镇流器控制与半桥驱动器IR2156的功能及应用

摘要：ＩＲ２１５６是ＩＲ公司推出的镇流器控制／半桥驱动器系列ＩＣ之一。它的主要特点是可对预热时间、预热频率、运行工作频率、死区时间以及过电流保护等进行编程控制，因而为设计人员提供了高度的灵活性。另外，ＩＲ２１５６内部还设计有灯轰击失败、灯失效保护及自动再启动等功能。 关键词：镇流器 控制　半桥驱动器

ＩＲ２１５６ １　概述 ＩＲ２１５６是美国ＩＲ公司继ＩＲ３２５３／ＩＲ２１５５／ＩＲ２１５７／ＩＲ２１５９之后推出的镇流器与半桥驱动器系列ＩＣ之一。与ＩＲ２１５６同时推出的系列专用ＩＣ还有ＩＲ２１５７１／ＩＲ２１５９１／ＩＲ２１６７等。ＩＲ２１５６采用１４脚ＰＤＩＰ和ＳＯＩＣ两种封装，它所需外部元件少，适用性强。图１为ＩＲ２１５６的内部电路框图。 ＩＲ２１５６的主要特点如下： ●镇流器控制和半桥驱动器集成在同一片ＩＣ中； ●预热频率、预热时间、死区时间、同部点火斜坡、工作频率以及过电流保护门限等功能或参数均可编程设置。 ●具有ＤＣ总线欠压复位功能；

●具有关闭脚（ＳＤ脚）滞后功能，扰噪扰能力强； ●可微功率启动（１５０μＡ）；

●Ｖｃｃ脚可被内部１５．６Ｖ的齐纳二极管钳位； ●全部引脚均具有闭锁抗噪与静电放电（ＥＳＤ）保护功能。 ＩＲ２１５６的推荐工作条件如下： 高端浮置电源电压ＶＢＳ：Ｖｃｃ－０．７～１５．６Ｖ； 稳态高端浮置电源偏移电压Ｖｓ：－１～６００Ｖ； 电源电压Ｖｃｃ：１１．５～１５．６Ｖ； 电源最大电流Ｉｃｃ：１０ｍＡ； 关闭（ＳＤ）脚电流ＩＤＳ：－１～１ｍＡ； 电流感测（ＣＳ）脚电流ＩＣＳ：－１～１ｍＡ； 结温ＴＪ：－４０～１２５℃。 ２　功能及原理 ２．１　欠电压封锁（ＵＶＬＯ）模式 图２给出了ＩＲ２１５６的启动与电源电路及启动电容ＣＶＣＣ上的电压波形。当电路接通电源后，流经启动电阻ＲＳＵＰ的电流对ＣＶＣＣ充电。当ＣＶＣＣ上的充电电压按指数规律升高到ＩＣ脚Ｖｃｃ的启动门限（Ｖｃｃｕｖ＋＝１１．５Ｖ）以上，并且ＳＤ脚上的电压低于４．５Ｖ时，ＩＣ导通，振荡器启动，ＨＯ和ＬＯ脚输出占空比为５０％的方波驱动电压。由于ＩＣ工作电流的增强，ＣＶＣＣ开始放电。在ＣＶＣＣ放电过程中，半桥输出信号经缓冲电容ＣＳＮＵＢ和二极管ＤＣＰ１整流后，又对ＣＶＣＣ充电。但电荷泵充电不会使ＣＶＣＣ上的电压降至ＩＣ关断门限（ＶＣＣＵＶ－＝９．５Ｖ）以下，因为，ＩＣ脚Ｖｃｃ上的电压会被Ｖｃｃ脚内的齐纳二极管钳位于１５．６Ｖ，在ＩＲ２１５６驱动下，当外部低端开关管Ｍ２导通而使高端开关Ｍ１截止时，ＣＶＣＣ通过自举二极管ＤＢＯＯＴ对自举电容ＣＢＯＯＴ充电。当Ｍ１导通而Ｍ２关断时，ＤＢＯＯＴ反向偏置，ＣＢＯＯＴ作为高端驱动器ＣＭＯＳ电路的电源。当Ｖｃｃ脚电压降至ＵＶＬＯ门限

（Ｖｃｃｕｖ－＝９．５Ｖ）以下时，振荡器截止，ＨＯ与ＬＯ脚均输出低电平。 ２．２　预热（ＰＨ）模式 ＩＲ２１５６启动后，首先输出一个带５０％占空比的预热频率ｆＰＨ，其死区时间由ＣＴ脚外部的定时电容ＣＴ及内部电容（ＲＤｒ）来设定。图３所示的镇流器预热及点火电阻简图。在预热期间，ＩＣ内部的５μＡ的电流源对ＣＰＨ脚外部预热时间电容ＣＰＨ充电，ＣＳ脚上的过电流保护功能不起作用，预热频率由ＩＣ外部并联电阻ＲＴ和ＲＰＨ及ＣＴ决定

