毕业论文课件基于IR2153半桥串联谐振的高压钠灯研究解析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
线圈L、HPS灯、C10组成谐振网络，所以谐振时的频率主要由C10 和L的电感值决定即:
fr
2
1 LC
假设谐振频率是40KHZ 由上式变换得：
L
1
4 2Cfr 2
1 4 3.142 106 (40103)2
0.015mH
(1 2)
(1 3)
所以高压钠灯因为它的负阻特性，在其逆变电路里加限流电感，这个电感
研究的展开思路和框架
1 半桥控制主电路拓扑结构及 2 IR2153的功能及相关介绍
主板工作原理
IR2153是一个高压、高速、自激
1.1主电路拓扑结构图
振荡功率MOS管和IGBT管的驱动
1.2主板电路的工作原理
器，是一个半桥控制驱动专用芯
片，可以提供两路
基于IR2153半桥 输出的半桥驱动。
3.1 控制电路的组成 3.2 谐振电路设计
论文题目:基于IR2153半桥串联谐振 的高压钠灯研究
姓名： 学号： 学院：××学院 班级：专业
wk.baidu.com
研究背景及目标
高压钠灯属第三代节能型高强度气体放电( HID)光源,其凭 借高光效、紫外线辐射小、良好的透雾性、长寿命、耐震、亮 度高等优点,广泛应用于交通、工厂等公共道路照明中。但是 由于气体放电灯的负阻特性,要使气体放电灯稳定工作,往往需 要专门的限流线路才能工作，也就是大家熟知的镇流器。其中 电子镇流器以其功率因数高、效率高、体积小、重量轻、无频 闪等优点,所以深入研究电子镇流器将是一直需要研究的课题， 目的是完善它的功能，使其节能，成本不断降低，应用更加广 泛。
图5 半桥电路结构及高低侧驱动信号
IR2153控制电路
图6 IR2153控制电路
图6中为半桥逆变主电路和控制电路。当整流后经变压器把电压降下来 的15.6V电压对C5充电，同时也由UF4007对C4充电。当C5正极电位上升到 15.6V时，IR2153输出带有约2us的死区时间的互补调制信号，频率由IR2153 的RT（VR1）、CT（C1）决定，并通过限流电阻R1、R2对Q1、Q2触发。使得 输出恒定高频方波序列供后极由电容、电感及灯构成的谐振网络。当灯被顺 利启动后，就在灯的两端流过高频正弦电流。其中自激振荡是由电源UF4007 对C4充电和C4通过VB脚和R1放电完成。
其中电子镇流器的重要组成部分--控制电路。在控制电路 设计中，经常应用到SG3525或TL494等芯片作为半桥驱动，但 是大多需要做一臂隔离或两臂隔离。IR2153芯片正是克服了这 个缺点，它的驱动能力较强，直接可以驱动大多数的MOS管， 不需要对信号进行放大和隔离，同时对于高压钠灯在高频出现 的灯振现象，用555芯片来调制主频防止灯振，该IR2153芯片 的半桥控制电路和串联谐振电路的设计都比较简单，其中可以 根据要求制作需要的变压器，实现的不同要求。
如下面图4所示，典型的IR2153驱动MOSFET的应用图。IR2153的第2脚 RT端接的电阻和第3脚CT端接的电容共同构成振荡器的外接元件；同时通 过图中的shutdown来控制场效应管,可以让振荡器停止工作；第6脚VS、第 8脚VB端之间的电容C和VB、VCC之间的二极管D构成自举电源供电电路。由 第7脚高驱动端和第5脚低驱动端分别产生有时间间隔的两个PWM脉冲，提 供给两个MOS管。
值
的大小，经过计算，串联C 谐1振F 中的
4时0K，H要Z得到
的频率，
那么电感值0应.0该1等5m于H
图4 IR2153经典电路应用
半桥结构
如图5所示的半桥结构，它是两个功率开关器件（如MOS管）以图腾柱的形 式相连接，以中间点作为输出，提供方波信号。
这种结构在电子镇流器等场合有着广泛的应用。上下两个管子由反相的信 号控制，当一个功率管开时，另一个关断，这样在输出点 OUT 就得到电压从0 到HV的脉冲信号。由于开关延时的存在，当其中的一个管子栅极信号变为低时， 它并不会立刻关断，因此一个管子必须在另一个管子关断后一定时间方可开启， 以防止同时开启造成的电流穿通，这个时间称为死区时间，如图中 Td所示。
