IR2167控制功能簡介

1、 欠電壓鎖定輸出工作模式

欠電壓鎖定輸出工作模式（UVLO）是指IR2167的V_CC引腳17的電壓低于它的導(dǎo)通工作閾值電壓時(shí)的工作狀態(tài)，在欠電壓鎖定輸出工作模式下，它的HO引腳20、LO引腳15和PFC驅(qū)動信號引腳12輸出均為低電位，并且CT引腳6通過電阻R_DT連接到了COM引腳16，從而使其內(nèi)部的振蕩電路停振。同樣，通過內(nèi)部電路為電阻R_T供電的電路也被關(guān)斷，并且CPH引腳2、RUN引腳5、DT引腳7和COMP引腳9通過內(nèi)部電路連接到了COM引腳16，在欠電壓鎖定輸出工作模式下IR2167的工作電流不大于200μA，并確保在它的高端輸出HO引腳20、低端輸出LO引腳15和PFC驅(qū)動輸出引腳12在工作前能處于正常工作狀態(tài)。圖1所示電路表示IR2167的啟動電路和電子鎮(zhèn)流器輸出級的電荷泵電路的電路原理圖。圖1中由R₁，R₂和C₁三個(gè)元件構(gòu)成了IR2167的啟動電路，而R_supply、C_VCC、VD_CP1和VD_CP2構(gòu)成了電子鎮(zhèn)流器輸出級的電荷泵電路。

　　電容C_VCC的充電電流為通過啟動電阻R₁的電流減去IR2167所吸收的電流，應(yīng)用中應(yīng)使通過啟動電阻R_supply的電流二倍于IR2167的啟動電流值，以確保IR2167在較低的輸入電源電壓時(shí)能正常啟動，一旦啟動電容C_VCC上所充的電壓達(dá)到了它的啟動閾值電壓，則SD引腳的電壓會低于5.1V，并且VDC引腳1的電壓V_VDC會高于5.1V，這時(shí)集成電路開始工作，內(nèi)部振蕩電路開始振蕩，直至電路達(dá)到預(yù)熱工作模式，PFC輸出引腳12才有信號輸出。

2、  預(yù)熱工作模式和啟動工作模式

當(dāng)IR2167的V_CC引腳17的電壓超過正向欠電壓鎖定輸出閾值電壓時(shí)，它進(jìn)入預(yù)熱工作模式，在預(yù)熱工作模式開始之前，CPH引腳2和RPH引腳3通過內(nèi)部電路被連接到了COM引腳16。一旦預(yù)熱工作模式開始，外接電容CPH就通過內(nèi)部的3.0μA電流源開始對它充電，直至電容CPH上的電壓被充至4.0V，這段充電時(shí)間決定了預(yù)熱時(shí)間的長短，而預(yù)熱時(shí)間的定義就是指熒光燈燈絲被加熱到了能正常發(fā)射熱電子的時(shí)間，這時(shí)延長燈管壽命降低燈管點(diǎn)火電壓是非常有用的。在預(yù)熱工作模式開始期間，由于IR2167工作電流的增加，致使接至V_CC引腳17和COM引腳16之間的電容開始放電（見圖2）。然后這時(shí)半橋輸出級和電荷泵電路又開始工作，通過電荷泵電路又開始給電容C_VCC充電，并為IR2167供電，加至V_CC引腳17的電壓通過IR2167內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管鉗位為15.6V，通過電容C_VCC和C_SNUBBER應(yīng)能為電路正常工作提供足夠多的電荷。升壓二極管VD_BS和升壓電容C_BS為高端驅(qū)動電路提供供電電壓，為保證在HO引腳出現(xiàn)第一個(gè)脈沖時(shí)高端供電充足，輸出驅(qū)動輸出級的第一個(gè)脈沖是來自LO引腳15。

