1、電子鎮流器控制芯片IR21561引言IR2156是IR公司最新推出的多功能、 低成本電子鎮流器控制芯片，它由一個高壓半橋門極驅動器和一個頻率可調振蕩器組成。具有預熱頻率和運行頻率可調，預熱時間可調，死區時間可調，以及過流門限可調等特性。完善的保護性能，諸如燈管觸發失敗保護，燈絲故障保護以及自動重啟動功能都設計在其中。IR2156具有DIP14及SOIC14兩種封裝。圖1是其內部原理框圖。圖1 IR2156內部原理框圖2主要電氣特性2.1主要電氣特性主要電氣特性見表1。除非另有說明，一般情況下:Vcc=Vbs=Vbias=14V 土 0.25V,Vvdc =OPEN,RT=39.0k Q ,Rp

2、H=100.0k ,Ct=470pF,Vcph=0.0V,Vcs=0.0V, Vsd=0.0V, Clo, Ho=1000pF,Ta=25 C。表1主要電氣參數符號1定義最小H大唯位稻試能樣供電精及rttii +)Jk匕門網(0.511.512 5V13戰口處是13隊14、什始觥就|h I L *Xfk F門瞅S. 59. 510.5V 1, b科，欠懂俺定覆評1, 52.0L 0F 1尸 i 1IVLO暝式群起電波501202<K)R-*|& 靜后%供電電流i K!R1 4.CT COM . ru - 14V .月T : 15 上nI « f liW114,515(*

3、16. 5V |/1 a = 5 hi A浮動供電特柱一一_Jk-科怎供電北WM” = U l八卜I'wttlR建注HOW不1 j電山1.55V偏佻喂加電瘴50飛T» % -600；播荔就l/d精慢班德幅率25100kHf#t= ax pul 5 - 4項聲K/Z；*/ G = 47H/*襦8空比50.騷11豈#t 電H；門瞅上沿g.i'LVI；-,14V匚1電壓fl眼卜沿4. MVI i.rn r年降模式LT腳電H.0ASl>> 5. I !'lc< >> t.3_輸出田區肘間2.0H”輸出此風打阿，10中d I4/d l方植乳

4、物電陵整定ri0 71)V<I5VKiirr內部檢區時間恥見3.0懂焦精強A HiCPH犯博出也需SO1 HI = 0, 1 n J . 311 fli ll 1故障模式CPII腳電量0N，> 5 l 或 I o L KKPH特性fs M事建網1典開潞悔電:出0. 1，uX1=imL故障模式HPH鱗電壓0mV1如> '八改1|>> L門HT特性/mibHT腳開路漏電流=0. Ij-1r '%,W¥1'im l r核皆曜式RT麗電黃0hii;r> 葭 n 魂J n保護椅性1 “E* *羌新門網上升電壓5 IV小哺西in美新腳口

5、來滯壞電壓4貞心1 iA11 *111 *國詵感區門限電田L3V3過流感應延遲時向160m _從cs到11n越時小ptIX：金娥感也也阻K 5t2.611 5Hl公> 7,3V. Kt= iovVti-H - %(.141 VHC樸愫電比10.410. 9F7VI'CPM QpEb h 阻二=0門援塞動箱出樗性低電平輸出電J103U0ai VI” u_ _Km高電¥輸出電王博?1WnAk - %.如 H 0r.邪遹上升時間1 10150Gu * '怖優優£欄diL CM盤fl美斯卜降時間55100nA注1：該芯片內部 VCC與COM之間設有15.6V穩

6、壓管，注意該腳不能直接外加電壓源。詳細參數見IR2156數據表。2.2推薦工作條件推薦工作條件見表2。表2推薦工作條件符號定義最小值最大值單位Vbs高端浮動供電電壓VCC -0.7V clampVVs高端浮動供電偏置電壓1600VVCC供電電壓Vccuv+VclampVICC供電電流注210mACTCT引腳電容220PF1sd關斷引線電流11mAIcs電流檢測引線電流11mATj結溫一 40125C注2: VCC引線要有足夠的電流使內部的15.6V的穩壓管能夠穩住電壓。3 IR2156管腳排列及功能器件管腳排列見圖 2,管腳功能見表3。表3管腳功能1NC不接2VCC邏輯電路及低端門極驅動供電3

7、VDCIC啟動及DC總線檢測輸入4RT最小頻率定時電阻5RPH預熱頻率定時電阻6CT振蕩器定時電容7CPH預熱定時電容8COMIC電源及信號地線9 SD關斷輸入10CS電流檢測輸入11LO低端門極驅動輸出12VS高端浮地13HO高端門極驅動輸出14VB高端門極驅動浮動供電圖2管腳排列4功能簡介4.1 欠壓關斷（UVLO ）模式欠壓關斷模式是當供電電壓Vcc低于IC的開啟門限電壓時，IC不工彳K IR2156的欠壓關斷模式要求供電電流最小保持在200dA以上，保證IC正常工作并驅動高低端輸出。圖3為典型的從直流母線饋電和從鎮流器輸出級充電泵共同為IR2156供電的例子。通過供電電阻（Rsuppl

