自適應(yīng)電子鎮(zhèn)流器控制器IR2520原理及應(yīng)用
摘要:IR2520是自適應(yīng)鎮(zhèn)流器控制器與600V半橋驅(qū)動(dòng)器單片IC,可用來(lái)驅(qū)動(dòng)半橋配置中的熒光燈。文中介紹了IR2520的主要特點(diǎn)和基本原理,給出了它的典型應(yīng)用電路。 關(guān)鍵詞:自適應(yīng)鎮(zhèn)流器;控制/半橋驅(qū)動(dòng)器;IR2520 1 引言 國(guó)際整流器公司?IR?、飛利浦公司和意法半導(dǎo)體公司?ST?是生產(chǎn)熒光燈電子鎮(zhèn)流器控制芯片和功率器件的三大著名廠(chǎng)商。IR2520是IR公司繼IR2156、IR21571、IR21593、IR2166和IR2167之后推出的又一款自適應(yīng)零電壓開(kāi)關(guān)?ZVS?鎮(zhèn)流器控制器。它采用8腳PDIP封裝(IR2520D)和8腳SOIC封裝(IR2520S),由于IR公司已在該芯片內(nèi)集成了自適應(yīng)鎮(zhèn)流器控制器和600V半橋驅(qū)動(dòng)器。因而可方便地驅(qū)動(dòng)30W以下緊湊型熒光燈CFL(俗稱(chēng)節(jié)能燈)。IR2520的主要特點(diǎn)如下: ●集成有600V的半橋驅(qū)動(dòng)器、高壓自舉二極管及15.6V的VCC齊納箝位二極管; ●內(nèi)置0~5V DC電壓控制振蕩器; ●由于采用自適應(yīng)ZVS技術(shù),故器件功耗很??; ●具有波峰因數(shù)檢測(cè)過(guò)電流保護(hù)功能,可省去外部電流感測(cè)電阻; ●最小頻率?正常燃點(diǎn)時(shí)的工作頻率?可編程; ●啟動(dòng)電流很?。ǎ保担?FONT face=Arial>μA)。 IR2520芯片的內(nèi)部電路組成如圖1所示。表1列出了IR2520的引腳功能。IR2520的推薦工作條件如表2所列。在表2中,VCCUV+?13.2V?是Vcc導(dǎo)通門(mén)限電壓;VCLAMP(15.6V)為VCC齊納箝位電壓。
表2 推薦工作條件
3 應(yīng)用電路 由IR2520組成的緊湊型熒光燈?CFL?電子鎮(zhèn)流器電路如圖2所示。該鎮(zhèn)流器的AC輸入電壓可從180V直到270V,輸出端可配接7~32W的燈管。 圖2中,F1為浪涌電流 限制電阻,BR為橋式整流器,C1和L1組成LC濾波電路,IR2520和外部元件組成半橋變換器,DCP1、DCP2和CCP組成電荷泵電路,LRES和CRES等組成LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。由于C2=C3?CRES,因此,LC諧振電路頻率f0主要由LRES和CRES決定f0≈1/2π√LRES CRES 。當(dāng)LRES和CRES發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),CRES上產(chǎn)生的高壓脈沖施加到燈管上,即可使燈管擊穿而點(diǎn)亮。一旦燈被啟動(dòng),LRES只起穩(wěn)流作用。 下面對(duì)圖2中各部分的主要功能作以說(shuō)明: 3.1 欠壓鎖定(UVLO)模式 當(dāng)圖2中的啟動(dòng)電路工作時(shí),流過(guò)啟動(dòng)電阻RSUPPLY的電流將對(duì)啟動(dòng)電容CVCC進(jìn)行充電,并使CVCC上的電壓逐漸升高。在VCC腳電壓達(dá)到啟動(dòng)門(mén)限電平13.2V之前,電源電流IQCC約為150μA,IC腳3和腳4上的電壓VFMIN和VVCO均為0V,半橋截止。一旦腳VCC上的電壓超過(guò)13.2V,IC將導(dǎo)通并開(kāi)始振蕩。 