電子鎮(zhèn)流器控制器IR2520原理及應(yīng)用

摘要：IR2520是自適應(yīng)鎮(zhèn)流器控制器與600V半橋驅(qū)動(dòng)器單片IC，可用來驅(qū)動(dòng)半橋配置中的熒光燈。文中介紹了IR2520的主要特點(diǎn)和基本原理，給出了它的典型應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：自適應(yīng)鎮(zhèn)流器；控制／半橋驅(qū)動(dòng)器；IR2520
１　引言
國際整流器公司ＩＲ、飛利浦公司和意法半導(dǎo)體公司ＳＴ是生產(chǎn)熒光燈電子鎮(zhèn)流器控制芯片和功率器件的三大著名廠商。ＩＲ２５２０是ＩＲ公司繼ＩＲ２１５６、ＩＲ２１５７１、ＩＲ２１５９３、ＩＲ２１６６和ＩＲ２１６７之后推出的又一款自適應(yīng)零電壓開關(guān)ＺＶＳ鎮(zhèn)流器控制器。它采用８腳ＰＤＩＰ封裝（ＩＲ２５２０Ｄ)和８腳ＳＯＩＣ封裝（ＩＲ２５２０Ｓ)，由于ＩＲ公司已在該芯片內(nèi)集成了自適應(yīng)鎮(zhèn)流器控制器和６００Ｖ半橋驅(qū)動(dòng)器。因而可方便地驅(qū)動(dòng)３０Ｗ以下緊湊型熒光燈ＣＦＬ（俗稱節(jié)能燈)。ＩＲ２５２０的主要特點(diǎn)如下：
●集成有６００Ｖ的半橋驅(qū)動(dòng)器、高壓自舉二極管及１５．６Ｖ的ＶＣＣ齊納箝位二極管；
●內(nèi)置０～５Ｖ ＤＣ電壓控制振蕩器；
●由于采用自適應(yīng)ＺＶＳ技術(shù)，故器件功耗很??；
●具有波峰因數(shù)檢測過電流保護(hù)功能，可省去外部電流感測電阻；
●最小頻率正常燃點(diǎn)時(shí)的工作頻率可編程；
●啟動(dòng)電流很?。ǎ保担?amp;mu;Ａ)。

２　結(jié)構(gòu)功能及工作參數(shù)
ＩＲ２５２０芯片的內(nèi)部電路組成如圖１所示。表１列出了ＩＲ２５２０的引腳功能。ＩＲ２５２０的推薦工作條件如表２所列。在表２中，ＶＣＣＵＶ＋１３．２Ｖ是Ｖｃｃ導(dǎo)通門限電壓；ＶＣＬＡＭＰ(１５．６Ｖ）為ＶＣＣ齊納箝位電壓。

表1 IR2520的引腳功能

表2 推薦工作條件

３　應(yīng)用電路
      由ＩＲ２５２０組成的緊湊型熒光燈ＣＦＬ電子鎮(zhèn)流器電路如圖２所示。該鎮(zhèn)流器的ＡＣ輸入電壓可從１８０Ｖ直到２７０Ｖ，輸出端可配接７～３２Ｗ的燈管。
圖２中，Ｆ１為浪涌電流
      限制電阻，ＢＲ為橋式整流器，Ｃ１和Ｌ１組成ＬＣ濾波電路，ＩＲ２５２０和外部元件組成半橋變換器，ＤＣＰ１、ＤＣＰ２和ＣＣＰ組成電荷泵電路，ＬＲＥＳ和ＣＲＥＳ等組成ＬＣ串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。由于Ｃ２＝Ｃ３ＣＲＥＳ，因此，ＬＣ諧振電路頻率ｆ０主要由ＬＲＥＳ和ＣＲＥＳ決定ｆ０≈１／２π√ＬＲＥＳ ＣＲＥＳ 。當(dāng)ＬＲＥＳ和ＣＲＥＳ發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，ＣＲＥＳ上產(chǎn)生的高壓脈沖施加到燈管上，即可使燈管擊穿而點(diǎn)亮。一旦燈被啟動(dòng)，ＬＲＥＳ只起穩(wěn)流作用。
下面對圖２中各部分的主要功能作以說明：
３．１ 欠壓鎖定（ＵＶＬＯ)模式
      當(dāng)圖２中的啟動(dòng)電路工作時(shí)，流過啟動(dòng)電阻ＲＳＵＰＰＬＹ的電流將對啟動(dòng)電容ＣＶＣＣ進(jìn)行充電，并使ＣＶＣＣ上的電壓逐漸升高。在ＶＣＣ腳電壓達(dá)到啟動(dòng)門限電平１３．２Ｖ之前，電源電流ＩＱＣＣ約為１５０μＡ，ＩＣ腳３和腳４上的電壓ＶＦＭＩＮ和ＶＶＣＯ均為０Ｖ，半橋截止。一旦腳ＶＣＣ上的電壓超過１３．２Ｖ，ＩＣ將導(dǎo)通并開始振蕩。

