自适应电子镇流器控制器IR2520原理及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:IR2520是自适应镇流器控制器与600V半桥驱动器单片IC,可用来驱动半桥配置中的荧光灯。文中介绍了IR2520的主要特点和基本原理,给出了它的典型应用电路。 关键词:自适应镇流器;控制/半桥驱动器;IR2520 1 引言 国际整流器公司IR、飞利浦公司和意法半导体公司ST是生产荧光灯电子镇流器控制芯片和功率器件的三大著名厂商。IR2520是IR公司继IR2156、IR21571、IR21593、IR2166和IR2167之后推出的又一款自适应零电压开关ZVS镇流器控制器。它采用8脚PDIP封装(IR2520D)和8脚SOIC封装(IR2520S),由于IR公司已在该芯片内集成了自适应镇流器控制器和600V半桥驱动器。因而可方便地驱动30W以下紧凑型荧光灯CFL(俗称节能灯)。 IR2520的主要特点如下: ●集成有600V的半桥驱动器、高压自举二极管及15.6V的VCC齐纳箝位二极管; ●内置0~5V DC电压控制振荡器; ●由于采用自适应ZVS技术,故器件功耗很小; ●具有波峰因数检测过电流保护功能,可省去外部电流感测电阻; ●最小频率正常燃点时的工作频率可编程; ●启动电流很小(150μA)。 2 结构功能及工作参数 IR2520芯片的内部电路组成如图1所示。表1列出了IR2520的引脚功能。IR2520的推荐工作条件如表2所列。在表2中,VCCUV+13.2V是Vcc导通门限电压;VCLAMP(15.6V)为VCC齐纳箝位电压。 表1 IR2520的引脚功能 引 脚 名 称 功 能 1 Vcc 电源电压 2 COM IC信号和电源地 3 FMIN 最小频率设定 4 VCO 电压控制振荡器输入 5 LO 低端栅极驱动器输出 6 VS 高端浮置电源回复 7 HO 高端栅极驱动器输出 8 VB 高端栅极驱动器浮置电源 表2 推荐工作条件 符 号 参数定义 最小值 最大值 单 位 Vcc 电源电压 VCCUV+ VCLAMP V Icc 电源电流 6 10 mA RFMIN 最低频率设定电阻 10 100 kΩ Vvco VCO脚电压 0 5 V Tj 结温 -25 125 ℃ 3 应用电路 由IR2520组成的紧凑型荧光灯CFL电子镇流器电路如图2所示。该镇流器的AC输入电压可从180V直到270V,输出端可配接7~32W的灯管。 图2中,F1为浪涌电流 限制电阻,BR为桥式整流器,C1和L1组成LC滤波电路,IR2520和外部元件组成半桥变换器,DCP1、DCP2和CCP组成电荷泵电路,LRES和CRES等组成LC串联谐振网络。由于C2=C3CRES,因此,LC谐振电路频率f0主要由LRES和CRES决定f0≈1/2π√LRES CRES 。当LRES和CRES发生串联谐振时,CRES上产生的高压脉冲施加到灯管上,即可使灯管击穿而点亮。一旦灯被启动,LRES只起稳流作用。 下面对图2中各部分的主要功能作以说明: 3.1 欠压锁定(UVLO)模式 当图2中的启动电路工作时,流过启动电阻RSUPPLY的电流将对启动电容CVCC进行充电,并使CVCC上的电压逐渐升高。在VCC脚电压达到启动门限电平13.2V之前,电源电流IQCC约为150μA,IC脚3和脚4上的电压VFMIN和VVCO均为0V,半桥截止。一旦脚VCC上的电压超过13.2V,IC将导通并开始振荡。 图2 IC内自举二极管和VB脚与VS脚之间的电容CBOOT可用于决定IC内高端驱动器电路的电压,IC外部的二极管DCP1、DCP2和电容CCP组成的电荷泵电路可用于为IC低端驱动电路提供工作电压。IC启动之后,LO脚上的驱动输出首先使功率开关M2导通,然后由VCC通过自举二极管对自举电容充电。当CBOOT上的电压超过9V时,IC高端驱动器被使能。而在高端与低端驱动器之间的1.5μs死区时间内,控制电路可用于保证半桥高端开关M1和低端功率开关M2不会发生直通。 3.2 频率扫描模式 一旦VCC脚上电压超过13.2V,IR2520将进入频率扫描模式。此时,IR2520内部的电流源将对VCO脚外部电容CVCO充电,从而使脚VCO上的电压从0V线性增加,同时使VCO振荡从最大值开始线性降低。当频率降至镇流器输出级LC串联谐振频率时,LC电路发生谐振并产生高压将灯点亮。只要灯启动成功,VCO脚上的电压将一直升高到5.2V,频率f则降至最小值fMIN。当VVCO超过2V以后,ZVS和波峰因数峰值电流与平均值电流之比值检测均被使能。当f与fMIN相等时,FMIN脚上的电压VFMIN为5.1V。 3.3 正常运行模式 在灯点火之后,镇流器输出级变为低Q值RCL电路,此时VVCO被限制在5.2V,频率降至fMIN,实际上,这时的最低工作频率即是灯正常燃点时的工作频率。该状态下的灯功率由谐振电感(扼流圈LRES)、谐振电容(灯启动电容CRES)、DC总线电压VBUS和fMIN共同确定。如果发生非ZVS,即在死区时间内也就是两个开关M1与M2之间的非交迭时间(电压不能回落到零(在低端开关M2导通之前,会有一个电压横跨低端开关)。IC脚VCO上的电压VVCO将因外部电容CVCO的充电电流减小而降低, 从而引起频率升高。通过VS感测和自适应ZVS控制逻辑可使IC自动保持ZVS操作。由图可知,VCO脚外部电容CVCO的充电电流受该脚内部MOS晶体管控制,进而控制VCO脚上的电压和振荡频率。 当IC外部高端开关M1接通时,IC脚VS上的电压即为DC干线电压。IR2520的600V高压工艺允许VS脚进行精密测量,并能承受DC干线高压。 3.4 故障模式 如果灯点火期间出现故障,灯电压和输出级电流都会增加,直到扼流圈饱和或进入电容性开关模式。IR2520无需外部电流传感元件,而是利用低端MOSFET(M2)的导通电阻RDSon并通过VS脚来感测半桥电流。如果在LO的70个开关周期内,也就是在低端开关M2导通期间,电流波峰因数超过3,那么,IC将进入故障模式,并使两个栅极驱动器均输出低电平,从而使M1、M2均截止。 若灯丝开路,半桥将发生硬开关,并通过波峰因数电路检测。在故障发生约70个周期之后,IC进入故障模式,半桥截止。为使IC复位到频率扫描模式,VCC必须从内部欠压锁定(UVLO)门限以下(<10.5V)再回复到UVLO以上(>13.2V)。 图3给出了IR2520的运行状态和工作流程。
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