8、y）的電流一部分作為啟動電流流入IC,其余給啟動電容（Cvcc）充電。電阻應能供應兩倍的最大啟動電流，以保證鎮流器在低電壓輸入下啟動。一旦 VCC腳電容電壓到達啟動門限，且SD腳電壓低于4.5V,則IC開始工作，HO, LO振蕩。由于IC工作電流增大，電NCJT vcc X vixh TR T T rph UCT國< VEI EIR2l5nTT| VB國HO12 VSHI LOU COM容開始放電見圖4。圖3 IC啟動供電方式圖4 Cvcc電壓流滿足鎮流器工作需要。自舉二極管（Dboot）和自舉電容（Cboot）提供高端驅動電路的工eCOM ?>r-|ivwv. 在放電期間，充電泵

9、產生的整流電流給電容充電，使Vcc電壓高于IC關斷門限，充電泵和IC內置15.6V穩壓管來提供供電電壓。啟動電容和緩沖電容要有足夠的容量，使供電電INl L：RNAt.Zf Nl R Cl AMP V< " I."IDISCHARGL： IJMFCH ARG F PIMPOUTPUTtl FFalf-Bndgi Ouljiul。招CHARGE、i'MVHlL忖M M'l V 氐 C m11 ME CONSTANTDims i作電壓。為了在HO腳的第一個脈沖前就給高端供電，因此輸出驅動的第一個脈沖來自LO腳。在欠壓關斷狀態，高端和低端輸出驅動HO和LO都

10、為低電平，CT腳在內部連接到 COM使鎮流器停止振蕩，CPH腳在內部連接到 COM使預熱時間復位。4.2 預熱（PH）模式圖5為預熱電路。預熱模式工作于燈管燈絲開始加熱直至燈絲達到正常的點燃溫度，它是延長燈管壽命和降低點燃電壓所必需的步驟。當Vcc超過UVLO門限時進入預熱模式。L。和HO開始以50%占空比的預熱頻率振蕩，死區時間由外部定時電容 Ct和內部死區時間電 阻Rdt決定。CPH腳與COM斷開，內部5dA電流源給CPH腳外接的預熱時間電容充電。CS腳的過流保護在預熱期間被屏蔽掉。Ik寓）QHalfBridge(hiipuijfflV 1T,Bndgc Output圖5預熱電路預熱頻率由

11、并聯的電阻 Rt和Rph,以及定時電容 Ct決定。Ct分別在到達（1/3） Vcc和（3/5） Vcc電壓時充電和放電，Rt和Rph并聯后內部連接到 Vcc ,通過MOS管Si對Ct指數充電（見圖1） 。Ct的充電時間為（1/3） Vcc至（3/5） Vcc分別驅動LO和HO。一旦Ct電壓超過（3/5）VCC, “0$管$1關斷，電阻RT和RpH與Vcc斷開。CT通過內部電阻Rdt穿過MOS管S3對COM以指數放電。Ct的放電時間為（3/5） V”到（1/3） V”，即輸出門極驅動L。和HO的死區時間。Ct的容量要根據 RDT和要求的死區時間來選取。一旦Ct放電至低于（1/3）的Vcc,MOS

12、管S3關斷，Rdt與COM斷開，MOS管Si導通，Rt和Rph連接到 Vc。工作頻率始終保持在預熱頻率直到CPH腳電壓超過13V, IC進入觸發模式。在預熱模式期間，當CPH腳電壓高于7.5V時，恢復過流保護和 DC總線欠壓復位功能。4.3 觸發（IGN ）模式觸發電路如圖6所示。觸發模式是指建立觸發燈管所需的高電壓并觸發燈管。當管腳 CPH上的電壓超過13V , IR2156進入觸發模式。圖6觸發電路管腳CPH內部連接到一個 P溝道的MOSFET （S4）的門極，S4連接管腳RPH和RT。當管腳CPH上的電壓超過13V時，S4的G-S電壓開始低于 S4的開通門限。管腳 CPH上的電壓持續向V

