毕业论文课件基于IR2153半桥串联谐振的高压钠灯研究解析
大学生毕业设计电路IR2153及应用
1.概述IR2153是一种高压、高速、带有高低端驱动的半桥驱动器。
该器件前级可调振荡器的功能与大家熟知的555时基电路相似。
驱动器的输出带有缓冲单元,可设定内部死区时间,防止桥路中的两只功率开关管直通。
高、低端管子具有延时匹配,适用于占空比为50%的场合,该器件可驱动N 沟道功率MOSF E T 或I G 2B T 。
IR2153具有以下特点:●带自举二极管的浮动设计,最大耐压为600V ;●允许瞬时负压;●欠压保护;●内部振荡器频率可调整;●高、低通道匹配的死区时间;●起动电流很小,仅为90μA ;●高、低通道的关断功能;●低通道输出电压波形与R T 端电压波形相同。
2.内部结构及引脚功能IR2153内部由放大器、触发器、逻辑控制电路、驱动器及功率电路等构成,如图1所示。
该器件采用双列8引脚封装,引脚定义及形式如图2所示。
脚1(V CC ):低端逻辑和内部MOS 管的门极驱动电源电压。
脚2(R T ):振荡器定时电阻输入端。
此端电压波形与半桥高端(脚7)相同。
脚3(C T ):振荡器●新特器件应用节能灯驱动电路IR2153及应用湖北省电子产品质量检验所胡大友摘要:IR2153是美国国际整流器公司(IR )推出的电子镇流器控制专用集成电路。
本文描述了IR2153的主要特点、引脚功能,简要介绍了该器件的电气参数,并着重讲述了实际应用电路。
关键词:电子镇流器驱动IR2153应用图2IR2153引脚图图1IR2153功能框图定时电容输入端。
应用时,该脚和COM (脚4)之间应接一电容,以便调整振荡器频率。
f =11.4(R T +75Ω)C T(式中,75Ω是输出级的等效电阻)。
脚4(COM ):低端返回端。
脚5(L O ):低端门极驱动输出端。
脚6(V S ):高端浮动电源返回端。
脚7(HO ):高端门极输出驱动端。
脚8(V S ):高端MOS 管门极驱动浮动电源。
3.电气参数3.1极限参数IR2153的极限参数如表1所列。
LLC半桥谐振电路的设计与应用_硕士学位论文
申请上海交通大学工程硕士专业学位论文LLC半桥谐振电路的设计与应用学校：上海交通大学院系：微纳科学研究院Design and Application of LLC Half bridge ResonantcircuitAuthor：Specialty: Semiconductor ScienceAdvisor Ⅰ: Prof. Dai QingyuanAdvisor Ⅱ:School of Electronics and Electric EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai，P.R.ChinaJan，2011上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
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学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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高压钠灯泡研究报告
高压钠灯泡研究报告
首先，我们介绍了高压钠灯泡的基本结构和工作原理，强调了其高效、长寿命等优点，并对其与其他类型灯泡的比较进行了分析。
然后，我们详细探讨了高压钠灯泡在城市公路照明、植物生长灯、工业生产等领域的广泛应用，并对其在不同领域中的应用特点和技术要求进行了阐述。
接着，我们对高压钠灯泡的性能进行了详细测试和分析，主要包括光通量、颜色温度、显色指数、光效等方面，给出了实验数据和图表，并对其使用寿命、能耗、环保等方面进行了评估和比较。
最后，我们展望了高压钠灯泡的未来发展趋势，提出了进一步研究和改进方向，以进一步提高其应用效果和经济效益。
通过本次研究报告，我们深入了解了高压钠灯泡的相关知识和应用，为相关领域的从业人员提供了有价值的参考和指导。
- 1 -。
基于半桥驱动器IR2153的荧光灯电子镇流器
本镇流器中IC电源的设计主要从降低功耗考虑，电路刚启动时，先由直流高压经齐纳管DC4和DC5降压，由RC14和DC7稳压供电，由于IR2153的微功耗启动特性，保证了电路正常启动，当IR2153起振后，由扼流变压器LO4的次级经两路倍压整流，一路经DC8及RC23给IR2153供电，另一路经DPF2及RPF4给MC33262功率因数控制器供电，当电路出现保护时，半桥电路停止工作，LO4次级停止提供电压，IR2153的供电又改为微功耗供电。显然，IR2153停振后，MC33262失电停止工作，这对功率因数控制器又是一种保护。
基于半桥驱动器IR2153的荧光灯电子镇流器
引言
荧光灯的发光效率优于白炽灯已成为不争的事实，为此，近20年来，电子镇流器在世界范围内得到了迅速的普及和发展，各半导体厂家推出了众多的用于电子镇流器的驱动电路，本文介绍的电子镇流器基于IR公司开发的IR2153驱动器和摩托罗拉公司的MC33262功率因数控制器，是一种结构简单，成本低廉，可靠性高的解决方案。
3.3 预热控制电路
通电后，DC18不导通前，QN1截止，IR2153以预热频率起振，QN2不截止，VCC经RC22给MO4栅极提供偏置电流使其导通，CO33与LO6起振，灯丝变压器工作，预热开始；随后，当CC14电压升高，使DC18导通后，QN1导通，使IR2153在正常工作频率振荡，同时，电流经RC21使QN2导通，MO4栅极电位到零，MO4关断，预热结束。