　　在預(yù)熱工作模式下半橋輸出級的工作頻率和電阻R_PH、R_T、R_DT和C_T的參數(shù)有關(guān)，內(nèi)部電路圖可以參見圖3。需注意的是在預(yù)熱工作模式剛一開始工作的期間，電路的工作頻率比預(yù)熱工作頻率要高許多，然后半橋輸出級的工作頻率又開始諧波下降至預(yù)熱工作頻率，這樣可以確保電路在剛開始工作的幾個(gè)振蕩周期時(shí)間內(nèi)加至燈管的工作電壓不超過起弧工作電壓。

3、  點(diǎn)火工作模式

　　當(dāng)CPH引腳2的電壓被充電至4.0V時(shí)就開始了點(diǎn)火工作模式，這時(shí)圖3中所示的比較器COMP2的輸出電壓變低，場效應(yīng)管VT₁關(guān)斷，這時(shí)電容C_RAMP開始充電，電容C_RAMP決定著由燈絲預(yù)熱工作頻率下降至點(diǎn)火工作模式頻率的斜波下降時(shí)間長短（參見IR2167控制電路部分的定時(shí)圖4）。一旦PRH引腳3上的電壓到達(dá)2.0V，外接電阻R_PH的取值對電路工作頻率就沒有影響，這時(shí)電路的工作頻率由外接元件R_T、C_T和R_DT決定，這時(shí)電路的工作頻率最低，電路的工作頻率斜波下降至燈負(fù)載電路的諧振頻率，從而使燈開始點(diǎn)火。{{分頁}}

4、  工作模式

　　當(dāng)CPH引腳2的電壓到達(dá)5.1V時(shí)，IR2167進(jìn)入工作模式，這時(shí)圖3所示電路中的比較器COMP1的輸出為高電平，COMP1的高電平輸出又使VT₂導(dǎo)通，并使RUN引腳5和COM引腳16接通，這時(shí)電路的振蕩頻率由外接元件R_T、R_RUN、C_T和R_DT控制。電子鎮(zhèn)流器在工作中頻率的變化規(guī)律如圖4所示。

　　從圖4可以看出，電路的工作頻率比點(diǎn)火頻率高，即有>>>的關(guān)系成立，這種工作模式對由于LC諧振元件的誤差而對電子鎮(zhèn)流器工作的影響到是有利的，當(dāng)然使用>>> 這種工作模式也是可行的。

　　IR2167的核心電路是一個(gè)振蕩電路，這個(gè)振蕩電路的定時(shí)元件由外接的定時(shí)電阻和定時(shí)電容決定，在定時(shí)電容C_T上的波形為鋸齒波，而鋸齒波的上升傾斜部分的斜率由流經(jīng)接至RT引腳4的電阻R_T的數(shù)值決定，而這個(gè)鋸齒波的下降部分的斜率由外接電阻R_DT的數(shù)值決定，同樣這個(gè)鋸齒波的下降部分和開關(guān)輸出級的死時(shí)間參數(shù)相對應(yīng)，在這個(gè)死時(shí)間工作期間，HO引腳20和LO引腳15的輸出均為低電平。通過外接電阻R_DT參數(shù)的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)死時(shí)間的大小。

　　RT引腳4的輸入是一個(gè)電壓控制電流源，這個(gè)控制電壓大約為2.0V，為了保持RT引腳4和CT引腳6通過充電電流的線性，流經(jīng)RT引腳4的電流應(yīng)保持在50~500μA的范圍內(nèi)，同樣RT引腳4也可以用作電路閉環(huán)控制的反饋信號接入點(diǎn)。