。ＣＴ充电与放电发生于Ｖｃｃ／３与３Ｖｃｃ／５之间。ＣＴ充电依靠ＲＴ与ＲＰＨ并联组合电阻通过内部开关Ｓ１（ＭＯＳＦＥＴ）连接到Ｖｃｃ来实现。从Ｖｃｃ／３到３Ｖｃｃ／５的这段充电时间是输出栅极驱动器的按时（ｏｎ ｔｉｍｅ）导通时间。一旦ＣＴ脚上电压超过３Ｖｃｃ／５，Ｓ１断开，ＣＴ通过内部电阻ＲＤＴ与开关Ｓ３放电（到ＣＯＭ）。从３Ｖｃｃ／５

到Ｖｃｃ／３的ＣＴ放电时间是ＨＯ与ＬＯ两路输出的死区时间。只要ＣＴ放电到Ｖｃｃ／３以下，Ｓ３（ＭＯＳＦＥＴ）就接通，以

将ＲＴ与ＲＰＨ再次连接到Ｖｃｃ。ＣＰＨ脚上的电压超过１３Ｖ之前，输出频率将保持在预热频率。在预热期间，当ＣＰＨ脚上的电压超过７．５Ｖ后，系统将启动过电流保护和ＤＣ总线欠压复位上的电压。这时预热频率只对灯丝加热而不会在灯两端产生高压使灯启动。 ２．３　灯点引燃（ＩＧＮ）模式 当ＣＰＨ脚上的电压超

过１３Ｖ后，ＩＲ２１５６将进入点火模式。此时，ＣＰＨ脚连接内部Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ（Ｓ４）的栅极，以使ＲＰＨ和ＲＴ脚在ＩＣ内部连接在一起。随着ＣＰＨ脚上电压平滑地沿斜坡升至Ｖｃｃ，开关Ｓ４也将缓慢切断，从而使ＲＰＨ与ＲＴ脚在内部断开，

这样可使预热频率沿向下的斜坡从灯启动（点火）频率降低到运行（点燃）频率。在点火模式期间，工作频率的降低可使镇流器输出端ＬＣ电路发生谐振，并在灯两端产生一个高电压使灯管击穿导通而引燃。 ２．４　运行（ＲＵＮ）模式 一旦灯启动成功，镇流器即进入运行模式。运行工作频率由ＲＴ与ＣＴ的值决定。很显然，ｆＰＨ＆ｇｔ；ｆＩＧＮ＆ｇｔ；ｆＲＵＮ，即预热频率＆ｇｔ；点火频率＆ｇｔ；运行频率。点火时间通常为预热时间

的１／４，即ＴＩＧＮ≤１／４ＴＰＨ。 图４所示是ＩＲ２１５６的运行程序图。 ２．５　ＤＣ总线欠压复位 在ＤＣ总线电压过低时，镇流器的谐振输出级频率可能会接近或低于谐振频率，这样将有可能在半桥

开关中形成硬开关而使ＭＯＳＦＥＴ损坏。为此，ＩＣ脚ＶＤＣ将实时检测ＤＣ总线电压，当ＶＤＣ脚上电压降至１０．９Ｖ（低

于Ｖｃｃ）时，Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ（Ｓ４）接通，从而使频率偏移到谐振频率之上的安全工作点。在这个过程中，ＣＰＨ脚

上的电压被拉低，点火斜坡也复位。一旦ＤＣ总线电压升高，灯将再次被点火。 ２．６　故障（ＦＡＵＬＴ

）模式 在预热之后的任何时间内，只要ＩＣ脚ＣＳ上的电压超过１．３Ｖ，ＩＣ就时进入故障模式，ＨＯ和ＬＯ

脚的输出也将被锁定在低电平。为复位预热时间和终止振荡，ＣＰＨ和ＣＴ脚均被放电（到ＣＯＭ）。如需退出故障模式，Ｖｃｃ必须地降低到关闭门限电压（Ｖｃｃｕｖ－）以下，而ＳＤ脚必须拉高到５．１Ｖ之。当Ｖｃｃ升到导通门限

（Ｖｃｃｕｖ＋）以上且ＳＤ脚低于４．５Ｖ时，ＩＣ将重新开始振荡并再次进入预热模式。 ３　应用电路 用ＩＲ２１５６作控制／驱动器的４２Ｗ荧光灯电子镇流器电路如图５所示。图中，Ｃ１和Ｌ１为ＲＦＩ滤波元件，由Ｄ１、Ｄ２与Ｃ２、Ｃ３组成整流滤波电路，ＬＲＥＳ为扼流圈，ＣＲＥＳ为灯启动电容。该镇流器的有关参数为： 运行（工作）频率ｆＲＵＮ＝４３ｋＨｚ； 预热频率ｆＰＨ＝７０ｋＨｚ； 死区时间ｔＤＴ＝０．６μｓ； 灯最大点火电流ＩＩＥＮ（ＰＫ）＝２Ａ。 如果要求电子镇流器采

取功率因素校正（ＰＦＣ）措施，可以在桥式整流器之外增设ＰＦＣ升压变换器电路。为减少高功率因数和低谐波畸变镇流器的元件数量，ＩＲ公司还推出了集镇流器控制与ＰＦＣ于一体的ＩＲ２１６７单片ＩＣ。而ＩＲ２１５６控制ＩＣ适用

于输出功率较低的紧凑型荧火灯（ＣＦＬ）交流电子镇流器。