基于IRS2530D的節(jié)能燈調(diào)光鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)與應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

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節(jié)能燈一般壽命為5000小時(shí)左右，而半導(dǎo)體LED照明燈正常情況下的壽命是5萬～8萬小時(shí)，但LED燈的耗電量只有普通白熾燈、霓虹燈的1/10.因此，如果我國的照明全部采用LED燈，則一年節(jié)約的電費(fèi)相當(dāng)于建造了6座三峽電站。有關(guān)部門應(yīng)該采取強(qiáng)制措施推廣節(jié)能產(chǎn)品、加強(qiáng)綠色消費(fèi)和節(jié)約能源的科學(xué)宣傳力度，并采取政府平抑手段，從資金、稅收、產(chǎn)品開發(fā)等各個(gè)方面，扶持節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)和使用，把節(jié)能產(chǎn)品價(jià)格降下來，促使其走近尋常人家。

1IRS2530D的主要性能和特點(diǎn)

IRS2530D是國際整流器公司（InternationalRectifier，簡稱IR）推出的用于節(jié)能調(diào)光熒光燈鎮(zhèn)流器應(yīng)用的600V控制IC。IRS2530DDIM8?是一種采用緊湊型8管腳尺寸半橋式驅(qū)動(dòng)器的獨(dú)特線性調(diào)光鎮(zhèn)流器控制IC。新器件提供了一種以多級和三路緊湊型熒光燈（簡稱CFL）應(yīng)用取代低效白熾燈泡的競爭解決方案。IRS2530D只需要幾個(gè)小型外部元件，顯著地簡化和縮小了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)緊湊型熒光燈及線性鎮(zhèn)流器多達(dá)10％的調(diào)光系統(tǒng)性能。采用半橋式驅(qū)動(dòng)器的IRS2158D16管腳熒光燈調(diào)光鎮(zhèn)流器控制IC適用于需要調(diào)光性能低于10%的應(yīng)用。該元件具有全面的保護(hù)功能，如防止燈泡無法點(diǎn)亮、燈絲故障和燈泡報(bào)廢保護(hù)，非常適合包括日漸流行的T5燈泡在內(nèi)的薄型燈。

IRS2530D集成了調(diào)光鎮(zhèn)流器控制和半橋驅(qū)動(dòng)器，采用8引腳DIP封裝。IRS2530D引腳l（VCC）上的電源電壓被內(nèi)部齊納二極管鉗位在15.6V，啟動(dòng)電流為250μA，電源電流為5mA。IC半橋高端引腳7（HO）和低端引腳5（LO）上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出死區(qū)（即非交疊）時(shí)間被固定在2μS，輸出源電流為180mA，輸出灌入電流為260mA，輸出高電平（以地作參考）電壓為VCC。在IC壓控振蕩器輸入端引腳4（VCO）上的電壓為0～6V，輸出頻率fmax=115kHz（VVCO=0V），頻率fmin=（34.2±2.2）kHz（Vvco=6V）。

IRS2530D采用簡單燈電流調(diào)光控制方法，燈絲預(yù)熱時(shí)間可編程，采用波峰因數(shù)（燈電流峰值與平均值之比）檢測執(zhí)行過電流保護(hù)，同時(shí)還提供非零電壓開關(guān)保護(hù)，而不需要半橋電流傳感電阻和保護(hù)電路。

IRS2158D是一個(gè)完全集成、充分保護(hù)的600V鎮(zhèn)流器控制IC，適用于驅(qū)動(dòng)各種熒光燈。該器件的功能包括可編程半橋過流保護(hù)、可編程預(yù)熱和運(yùn)行頻率、可編程預(yù)熱時(shí)間和死區(qū)時(shí)間、閉環(huán)半橋點(diǎn)火電流調(diào)整、可編程報(bào)廢保護(hù)、欠壓保護(hù)和調(diào)光低輸入補(bǔ)償運(yùn)算放大器和電流或功率控制。此外，新器件還具有報(bào)廢范圍比較器管腳和內(nèi)部60事件電流檢測上/下故障計(jì)數(shù)器，以滿足T5燈泡和多燈泡鎮(zhèn)流器。

