基于半桥驱动器IR2153的荧光灯电子镇流器

2011-05-25 12:13:53来源: 互联网

摘要:介绍了一个基于自激式半桥驱动器IR2135的荧光灯电子镇流器电路,着重介绍了灯丝预热和启动保护等单元电路的构成和的特点,并给出了详细电原理图。

关键词:电子镇流器;功率因数校正;灯丝预热;重启动

 

0    引言

    荧光灯的发光效率优于白炽灯已成为不争的事实,为此,近20年来,电子镇流器在世界范围内得到了迅速的普及和发展,各半导体厂家推出了众多的用于电子镇流器的驱动电路,本文介绍的电子镇流器基于IR公司开发的IR2153驱动器和摩托罗拉公司的MC33262功率因数控制器,是一种结构简单,成本低廉,可靠性高的解决方案。

1    自激式半桥驱动器IR2153介绍

    IR2153是在IR2155和IR2151基础上推出的改进型的VMOS和IGBT极驱动器,它将高压半桥驱动器和一个类似于555时基电路的前端振荡器集成在一个8脚芯片上,使其成为一款功能更多,更易于使用的功率驱动IC芯片。如图1所示,脚CT兼有保护关断功能,可以用一个低电压信号使驱动器停止输出。另外,输出脉冲的宽度保持相等,一旦Vcc上升到欠压闭锁阈值,驱动器能以更加稳定的频率开始起振。通过降低栅极驱动器di/dt的峰值和提高欠压闭锁阈值的滞后电压到1V,使电路的抗噪性有了实质性的提高,同时,电路引脚的整体抗噪保护方面也有所改进。

图1    IR2153内部简化功能框图

2    功率因数校正电路

    MC33262属于有源功率因数校正器,特别适用在电子镇流器和离线式开关电源中作预转换器用,如图2所示,其内部集成了许多控制功能:为便于该电路的单独使用而设有启动定时器;为实现接近于1的功率因数采用了第一象限乘法器;零电流检测能保证电路工作在临界导通方式;快速启动电路改善了电路的启动特性;还设有预校的参考电压源、跨导误差放大器和电流检测比较器;图腾柱输出结构非常适合用于驱动功率MOS管。此外,MC33262内部还集成了许多保护功能,如过压比较器能减少空载引起的失控输出电压;乘法器输出嵌位限制了最大峰值开关电流;驱动输出高位嵌位,实现了对MOS管栅极的保护;还有输入带滞后特性的欠压闭锁电路、连续限流特性和RS锁存为单脉冲测量等。

图2    MC33262内部简化功能框图

3    电路工作原理

    电子镇流器详细电原理图如图3所示,可分为EMI滤波、桥式整流、功率因数控制、半桥逆变器、灯谐振、启动和保护电路等部分。

图3    电子镇流器电原理图

3.1    输入EMI滤波电路

    除过由F1A熔断器和RVP1压敏电阻组成的过流过压保护电路外,电子镇流器的输入电路主要是EMI滤波器。这是一个典型的两级复合式低通滤波电路,其中CP1~CP4滤波电容用于滤除串模干扰信号,C1和C2的一端分别接输出,另一端作为中点连在一起接地,能有效地抑制共模干扰,LP1和LP2为共模扼流圈,用于滤除共模干扰,它的两个线圈分别绕在低损耗、高磁导率的铁氧体磁环上,当有电流流过时,两个线圈上的磁场就会互相加强,LP1和LP2的电感量与EMI滤波器的额定电流有关,滤波器的谐振频率应当远远低于镇流器的工作频率。

3.2    变频控制电路

    我们知道,荧光灯要经过预热,点燃才能进入正常发光工作状态。在这三个状态中,逆变器处于变频工作方式,首先,以比较高的频率对灯丝进行预热,使阴极达到发射电子的温度;然后,频率快速下降,当到达串联谐振频率时,产生的谐振高压使灯管瞬间击穿点燃;最后,稳定在工作频率上。IR2153的振荡频率可由式(1)决定,串联谐振频率由式(2)决定。

    fo=(1)

    fr=(2)

