IR2167控制功能簡介

1、 欠電壓鎖定輸出工作模式

欠電壓鎖定輸出工作模式（UVLO）是指IR2167的V_CC引腳17的電壓低于它的導(dǎo)通工作閾值電壓時的工作狀態(tài)，在欠電壓鎖定輸出工作模式下，它的HO引腳20、LO引腳15和PFC驅(qū)動信號引腳12輸出均為低電位，并且CT引腳6通過電阻R_DT連接到了COM引腳16，從而使其內(nèi)部的振蕩電路停振。同樣，通過內(nèi)部電路為電阻R_T供電的電路也被關(guān)斷，并且CPH引腳2、RUN引腳5、DT引腳7和COMP引腳9通過內(nèi)部電路連接到了COM引腳16，在欠電壓鎖定輸出工作模式下IR2167的工作電流不大于200μA，并確保在它的高端輸出HO引腳20、低端輸出LO引腳15和PFC驅(qū)動輸出引腳12在工作前能處于正常工作狀態(tài)。圖1所示電路表示IR2167的啟動電路和電子鎮(zhèn)流器輸出級的電荷泵電路的電路原理圖。圖1中由R₁，R₂和C₁三個元件構(gòu)成了IR2167的啟動電路，而R_supply、C_VCC、VD_CP1和VD_CP2構(gòu)成了電子鎮(zhèn)流器輸出級的電荷泵電路。

　　電容C_VCC的充電電流為通過啟動電阻R₁的電流減去IR2167所吸收的電流，應(yīng)用中應(yīng)使通過啟動電阻R_supply的電流二倍于IR2167的啟動電流值，以確保IR2167在較低的輸入電源電壓時能正常啟動，一旦啟動電容C_VCC上所充的電壓達(dá)到了它的啟動閾值電壓，則SD引腳的電壓會低于5.1V，并且VDC引腳1的電壓V_VDC會高于5.1V，這時集成電路開始工作，內(nèi)部振蕩電路開始振蕩，直至電路達(dá)到預(yù)熱工作模式，PFC輸出引腳12才有信號輸出。

2、  預(yù)熱工作模式和啟動工作模式

當(dāng)IR2167的V_CC引腳17的電壓超過正向欠電壓鎖定輸出閾值電壓時，它進(jìn)入預(yù)熱工作模式，在預(yù)熱工作模式開始之前，CPH引腳2和RPH引腳3通過內(nèi)部電路被連接到了COM引腳16。一旦預(yù)熱工作模式開始，外接電容CPH就通過內(nèi)部的3.0μA電流源開始對它充電，直至電容CPH上的電壓被充至4.0V，這段充電時間決定了預(yù)熱時間的長短，而預(yù)熱時間的定義就是指熒光燈燈絲被加熱到了能正常發(fā)射熱電子的時間，這時延長燈管壽命降低燈管點火電壓是非常有用的。在預(yù)熱工作模式開始期間，由于IR2167工作電流的增加，致使接至V_CC引腳17和COM引腳16之間的電容開始放電（見圖2）。然后這時半橋輸出級和電荷泵電路又開始工作，通過電荷泵電路又開始給電容C_VCC充電，并為IR2167供電，加至V_CC引腳17的電壓通過IR2167內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管鉗位為15.6V，通過電容C_VCC和C_SNUBBER應(yīng)能為電路正常工作提供足夠多的電荷。升壓二極管VD_BS和升壓電容C_BS為高端驅(qū)動電路提供供電電壓，為保證在HO引腳出現(xiàn)第一個脈沖時高端供電充足，輸出驅(qū)動輸出級的第一個脈沖是來自LO引腳15。

　　在預(yù)熱工作模式下半橋輸出級的工作頻率和電阻R_PH、R_T、R_DT和C_T的參數(shù)有關(guān)，內(nèi)部電路圖可以參見圖3。需注意的是在預(yù)熱工作模式剛一開始工作的期間，電路的工作頻率比預(yù)熱工作頻率要高許多，然后半橋輸出級的工作頻率又開始諧波下降至預(yù)熱工作頻率，這樣可以確保電路在剛開始工作的幾個振蕩周期時間內(nèi)加至燈管的工作電壓不超過起弧工作電壓。

