采用IR21593的可调光电子镇流器

采用IR21593的可调光电子镇流器

时间:2009-01-16 09:40来源: 作者:山东照明网信息中心编辑整理点击:103次

核心提示: 1、IR21593 可调光镇流器的特点 1 电子镇流器控制和半桥输出驱动器电路均集成在同一芯片中。 2 无需就可实现灯功率检测。 3 灯功率闭环控制。 4 灯预热工作电流闭环控制。5 灯丝预热时间可编程。 6 灯丝预热电流可编程。7 灯点火和调光时间可编程。8 0.5

1、IR21593可调光镇流器的特点

1电子镇流器控制和半桥输出驱动器电路均集成在同一芯片中。

2无需就可实现灯功率检测。

3灯功率闭环控制。

4灯预热工作电流闭环控制。

5灯丝预热时间可编程。

6灯丝预热电流可编程。

7灯点火和调光时间可编程。

80.5~5VDC调光控制信号输入。

9灯最小、最大功率调节。

10灯电路最低工作频率可编程。

11完善的灯故障保护控制功能。

12灯电路供电电压过低保护。

13灯电路自动再启动。

14灯电路微功率启动。

15IR21593的VCC引脚13电压由内部的稳压钳位。

16为16引脚DIP和SO封装。

2、IR21593控制功能简介

IR21593是集调光控制功能和600V半桥输出驱动器为一体的电子镇流器用控制集成电路，具有无器的相位控制灯功率检测和调节控制功能，电路仅需做很小的变化就可以用于调光或非调光的应用场合。集成电路外部的灯电路预热时间、预热电流、点火和调光时间的可编程特性、灯电路最大、最小调光范围的可设定元件使其使用灵活方便。具有灯电路点火失败、灯丝故障、灯电路热过载、灯电路正常工作时的灯故障、灯电路自动再启动等保护控制功能。集成电路的核心是一个压控振荡器（VCO），并且这个压控振荡器的振荡频率可由外部元件编程调节控制。IR21593（IR21591）的死时间表为1.0μs，而IR21592（IR2159）的死时间为1.8μs，其余的控制技术指标基本相同，而IR21593的型号较IR21592的型号要新，同理，IR21592又比IR21591新，而IR21591新近推出，所以在此讨论中对IR21593、IR21592、IR21591和IR2159的型号不加以区别。

3、IR21593的引脚功能

IR21593的引脚功能如表1所示。

IR21593的外形图、引脚图、工作框图、典型应用电路图和工作状态图分别如图1~图4所示。

4、设计采用IR21593控制集成电路的电子镇流器电路需注意的问题

在设计采用IR21593控制集成电路的电子镇流器电路前，应首先确定以下技术要求。

（1）对灯电路的技术要求

在选择电子镇流器输出级的有关元件参数值前，应事先确定表2所示的灯电路参数。

（2）电子镇流器输出级的设计

电子镇流器输出级元件的选择需要用到一些设计方程式，不同电子镇流器的工作频率和相应的工作电压、电流需通过计算加以确定。

灯谐振电路的谐振L和谐振C的参数值，它们决定灯电路的工作频率、工作电流和工作电压值，灯谐振电路的谐振电感L和谐振电容C的参数值与式（5）和式（6）有关。对给定L、C、直流供电电压和预热时间，在灯管预热工作期间的预热电压可利用下式计算：

（1）

在预热工作期间的灯电路工作频率可利用下式计算：

(2)

点火工作期间灯电路的点火工作频率可利用下式计算：

(3)

在灯电路点火期间的总灯负载电流可利用下式计算：

I点火=f点火CV点火2（AP-P）（4）

灯工作在最大功率时的工作频率可利用下式计算：

(5)

在最小灯功率时的灯丝预热电流可利用下式计算：

（6）

（3）设计限定条件

应通过调节电感L、电容C的取值使其满足表3的设计限定条件。

（4）IR21593的可编程输入

为了编程调光控制接口电路的MIN和MAX参数的设置，在灯最大、最小输出功率下的输出级工作频率和电流相位必须事先利用下面的式（7）和式（8）加以计算：

(7)

(8)

