镇流器控制与半桥驱动器IR2156的功能及应用

2006-05-07 15:49:49来源: 国外电子元器件

1 概述

IR2156是美国IR公司继IR3253/IR2155/IR2157/IR2159之后推出的镇流器与半桥驱动器系列IC之一。与IR2156同时推出的系列专用IC还有IR21571/IR21591/IR2167等。IR2156采用14脚PDIP和SOIC两种封装,它所需外部元件少,适用性强。图1为IR2156的内部电路框图。

    IR2156的主要特点如下:

●镇流器控制和半桥驱动器集成在同一片IC中;

●预热频率、预热时间、死区时间、同部点火斜坡、工作频率以及过电流保护门限等功能或参数均可编程设置。

●具有DC总线欠压复位功能;

●具有关闭脚(SD脚)滞后功能,扰噪扰能力强;

●可微功率启动(150μA);

●Vcc脚可被内部15.6V的齐纳二极管钳位;

●全部引脚均具有闭锁抗噪与静电放电(ESD)保护功能。

    IR2156的推荐工作条件如下:

高端浮置电源电压VBS:Vcc-0.7~15.6V;

稳态高端浮置电源偏移电压Vs:-1~600V;

电源电压Vcc:11.5~15.6V;

电源最大电流Icc:10mA;

关闭(SD)脚电流IDS:-1~1mA;

电流感测(CS)脚电流ICS:-1~1mA;

结温TJ:-40~125℃。

2 功能及原理

2.1 欠电压封锁(UVLO)模式

图2给出了IR2156的启动与电源电路及启动电容CVCC上的电压波形。当电路接通电源后,流经启动电阻RSUP的电流对CVCC充电。当CVCC上的充电电压按指数规律升高到IC脚Vcc的启动门限(Vccuv+=11.5V)以上,并且SD脚上的电压低于4.5V时,IC导通,振荡器启动,HO和LO脚输出占空比为50%的方波驱动电压。由于IC工作电流的增强,CVCC开始放电。在CVCC放电过程中,半桥输出信号经缓冲电容CSNUB和二极管DCP1整流后,又对CVCC充电。但电荷泵充电不会使CVCC上的电压降至IC关断门限(VCCUV-=9.5V)以下,因为,IC脚Vcc上的电压会被Vcc脚内的齐纳二极管钳位于15.6V,在IR2156驱动下,当外部低端开关管M2导通而使高端开关M1截止时,CVCC通过自举二极管DBOOT对自举电容CBOOT充电。当M1导通而M2关断时,DBOOT反向偏置,CBOOT作为高端驱动器CMOS电路的电源。当Vcc脚电压降至UVLO门限(Vccuv-=9.5V)以下时,振荡器截止,HO与LO脚均输出低电平。

2.2 预热(PH)模式

IR2156启动后,首先输出一个带50%占空比的预热频率fPH,其死区时间由CT脚外部的定时电容CT及内部电容(RDr)来设定。图3所示的镇流器预热及点火电阻简图。在预热期间,IC内部的5μA的电流源对CPH脚外部预热时间电容CPH充电,CS脚上的过电流保护功能不起作用,预热频率由IC外部并联电阻RT和RPH及CT决定。CT充电与放电发生于Vcc/3与3Vcc/5之间。CT充电依靠RT与RPH并联组合电阻通过内部开关S1(MOSFET)连接到Vcc来实现。从Vcc/3到3Vcc/5的这段充电时间是输出栅极驱动器的按时(on time)导通时间。一旦CT脚上电压超过3Vcc/5,S1断开,CT通过内部电阻RDT与开关S3放电(到COM)。从3Vcc/5到Vcc/3的CT放电时间是HO与LO两路输出的死区时间。只要CT放电到Vcc/3以下,S3(MOSFET)就接通,以将RT与RPH再次连接到Vcc。CPH脚上的电压超过13V之前,输出频率将保持在预热频率。在预热期间,当CPH脚上的电压超过7.5V后,系统将启动过电流保护和DC总线欠压复位上的电压。这时预热频率只对灯丝加热而不会在灯两端产生高压使灯启动。

2.3 灯点引燃(IGN)模式

当CPH脚上的电压超过13V后,IR2156将进入点火模式。此时,CPH脚连接内部P沟道MOSFET(S4)的栅极,以使RPH和RT脚在IC内部连接在一起。随着CPH脚上电压平滑地沿斜坡升至Vcc,开关S4也将缓慢切断,从而使RPH与RT脚在内部断开,这样可使预热频率沿向下的斜坡从灯启动(点火)频率降低到运行(点燃)频率。在点火模式期间,工作频率的降低可使镇流器输出端LC电路发生谐振,并在灯两端产生一个高电压使灯管击穿导通而引燃。

2.4 运行(RUN)模式

一旦灯启动成功,镇流器即进入运行模式。运行工作频率由RT与CT的值决定。很显然,fPH>fIGN>fRUN,即预热频率>点火频率>运行频率。点火时间通常为预热时间的1/4,即TIGN≤1/4TPH。

图4所示是IR2156的运行程序图。

2.5 DC总线欠压复位

在DC总线电压过低时,镇流器的谐振输出级频率可能会接近或低于谐振频率,这样将有可能在半桥开关中形成硬开关而使MOSFET损坏。为此,IC脚VDC将实时检测DC总线电压,当VDC脚上电压降至10.9V(低于Vcc)时,P沟道MOSFET(S4)接通,从而使频率偏移到谐振频率之上的安全工作点。在这个过程中,CPH脚上的电压被拉低,点火斜坡也复位。一旦DC总线电压升高,灯将再次被点火。

2.6 故障(FAULT)模式

在预热之后的任何时间内,只要IC脚CS上的电压超过1.3V,IC就时进入故障模式,HO和LO脚的输出也将被锁定在低电平。为复位预热时间和终止振荡,CPH和CT脚均被放电(到COM)。如需退出故障模式,Vcc必须地降低到关闭门限电压(Vccuv-)以下,而SD脚必须拉高到5.1V之。当Vcc升到导通门限(Vccuv+)以上且SD脚低于4.5V时,IC将重新开始振荡并再次进入预热模式。

3 应用电路

    用IR2156作控制/驱动器的42W荧光灯电子镇流器电路如图5所示。图中,C1和L1为RFI滤波元件,由D1、D2与C2、C3组成整流滤波电路,LRES为扼流圈,CRES为灯启动电容。该镇流器的有关参数为:

运行(工作)频率fRUN=43kHz;

预热频率fPH=70kHz;

死区时间tDT=0.6μs;

灯最大点火电流IIEN(PK)=2A。

如果要求电子镇流器采取功率因素校正(PFC)措施,可以在桥式整流器之外增设PFC升压变换器电路。为减少高功率因数和低谐波畸变镇流器的元件数量,IR公司还推出了集镇流器控制与PFC于一体的IR2167单片IC。而IR2156控制IC适用于输出功率较低的紧凑型荧火灯(CFL)交流电子镇流器。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2167.html
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