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          自適應(yīng)電子鎮(zhèn)流器控制器IR2520原理及應(yīng)用

          作者: 時間:2004-12-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:是自與600V半橋驅(qū)動器單片IC,可用來驅(qū)動半橋配置中的熒光燈。文中介紹了的主要特點和基本,給出了它的典型電路。

          關(guān)鍵詞:;控制/半橋驅(qū)動器;

          1 引言

          國際整流器公司?IR?、飛利浦公司和意法半導(dǎo)體公司?ST?是生產(chǎn)熒光燈控制芯片和功率器件的三大著名廠商。IR2520是IR公司繼IR2156、IR21571、IR21593、IR2166和IR2167之后推出的又一款自零電壓開關(guān)?ZVS?鎮(zhèn)流器。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)流器和600V半橋驅(qū)動器。因而可方便地驅(qū)動30W以下緊湊型熒光燈CFL(俗稱節(jié)能燈)。IR2520的主要特點如下:

          ●集成有600V的半橋驅(qū)動器、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)檢測過電流保護功能,可省去外部電流感測電阻;

          ●最小頻率?正常燃點時的工作頻率?可編程;

          ●啟動電流很?。ǎ保担?FONT face=Arial>μA)。

          2 結(jié)構(gòu)功能及工作參數(shù)

          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)通門限電壓;VCLAMP(15.6V)為VCC齊納箝位電壓。

          表1 IR2520的引腳功能

          引 腳名 稱

          功 能

          1Vcc電源電壓
          2COMIC信號和電源地
          3FMIN最小頻率設(shè)定
          4VCO電壓控制振蕩器輸入
          5LO低端柵極驅(qū)動器輸出
          6VS高端浮置電源回復(fù)
          7HO高端柵極驅(qū)動器輸出
          8VB高端柵極驅(qū)動器浮置電源

          表2 推薦工作條件

          符 號參數(shù)定義最小值最大值單 位
          Vcc電源電壓VCCUV+VCLAMPV
          Icc電源電流610mA
          RFMIN最低頻率設(shè)定電阻10100
          VvcoVCO腳電壓05V
          Tj結(jié)溫-25125

          3 電路

          由IR2520組成的緊湊型熒光燈?CFL?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,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亮。一旦燈被啟動,LRES只起穩(wěn)流作用。

          下面對圖2中各部分的主要功能作以說明:

          3.1 欠壓鎖定(UVLO)模式

          當(dāng)圖2中的啟動電路工作時,流過啟動電阻RSUPPLY的電流將對啟動電容CVCC進行充電,并使CVCC上的電壓逐漸升高。在VCC腳電壓達到啟動門限電平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13.2V,IC將導(dǎo)通并開始振蕩。

          圖2

          IC內(nèi)自舉二極管和VB腳與VS腳之間的電容CBOOT可用于決定IC內(nèi)高端驅(qū)動器電路的電壓,IC外部的二極管DCP1、DCP2和電容CCP組成的電荷泵電路可用于為IC低端驅(qū)動電路提供工作電壓。IC啟動之后,LO腳上的驅(qū)動輸出首先使功率開關(guān)M2導(dǎo)通,然后由VCC通過自舉二極管對自舉電容充電。當(dāng)CBOOT上的電壓超過9V時,IC高端驅(qū)動器被使能。而在高端與低端驅(qū)動器之間的1.5μs死區(qū)時間內(nèi),控制電路可用于保證半橋高端開關(guān)M1和低端功率開關(guān)M2不會發(fā)生直通。

          3.2 頻率掃描模式

          一旦VCC腳上電壓超過13.2V,IR2520將進入頻率掃描模式。此時,IR2520內(nèi)部的電流源將對VCO腳外部電容CVCO充電,從而使腳VCO上的電壓從0V線性增加,同時使VCO振蕩從最大值開始線性降低。當(dāng)頻率降至鎮(zhèn)流器輸出級LC串聯(lián)諧振頻率時,LC電路發(fā)生諧振并產(chǎn)生高壓將燈點亮。只要燈啟動成功,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?檢測均被使能。當(dāng)f與fMIN相等時,FMIN腳上的電壓VFMIN為5.1V。

          3.3 正常運行模式

          在燈點火之后,鎮(zhèn)流器輸出級變?yōu)榈停阎担遥茫屉娐?,此時VVCO被限制在5.2V,頻率降至fMIN,實際上,這時的最低工作頻率即是燈正常燃點時的工作頻率。該狀態(tài)下的燈功率由諧振電感(扼流圈LRES)、諧振電容(燈啟動電容CRES)、DC總線電壓VBUS和fMIN共同確定。如果發(fā)生非ZVS,即在死區(qū)時間內(nèi)?也就是兩個開關(guān)M1與M2之間的非交迭時間(電壓不能回落到零(在低端開關(guān)M2導(dǎo)通之前,會有一個電壓橫跨低端開關(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VS感測和自適應(yīng)ZVS控制邏輯可使IC自動保持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,進而控制VCO腳上的電壓和振蕩頻率。

          當(dāng)IC外部高端開關(guān)M1接通時,IC腳VS上的電壓即為DC干線電壓。IR2520的600V高壓工藝允許VS腳進行精密測量,并能承受DC干線高壓。

          3.4 故障模式

          如果燈點火期間出現(xiàn)故障,燈電壓和輸出級電流都會增加,直到扼流圈飽和或進入電容性開關(guān)模式。IR2520無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VS腳來感測半橋電流。如果在LO的70個開關(guān)周期內(nèi),也就是在低端開關(guān)M2導(dǎo)通期間,電流波峰因數(shù)超過3,那么,IC將進入故障模式,并使兩個柵極驅(qū)動器均輸出低電平,從而使M1、M2均截止。

          若燈絲開路,半橋?qū)l(fā)生硬開關(guān),并通過波峰因數(shù)電路檢測。在故障發(fā)生約70個周期之后,IC進入故障模式,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)門限以下(<10.5V)再回復(fù)到UVLO以上(>13.2V)。

          圖3給出了IR2520的運行狀態(tài)和工作流程。

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