      ＩＣ內(nèi)自舉二極管和ＶＢ腳與ＶＳ腳之間的電容ＣＢＯＯＴ可用于決定ＩＣ內(nèi)高端驅(qū)動(dòng)器電路的電壓，ＩＣ外部的二極管ＤＣＰ１、ＤＣＰ２和電容ＣＣＰ組成的電荷泵電路可用于為ＩＣ低端驅(qū)動(dòng)電路提供工作電壓。ＩＣ啟動(dòng)之后，ＬＯ腳上的驅(qū)動(dòng)輸出首先使功率開關(guān)Ｍ２導(dǎo)通，然后由ＶＣＣ通過自舉二極管對自舉電容充電。當(dāng)ＣＢＯＯＴ上的電壓超過９Ｖ時(shí)，ＩＣ高端驅(qū)動(dòng)器被使能。而在高端與低端驅(qū)動(dòng)器之間的１．５μｓ死區(qū)時(shí)間內(nèi)，控制電路可用于保證半橋高端開關(guān)Ｍ１和低端功率開關(guān)Ｍ２不會發(fā)生直通。
３．２ 頻率掃描模式
      一旦ＶＣＣ腳上電壓超過１３．２Ｖ，ＩＲ２５２０將進(jìn)入頻率掃描模式。此時(shí)，ＩＲ２５２０內(nèi)部的電流源將對ＶＣＯ腳外部電容ＣＶＣＯ充電，從而使腳ＶＣＯ上的電壓從０Ｖ線性增加，同時(shí)使ＶＣＯ振蕩從最大值開始線性降低。當(dāng)頻率降至鎮(zhèn)流器輸出級ＬＣ串聯(lián)諧振頻率時(shí)，ＬＣ電路發(fā)生諧振并產(chǎn)生高壓將燈點(diǎn)亮。只要燈啟動(dòng)成功，ＶＣＯ腳上的電壓將一直升高到５．２Ｖ，頻率ｆ則降至最小值ｆＭＩＮ。當(dāng)ＶＶＣＯ超過２Ｖ以后，ＺＶＳ和波峰因數(shù)峰值電流與平均值電流之比值檢測均被使能。當(dāng)ｆ與ｆＭＩＮ相等時(shí)，ＦＭＩＮ腳上的電壓ＶＦＭＩＮ為５．１Ｖ。
３．３ 正常運(yùn)行模式
      在燈點(diǎn)火之后，鎮(zhèn)流器輸出級變?yōu)榈停阎担遥茫屉娐?，此時(shí)ＶＶＣＯ被限制在５．２Ｖ，頻率降至ｆＭＩＮ，實(shí)際上，這時(shí)的最低工作頻率即是燈正常燃點(diǎn)時(shí)的工作頻率。該狀態(tài)下的燈功率由諧振電感(扼流圈ＬＲＥＳ）、諧振電容(燈啟動(dòng)電容ＣＲＥＳ）、ＤＣ總線電壓ＶＢＵＳ和ｆＭＩＮ共同確定。如果發(fā)生非ＺＶＳ，即在死區(qū)時(shí)間內(nèi)也就是兩個(gè)開關(guān)Ｍ１與Ｍ２之間的非交迭時(shí)間(電壓不能回落到零（在低端開關(guān)Ｍ２導(dǎo)通之前，會有一個(gè)電壓橫跨低端開關(guān)）。ＩＣ腳ＶＣＯ上的電壓ＶＶＣＯ將因外部電容ＣＶＣＯ的充電電流減小而降低，從而引起頻率升高。通過ＶＳ感測和自適應(yīng)ＺＶＳ控制邏輯可使ＩＣ自動(dòng)保持ＺＶＳ操作。由圖可知，ＶＣＯ腳外部電容ＣＶＣＯ的充電電流受該腳內(nèi)部ＭＯＳ晶體管控制，進(jìn)而控制ＶＣＯ腳上的電壓和振蕩頻率。
當(dāng)ＩＣ外部高端開關(guān)Ｍ１接通時(shí)，ＩＣ腳ＶＳ上的電壓即為ＤＣ干線電壓。ＩＲ２５２０的６００Ｖ高壓工藝允許ＶＳ腳進(jìn)行精密測量，并能承受ＤＣ干線高壓。
３．４ 故障模式
      如果燈點(diǎn)火期間出現(xiàn)故障，燈電壓和輸出級電流都會增加，直到扼流圈飽和或進(jìn)入電容性開關(guān)模式。ＩＲ２５２０無需外部電流傳感元件，而是利用低端ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２)的導(dǎo)通電阻ＲＤＳｏｎ并通過ＶＳ腳來感測半橋電流。如果在ＬＯ的７０個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，也就是在低端開關(guān)Ｍ２導(dǎo)通期間，電流波峰因數(shù)超過３，那么，ＩＣ將進(jìn)入故障模式，并使兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器均輸出低電平，從而使Ｍ１、Ｍ２均截止。
若燈絲開路，半橋?qū)l(fā)生硬開關(guān)，并通過波峰因數(shù)電路檢測。在故障發(fā)生約７０個(gè)周期之后，ＩＣ進(jìn)入故障模式，半橋截止。為使ＩＣ復(fù)位到頻率掃描模式，ＶＣＣ必須從內(nèi)部欠壓鎖定（ＵＶＬＯ)門限以下（＜１０．５Ｖ)再回復(fù)到ＵＶＬＯ以上（＞１３．２Ｖ)。