5、  PFC電路部分的工作原理

　　為了降低電路交流輸入電流的總諧波含量（THD）和改善電路的功率因數(shù)，在IR2167中設(shè)置了有源功率因數(shù)校正電路。IR2167的有源功率因數(shù)校正電路工作于臨界導(dǎo)通模式，這時(shí)PFC電感在每個(gè)工作周期的放電時(shí)間里放電至零。由于輸出交流電壓已是正弦波，所以在IR2167中沒有設(shè)置輸入交流電壓檢測電路，在PFC功率管MOSFET的高頻導(dǎo)通和關(guān)斷工作期間(>10kHz，這大大高于50~60Hz的交流輸入頻率)，流經(jīng)PFC電感的電流會自然跟蹤輸入交流電壓的波形。這個(gè)電路的PFC功率管MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間的大小與PFC電路輸出直流電壓的大小有關(guān)，而PFC功率管MOSFET的關(guān)斷時(shí)間和通過PFC電感的電流下降至零的時(shí)間有關(guān)，這個(gè)零電流可以通過連接到ZX引腳10的PFC電感的次級繞組來檢測，這樣PFC電路是工作在變頻控制方式，當(dāng)交流輸入市電過零時(shí)，PFC電路的工作頻率變高，反之在交流輸入電壓的峰值期間，PFC電路的工作頻率最低。這可以見圖5所示的波形。

　　隨著接至COM引腳16電容的充電開始，PFC功率管MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間開始上升，這時(shí)運(yùn)算放大器OTAI的增益最大（見圖6），增益大可以使用PFC電路輸出的直流電壓值盡快上升到正常工作電壓值。當(dāng)VBUS引腳11的電壓達(dá)到3V時(shí)，運(yùn)算放大器OTA1增益變?yōu)樗恼Ｖ?，這時(shí)PFC輸出的直流電壓繼續(xù)上升，直至VBUS引腳11的電壓為4V，這時(shí)運(yùn)算放大器的增益上升到它的最大值，并且保持這個(gè)最大增益值直至鎮(zhèn)流電路進(jìn)入工作模式，這種工作方式對電子鎮(zhèn)流器電路的正常工作是很有幫助的。

　　當(dāng)交流市電加到電子鎮(zhèn)流器電路時(shí)，V_CC引腳17電壓上升到15V，直至電子鎮(zhèn)流器電路開始它的預(yù)熱工作模式，這時(shí)PFC電路開始工作，這樣可以改善燈的工作條件。{{分頁}}

　　當(dāng)PFC電路開始工作時(shí)（見圖6），VBUS引腳11和COMP引腳9為低電位，PFC功率管MOSFET導(dǎo)通，這時(shí)MOSFET管的導(dǎo)通時(shí)間最小，PFC電感開始被充磁，一旦PFC功率管MOSFET進(jìn)入關(guān)斷工作期，PFC電感開始釋放電能至PFC輸出端連接的儲能電容。

　　COMP4是一個(gè)有回滯電壓的閾值電壓為4.3V的比較器，所以當(dāng)VBUS引腳11的電壓上升到4.0V的閾值電壓時(shí)，PFC功率開關(guān)管不會導(dǎo)通，只有VBUS引腳11的電壓再下降到大約4.0V時(shí)，PFC功率管MOSFET才會再次導(dǎo)通，這樣可以有效地控制PFC輸出直流電壓的變化。

　　在有些應(yīng)用場合下，有可能交流輸入市電電壓很高，有可能這個(gè)很高的交流輸入市電經(jīng)整流后直接為PFC電容充電，而不經(jīng)過PFC電路的升電壓控制，這時(shí)由于輸入電流沒有下降到零，相應(yīng)ZX引腳10的電壓不會變?yōu)楦唠娢?，所以PFC功率管MOSFET也不會導(dǎo)通，如果在500ms的時(shí)間內(nèi)在ZX引腳10沒有檢測到脈沖信號，這時(shí)看門狗定時(shí)器電路就會輸出一個(gè)脈沖信號使PFC功率開關(guān)管MOSFET導(dǎo)通，這樣就可以使PFC輸出電壓值為正常工作電壓值。

6、  交流輸入電源電壓的檢測

　　通過圖7中所示電路的外接電阻R₁、R₂和電容C₁可以實(shí)現(xiàn)輸入交流電源電壓高低檢測的目的，并且這種檢測比較器是有回滯比較電壓的。當(dāng)外接交流輸入市電剛一加到電路時(shí)，IR2167處于它的啟動工作狀態(tài)，在振蕩電路起振之前應(yīng)滿足以下3個(gè)條件。

