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自适应电子镇流器控制器IR2520原理及应用
 
慧聪网   2005年9月22日14时19分   信息来源:高压开关网    

    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。
   
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。

    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。

    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。

    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)。

 
 
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