根据灯管正常工作的技术要求条件、电子镇流器输出级谐振电感L、电容C的取值，计算出的最小、最大相位值，IR21593的有关外围可编程输入设定元件参数值可以利用下面的有关公式计算：

（9）

（10）

（11）（12）

根据以上的设计过程，电子镇流器可以归纳为图5所示的三步法。

5、IR21593的控制功能

（1）相位控制

利用图6所示的电子镇流器输出级简化电路，可以说明灯电路调光的相位控制工作原理，在图6中，灯丝和灯分别用R1、R2、R3、R4及表示。

在灯电路的预热和点火工作期间，由于灯负载还未工作，灯负载的电阻很大，LC串联谐振电路的Q值很高，并在谐振频率位置相对输入电压有一很高的输入电流，相位有一个+90°~-90°的变化。为使工作频率比谐振频率稍高或更高，在灯电路的预热点火与点火工作期间相位固定为-90°。在调光工作期间，电感L和，电容C的并联结构相串联。在大的灯功率应用条件下有很小的相位变化，而在小的灯功率应用条件下有较大的相位变化。在灯电路的预热和点火工作期间，时域中的输入电流和输入半桥电压有-90°的相位移，并且在灯电路点火后的工作期间的相位移在0~-90°之间变化，在最大功率情况下的相位移为0°，如图7所示。

灯电压和灯电流的相位与灯功率间的关系曲线如图8所示，为线性调光特性，即使在灯发光很弱的情况下，灯阻抗也会发生相应变化。

输出级传递函数与灯功率的典型曲线如图9所示。

（2）欠电压锁定输出电路（UVLO）

IR21593的欠电压锁定输出电路用以确保在静态工作电流低于200μA的条件下，保证IR21593的高、低端输出被激励前的控制功能能可靠地工作。图10为利用半桥输出级的电荷泵供电的启动电路工作原理图。

图10中启动电容C1充电电流为通过电阻R1的电流减去集成电路IR21593的启动电流的差值，为保证在电源供电电压最低的情况下集成电路能正常启动，应使通过电阻R1的电流为2倍的IR21593的启动电流，一旦电容C1上的电压达到启动阈值电压，并且VDC引脚上①的电压高于5.1V，集成电路IR21593开始工作，并且由于集成电路工作的原因，电容C1开始放电，如图11所示。

在电容C1的放电期间，来自电荷泵的整流电流使启动电容C1上的电压大于集成电路的最小工作电压，并使集成电路IR21593内的15.6V稳压二极管工作。具体应用研究中，必须使用启动电容和缓冲电容，以确保集成电路IR21593在最坏的条件下也能可靠工作。自举升压二极管VD3和自举升压电容C3组成高端驱动电路的供电电路。为确保HO输出引脚在第一个工作周期可靠工作，并确保高端供电电路被充足电，第一个驱动脉冲来自于LO引脚。在欠电压锁定输出（UVLO）工作模式下，高、低端输出驱动电路同时输出低，VCO引脚这时被拉至5V电位。从而使启动工作频率被置于最高工作频率，并且这时CPH引脚③被内部短路至COM引脚12而使预热时间复位。

（3）输入电压过低保护

除了要求VCC引脚13上的电压要大于启动阈值电压，为了确保HO、LO引脚有正常的振荡信号输出，VDC引脚1上的电压也必须大于5.1V，利用分压电阻R3和RVDC（见图10）可以检测出交流市电供电电源经整流后输出电压的高低，以确保电子镇流器的正常工作电压范围内正常工作。同时为了减小VDC引脚①上的纹波电压，需用一个滤波电容CVDC，并且可以确保在正常的交流输入供电电压情况下不会低于内部的3V关断阈值电压。这种检测功能是必须的，以确保在过低的交流输入供电电压情况下，在IR21593被正确复位前，灯电路熄灭的可能性。一旦过低的交流输入供电电压情况出现，灯电路直流供电电压可能低于所需的最低电压值，而使谐振腔电路不能提供灯管正常工作的所需电压。利用这个检测电路可以确保当灯直流供电电压下降得太低时集成电路IR21593可靠关断，并且当电源供电电压恢复正常时集成电路IR21593又回到预热工作模式。

（4）灯电路的预热

当IR21593的VCC上的电压超过UVLO+阈值电压，并且VDC引脚①上的电压超过5.1V