新型專利電子鎮(zhèn)流器控制器BL8301及其應(yīng)用
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關(guān)鍵詞：BL8301 鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)芯片 預(yù)熱啟動(dòng) 保護(hù)
1 概述
自20世紀(jì)90年代之后，國(guó)外很多著名的半導(dǎo)體巨商（如美國(guó)IR公司、摩托羅拉公司、意法半導(dǎo)體公司、飛利浦公司、安森美公司及飛兆公司等）都相繼推出了電子鎮(zhèn)流器控制/驅(qū)動(dòng)器IC。但在我國(guó)，此類ASIC幾乎是一片空白。最近，上海貝嶺股份有限公司也推出了自己的熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器控制/驅(qū)動(dòng)器BL8301，并已獲得國(guó)家專利保護(hù)。這種高端鎮(zhèn)流器控制IC的問(wèn)世為相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供了很大的便利。
BL8301的主要特點(diǎn)如下：
●可驅(qū)動(dòng)由雙極型晶體管（如MJE13005）組成的鎮(zhèn)流器半橋逆變器，并可產(chǎn)生約1μs的死區(qū)時(shí)間，從而避免了半橋高、低端晶體管的“直通”；
●具有燈絲預(yù)熱啟動(dòng)功能，其預(yù)熱頻率、預(yù)熱時(shí)間及常態(tài)下的燈燃點(diǎn)工作頻率都可通過(guò)外部元件進(jìn)行設(shè)置；
●可提供半橋過(guò)流保護(hù)、燈管開(kāi)路保護(hù)、燈絲燒斷保護(hù)、燈點(diǎn)火（啟動(dòng)）失敗保護(hù)、燈壽終檢測(cè)與保護(hù)等故障保護(hù)功能；
●內(nèi)置11.4V穩(wěn)壓電路，可微功率啟動(dòng)（啟動(dòng)電流600μA）；
●外圍電路簡(jiǎn)單，元件數(shù)量少，成本較低；
●采用14腳DIP或SOP封裝，所有引腳均有ESD保護(hù)功能。
2 引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及推薦工作條件
采用14腳DIP或SOP封裝的BL8301引腳排列如圖1所示。
BL8301內(nèi)部集成有電源管理、壓控振蕩器（VCO）、預(yù)熱準(zhǔn)備、過(guò)流檢測(cè)、窗口電平檢測(cè)故障保護(hù)、控制邏輯及輸出驅(qū)動(dòng)器等電路，其內(nèi)部功能框圖如圖2所示。
BL8301的推薦工作條件如下：
●電源電壓VCC：15～25V；
●預(yù)熱頻率設(shè)定腳（Rpre）電壓Vrpre：4～7V；
●振蕩器輸出腳（Rt）電流Irt：20～200μA；
●電流檢測(cè)輸入腳（Pro）電壓Vpro：0～Vcc；
●窗口檢測(cè)輸入1腳（LD1）電壓VLD1:0～Vcc；
●窗口檢測(cè)輸入2腳（LD2）電壓VLD2:0～Vcc；
●工作結(jié)溫Tj:40～125℃
圖2
3 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
用BL8301驅(qū)動(dòng)雙極型晶體管功率開(kāi)關(guān)組成的半橋逆變器電路如圖3所示。圖中DC總線電壓既可來(lái)自AC線路橋式整流和濾波輸出，也可連接功率因數(shù)校正（PFC）升壓變換器的400V直流輸出。現(xiàn)對(duì)電路的主要工作過(guò)程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)作以說(shuō)明。
3.1 上電啟動(dòng)
當(dāng)電子鎮(zhèn)流器接通AC供電線路后，電流將從DC總線經(jīng)啟動(dòng)電阻Rstart對(duì)電容C1充電。當(dāng)C1上的充電電壓升至器件VCC腳的導(dǎo)通門限電平（141V）時(shí)，IC開(kāi)始工作并進(jìn)入預(yù)熱階段。至此，IC工作電流由扼流圈L2的次級(jí)繞組經(jīng)二極管D1整流和電容C1濾波提供。
3.2 預(yù)熱模式
電路工作時(shí)，首先由振蕩器產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)，電路的預(yù)熱時(shí)間主要由IC腳6的外部電容Cpre來(lái)決定。腳6的輸出電流Icprecharg可對(duì)電容Cpre進(jìn)行充電，當(dāng)Cpre上的電壓達(dá)到門限電平VcpreIgn時(shí)，IC進(jìn)入點(diǎn)火模式。
預(yù)熱時(shí)間計(jì)算公式為：
Tpre=VcpreIgnCpre/IcpreCharge=KCpre
Cpre選為0.047μF時(shí)，預(yù)熱時(shí)間Tpre約為Is。