3.2 頻率掃描模式 一旦VCC腳上電壓超過(guò)13.2V,IR2520將進(jìn)入頻率掃描模式。此時(shí),IR2520內(nèi)部的電流源將對(duì)VCO腳外部電容CVCO充電,從而使腳VCO上的電壓從0V線(xiàn)性增加,同時(shí)使VCO振蕩從最大值開(kāi)始線(xiàn)性降低。當(dāng)頻率降至鎮(zhèn)流器輸出級(jí)LC串聯(lián)諧振頻率時(shí),LC電路發(fā)生諧振并產(chǎn)生高壓將燈點(diǎn)亮。只要燈啟動(dòng)成功,VCO腳上的電壓將一直升高到5.2V,頻率f則降至最小值fMIN。當(dāng)VVCO超過(guò)2V以后,ZVS和波峰因數(shù)?峰值電流與平均值電流之比值?檢測(cè)均被使能。當(dāng)f與fMIN相等時(shí),FMIN腳上的電壓VFMIN為5.1V。 3.3 正常運(yùn)行模式 在燈點(diǎn)火之后,鎮(zhèn)流器輸出級(jí)變?yōu)榈停阎担遥茫屉娐罚藭r(shí)VVCO被限制在5.2V,頻率降至fMIN,實(shí)際上,這時(shí)的最低工作頻率即是燈正常燃點(diǎn)時(shí)的工作頻率。該狀態(tài)下的燈功率由諧振電感(扼流圈LRES)、諧振電容(燈啟動(dòng)電容CRES)、DC總線(xiàn)電壓VBUS和fMIN共同確定。如果發(fā)生非ZVS,即在死區(qū)時(shí)間內(nèi)?也就是兩個(gè)開(kāi)關(guān)M1與M2之間的非交迭時(shí)間(電壓不能回落到零(在低端開(kāi)關(guān)M2導(dǎo)通之前,會(huì)有一個(gè)電壓橫跨低端開(kāi)關(guān))。IC腳VCO上的電壓VVCO將因外部電容CVCO的充電電流減小而降低,從而引起頻率升高。通過(guò)VS感測(cè)和自適應(yīng)ZVS控制邏輯可使IC自動(dòng)保持ZVS操作。由圖可知,VCO腳外部電容CVCO的充電電流受該腳內(nèi)部MOS晶體管控制,進(jìn)而控制VCO腳上的電壓和振蕩頻率。 當(dāng)IC外部高端開(kāi)關(guān)M1接通時(shí),IC腳VS上的電壓即為DC干線(xiàn)電壓。IR2520的600V高壓工藝允許VS腳進(jìn)行精密測(cè)量,并能承受DC干線(xiàn)高壓。 3.4 故障模式 如果燈點(diǎn)火期間出現(xiàn)故障,燈電壓和輸出級(jí)電流都會(huì)增加,直到扼流圈飽和或進(jìn)入電容性開(kāi)關(guān)模式。IR2520無(wú)需外部電流傳感元件,而是利用低端MOSFET(M2)的導(dǎo)通電阻RDS?on?并通過(guò)VS腳來(lái)感測(cè)半橋電流。如果在LO的70個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),也就是在低端開(kāi)關(guān)M2導(dǎo)通期間,電流波峰因數(shù)超過(guò)3,那么,IC將進(jìn)入故障模式,并使兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器均輸出低電平,從而使M1、M2均截止。 若燈絲開(kāi)路,半橋?qū)l(fā)生硬開(kāi)關(guān),并通過(guò)波峰因數(shù)電路檢測(cè)。在故障發(fā)生約70個(gè)周期之后,IC進(jìn)入故障模式,半橋截止。為使IC復(fù)位到頻率掃描模式,VCC必須從內(nèi)部欠壓鎖定(UVLO)門(mén)限以下(<10.5V)再回復(fù)到UVLO以上(>13.2V)。 圖3給出了IR2520的運(yùn)行狀態(tài)和工作流程。 |
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評(píng)論