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1、基于半桥驱动器 IR2153 的荧光灯电子镇流器摘要：介绍了一个基于自激式半桥驱动器 IR2135 的荧光灯电子镇流器电路，着重介绍了灯丝预热和启动保护等单元电路的构成和的特点，并给出了详细电原理图。 关键词：电子镇流器；功率因数校正；灯丝预热；重启动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。1 自激式半桥驱动器 I
2、R2153 介绍IR2153 是在 IR2155 和 IR2151 基础上推出的改进型的 VMOS 和 IGBT 栅极驱动器，它将高压半桥驱动器和一个类似于 555 时基电路的前端振荡器集成在一个 8 脚芯片上，使其成为一款功能更多，更易于使用的功率 驱动 IC 芯片。如图1 所示，脚 CT 兼有保护关断功能，可以用一个低电压信号使驱动器停止输出。另外，输出脉冲的宽度保持相等，一旦 Vcc 上升到欠压闭锁阈值，驱动器能以更加稳定的频率开始起振。通过降低栅极驱动器 di/dt 的峰值和提高欠压闭锁阈值的滞后电压到 1V，使电路的抗噪性有了实质性的提高，同时，电路引脚的整体抗噪保护方面也有所改进。
3、点击此处查看全部新闻图片2 功率因数校正电路 MC33262 属于有源功率因数校正器，特别适用在电子镇流器和离线式开关电源中作预转换器用，如图 2 所示，其内部集成了许多控制功能：为便于该电路的单独使用而设有启动定时器；为实现接近于 1 的功率因数采用了第一象限乘法器；零电流检测能保证电路工作在临界导通方式；快速启动电路改善了电路的启动特性；还设有预校的参考电压源、跨导误差放大器和电流检测比较器；图腾柱输出结构非常适合用于驱动功率 MOS 管。此外，MC33262 内部还集成了许多保护功能，如过压比较器能减少空载引起的失控输出电压；乘法器输出嵌位限制了最大峰值开关电流；驱动输出高位嵌位，实现了
4、对 MOS 管栅极的保护；还有输入带滞后特性的欠压闭锁电路、连续限流特性和 RS 锁存为单脉冲测量等。3 电路工作原理电子镇流器详细电原理图如图 3 所示，可分为 EMI 滤波、桥式整流、功率因数控制、半桥逆变器、灯谐振、启动和保护电路等部分。3.1 输入 EMI 滤波电路除过由 F1A 熔断器和 RVP1 压敏电阻组成的过流过压保护电路外，电子镇流器的输入电路主要是 EMI 滤波器。这是一个典型的两级复合式低通滤波电路，其中 CP1CP4 滤波电容用于滤除串模干扰信号，C1 和 C2 的一端分别接输出，另一端作为中点连在一起接地,能有效地抑制共模干扰，LP1 和 LP2 为共模扼流圈，用于滤
5、除共模干扰，它的两个线圈分别绕在低损耗、高磁导率的铁氧体磁环上，当有电流流过时，两个线圈上的磁场就会互相加强，LP1 和 LP2 的电感量与 EMI 滤波器的额定电流有关，滤波器的谐振频率应当远远低于镇流器的工作频率。点击此处查看全部新闻图片 3.2 变频控制电路我们知道，荧光灯要经过预热，点燃才能进入正常发光工作状态。在这三个状态中，逆变器处于变频工作方式，首先，以比较高的频率对灯丝进行预热，使阴极达到发射电子的温度；然后，频率快速下降，当到达串联谐振频率时，产生的谐振高压使灯管瞬间击穿点燃；最后，稳定在工作频率上。IR2153 的振荡频率可由式（1）决定，串联谐振频率由式（2）决定。点击此
6、处查看全部新闻图片通过改变 IR2153 外接的 CT 有效电容可以实现频率的控制，因此，我们可以通过一个 NPN 三极管 QN1 的导通和截止，来切换两个振荡电容连接的方式，从而实现了频率控制。图 3 通电后，在电容器 CC14 充满以前 QN1 不导通，电容CC18 和 CC19 串联决定了振荡频率，当电容器 CC14 充满后，DC18 导通，QN1 导通，电容器 CC19 不起作用，频率由电容器 CC18 直接接地来决定。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
7、，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。3.4 保护自锁与重启动电路保护电路对镇流器使用过程中出现的异常现象进行保护，一般采用幅值检测保护原理，本镇流器保护功能较多，共有 5 种保护，其中从 RC36 引入的灯管过压保护；从 RC37 引入的灯管欠压保护；从 DC19 引入的电源高压保护和从QP6 经 RC15 引入的电源低压保护 4 种，汇集到了 MOS 管 MC5 的栅极，当不发生保护时
8、，MC5 不导通，脚 CT 由 IR2153 内部提供分压，得到大约 8V 电压，工作正常；当 4 种保护中有任何一种发生时，MC5 导通，OP7 由于基极电位接地而导通，经 RC33 使脚 CT 电压降低，IR2153 停止振荡，半桥电路关断，这时，即使保护撤离，由于 MC5 和 OP7 之间的互锁，也无法恢复脚 CT 的高电位，只有断电再启动，镇流器才能重新恢复工作。点击此处查看全部新闻图片从 DC20 引入的灯丝保护不同于其它 4 种保护，它没有保护互锁功能，因此可以重新启动，当灯丝烧断或灯管脱离后，QN3，QN4，QN5 导通，其中 QN3 用来禁止保护和互锁电路，QN4 接到脚 CT
9、，使 IR2153 停振，QN5 使电容 CC14 放电，为重新启动做好准备，一旦新的灯管装上，QN3，QN4，QN5 立即截止，启动过程重新开始预热、点燃并稳定工作。3.5 电源 VCC 电路本镇流器中 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
10、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。点击此处查看全部新闻图片4 测试结果图 4 是本镇流器配接 OSRAMFQ 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。信息来源：电源技术应用 王锁弘
