基于控制器IRS2530D的節(jié)能燈調(diào)光鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)
引言
目前,電子節(jié)能燈已進(jìn)入千家萬戶和樓堂館所。國(guó)產(chǎn)電子節(jié)能燈中的電子鎮(zhèn)流器,大多都采用分立元器件裝配,優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、成本低,但需使用磁環(huán)式驅(qū)動(dòng)變壓器,并且不帶預(yù)熱和調(diào)光功能,因此性能不佳、可靠性差、容易損壞。由于鎮(zhèn)流器和節(jié)能燈是一體化的,一旦電子鎮(zhèn)流器損壞,未損壞的燈管也就被扔掉,造成極大的浪費(fèi)。如果在設(shè)計(jì)中采用IR公司最近推出的調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器IRS2530D單片IC,則可以彌補(bǔ)使用分立元器件帶來的不便。
1 IRS2530D的主要性能和特點(diǎn)
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,最大電源電流為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2 μ S,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,輸出最高頻率fmax=115kHz(VVCO=0V),最低頻率fmin=(34.2±2.2)kHz(Vvco=6V)。
IRS2530D采用簡(jiǎn)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(cè)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。
2 基于IRS2530D的節(jié)能燈調(diào)光鎮(zhèn)流器
1)電路拓?fù)?br /> 一種基于IRS2530D的螺旋型緊湊熒光燈(CFL)調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路如圖1所示。
在圖1中,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,LRESA和CRES等組成諧振輸出級(jí),RCS、RFB和CFB為燈電流感測(cè)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(duì)電容Cvcc1(1μF)充電。當(dāng)IC引腳VCC上的電壓超過12.5V的門限時(shí),VCC腳導(dǎo)通,引腳HO和LO產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輸出而開始振蕩。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(duì)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。當(dāng)CBs上的充電電壓超過9V時(shí),IC高端驅(qū)動(dòng)器使能,驅(qū)動(dòng)VT1導(dǎo)通。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí),VT2截止。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(jí)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(duì)外接電容cPH充電,鎮(zhèn)流器輸出最高頻率fmax開始對(duì)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(duì)VCO腳上的電容充電,UVCD緩慢上升(見圖2(a)),頻率從fmax開始線性降低見圖2(b))。諧振電感器LRESA的兩個(gè)輔助繞組LRESB、LRESC為燈絲預(yù)熱繞組,為燈絲提供預(yù)熱電壓。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(jí)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。一旦燈管被點(diǎn)亮,IC則進(jìn)入調(diào)光模式。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(duì)燈點(diǎn)火,最低頻率fmin應(yīng)低于鎮(zhèn)流器輸出級(jí)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。當(dāng)DIM腳上的DC參考電壓減小時(shí),AC電壓谷值被延伸到COM電平之下。為減小燈電流使燈光變暗,調(diào)光控制電路將提高鎮(zhèn)流器頻率,以增加LRESA的阻抗(z=2πfLRESA)直到AC電壓谷值恢復(fù)到COM電平之上。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(cè)電路在低端LO輸出前沿上檢測(cè)VVS電壓。如果VVS>4.5V,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CF>5.5)時(shí),意味著燈絲失效,或者燈管未接入,或者燈變?yōu)槿ゼせ?,諧振電感器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,電阻RLMP1和RLMP2將會(huì)把引腳LO上的電壓拉高到8.75V以上,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。
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評(píng)論