài)，高端和低端輸出驅(qū)動HO和LO都

10、為低電平，CT腳在內(nèi)部連接到 COM使鎮(zhèn)流器停止振蕩，CPH腳在內(nèi)部連接到 COM使預(yù)熱時(shí)間復(fù)位。4.2 預(yù)熱（PH）模式圖5為預(yù)熱電路。預(yù)熱模式工作于燈管燈絲開始加熱直至燈絲達(dá)到正常的點(diǎn)燃溫度，它是延長燈管壽命和降低點(diǎn)燃電壓所必需的步驟。當(dāng)Vcc超過UVLO門限時(shí)進(jìn)入預(yù)熱模式。L。和HO開始以50%占空比的預(yù)熱頻率振蕩，死區(qū)時(shí)間由外部定時(shí)電容 Ct和內(nèi)部死區(qū)時(shí)間電 阻Rdt決定。CPH腳與COM斷開，內(nèi)部5dA電流源給CPH腳外接的預(yù)熱時(shí)間電容充電。CS腳的過流保護(hù)在預(yù)熱期間被屏蔽掉。Ik寓）QHalfBridge(hiipuijfflV 1T,Bndgc Output圖5預(yù)熱電路預(yù)熱頻率由

11、并聯(lián)的電阻 Rt和Rph,以及定時(shí)電容 Ct決定。Ct分別在到達(dá)（1/3） Vcc和（3/5） Vcc電壓時(shí)充電和放電，Rt和Rph并聯(lián)后內(nèi)部連接到 Vcc ,通過MOS管Si對Ct指數(shù)充電（見圖1） 。Ct的充電時(shí)間為（1/3） Vcc至（3/5） Vcc分別驅(qū)動LO和HO。一旦Ct電壓超過（3/5）VCC, “0$管$1關(guān)斷，電阻RT和RpH與Vcc斷開。CT通過內(nèi)部電阻Rdt穿過MOS管S3對COM以指數(shù)放電。Ct的放電時(shí)間為（3/5） V”到（1/3） V”，即輸出門極驅(qū)動L。和HO的死區(qū)時(shí)間。Ct的容量要根據(jù) RDT和要求的死區(qū)時(shí)間來選取。一旦Ct放電至低于（1/3）的Vcc,MOS

12、管S3關(guān)斷，Rdt與COM斷開，MOS管Si導(dǎo)通，Rt和Rph連接到 Vc。工作頻率始終保持在預(yù)熱頻率直到CPH腳電壓超過13V, IC進(jìn)入觸發(fā)模式。在預(yù)熱模式期間，當(dāng)CPH腳電壓高于7.5V時(shí)，恢復(fù)過流保護(hù)和 DC總線欠壓復(fù)位功能。4.3 觸發(fā)（IGN ）模式觸發(fā)電路如圖6所示。觸發(fā)模式是指建立觸發(fā)燈管所需的高電壓并觸發(fā)燈管。當(dāng)管腳 CPH上的電壓超過13V , IR2156進(jìn)入觸發(fā)模式。圖6觸發(fā)電路管腳CPH內(nèi)部連接到一個(gè) P溝道的MOSFET （S4）的門極，S4連接管腳RPH和RT。當(dāng)管腳CPH上的電壓超過13V時(shí)，S4的G-S電壓開始低于 S4的開通門限。管腳 CPH上的電壓持續(xù)向V

13、cc上升，S4緩慢關(guān)斷，這1箱就使電阻 Rph平滑地從Rt上斷開，同時(shí)使工作頻率CS的過流保護(hù)功能可以在觸發(fā)失平滑地過渡到觸發(fā)頻率，再過渡到最終的運(yùn)行頻率。管腳敗或燈絲開路時(shí)保護(hù)鎮(zhèn)流器。外部電流檢測電阻Rcs上的電壓即為管腳 CS的電壓。Rcs定義鎮(zhèn)流器可提供的最大峰值電流(以及觸發(fā)電壓)。峰值觸發(fā)電流必須低于MOSFET 所能承受的最大電流。當(dāng)cS 上的電壓超過內(nèi)部的1.3V 門限， Ic 進(jìn)入故障模式，輸出驅(qū)動HO和 LO 都被鎖定為低電平。4.4 運(yùn)行 (RUN) 模式當(dāng)燈管觸發(fā)成功后，鎮(zhèn)流器進(jìn)入運(yùn)行模式。運(yùn)行模式是指燈弧已經(jīng)建立，燈管以給定的功率工作時(shí)IC所處的狀態(tài)。運(yùn)行模式的振蕩頻率

14、是由定時(shí)電阻Rt和定時(shí)電容Ct決定的。4.5 Dc 總線欠壓復(fù)位當(dāng) DC 總線電壓過低時(shí)，燈管的輸出級頻率會接近或低于諧振頻率，這時(shí)會造成硬開關(guān)，并破壞半橋的開關(guān)。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，管腳VDC 測量 DC 總線的電壓，并在腳VDC上的電壓下降到10.9V并低于Vcc時(shí)，線性拉低管腳 CPH電壓，這樣使得 P溝道MOSFETS4 在 DC 總線降壓時(shí)開通，并使頻率向上提高到高于諧振點(diǎn)的一個(gè)安全的工作頻率。頻率變化值由外部電阻 Rbus和內(nèi)部電阻Rvdc決定。通過拉低管腳 CPH,觸發(fā)斜率也被復(fù)位。當(dāng) DC 總線電壓過低時(shí)，整流器不進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng) DC 總線電壓再次上升時(shí)，IC 將進(jìn)行自動再觸