串联谐振的高压 钠灯研究
通过对IR2153半桥电 路电子镇流器较深入
3.3 变压器的制作
的分析、比较和研究，并进行了具
3.4 防灯振电路
体的电路实验。最后设计了一只
250W高压钠灯高频电子镇流器。
3 半桥控制电路和谐振电路设计
4 实验结果及展望
IR2153的功能及相关介绍
IR2153是一个高压、高速、自激振荡功率MOS管和IGBT管的驱动器， 是一个半桥控制驱动专用芯片，可以提供两路输出的半桥驱动。内部采用 浮动通道方式，可实现自举工作。 其脚有一个Shutdown功能，用一个低 电压控制信号可以关闭两个驱动脚的输出信号，两个输出具有典型值为 1.2us的死区时间，防止半桥两个MOS管同时导通。该实验中驱动的是 IRFP460管子，该管子是N-沟道增强型硅栅功率场效应晶体管。
（3）应该注意布线,MOS管与IC的引脚距离要短而粗,IC地端直接接靠近 下MOS管的地方；
（4）虽然IR2153驱动能力比较强，但是需要在一定范围的频率里，建 议驱动IRFP460时工作频率不高于50K，应该30K最佳，实验中的频率选择 的是40KHZ。
下图是IR2153产生的40KHZ的脉冲
图7 IR2153 产生PWM脉冲波形
谐振电路设计
高压钠灯电子镇流器中实际上是一个高频自激振荡变换器，高压 钠灯灯管就是变换器中的负载，一般情况下负载电路里都要一个串联 谐振电路，这对于高压钠灯的正常工作起到稳定电流的作用。经过计 算和不断实验，逐步改变串联谐振电路中的各个参数，使其尽量接近 合适的Q值点。
串联谐振负载电路提供给高压钠灯灯管的电压是高频正弦波，这 样会使得电极损耗尽量减少，电弧相对稳定，同时高频谐振供电提高 了灯发光效率。
IR2153控制电路的注意事项：
（1）驱动芯片IR2153自举电压用的隔离二极管，要用超快恢复，实验 中选择了UF4007二极管；
（2）R1、R2阻值不能太大，IRFP460栅电容那么大,只要测下栅极的波 形就可以知道，上升和下降沿都不陡峭，必然开关损耗很大，甚至造成两 管同时开通。所以建议在实验时应根据情况调到适合的值。
fr
2
1 LC
假设谐振频率是40KHZ 由上式变换得：
L
1
4 2Cfr 2
1 4 3.142 106 (40103)2
0.015mH
(1 2)
(1 3)
所以高压钠灯因为它的负阻特性，在其逆变电路里加限流电感，这个电感
研究的展开思路和框架
1 半桥控制主电路拓扑结构及 2 IR2153的功能及相关介绍
主板工作原理
IR2153是一个高压、高速、自激
1.1主电路拓扑结构图
振荡功率MOS管和IGBT管的驱动
1.2主板电路的工作原理
器，是一个半桥控制驱动专用芯
片，可以提供两路
基于IR2153半桥 输出的半桥驱动。
3.1 控制电路的组成 3.2 谐振电路设计
论文题目:基于IR2153半桥串联谐振 的高压钠灯研究
姓名： 学号： 学院：××学院 班级：专业
wk.baidu.com
研究背景及目标
高压钠灯属第三代节能型高强度气体放电( HID)光源,其凭 借高光效、紫外线辐射小、良好的透雾性、长寿命、耐震、亮 度高等优点,广泛应用于交通、工厂等公共道路照明中。但是 由于气体放电灯的负阻特性,要使气体放电灯稳定工作,往往需 要专门的限流线路才能工作，也就是大家熟知的镇流器。其中 电子镇流器以其功率因数高、效率高、体积小、重量轻、无频 闪等优点,所以深入研究电子镇流器将是一直需要研究的课题， 目的是完善它的功能，使其节能，成本不断降低，应用更加广 泛。
图5 半桥电路结构及高低侧驱动信号
IR2153控制电路
图6 IR2153控制电路
图6中为半桥逆变主电路和控制电路。当整流后经变压器把电压降下来 的15.6V电压对C5充电，同时也由UF4007对C4充电。当C5正极电位上升到 15.6V时，IR2153输出带有约2us的死区时间的互补调制信号，频率由IR2153 的RT（VR1）、CT（C1）决定，并通过限流电阻R1、R2对Q1、Q2触发。使得 输出恒定高频方波序列供后极由电容、电感及灯构成的谐振网络。当灯被顺 利启动后，就在灯的两端流过高频正弦电流。其中自激振荡是由电源UF4007 对C4充电和C4通过VB脚和R1放电完成。