13、cc上升，S4緩慢關斷，這1箱就使電阻 Rph平滑地從Rt上斷開，同時使工作頻率CS的過流保護功能可以在觸發失平滑地過渡到觸發頻率，再過渡到最終的運行頻率。管腳敗或燈絲開路時保護鎮流器。外部電流檢測電阻Rcs上的電壓即為管腳 CS的電壓。Rcs定義鎮流器可提供的最大峰值電流(以及觸發電壓)。峰值觸發電流必須低于MOSFET 所能承受的最大電流。當cS 上的電壓超過內部的1.3V 門限， Ic 進入故障模式，輸出驅動HO和 LO 都被鎖定為低電平。4.4 運行 (RUN) 模式當燈管觸發成功后，鎮流器進入運行模式。運行模式是指燈弧已經建立，燈管以給定的功率工作時IC所處的狀態。運行模式的振蕩頻率

14、是由定時電阻Rt和定時電容Ct決定的。4.5 Dc 總線欠壓復位當 DC 總線電壓過低時，燈管的輸出級頻率會接近或低于諧振頻率，這時會造成硬開關，并破壞半橋的開關。為了防止這種現象的發生，管腳VDC 測量 DC 總線的電壓，并在腳VDC上的電壓下降到10.9V并低于Vcc時，線性拉低管腳 CPH電壓，這樣使得 P溝道MOSFETS4 在 DC 總線降壓時開通，并使頻率向上提高到高于諧振點的一個安全的工作頻率。頻率變化值由外部電阻 Rbus和內部電阻Rvdc決定。通過拉低管腳 CPH,觸發斜率也被復位。當 DC 總線電壓過低時，整流器不進行觸發，當 DC 總線電壓再次上升時，IC 將進行自動再觸

15、發。當CPH 上的電壓超過7.5v 時(預熱模式期間)，內部電阻RvDC 連接到管腳vDC 和COM 之間。4.6 故障 (FAULT) 模式在預熱模式過后的任何時間，當電流檢測腳CS 上的電壓超過1.3v 時， IC 進入故障模式，驅動輸出HO和LO都被置位為低電平。CPH向COM放電，復位預熱時間，同時 CT向COM 放電，關斷振蕩器。要想退出故障模式，vCC 電壓必須下降至低于UvLO 的下門限，或者關斷腳SD的電壓拉高至大于 5.1V。這兩種方式都可以使IC進入UVLO模式，一旦腳vCC 電壓大于開通門限，同時SD 低于 4.5v， IC 將進入預熱模式開始振蕩。5設計步驟1）因為器件

16、參數離散性的原因，計算的結果還需要通過實驗微調5.1 設置死區時間通過定時電容 Ct和內部死區時間電阻Rdt可以定義LO和HO的死區時間tDT。死區時間為電容Ct上的電壓從（3/5） Vcc到（1/3） Vcc的放電時間。公式如下：tDT=CT - 1475s（1）或CT=tDT/1475F (2)5.2 設置運行頻率最終的運行頻率fRUN由定時電阻Rt和定時電容Ct設置。電容Ct上的電壓從（1/3） Vcc到（3/5） Vcc的充電時間為輸出驅動HO和LO的開通時間。運行頻率的計算公式如下：fRUN =工“ %+mHz（3）或1Rt=LC2 Cr2 892 2892Q （4）5.3 設置預熱

17、頻率預熱頻率fPH由定時電阻RT和Rph、定時電容Ct設置。在預熱模式期間，定時電阻通過內部連接方式并聯。預熱頻率計算公式如下:,_=-C3- fPH =(i而一不卻卻一Rph= & - (1,02 年. T聞Q (6)5.4 設置預熱時間預熱時間tPH由接在腳CPH上的電容從0充電到13V的時間決定。一個內部的 5dA電 流源流入管腳 CPH。預熱時間的計算公式如下：tPH=CpH , 2.6e6 s (7)或CpH=tpH . 0.385e 6 F(8)5.5 設置最大觸發電流最大觸發電流Iign由外部電阻Rcs和內部1.3V門限共同決定。該門限定義鎮流器的過流點，觸發頻率靠近諧振

18、點或燈管觸發失敗時，會超過這個門限。最大觸發電流計算公式如下：L3Iign二起.，A(9)或L3Rcs= M Q (10)6設計實例根據以上公式，按照 42W緊湊型電子鎮流器要求，計算所有元件參數（具體計算略）。計算值向元件標稱值靠并通過實驗做細調，元件取值如下：CT=470pF,RT=43k Q ,RpH=68k Q ,Cph=0.22 W F,Rcs=0.61 Q。這樣，一個功能完善的鎮流器就設計好了。將其安裝并測試其計算值，根據元件的離散性稍加調整，鎮流器就可在典型狀態下工作。具體運行參數見表4。表4鎮流器運行參數參數特性數值fPH預熱頻率68kHzVPH燈管預熱電壓460VpptPH預熱時間700msRw/Rc燈絲預熱比4 1VIGN最大觸發電壓1500VpptIGN觸發時間50msfRun運行頻率47.5kHzVRun運行燈管電壓180VpkPin鎮流器運行輸入功率42W7典型波形8所示。預熱