3、  點火工作模式

　　當(dāng)CPH引腳2的電壓被充電至4.0V時就開始了點火工作模式，這時圖3中所示的比較器COMP2的輸出電壓變低，場效應(yīng)管VT₁關(guān)斷，這時電容C_RAMP開始充電，電容C_RAMP決定著由燈絲預(yù)熱工作頻率下降至點火工作模式頻率的斜波下降時間長短（參見IR2167控制電路部分的定時圖4）。一旦PRH引腳3上的電壓到達(dá)2.0V，外接電阻R_PH的取值對電路工作頻率就沒有影響，這時電路的工作頻率由外接元件R_T、C_T和R_DT決定，這時電路的工作頻率最低，電路的工作頻率斜波下降至燈負(fù)載電路的諧振頻率，從而使燈開始點火。{{分頁}}

4、  工作模式

　　當(dāng)CPH引腳2的電壓到達(dá)5.1V時，IR2167進(jìn)入工作模式，這時圖3所示電路中的比較器COMP1的輸出為高電平，COMP1的高電平輸出又使VT₂導(dǎo)通，并使RUN引腳5和COM引腳16接通，這時電路的振蕩頻率由外接元件R_T、R_RUN、C_T和R_DT控制。電子鎮(zhèn)流器在工作中頻率的變化規(guī)律如圖4所示。

　　從圖4可以看出，電路的工作頻率比點火頻率高，即有>>>的關(guān)系成立，這種工作模式對由于LC諧振元件的誤差而對電子鎮(zhèn)流器工作的影響到是有利的，當(dāng)然使用>>> 這種工作模式也是可行的。

　　IR2167的核心電路是一個振蕩電路，這個振蕩電路的定時元件由外接的定時電阻和定時電容決定，在定時電容C_T上的波形為鋸齒波，而鋸齒波的上升傾斜部分的斜率由流經(jīng)接至RT引腳4的電阻R_T的數(shù)值決定，而這個鋸齒波的下降部分的斜率由外接電阻R_DT的數(shù)值決定，同樣這個鋸齒波的下降部分和開關(guān)輸出級的死時間參數(shù)相對應(yīng)，在這個死時間工作期間，HO引腳20和LO引腳15的輸出均為低電平。通過外接電阻R_DT參數(shù)的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)死時間的大小。

　　RT引腳4的輸入是一個電壓控制電流源，這個控制電壓大約為2.0V，為了保持RT引腳4和CT引腳6通過充電電流的線性，流經(jīng)RT引腳4的電流應(yīng)保持在50~500μA的范圍內(nèi)，同樣RT引腳4也可以用作電路閉環(huán)控制的反饋信號接入點。

5、  PFC電路部分的工作原理

　　為了降低電路交流輸入電流的總諧波含量（THD）和改善電路的功率因數(shù)，在IR2167中設(shè)置了有源功率因數(shù)校正電路。IR2167的有源功率因數(shù)校正電路工作于臨界導(dǎo)通模式，這時PFC電感在每個工作周期的放電時間里放電至零。由于輸出交流電壓已是正弦波，所以在IR2167中沒有設(shè)置輸入交流電壓檢測電路，在PFC功率管MOSFET的高頻導(dǎo)通和關(guān)斷工作期間(>10kHz，這大大高于50~60Hz的交流輸入頻率)，流經(jīng)PFC電感的電流會自然跟蹤輸入交流電壓的波形。這個電路的PFC功率管MOSFET的導(dǎo)通時間的大小與PFC電路輸出直流電壓的大小有關(guān)，而PFC功率管MOSFET的關(guān)斷時間和通過PFC電感的電流下降至零的時間有關(guān)，這個零電流可以通過連接到ZX引腳10的PFC電感的次級繞組來檢測，這樣PFC電路是工作在變頻控制方式，當(dāng)交流輸入市電過零時，PFC電路的工作頻率變高，反之在交流輸入電壓的峰值期間，PFC電路的工作頻率最低。這可以見圖5所示的波形。