2基于IRS2530D的節(jié)能燈調(diào)光鎮(zhèn)流器

1）電路拓?fù)?/p>

BR1為橋式整流器，CF、LF和CBUS組成濾波電路，IRS2530D和VTl、VT2等組成半橋逆變器電路，RCS、RFB和CFB為燈電流感測和反饋網(wǎng)絡(luò)，VDCP1、VDCP2、CSNUB等組成電荷泵輔助電源，RVCC1、RVCC2為啟動(dòng)電阻，CVCC1為啟動(dòng)電容、CVCC2用作高頻濾波，RLIM1、RLIM2：為限流電阻。

2）電路運(yùn)行時(shí)序和工作原理

（1）電路啟動(dòng)和IC電源

接通AC市電電源，全波整流濾波電路輸出約300V的DC總線電壓VBUS，VBUS通過啟動(dòng)電阻RVcc1／Rvcc2對電容Cvcc1（1μF）充電。半橋一旦產(chǎn)生輸出，引腳VCC則由VDCP1（18V／0.5w）、CSNUB（1nF／lkV）和VDCP2組成的電荷泵并經(jīng)限流電阻RLIM1、RLIM2：（均為10Ω）供電，這樣可以減小啟動(dòng)電阻上的損耗。CVCC1，值應(yīng)足夠大，引腳VCC在接收電荷泵輸入電流時(shí)不能降至欠壓鎖定（UVLO）關(guān)斷門限（10.5V）以下。

當(dāng)半橋低端MOSFET（VT2）導(dǎo)通時(shí)，引腳VCC上的電壓經(jīng)內(nèi)部自舉MOSFET對引腳VB與VS之間的自舉電容CBS充電，充電電流經(jīng)VT2流入到地。在高端驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通時(shí)，CBS放電。一旦CBs上的電壓低于8V，VT1截止，而VT2再次導(dǎo)通。如此周而復(fù)始，VTl和VT2交替導(dǎo)通，在半橋中間點(diǎn)（引腳6）輸出高頻方波脈沖，經(jīng)輸出級為燈管供電。

（2）燈絲預(yù)熱／燈管觸發(fā)

IC一旦啟動(dòng)，在引腳4（VCO）內(nèi)部的一個(gè)50μA的快速啟動(dòng)電流和一個(gè)1μA的電流源對外接電容cPH充電，鎮(zhèn)流器輸出頻率fmax開始對燈絲預(yù)熱，VCO腳上的電壓Uvco迅速升至0.85V。一旦UVCO達(dá)到0.85V，IC內(nèi)部的50μA電流被切斷，只有1μA的電流源對VCO腳上的電容充電，UVCD緩慢上升，頻率從fmax開始線性降低。LRESB、CH1和LRESC、CH2為帶通濾波器，在燈點(diǎn)亮之后，燈絲預(yù)熱電壓被衰減，以減小燈絲上的熱量損耗。

當(dāng)鎮(zhèn)流器輸出頻率接近或達(dá)到輸出級高Q值的諧振頻率時(shí)，燈絲預(yù)熱結(jié)束（預(yù)熱時(shí)間由CpH設(shè)置），LRESA和CRES等發(fā)生串聯(lián)諧振，在CRES上產(chǎn)生一個(gè)足夠高的電壓使燈管觸發(fā)而點(diǎn)亮。如果燈未被點(diǎn)亮，UVCO將超過4V，IC則進(jìn)入故障模式并關(guān)閉其輸出，芯片僅消耗250μA的電流。