（1）       IR2167的V_CC引腳17上的電壓應(yīng)高于欠電壓鎖定輸出的閾值電壓（11.5V）。

（2）       VDC引腳1上的電壓應(yīng)不低于5.1V。

（3）       SD引腳13上的電壓應(yīng)不高于4.85V。

7、  燈管在位和燈管壽命終止的檢測

　　IR2167的SD引腳13用于關(guān)斷燈電路和燈管壽命終止的檢測，SD引腳13的典型連接電路如圖8所示。在燈電路的工作過程中，如果SD引腳13上的電壓大于5.1V（為了提高SD引腳的抗干擾信號能力，設(shè)有150mV的回滯電壓），則表示電路不是出現(xiàn)了燈負(fù)載的故障，就是出現(xiàn)了燈管不在位的故障，這時(shí)IR2167內(nèi)的振蕩電路停振，HO引腳20和LO引腳15的輸出為低電位，IR2167進(jìn)入微功率工作模式。這時(shí)如果更換燈管，燈負(fù)載電路正常后，SD引腳13的電位又會變?yōu)榈仉娢?，這時(shí)IR2167內(nèi)部又會發(fā)出一個(gè)電路的重新啟動信號，重新開始燈電路的預(yù)熱、點(diǎn)火、正常工作的循環(huán)。

　　在燈電路的工作模式下，SD引腳13上有兩個(gè)閾值電壓使SD引腳13工作，在燈電路正常工作時(shí)，利用出現(xiàn)在SD引腳13的這兩個(gè)閾值電壓形成一個(gè)窗口電壓，當(dāng)燈負(fù)載到達(dá)它的壽命終止期時(shí)，燈管的工作電壓將上升，這時(shí)在SD引腳會檢測到這個(gè)上升的電壓，這時(shí)會使IR2167內(nèi)部的振蕩電路停振,從而關(guān)斷電子鎮(zhèn)流器功率輸出電路的兩只功率晶體管MOSFET,這時(shí)IR2167會進(jìn)入它的微功率工作模式。{{分頁}}

8、  半橋輸出功率級工作電流檢測和故障保護(hù)

　　IR2167的CS引腳14的信號來自于下邊的半橋功率開關(guān)管MOSFET的源極取樣電阻R_CS（見圖9），利用CS引腳14可以檢測燈點(diǎn)火失敗、燈負(fù)載電路過電流、半橋功率開關(guān)處于硬開關(guān)工作狀態(tài)、燈不在位和燈電路的諧振工作頻率過低等故障現(xiàn)象，如果CS引腳14檢測到了以上的幾個(gè)故障之一，則IR2167會使電路停振，半橋功率開關(guān)管MOSFET的驅(qū)動信號變?yōu)榈碗妷海琁R2167進(jìn)入微功率工作模式，為了提高電路工作的可靠性，故障保護(hù)采取了逐周期工作的控制方式。

　　如果電路工作出現(xiàn)了過電流、點(diǎn)火失敗和功率開關(guān)管MOSFET出現(xiàn)了硬開關(guān)工作狀態(tài)，在燈電路預(yù)熱結(jié)束期間，到達(dá)外接的可編程設(shè)定的CS+閾值電壓的閾值，電路保護(hù)功能動作。這個(gè)閾值電壓由外接電阻R_OC決定，可利用下式計(jì)算：

或

V=5510R                 （1）

　　對于燈電路欠電流工作和燈電路工作頻率過低的故障，通過0.2V的CS-的閾值電壓，可以使燈電路在工作模式開始期間，使燈保護(hù)電路工作，CS-閾值電壓的檢測是和LO輸出的信號下降沿同步的。