15、發(fā)。當(dāng)CPH 上的電壓超過7.5v 時(shí)(預(yù)熱模式期間)，內(nèi)部電阻RvDC 連接到管腳vDC 和COM 之間。4.6 故障 (FAULT) 模式在預(yù)熱模式過后的任何時(shí)間，當(dāng)電流檢測腳CS 上的電壓超過1.3v 時(shí)， IC 進(jìn)入故障模式，驅(qū)動輸出HO和LO都被置位為低電平。CPH向COM放電，復(fù)位預(yù)熱時(shí)間，同時(shí) CT向COM 放電，關(guān)斷振蕩器。要想退出故障模式，vCC 電壓必須下降至低于UvLO 的下門限，或者關(guān)斷腳SD的電壓拉高至大于 5.1V。這兩種方式都可以使IC進(jìn)入U(xiǎn)VLO模式，一旦腳vCC 電壓大于開通門限，同時(shí)SD 低于 4.5v， IC 將進(jìn)入預(yù)熱模式開始振蕩。5設(shè)計(jì)步驟1）因?yàn)槠骷?/p>

16、參數(shù)離散性的原因，計(jì)算的結(jié)果還需要通過實(shí)驗(yàn)微調(diào)5.1 設(shè)置死區(qū)時(shí)間通過定時(shí)電容 Ct和內(nèi)部死區(qū)時(shí)間電阻Rdt可以定義LO和HO的死區(qū)時(shí)間tDT。死區(qū)時(shí)間為電容Ct上的電壓從（3/5） Vcc到（1/3） Vcc的放電時(shí)間。公式如下：tDT=CT - 1475s（1）或CT=tDT/1475F (2)5.2 設(shè)置運(yùn)行頻率最終的運(yùn)行頻率fRUN由定時(shí)電阻Rt和定時(shí)電容Ct設(shè)置。電容Ct上的電壓從（1/3） Vcc到（3/5） Vcc的充電時(shí)間為輸出驅(qū)動HO和LO的開通時(shí)間。運(yùn)行頻率的計(jì)算公式如下：fRUN =工“ %+mHz（3）或1Rt=LC2 Cr2 892 2892Q （4）5.3 設(shè)置預(yù)熱

17、頻率預(yù)熱頻率fPH由定時(shí)電阻RT和Rph、定時(shí)電容Ct設(shè)置。在預(yù)熱模式期間，定時(shí)電阻通過內(nèi)部連接方式并聯(lián)。預(yù)熱頻率計(jì)算公式如下:,_=-C3- fPH =(i而一不卻卻一Rph= & - (1,02 年. T聞Q (6)5.4 設(shè)置預(yù)熱時(shí)間預(yù)熱時(shí)間tPH由接在腳CPH上的電容從0充電到13V的時(shí)間決定。一個(gè)內(nèi)部的 5dA電 流源流入管腳 CPH。預(yù)熱時(shí)間的計(jì)算公式如下：tPH=CpH , 2.6e6 s (7)或CpH=tpH . 0.385e 6 F(8)5.5 設(shè)置最大觸發(fā)電流最大觸發(fā)電流Iign由外部電阻Rcs和內(nèi)部1.3V門限共同決定。該門限定義鎮(zhèn)流器的過流點(diǎn)，觸發(fā)頻率靠近諧振

18、點(diǎn)或燈管觸發(fā)失敗時(shí)，會超過這個(gè)門限。最大觸發(fā)電流計(jì)算公式如下：L3Iign二起.，A(9)或L3Rcs= M Q (10)6設(shè)計(jì)實(shí)例根據(jù)以上公式，按照 42W緊湊型電子鎮(zhèn)流器要求，計(jì)算所有元件參數(shù)（具體計(jì)算略）。計(jì)算值向元件標(biāo)稱值靠并通過實(shí)驗(yàn)做細(xì)調(diào)，元件取值如下：CT=470pF,RT=43k Q ,RpH=68k Q ,Cph=0.22 W F,Rcs=0.61 Q。這樣，一個(gè)功能完善的鎮(zhèn)流器就設(shè)計(jì)好了。將其安裝并測試其計(jì)算值，根據(jù)元件的離散性稍加調(diào)整，鎮(zhèn)流器就可在典型狀態(tài)下工作。具體運(yùn)行參數(shù)見表4。表4鎮(zhèn)流器運(yùn)行參數(shù)參數(shù)特性數(shù)值fPH預(yù)熱頻率68kHzVPH燈管預(yù)熱電壓460VpptPH預(yù)熱時(shí)間700msRw/Rc燈絲預(yù)熱比4 1VIGN最大觸發(fā)電壓1500VpptIGN觸發(fā)時(shí)間50msfRun運(yùn)行頻率47.5kHzVRun運(yùn)行燈管電壓180VpkPin鎮(zhèn)流器運(yùn)行輸入功率42W7典型波形8所示。預(yù)熱