為保證頻率下降斜坡通過諧振以對燈點(diǎn)火，頻率fmin應(yīng)低于鎮(zhèn)流器輸出級高Q值的諧振頻率，如圖3所示。

（3）調(diào)光模式

l～10V的DC調(diào)光輸入電壓經(jīng)電阻分壓器RDIM1／RDIM2輸入到IC的引腳3（調(diào)光端DIM）。與燈下端燈絲連接的燈電流傳感電阻RCS上產(chǎn)生的交流電壓經(jīng)RFB和CFB也耦合至IC的DIM腳。在DIM腳上的（DC+AC）電壓通過控制環(huán)路調(diào)節(jié)，使AC電壓谷值在COM（地）電平上。為了提高燈亮度電平，當(dāng)DIM腳上的DC參考電壓減小時(shí)，AC電壓谷值將在COM電平之上，調(diào)光控制電路將降低鎮(zhèn)流器頻率，以增加燈電流，直到DIM腳的AC電壓谷值再回到COM電平上。采用這種燈電流閉環(huán)控制調(diào)光方法，可以使AC燈電流峰一峰值被調(diào)節(jié)到期望的數(shù)值上。

(4)非ZVS保護(hù)

如果系統(tǒng)操作太接近或進(jìn)入諧振容性側(cè)，將出現(xiàn)非ZVS容性模式轉(zhuǎn)換，在半橋MOSFET中會(huì)產(chǎn)生高幅度的大電流，很可能使MOSFET損壞。為防止這種情況發(fā)生，引腳6（VS）內(nèi)部的感測電路在低端LO輸出前沿上檢測VVS電壓。如果VVS4.5V，非ZVS控制電路將提高鎮(zhèn)流器頻率，直到恢復(fù)到ZVS。

（5）波峰因數(shù)（CF）過電流保護(hù)

當(dāng)流過MOSFET的峰值電流超過平均電流的5.5倍（即CF5.5）時(shí)，意味著燈絲失效，或者燈管未接入，或者燈變?yōu)槿ゼせ睿C振電感器LRESA將出現(xiàn)飽和。IC在此情況下會(huì)進(jìn)入故障保護(hù)模式，并自行關(guān)閉。

（6）故障模式

在故障期間，IC內(nèi)部故障鎖存器置位，HO關(guān)斷，L0開路，IC僅消耗250μA的電流。如果等未接入，IC則退出故障模式而進(jìn)入U(xiǎn)VLO模式。當(dāng)接上燈管時(shí)，引腳LO上的電壓將被拉低到8.75V以下，于是IC退出UVLO模式而進(jìn)入預(yù)熱／觸發(fā)模式。

3）主要元件的選擇

（1）啟動(dòng)電阻RVCC1／RVCC2的選擇引腳Vcc上的導(dǎo)通門限是12.5V，啟動(dòng)電流為250μA，若AC線路電壓VAC=220V，啟動(dòng)電阻

值則為

可選取Rvccl=Rvcc2=620kΩ。

（2）預(yù)熱電容CPH值的確定

CPH，用于編程燈絲預(yù)熱時(shí)間tPH，計(jì)算公式為

若預(yù)熱時(shí)間tPH=0.8s，CpH值為200nF。

（3）燈電流檢測電阻RCS的計(jì)算

在調(diào)光期間，若RMS燈電流為ILAMP（min），在RCS允許的峰值電壓為0.1V。考慮到反饋網(wǎng)絡(luò)對信號的衰減，宜附加一個(gè)5的倍乘因子，于是RCS值可按下式計(jì)算：

（4）輸出級元件的選擇

對于14～26W的節(jié)能燈，諧振電容CRES可選擇3.3nF或4.7nF，耐壓1kV。

諧振電感LRESA視燈的規(guī)格而定，其電感量約為2.5～3.3mH；其輔助繞組LRESB、LRESC與LRESA的匝數(shù)比通常為l：25，若LRESA線圈繞組是150匝，兩個(gè)輔助繞組則為6匝。

3結(jié)束語

推廣電子節(jié)能燈是實(shí)施綠色照明的重要內(nèi)容，是節(jié)能減排的一項(xiàng)重要舉措。led使用低壓電源，供電電壓在3-24v之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。很小，每個(gè)單元led小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。IR公司新推出的調(diào)