9、  電荷泵升電壓電路

　　通過如圖10所示接至V_CC引腳17的一個(gè)簡單電荷泵電路為高端電路供電，一只耐高電壓的快恢復(fù)二極管VD_BOOT接在了V_CC引腳17和VB引腳18之間，升電壓電容C_BOOT接到了VB引腳18和VS引腳19之間，在半橋功率級開關(guān)工作期間，當(dāng)VT₂導(dǎo)通和VT₁關(guān)斷時(shí)，通過VT₂、VD_BOOT和C_VCC為電容C_BOOT充電。同樣，當(dāng)VT₂關(guān)斷和VT₁導(dǎo)通時(shí)，升壓二極管VD_BOOT關(guān)斷，C_BOOT電容上的電荷為IR2167的高端電路供電，并且CMOS電路的工作電流很低（典型值為45μA）。

10、有關(guān)設(shè)計(jì)方程式

　　利用下列方程式進(jìn)行有關(guān)電路參數(shù)計(jì)算時(shí)，有可能由于電路元件參數(shù)誤差原因而造成振蕩器的過沖現(xiàn)象，也有可能利用下面的公式計(jì)算得到的結(jié)果和實(shí)際值有差別。在具體電路應(yīng)用中，需根據(jù)計(jì)算值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路的有關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)，這點(diǎn)在實(shí)用中需加以注意。

（1）  有關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)

　　在燈負(fù)載點(diǎn)火工作期間，加到燈負(fù)載上的電壓最大，這個(gè)電壓值的大小和燈的類型有關(guān)，對T8燈管這個(gè)電壓典型值為1600V，隨著燈電路隨燈預(yù)熱工作頻率向諧振工作頻率的方向降低，燈負(fù)載兩端的電壓也隨之上升。在燈點(diǎn)火工作期間，燈電路的工作頻率取決于R_T、C_T和R_DT的元件參數(shù)，這時(shí)電阻R_PH和R_RUN和COM引腳斷開，電阻R_T的選取原則應(yīng)使燈負(fù)載在燈點(diǎn)火工作期間能得到足夠的燈點(diǎn)火電壓，流經(jīng)電阻R_T的電流大致和流經(jīng)定時(shí)電容C_T的電流相等，流經(jīng)電阻R_T的電流可利用下式計(jì)算：

                                 （2）

　　這個(gè)電流值應(yīng)保持在50~500μA的范圍內(nèi)。電容CT的參數(shù)可利用下式計(jì)算：

                         (3)

　　燈電路點(diǎn)火工作頻率和電阻的參數(shù)可按下式計(jì)算：

                               （4）

                         （5）

　　死時(shí)間可利用下式計(jì)算。

　　t_d=0.69R_DTC_T                                    (6)

（2）燈負(fù)載最大點(diǎn)火電流的計(jì)算

　　燈點(diǎn)火電流的大小要受到諧振鎮(zhèn)流電感的電感量和半橋功率開關(guān)管MOSFET的電壓、電流額定值的影響，諧振鎮(zhèn)流電感的磁飽和電流值應(yīng)當(dāng)比半橋功率開關(guān)管MOSFET的電流額定值小許多，在最壞的工作條件下，也不應(yīng)使諧振鎮(zhèn)流電感磁飽和，燈負(fù)載工作電流的大小可以通過CS引腳和OC引腳加以控制，在OC引腳的內(nèi)部電路內(nèi)有一個(gè)50μA的電流源，這個(gè)電流值通過外接的電阻R_OC可以決定CS引腳的閾值電壓。

V_CS+=5510R_OC                                   （7）

　　如果通過外接電阻R_CS的電流超過了預(yù)定值，則IR2167關(guān)斷。{{分頁}}

（3） 燈電路預(yù)熱工作頻率的設(shè)置

　　燈電路的預(yù)熱工作頻率由外接元件R_PH、R_T、C_T和R_DT的參數(shù)決定，燈電路預(yù)熱工作頻率的選擇原則應(yīng)是在燈的預(yù)熱工作期間加到負(fù)載兩端的電壓要比在燈點(diǎn)火工作期間加到燈兩端的電壓小得多，并為燈絲提供足夠的預(yù)熱。在燈絲預(yù)熱工作期間，通過燈絲的電流應(yīng)為恒定值。但是，隨著燈絲的加熱，燈絲的熱電阻值增加，反過來又導(dǎo)致加到燈絲上的電壓上升，這反映了燈管燈絲冷、熱電阻的變化規(guī)律，并且這個(gè)電壓變化和燈絲的冷、熱電阻比有關(guān)。一般而言，燈絲的冷、熱電阻比為1：4，是一個(gè)可以接受的值。燈電路的預(yù)熱工作頻率和外接元件R_PH的參數(shù)值可以分別利用下式計(jì)算：                        (8)