    通过改变IR2153外接的CT有效电容可以实现频率的控制,因此,我们可以通过一个NPN三极管QN1的导通和截止,来切换两个振荡电容连接的方式,从而实现了频率控制。图3通电后,在电容器CC14充满以前QN1不导通,电容CC18和CC19串联决定了振荡频率,当电容器CC14充满后,DC18导通,QN1导通,电容器CC19不起作用,频率由电容器CC18直接接地来决定。

3.3    预热控制电路

    通电后,DC18不导通前,QN1截止,IR2153以预热频率起振,QN2不截止,VCC经RC22给MO4栅极提供偏置电流使其导通,CO33与LO6起振,灯丝变压器工作,预热开始;随后,当CC14电压升高,使DC18导通后,QN1导通,使IR2153在正常工作频率振荡,同时,电流经RC21使QN2导通,MO4栅极电位到零,MO4关断,预热结束。

3.4    保护自锁与重启动电路

    保护电路对镇流器使用过程中出现的异常现象进行保护,一般采用幅值检测保护原理,本镇流器保护功能较多,共有5种保护,其中从RC36引入的灯管过压保护;从RC37引入的灯管欠压保护;从DC19引入的电源高压保护和从QP6经RC15引入的电源低压保护4种,汇集到了MOS管MC5的栅极,当不发生保护时,MC5不导通,脚CT由IR2153内部提供分压,得到大约8V电压,工作正常;当4种保护中有任何一种发生时,MC5导通,OP7由于基极电位接地而导通,经RC33使脚CT电压降低,IR2153停止振荡,半桥电路关断,这时,即使保护撤离,由于MC5和OP7之间的互锁,也无法恢复脚CT的高电位,只有断电再启动,镇流器才能重新恢复工作。

    从DC20引入的灯丝保护不同于其它4种保护,它没有保护互锁功能,因此可以重新启动,当灯丝烧断或灯管脱离后,QN3,QN4,QN5导通,其中QN3用来禁止保护和互锁电路,QN4接到脚CT,使IR2153停振,QN5使电容CC14放电,为重新启动做好准备,一旦新的灯管装上,QN3,QN4,QN5立即截止,启动过程重新开始预热、点燃并稳定工作。

3.5    电源VCC电路

    本镇流器中IC电源的设计主要从降低功耗考虑,电路刚启动时,先由直流高压经齐纳管DC4和DC5降压,由RC14和DC7稳压供电,由于IR2153的微功耗启动特性,保证了电路正常启动,当IR2153起振后,由扼流变压器LO4的次级经两路倍压整流,一路经DC8及RC23给IR2153供电,另一路经DPF2及RPF4给MC33262功率因数控制器供电,当电路出现保护时,半桥电路停止工作,LO4次级停止提供电压,IR2153的供电又改为微功耗供电。显然,IR2153停振后,MC33262失电停止工作,这对功率因数控制器又是一种保护。

4    测试结果

    图4是本镇流器配接OSRAM-FQ高亮T5灯管测得的灯管电压和灯丝电流波形图,功率为54W,所用仪器为远方HB5A型镇流器综合参数测试仪。

图4    灯管电压和灯丝电流波形

5    结语

    现代电子镇流器是一项知识面宽且难度较大的技术,电路板上要输入交流220V电压,经过全波整流后输出300V直流高压,再经过功率因数校正器升压储能电感,则高达400V,设计中若元器件选用不当或调试中稍有不慎,将烧坏功率管,本方案中保护电路的设计,大大减少了出现异常烧管的机会。另外,对本电路中的重启电路和谐振电路稍加改动即可用于驱动双灯管,为此笔者将另外撰文叙述。

关键字:驱动器  电子镇流器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0525/article_9125.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
驱动器
电子镇流器

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved