基于控制器IRS2530D的節(jié)能燈調(diào)光鎮(zhèn)流器設(shè)計

引言
目前，電子節(jié)能燈已進入千家萬戶和樓堂館所。國產(chǎn)電子節(jié)能燈中的電子鎮(zhèn)流器，大多都采用分立元器件裝配，優(yōu)點是電路簡單、成本低，但需使用磁環(huán)式驅(qū)動變壓器，并且不帶預(yù)熱和調(diào)光功能，因此性能不佳、可靠性差、容易損壞。由于鎮(zhèn)流器和節(jié)能燈是一體化的，一旦電子鎮(zhèn)流器損壞，未損壞的燈管也就被扔掉，造成極大的浪費。如果在設(shè)計中采用IR公司最近推出的調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器IRS2530D單片IC，則可以彌補使用分立元器件帶來的不便。

1 IRS2530D的主要性能和特點
IRS2530D集成了調(diào)光鎮(zhèn)流器控制和半橋驅(qū)動器，采用8引腳DIP封裝。IRS2530D引腳l(VCC)上的電源電壓被內(nèi)部齊納二極管鉗位在15．6V，啟動電流為250μA，最大電源電流為5mA。IC半橋高端引腳7(HO)和低端引腳5(LO)上的兩個驅(qū)動器輸出死區(qū)(即非交疊)時間被固定在2 μ S，輸出源電流為180mA，輸出灌入電流為260mA，輸出高電平(以地作參考)電壓為VCC。在IC壓控振蕩器輸入端引腳4(VCO)上的電壓為0～6V，輸出最高頻率fmax=115kHz(VVCO=0V)，最低頻率fmin=(34．2±2．2)kHz(Vvco=6V)。
IRS2530D采用簡單燈電流調(diào)光控制方法，燈絲預(yù)熱時間可編程，采用波峰因數(shù)(燈電流峰值與平均值之比)檢測執(zhí)行過電流保護，同時還提供非零電壓開關(guān)保護，而不需要半橋電流傳感電阻和保護電路。

2 基于IRS2530D的節(jié)能燈調(diào)光鎮(zhèn)流器
1)電路拓撲
一種基于IRS2530D的螺旋型緊湊熒光燈(CFL)調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路如圖1所示。
在圖1中，BR1為橋式整流器，CF、LF和CBUS組成濾波電路，IRS2530D和VTl、VT2等組成半橋逆變器電路，LRESA和CRES等組成諧振輸出級，RCS、RFB和CFB為燈電流感測和反饋網(wǎng)絡(luò)，VDCP1、VDCP2、CSNUB等組成電荷泵輔助電源，RVCC1、RVCC2為啟動電阻，CVCC1為啟動電容、CVCC2用作高頻濾波，RLIM1、RLIM2：為限流電阻。
2)電路運行時序和工作原理
(1)電路啟動和IC電源
接通AC市電電源，全波整流濾波電路輸出約300V的DC總線電壓VBUS，VBUS通過啟動電阻RVcc1／Rvcc2對電容Cvcc1(1μF)充電。當(dāng)IC引腳VCC上的電壓超過12．5V的門限時，VCC腳導(dǎo)通，引腳HO和LO產(chǎn)生驅(qū)動輸出而開始振蕩。半橋一旦產(chǎn)生輸出，引腳VCC則由VDCP1(18V／0．5w)、CSNUB(1nF／lkV)和VDCP2組成的電荷泵并經(jīng)限流電阻RLIM1、RLIM2：(均為10Ω)供電，這樣可以減小啟動電阻上的損耗。CVCC1，值應(yīng)足夠大，引腳VCC在接收電荷泵輸入電流時不能降至欠壓鎖定(UVLO)關(guān)斷門限(10．5V)以下。
當(dāng)半橋低端MOSFET(VT2)導(dǎo)通時，引腳VCC上的電壓經(jīng)內(nèi)部自舉MOSFET對引腳VB與VS之間的自舉電容CBS充電，充電電流經(jīng)VT2流入到地。當(dāng)CBs上的充電電壓超過9V時，IC高端驅(qū)動器使能，驅(qū)動VT1導(dǎo)通。當(dāng)VT1導(dǎo)通時，VT2截止。在高端驅(qū)動器導(dǎo)通時，CBS放電。一旦CBs上的電壓低于8V，VT1截止，而VT2再次導(dǎo)通。如此周而復(fù)始，VTl和VT2交替導(dǎo)通，在半橋中間點(引腳6)輸出高頻方波脈沖，經(jīng)輸出級為燈管供電。
(2)燈絲預(yù)熱／燈管觸發(fā)
IC一旦啟動，在引腳4(VCO)內(nèi)部的一個50μA的快速啟動電流和一個1μA的電流源對外接電容cPH充電，鎮(zhèn)流器輸出最高頻率fmax開始對燈絲預(yù)熱，VCO腳上的電壓Uvco迅速升至0．85V。一旦UVCO達到0．85V，IC內(nèi)部的50μA電流被切斷，只有1μA的電流源對VCO腳上的電容充電，UVCD緩慢上升(見圖2(a))，頻率從fmax開始線性降低見圖2(b))。諧振電感器LRESA的兩個輔助繞組LRESB、LRESC為燈絲預(yù)熱繞組，為燈絲提供預(yù)熱電壓。LRESB、CH1和LRESC、CH2為帶通濾波器，在燈點亮之后，燈絲預(yù)熱電壓被衰減，以減小燈絲上的熱量損耗。

當(dāng)鎮(zhèn)流器輸出頻率接近或達到輸出級高Q值的諧振頻率時，燈絲預(yù)熱結(jié)束(預(yù)熱時間由CpH設(shè)置)，LRESA和CRES等發(fā)生串聯(lián)諧振，在CRES上產(chǎn)生一個足夠高的電壓使燈管觸發(fā)而點亮。一旦燈管被點亮，IC則進入調(diào)光模式。如果燈未被點亮，UVCO將超過4V，IC則進入故障模式并關(guān)閉其輸出，芯片僅消耗250μA的電流。
為保證頻率下降斜坡通過諧振以對燈點火，最低頻率fmin應(yīng)低于鎮(zhèn)流器輸出級高Q值的諧振頻率，如圖3所示。

(3)調(diào)光模式
l～10V的DC調(diào)光輸入電壓經(jīng)電阻分壓器RDIM1／RDIM2輸入到IC的引腳3(調(diào)光端DIM)。與燈下端燈絲連接的燈電流傳感電阻RCS上產(chǎn)生的交流電壓經(jīng)RFB和CFB也耦合至IC的DIM腳。在DIM腳上的(DC+AC)電壓通過控制環(huán)路調(diào)節(jié)，使AC電壓谷值在COM(地)電平上。當(dāng)DIM腳上的DC參考電壓減小時，AC電壓谷值被延伸到COM電平之下。為減小燈電流使燈光變暗，調(diào)光控制電路將提高鎮(zhèn)流器頻率，以增加LRESA的阻抗(z=2πfLRESA)直到AC電壓谷值恢復(fù)到COM電平之上。為了提高燈亮度電平，當(dāng)DIM腳上的DC參考電壓減小時，AC電壓谷值將在COM電平之上，調(diào)光控制電路將降低鎮(zhèn)流器頻率，以增加燈電流，直到DIM腳的AC電壓谷值再回到COM電平上。采用這種燈電流閉環(huán)控制調(diào)光方法，可以使AC燈電流峰一峰值被調(diào)節(jié)到期望的數(shù)值上。
(4)非ZVS保護
如果系統(tǒng)操作太接近或進入諧振容性側(cè)，將出現(xiàn)非ZVS容性模式轉(zhuǎn)換，在半橋MOSFET中會產(chǎn)生高幅度的大電流，很可能使MOSFET損壞。為防止這種情況發(fā)生，引腳6(VS)內(nèi)部的感測電路在低端LO輸出前沿上檢測VVS電壓。如果VVS>4．5V，非ZVS控制電路將提高鎮(zhèn)流器頻率，直到恢復(fù)到ZVS。
(5)波峰因數(shù)(CF)過電流保護
當(dāng)流過MOSFET的峰值電流超過平均電流的5．5倍(即CF>5．5)時，意味著燈絲失效，或者燈管未接入，或者燈變?yōu)槿ゼせ睿C振電感器LRESA將出現(xiàn)飽和。IC在此情況下會進入故障保護模式，并自行關(guān)閉。
(6)故障模式
在故障期間，IC內(nèi)部故障鎖存器置位，HO關(guān)斷，L0開路，IC僅消耗250μA的電流。如果等未接入，電阻RLMP1和RLMP2將會把引腳LO上的電壓拉高到8．75V以上，IC則退出故障模式而進入UVLO模式。當(dāng)接上燈管時，引腳LO上的電壓將被拉低到8．75V以下，于是IC退出UVLO模式而進入預(yù)熱／觸發(fā)模式。