                           (9)

(4)燈絲預(yù)熱時(shí)間的設(shè)置

　　燈負(fù)載的預(yù)熱時(shí)間取決于外接電容CPH的參數(shù)，預(yù)熱時(shí)間的選取原則是應(yīng)滿足燈絲冷、熱電阻1：4的要求，這點(diǎn)可以通過觀測燈管燈絲電壓看到，燈絲預(yù)熱時(shí)間可由下式計(jì)算：

t_PH=4.010C_PH

　　在IR2167的整個(gè)預(yù)熱工作期間，電容C_PH上的電壓都在變化，一旦C_PH上的電壓達(dá)到4.0V時(shí)，則燈絲預(yù)熱工作過程結(jié)束。

（5）燈點(diǎn)火工作時(shí)間的設(shè)置

　　燈的預(yù)熱工作模式和工作模式之間的時(shí)間間隔那段就是燈的點(diǎn)火工作模式工作時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，燈電路由預(yù)熱工作模式到工作模式轉(zhuǎn)變時(shí)所對應(yīng)的工作頻率變化速率和外接電阻的參數(shù)有關(guān)。

（6）燈電路工作頻率的計(jì)算

　　當(dāng)IR2167的RPH引腳3的電壓上升到5.1V時(shí)，燈電路就進(jìn)入了工作模式，這時(shí)，燈電路的工作頻率和外接元件R_T、R_RUN、R_DT和C_T的參數(shù)有關(guān)，燈電路的工作頻率可以設(shè)計(jì)得高于或低于燈負(fù)載的點(diǎn)火工作頻率，燈電路的工作頻率f_工作和的參數(shù)可分別利用下式計(jì)算：

                            （10）                            （11）

（7）IR2167的供電旁路電路和PCB設(shè)計(jì)的考慮

　　在使用IR2167時(shí)，電路板PCB的設(shè)計(jì)布局是一件很重要的事，它關(guān)系到IR2167是否正常工作的問題，IR2167的V_CC引腳17應(yīng)通過一個(gè)低等效串聯(lián)電阻的電容接至COM引腳16，并且引線應(yīng)盡量短，如圖11所示。

　　電容C_VCC選擇可按經(jīng)驗(yàn)公式來選擇，即C_VCC的數(shù)值應(yīng)至少是被驅(qū)動晶體管的輸入電容（）的2500倍，具體使用中，可以再并聯(lián)一個(gè)電解電容器，這個(gè)電解電容器一般取值為10μF，同樣這兩個(gè)電容的布線應(yīng)盡量靠近IR2167，并且引線要盡量短，這會使IR2167的工作效果更好。

　　在IR2167的典型應(yīng)用場合，IR2167一般通過一個(gè)RC啟動電路和一個(gè)電荷泵電路來完成啟動工作，同時(shí)在IR2167的正常工作期間，引腳17的工作電壓將被內(nèi)接的15.6V穩(wěn)壓二極管鉗位。

（8）IR2167地線和功率電路地線的連接

　　IR2167的小信號電路地和大信號驅(qū)動電路信號地都接到了IR2167內(nèi)部的地線，COM引腳應(yīng)接至半橋功率輸出級低端功率管MOSFET電流檢測電阻的接地端，如圖12所示。同時(shí)定時(shí)元件的地線和去耦元件的地線也應(yīng)接至COM引腳，引線應(yīng)盡量短，這樣有利用電路抑制噪聲干擾和確保電路穩(wěn)定工作。