4 测试结果
图4是本镇流器配接OSRAM－FQ高亮T5灯管测得的灯管电压和灯丝电流波形图，功率为54W，所用仪器为远方HB5A型镇流器综合参数测试仪。
5 结语
现代电子镇流器是一项知识面宽且难度较大的技术，电路板上要输入交流220V电压，经过全波整流后输出300V直流高压，再经过功率因数校正器升压储能电感，则高达400V，设计中若元器件选用不当或调试中稍有不慎，将烧坏功率管，本方案中保护电路的设计，大大减少了出现异常烧管的机会。另外，对本电路中的重启电路和谐振电路稍加改动即可用于驱动双灯管，为此笔者将另外撰文叙述。
钠灯讲课稿
钠灯钠灯利用钠蒸气放电产生可见光的电光源。
钠灯又分低压钠灯和高压钠灯。
低压钠灯的工作蒸气压不超过几个帕。
低压钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和589.6纳米的两条双D谱线上，它们非常接近人眼视觉曲线的最高值（555纳米），故其发光效率极高。
高压钠灯的工作蒸气压大于0.01兆帕。
高压钠灯是针对低压钠灯单色性太强，显色性很差，放电管过长等缺点而研制的。
钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态。
简介钠灯sodium，lamp 利用钠蒸气放电产生可见光的电光源。
原理当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电子在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。
高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
钠灯是一种高强度气体放电灯泡。
由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。
在恒定电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路元件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。
电阻器、电容器、电感器等均有限流作用。
电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。
它一般在直流电路中使用，在交流电路中使用灯光有明显闪烁现象。
电路在高压钠灯的工作电路中除了灯泡外，还必须按内触发高压钠灯或外触发高压钠灯分别选用相应的工作电路，如灯泡+镇流器或者灯泡+镇流器+触发器的工作电路，方可达到高压钠灯正常工作的要求外触发高压钠灯的燃点电路。
半桥LLC谐振电路设计与研究
谐振频率为串并联谐振频率为fm:
1 fm 2 (Lr Lm ) Cr 根据 fr 和 fm,将LLC谐振变换器的工作频率 fs 范围划分为三个 区域: fs < fm , fm < fs < fr , fr < fs 。经过分析,在 fm < fs < fr 区域 能实现MOS管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,故工作区
LLC的设计方法:已知条件:(1)输入电压范围,(2)输出电压、电
流,(3)确定需要的频率,(4)额定输入、输出满载时电源工作在fr附近。 可简单得到的结果: 1 . 变压器变比n , 2 . 需要的电压增益G m a x ,
Gmin,3.Rac,k。需要求解的量:1.Q值,由此得到Cr,Ls,Lp,2.最
压范围宽、变换效率高, 安全可靠性高等要求的高效率数字半桥LLC谐振变换器。
关键词: 数字电源；UC D3 13 8；半桥LLC
中图分类号:TM46
文献标识码:A
文章编号:1007-9416(2017)06-0161-01
UCD3138是基于ARM7的一款数字电源管理控制芯片,本设计 采用UCD3138作为控制器。德州仪器 (TI)为优化AC/DC 及隔离 式 DC/DC 电源应用推出业界最高集成度且可配置数字电源管 理控制器,进一步壮大其丰富的模拟及数字电源管理解决方案阵 营。该 UCD3138为设计人员提供创新途径,可为服务器、电信整流 器以及大功率 DC/DC 模块中各种电源拓扑提高电源密度与可 靠性。
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数字技术 与应用
高压钠灯
诸定昌
7.3 高压钠灯 (HPS) )
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
1,放电管(arctube) ,放电管( )
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
b)充高压氙气"范氏"放宽 充高压氙气"范氏" 充高压氙气 Ra(d=8, Pxe=40kPa, Pl=360W) =Ra(d=12,Pxe=2.7kPa, Pl=360W)=50-60
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
c)改变几何参数 Larc↓↓ d ↑ (ri ↑)
Larc d
高亮度白光HPS 高亮度白光
ex) 100w真空 真空 d=5, 1arc=21, Ws=33 Tc=2500K