其中电子镇流器的重要组成部分--控制电路。在控制电路 设计中，经常应用到SG3525或TL494等芯片作为半桥驱动，但 是大多需要做一臂隔离或两臂隔离。IR2153芯片正是克服了这 个缺点，它的驱动能力较强，直接可以驱动大多数的MOS管， 不需要对信号进行放大和隔离，同时对于高压钠灯在高频出现 的灯振现象，用555芯片来调制主频防止灯振，该IR2153芯片 的半桥控制电路和串联谐振电路的设计都比较简单，其中可以 根据要求制作需要的变压器，实现的不同要求。
如下面图4所示，典型的IR2153驱动MOSFET的应用图。IR2153的第2脚 RT端接的电阻和第3脚CT端接的电容共同构成振荡器的外接元件；同时通 过图中的shutdown来控制场效应管,可以让振荡器停止工作；第6脚VS、第 8脚VB端之间的电容C和VB、VCC之间的二极管D构成自举电源供电电路。由 第7脚高驱动端和第5脚低驱动端分别产生有时间间隔的两个PWM脉冲，提 供给两个MOS管。
值
的大小，经过计算，串联C 谐1振F 中的
4时0K，H要Z得到
的频率，
那么电感值0应.0该1等5m于H
图4 IR2153经典电路应用
半桥结构
如图5所示的半桥结构，它是两个功率开关器件（如MOS管）以图腾柱的形 式相连接，以中间点作为输出，提供方波信号。
这种结构在电子镇流器等场合有着广泛的应用。上下两个管子由反相的信 号控制，当一个功率管开时，另一个关断，这样在输出点 OUT 就得到电压从0 到HV的脉冲信号。由于开关延时的存在，当其中的一个管子栅极信号变为低时， 它并不会立刻关断，因此一个管子必须在另一个管子关断后一定时间方可开启， 以防止同时开启造成的电流穿通，这个时间称为死区时间，如图中 Td所示。
串联谐振的高压 钠灯研究
通过对IR2153半桥电 路电子镇流器较深入
3.3 变压器的制作
的分析、比较和研究，并进行了具
3.4 防灯振电路
体的电路实验。最后设计了一只
250W高压钠灯高频电子镇流器。
3 半桥控制电路和谐振电路设计
4 实验结果及展望
IR2153的功能及相关介绍
IR2153是一个高压、高速、自激振荡功率MOS管和IGBT管的驱动器， 是一个半桥控制驱动专用芯片，可以提供两路输出的半桥驱动。内部采用 浮动通道方式，可实现自举工作。 其脚有一个Shutdown功能，用一个低 电压控制信号可以关闭两个驱动脚的输出信号，两个输出具有典型值为 1.2us的死区时间，防止半桥两个MOS管同时导通。该实验中驱动的是 IRFP460管子，该管子是N-沟道增强型硅栅功率场效应晶体管。
（3）应该注意布线,MOS管与IC的引脚距离要短而粗,IC地端直接接靠近 下MOS管的地方；
（4）虽然IR2153驱动能力比较强，但是需要在一定范围的频率里，建 议驱动IRFP460时工作频率不高于50K，应该30K最佳，实验中的频率选择 的是40KHZ。
下图是IR2153产生的40KHZ的脉冲
图7 IR2153 产生PWM脉冲波形
谐振电路设计
高压钠灯电子镇流器中实际上是一个高频自激振荡变换器，高压 钠灯灯管就是变换器中的负载，一般情况下负载电路里都要一个串联 谐振电路，这对于高压钠灯的正常工作起到稳定电流的作用。经过计 算和不断实验，逐步改变串联谐振电路中的各个参数，使其尽量接近 合适的Q值点。
串联谐振负载电路提供给高压钠灯灯管的电压是高频正弦波，这 样会使得电极损耗尽量减少，电弧相对稳定，同时高频谐振供电提高 了灯发光效率。
IR2153控制电路的注意事项：
（1）驱动芯片IR2153自举电压用的隔离二极管，要用超快恢复，实验 中选择了UF4007二极管；
（2）R1、R2阻值不能太大，IRFP460栅电容那么大,只要测下栅极的波 形就可以知道，上升和下降沿都不陡峭，必然开关损耗很大，甚至造成两 管同时开通。所以建议在实验时应根据情况调到适合的值。