电子镇流器控制器应用
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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；IR25201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IR2】67之后推出的乂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S0IC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0〜5VDC电压控制振荡器；•曲于采用自适应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(150uA)o2结构功能及工作参数IR2520芯片的内部电路组成如图1所示。
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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+I3.2V是Vcc导通门限电压；VCLAMP(15.6V)为VCC齐纳箝位电压。表1IR2520的引脚功能引脚名称功能IVcc电源电压2C0MIC信号和电源地3FMIN最小频率设定4VC0电压控制振荡器输入5L0低端栅极驱动器输出6VS高端浮置电源回复7H0高端栅极驱动器输出8VB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+VCLAMPVIcc电源电流610mARFMI\最低频率设定电阻10100kQVvcoVCO脚电压05VTJ结温-25125°C3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=C3CRES，因此，LC谐振电路频率f0主要由LRES和CRES决定f0~1/2nJLRESCRES。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±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150uA,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2Ic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外部的一.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，L0脚上的驱动输出首先使功率开关M2导通，然后山VCC通过自举二极管对自举电容充电。当CBOOT±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1.5ys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VC0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。该状态下的灯功率山谐振电感（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VC0上的电压VVC0将因外部电容CVC0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CVC0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RDSon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，半桥将发生硕开关，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（VI0.5V）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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