自振蕩半橋驅(qū)動器IR215X的可變頻率驅(qū)動技術(shù)

摘  要：在功率電路應(yīng)用中，常常要求開關(guān)頻率能連續(xù)變化。本文介紹了一種采用自振蕩半橋驅(qū)動器IR215X實現(xiàn)的頻率可變的驅(qū)動電路，并在高壓納燈電子鎮(zhèn)流器上得到了應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：IR215X;可變頻率;自振蕩半橋驅(qū)動器

分類號：TM571     文獻標(biāo)識：B    文章編號：1006-6977（2000）10-0030-03

　　在電子鎮(zhèn)流器和功率電源電路中，常常要求開關(guān)頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化；另一方面，也需要用數(shù)字信號控制選擇一個或幾個特別的驅(qū)動開關(guān)頻率。IR215X自振蕩驅(qū)動器和IR5XHXXX混合電路與傳的橋式電路驅(qū)動方法相比，有著明顯的優(yōu)勢。本文在討論集成振蕩器的工作原理的基礎(chǔ)上，介紹通過簡單的技術(shù)和廉價的外圍電路實現(xiàn)變頻驅(qū)動的方法。

1 用開關(guān)電容法實現(xiàn)頻率控制

    我們知道通過改變IR215X的Ct有效電容可以實現(xiàn)頻率的改變。因此，我們可以通過一個NPN三極管，并通過在其上串聯(lián)或并聯(lián)兩個旁路電容的方法來實現(xiàn)頻率控制。

    并聯(lián)開關(guān)法控制頻率的電路圖，圖中三極管Q1與輔助電容C2相連接。當(dāng)Q1截止時，二極管D1隔斷，振蕩頻率升高；當(dāng)Q1導(dǎo)通時，電路為C1提供充電電流，而二及管D1提供放電回路，此時C1與C2增加了Ct節(jié)點的有效電容，因而使開關(guān)頻率減小。

    如將定時電容C1和C2串聯(lián)相接，即將C2的一端接至IR215X的COM地端，另一端接至二極管的集電極與C1的接點上，即構(gòu)成了串聯(lián)開關(guān)法控制電路。

    該電路的二極管D1和三極管Q1可出用一個N溝道的MOSFET管替代，因為MOSFET管中的續(xù)流二極管可出起到D1相同的作用，此時值得注意的是截止時輸出開關(guān)電容COSOS，因為無續(xù)流時MOSFET管的輸出電容最大。

    無論是串聯(lián)電容法還是并聯(lián)電容法，在選擇差別較大的頻率時，都非常有效。但在需要連續(xù)變化的頻率時，卻存在一定的局限性。連續(xù)頻率變化要三極管工作線性區(qū)，實際上振蕩頻率是增益開關(guān)門限的函數(shù)，三極管要進行嚴格篩選出保證電路的可重復(fù)性，但一般來說，這不是最佳方法，通過偏置電壓法實現(xiàn)頻率的連續(xù)變化也許更好。

    在Q1進入線性區(qū)，頻率開始變化的時刻，會出現(xiàn)輸出占空比將暫時偏離正常值50%的現(xiàn)象。這是因為當(dāng)C2開始工作或結(jié)束工作時，C1上的平均電壓必須補償C2上平均電壓的變化。而所需的電荷又僅可通過Rt的高低有效時間的不平衡來實現(xiàn)，因而占空比發(fā)生變化而偏移。一般而言，這種調(diào)整過程時間很短，而且C1和C2相等或處于同個數(shù)量級時，占空比偏移很小，時間只需幾個周期。若C1和C2相差較大，兩個電容中較大者的平均電壓恢復(fù)時間就較長，因而調(diào)整時間也較長。
    在半橋驅(qū)動電路中，占空比的變化將改變PWM電路的輸出平均電壓，這將導(dǎo)致一個低頻信號瞬間疊加在高頻開關(guān)頻率上。從而改變電子鎮(zhèn)流器中串聯(lián)諧振LC回路的工作電壓。因此，應(yīng)用諧振回路時，必須仔細選擇參數(shù)，使之工作于線性區(qū)。

2 偏置電壓法控制頻率連續(xù)變化

    引入一個可編程的外部電壓信號，可使功率電路的振蕩頻率在基本區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化。下面具體介紹其工作原理。

    電容C1與方波信號發(fā)生器的輸出相連，信號發(fā)生器的輸出Va與IR215x的Rt端的相位和頻率同步，在正向峰值為V1、負向峰值為V2時，偏置電壓Vos為Va的峰-峰值，其值等于V1與V2的和。

    當(dāng)Rt為VCC時，方波信號發(fā)生器立即輸出一個信號VOS疊加到C1上，使節(jié)點Ct的電位上升和時間。當(dāng)Ct達到上限時，Rt立即下降為0，方波信號發(fā)生器的輸出為V2，其中偏差為VOS。而上下限所需的電荷也減少了。

    此種情況下，振蕩頻率比典型的RC結(jié)構(gòu)要高，而且由于充放電時間平衡，振蕩信號的占空比將固定在50%不變。

    由于振蕩頻率是VCC和偏置電壓VOS的函數(shù)。因而可用偏置電壓和電源校正法來改變頻率。

2.1 偏置電壓和電源校正的頻率控制

    當(dāng)Rt端為高時，方波信號發(fā)生吸入充電電流，使得Va=V1；當(dāng)Rt端為低時，方波信號發(fā)生器輸出電流，使得Va=V2。無論何種情況，方波信號發(fā)生器只起鉗位C1的作用。這意味著可出簡化為雙電位鉗位等效電路。振蕩頻率只與可控制的VCC和VOS有關(guān)。

    當(dāng)VCC上升到大于UVLO時，開始振蕩的頻率較高。隨著VCC的上升，開關(guān)頻率下降，直到IR2153內(nèi)部的鉗位二極管發(fā)生雪崩而阻止電源電壓繼續(xù)上升。使用外置的穩(wěn)壓管校正VCC極限可固定開關(guān)頻率。如果使控制電源VCC按一定方式上升，就可構(gòu)成預(yù)熱啟動式熒光燈電子鎮(zhèn)流器的頻率掃描電路。

    由于采用了小信號齊納二極管ZD1，從而使偏置電壓VOS恒等于Vz+0.6，而固定偏置決定著振蕩開關(guān)頻率與VCC的關(guān)系。

2.2 偏置電壓VOS校正頻率控制一非線性VCO控制

    由于電源調(diào)整和偏置電壓VOS校正均會導(dǎo)致頻率變化，因此，可利用電路構(gòu)成一個簡單的非線性VCO控制器。其中負向鉗位電壓V2由D1的正向正降決定，正向鉗位電壓V1由加上Q1基極的控制電壓決定。Q1作為一個射術(shù)跟隨器用于提供足夠大的電流增益和驅(qū)動。電容C2接在Q1的基極和集電極之間，出鉗位V1和消除輸入噪聲干擾，其取值為100pF以下。若使用帶有阻抗的電壓源，Q1可用一個由D1型號決定的低壓硅等代替。

3 結(jié)束語

    采用IR215X構(gòu)成的可變頻率驅(qū)動電路在消除高壓納燈電子鎮(zhèn)流器中的聲頻共振現(xiàn)象時得到了很好的應(yīng)用，是一種簡單實用的新型技術(shù)。