預(yù)熱頻率fpre由IC腳3的外部電阻Rpre1與Rpre2之比和燈正常燃點(diǎn)時(shí)的工作頻率fing決定，具體公式如下：
fpre=Nfing(Rpre2/ Rpre1)
式中，工作頻率fing可由IC腳4上的外部電阻Rt和腳5上的電容Ct來(lái)決定。當(dāng)Rt為100kΩ且Ct為510pf時(shí)，半橋輸出頻率fing為45 kHz。
而當(dāng)Rpre1和Rpre2均選100kΩ時(shí)，式中的N為1.5，此時(shí)的預(yù)熱頻率fpre為67.5 kHz。
圖3
3.3點(diǎn)火模式
進(jìn)入點(diǎn)火模式后，預(yù)熱電容Cpre開(kāi)始放電，振蕩器和半橋開(kāi)始從預(yù)熱頻率fpre沿向下的斜坡向工作頻率fing掃描和偏移（如圖4所示）。一旦掃描頻率達(dá)到鎮(zhèn)流器輸出扼流圈L2和并接在燈管兩端的啟動(dòng)電容Cs(通常容值為2.7～8.2nF)組成的LC串聯(lián)電路的固有頻率fo=1/2π(L2Cs)1/2時(shí)，電路將發(fā)生串聯(lián)諧振，以便在Cs兩端產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖來(lái)對(duì)燈點(diǎn)火。只要燈管完好并且擊空，燈則被點(diǎn)燃。
3.4 工作模式
工作模式即燈正常燃點(diǎn)模式。在該模式下，鎮(zhèn)流器工作頻率fing由Rt和Ct的數(shù)值決定。燈被啟動(dòng)進(jìn)入正常工作模式后，LC串聯(lián)電路失諧，此時(shí)電感元件L2只起限流作用。
3.5 故障模式
在圖3所示的電路中，一旦半橋出現(xiàn)過(guò)電流，電路中流過(guò)下面的功率開(kāi)關(guān)晶體管發(fā)射極串聯(lián)電阻的電流將增加而使其電壓升高，并經(jīng)二極管IN4148整流和電阻Rpro及電容Cfro濾波后，施加到BL8301的Pro腳。當(dāng)IC腳Pro上的電壓高于0.7V的門限電平時(shí)，IC即進(jìn)入故障保護(hù)模式，同時(shí)使腳Out1和Out2上的驅(qū)動(dòng)輸出截止，兩只開(kāi)關(guān)晶體管被關(guān)斷。
由于BL8301的腳LD1(12)、LD2（11）和LD3（10）（完全等效）內(nèi)部分別通過(guò)550kΩ的電阻提供5.7V的直流偏置，因耐均可提供故障檢測(cè)功能。當(dāng)電子鎮(zhèn)流器處于異常狀態(tài)如燈線燒斷、燈管未接或燈管接入脫落或在燈點(diǎn)火失敗或燈壽命結(jié)束時(shí)，鎮(zhèn)流器輸出電流會(huì)劇增，從而使檢測(cè)電阻Rel2（見(jiàn)圖3）上的壓降升高。只要施加到LD3腳上的電壓超過(guò)窗口比較器的上門限電平（7.4V），IC將進(jìn)入故障保護(hù)模式。另一方面，如果由于某種原因?qū)е翨L8301腳LD3上的電壓低于下門限電平（4.0V），IC同樣會(huì)進(jìn)入故障保護(hù)模式。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證腳LD3（或LD1、LD2）在常態(tài)下的電壓在窗口之內(nèi)，即高于4.0V且低于7.4V。
3.6 主要元件的選擇
上面已經(jīng)給出了決定預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱頻率和工作頻率的元件Cpre、Rpre1、Rpre2及Rt和Ct等元件的選擇方法。在圖3所示的簡(jiǎn)單應(yīng)用電路中，功率開(kāi)關(guān)晶體管和阻流圈（L2）等元件應(yīng)根據(jù)燈的額定功率而定。對(duì)于DC總線電壓為400V，燈管功率是58W的PFC電路，驅(qū)動(dòng)變壓器T1可用鐵氧體磁環(huán)繞制，初、次級(jí)繞組匝數(shù)比為18：3：3；扼流圈電感值L2約為1.2mH,高、低端功率晶體管可選MJE13005，連接在晶體管集電極與發(fā)射極之間的續(xù)流二極管可選用FR107。
4 結(jié)束語(yǔ)
利用BL8301可以設(shè)計(jì)80W以下的中高端熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器。上海貝嶺股份有限公司還利用BL8301和功率因數(shù)控制器L6561開(kāi)發(fā)出了T8 36W和TL5 28W雙管熒光燈電子鎮(zhèn)流器演示板電路。該板具有高功率因數(shù)、低諧波失真、預(yù)熱啟動(dòng)、燈故障和燈壽終（LDE）保護(hù)等功能和特點(diǎn)，可為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)參考。
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