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基于IRS2168D的高功率荧光灯电子镇流器设计

时间:06-13 来源:维库电子市场网 点击:

  1 前言

  自2005年起,如今25W以上的电子镇流器必需具备PFC,已成为全球性的强制性要求,因为在那一年,欧洲强制执行电子镇流器功率因数校正(PFC)法案。

  以往绝大多数带PFC电子镇流器需采用两块IC,其中一块IC是PFC控制器,另一块IC是半桥式镇流器控制器。以IR2166和IRS2166D为基础研发的IRS2168D,是一种先进的单片IC,它集PFC控制器与半桥控制/驱动器于同一芯片上的。采用IRS2168D设计荧光灯电子镇流器,可以大幅度地减少元件数量,缩小PCB面积,降低系统成本,并具有高性能和高可靠等特点。

  2 IRS2168D的结构及其特点

  IRS2168D采用16引脚PDIP无铅封装,引脚排列如图1所示。

  

  图1 IRS2168D引脚排列

  IRS2168D芯片集成了PFC控制器和镇流器控制器,内部结构框图如图2所示。

  

  图2 IRS2168D内部结构框图

  IRS2168D的主要特点如下:

  (1)IRS2168D中的PFC是一种临界导电模式升压型控制器,提供过电流、过电压和输入欠电压保护,在85~265V的宽范围AC线路输入和多灯管条件下,提供超低输入电流总谐波失真(THD)和接近于1的高功率因数。

  (2)IRS2168D中的镇流器控制与600V的半桥驱动器,含有压控振荡器(VCO),自举MOSFET、灯寿命终结(EOL)窗口比较器、电流传感正数/倒数故障计数器,提供欠压闭锁(UVLO)、预热、灯触发启动(即点火)、正常运行和故障保护工作模式。保护功能包括半桥过电流、闭环点火电流调节、EOL、灯被移开与自动重新启动关闭及灯丝失效保护等。

  (3)提供可编程参数,例如PFC与半桥过电流保护、预热时间与预热频率、点火斜坡和运行频率等均可由外部阻容元件设置。

  (4)在引脚VCC内部设置了15.6V的钳位齐纳二极管,IC启动电流仅约220μA,工作电流低至5.5mA,两路半桥驱动器的死区时间固定在1.6μS,半桥驱动器输出源电流为180mA,灌入电流为260mA。

  3 由IRS2168D组成的单灯管电子镇流器电路

  由IRS2168D组成的荧光灯电子镇流器电路如图3所示。

  

  图3 采用IRS2168D的高功率因数荧光灯电子镇流器电路

  在图3中,IC(IRS2168D)引脚、引脚~内部的PFC控制器和这些引脚外部的元件,组成升压型临界导电模式(CRM)PFC预变换器。在半桥逆变器与前端桥式整流器之间插入这一级PFC电路,可以整形AC输入电流成为正弦波,且与AC输入电压保持同相位,使系统呈现纯电阻性,实现几乎等于1的功率因数,并在输出电容CBUS两端产生400V升压的DC稳定总线电压VBUS。

  LPFC为升压电感器,其辅助绕组用作感测电感电流。只要电感电流在一个开关周期结束时刻达到零,就被IC脚检测,IC脚输出一个高电平电压信号,驱动PFC开关VT3导通。在VT3导通,电感器LPFC电流因升压二极管VDPFC截止而全部流过 VT3。电感电流从零线性增长至峰值后,VT3截止,VDPFC因由LPFC释放能量而导通,电感电流从峰值线性降低。一旦电感电流变为零,VT3立刻导通,开始一个新的开关周期。每个开关周期的峰值电感电流都跟踪AC输入电压的瞬时变化,高频三角波电感电流被输入电容C2滤波,得到与输入电压成正比的正弦输入电流,从而实现功率因数校正。

  IC脚上的电阻分压器RBUS1/RBUS2用作检测DC总线电压。当出现过电压或欠电压情况时,IC脚上的电压将超过4.3V或低于3V,PFC输出会被禁止。VT3源极电阻ROC用作感测PFC级过电流,ROC上的电压只要达到脚内部1.2V 的门限电平,PFC驱动输出将被禁止。

  若镇流器输出功率为PO,最低AC线路电压为VAC(min),PFC级效率为y(一般为95%),通过LPFC的峰值电流则为:

   (1)

  Roc值由式(2)给出:

  (2)

  IC脚上的RSUPPLY为启动电阻。在IC启动时,通过启动电阻的电流对电容 CVCC1(2.2~4.7μF)充电。当IC脚上的电压超过12.5V的门限时,IC启动,振荡器开始振荡。在半桥产生输出后,由CSNUB、 VDCP1、VDCP2组成的电荷泵为IC脚提供电流。

  在系统启动之后,IC振荡器首先在预热频率fPH上振荡。预热时间tPH由IC脚上的电阻RCPH和电容CPH设定,计算公式为:

  tPH=RCPHCPH   (3)

  在一般情况下,预热时间设置在0.7~1.5s的范围之内。

  预热结束后,IC进入点火程序,频率向最低振荡频率fmin偏移。点火时间tIGN约为预热时间的40%,即tIGN≈0.4tPH。

  点火斜坡(ramp)时间tRAMP定义为IC脚上的电容CVCO充电到2V历经时间。tRAMP值由式(4)给出:

  tRAMP=RPHCVCO  (4)

灯一旦被点亮,IC进入运行模式。在该模式下,振荡器频率最低。运行频率fRUN主要由IC脚上的电阻RFMIN确定。若选取RFMIN=42.2K&Omega

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