100w,50kPa N2,d=3.5,larc=10, Ws=91 Tc=2700K , L2=2L1 , Ra≥80, η=45lm/w
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
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总结:增加管径,提高 , 总结:增加管径,提高Tw,选择合理的 Pl1值,并使 值 并使λ=8~12nm时,可提高灯的光 时 值确定) 效(P电和X值确定) 值确定
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
诸定昌
光源原理与设计—钠灯 光源原理与设计 钠灯
【优】高压钠灯PPT资料
• 符合上述条件的材料只有钨。为了进一步降低发射函数， 在电 Sr
Ca Y Th WO2 BaO SrO
CaO Y2O3 ThO2
功函数V 4.5 2.49 2.35 2.8 3.3 3.3 5.0 1-1.7 1.3-1.6 1.6-1.9 2-3.9 1.7-3
─ 1.450(15)
9000 8.949(17) 5.344(15) 2.336(6) 5.344(15)
10000 7.040(17) 1.508(16) 1.005(8) 1.508(16)
等离子体的电导率
• 等离子体的电导率由电子决定。电子质量远小于离子。 • 等离子体的电导率σ与电子密度ne成正比，与碰撞频率θc
Ar++ e
4000 1.835(18) 1.272(10)
─ 1.272(10)
5000 1.468(18) 1.318(12)
─ 1.318(12)
6000 1.223(18) 2.938(13)
─ 2.938(13)
7000 1.048(18) 2.719(14)
─ 2.719(14)
8000 9.146(17) 1.450(15)
自吸收
• 辐射通过等离子体向外传播的途中会部分地被吸收（自吸 收）。
• 自吸收对不同波长不相等，在共振辐射（激发态到基态的 辐射）处最强。
• 压力越高，吸收越强。可用代表压力高低。
光效和显色性
• 压力增加使增大，谱线范围更宽广，显色指数Ra增大； 而光效η受人眼视觉的影响反而下降。
545 550 555 560 565
760 765 770 775 780
V(λ)
0.0000 0.0001 0.0001 0.0002 0.0004
基于IR2155的高压钠灯电子镇流器设计
基于IR2155的高压钠灯电子镇流器设计
王卫;张伟强;高国安
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2002(025)003
【摘要】本文针对高压钠灯电子镇流器设计中,开关损耗大、驱动复杂、启动速度慢等问题,提出一种高性能高压钠灯用电子镇流器电路.该电路成功的应用了L6560校正芯片和IR2155专用半桥驱动芯片,即简化了传统的驱动电路,又实现了变频调节,提高了启动速度,保证了灯功率的稳定.通过频率和辅助元件的设置,半桥逆变电路可工作在软开关状态.同时设计出可靠的、能产生3.5 kV电压的启动电路,保证灯在热灯熄灭时,切断触发脉冲,而后自动恢复启动状态.实验结果表明该镇流器性能优良,功率因数大于0.99,启动时间小于2.4 min.
【总页数】5页(P224-228)
【作者】王卫;张伟强;高国安
【作者单位】哈尔滨工业大学,电气工程系,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,电气工程系,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,电气工程系,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TM923
【相关文献】
1.一种可调光节能的高压钠灯电子镇流器设计 [J], 王归新;刘炳正
2.基于IR2153的250W高压钠灯电子镇流器的设计 [J], 薛宏伟;程韬波
3.基于IR2155的高压钠灯电子镇流器设计 [J], 王卫;张伟强;高国安
4.高压钠灯节能型电子镇流器的设计 [J], 侯玉江;何占伟
5.高压钠灯电子镇流器的设计 [J], 庞保堂;栗红霞
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
Hale Waihona Puke 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。
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。
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
（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
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
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
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。
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