　　隨著接至COM引腳16電容的充電開始，PFC功率管MOSFET的導(dǎo)通時間開始上升，這時運算放大器OTAI的增益最大（見圖6），增益大可以使用PFC電路輸出的直流電壓值盡快上升到正常工作電壓值。當(dāng)VBUS引腳11的電壓達(dá)到3V時，運算放大器OTA1增益變?yōu)樗恼Ｖ?，這時PFC輸出的直流電壓繼續(xù)上升，直至VBUS引腳11的電壓為4V，這時運算放大器的增益上升到它的最大值，并且保持這個最大增益值直至鎮(zhèn)流電路進(jìn)入工作模式，這種工作方式對電子鎮(zhèn)流器電路的正常工作是很有幫助的。

　　當(dāng)交流市電加到電子鎮(zhèn)流器電路時，V_CC引腳17電壓上升到15V，直至電子鎮(zhèn)流器電路開始它的預(yù)熱工作模式，這時PFC電路開始工作，這樣可以改善燈的工作條件。{{分頁}}

　　當(dāng)PFC電路開始工作時（見圖6），VBUS引腳11和COMP引腳9為低電位，PFC功率管MOSFET導(dǎo)通，這時MOSFET管的導(dǎo)通時間最小，PFC電感開始被充磁，一旦PFC功率管MOSFET進(jìn)入關(guān)斷工作期，PFC電感開始釋放電能至PFC輸出端連接的儲能電容。

　　COMP4是一個有回滯電壓的閾值電壓為4.3V的比較器，所以當(dāng)VBUS引腳11的電壓上升到4.0V的閾值電壓時，PFC功率開關(guān)管不會導(dǎo)通，只有VBUS引腳11的電壓再下降到大約4.0V時，PFC功率管MOSFET才會再次導(dǎo)通，這樣可以有效地控制PFC輸出直流電壓的變化。

　　在有些應(yīng)用場合下，有可能交流輸入市電電壓很高，有可能這個很高的交流輸入市電經(jīng)整流后直接為PFC電容充電，而不經(jīng)過PFC電路的升電壓控制，這時由于輸入電流沒有下降到零，相應(yīng)ZX引腳10的電壓不會變?yōu)楦唠娢?，所以PFC功率管MOSFET也不會導(dǎo)通，如果在500ms的時間內(nèi)在ZX引腳10沒有檢測到脈沖信號，這時看門狗定時器電路就會輸出一個脈沖信號使PFC功率開關(guān)管MOSFET導(dǎo)通，這樣就可以使PFC輸出電壓值為正常工作電壓值。

6、  交流輸入電源電壓的檢測

　　通過圖7中所示電路的外接電阻R₁、R₂和電容C₁可以實現(xiàn)輸入交流電源電壓高低檢測的目的，并且這種檢測比較器是有回滯比較電壓的。當(dāng)外接交流輸入市電剛一加到電路時，IR2167處于它的啟動工作狀態(tài)，在振蕩電路起振之前應(yīng)滿足以下3個條件。

（1）       IR2167的V_CC引腳17上的電壓應(yīng)高于欠電壓鎖定輸出的閾值電壓（11.5V）。

（2）       VDC引腳1上的電壓應(yīng)不低于5.1V。

（3）       SD引腳13上的電壓應(yīng)不高于4.85V。

7、  燈管在位和燈管壽命終止的檢測

　　IR2167的SD引腳13用于關(guān)斷燈電路和燈管壽命終止的檢測，SD引腳13的典型連接電路如圖8所示。在燈電路的工作過程中，如果SD引腳13上的電壓大于5.1V（為了提高SD引腳的抗干擾信號能力，設(shè)有150mV的回滯電壓），則表示電路不是出現(xiàn)了燈負(fù)載的故障，就是出現(xiàn)了燈管不在位的故障，這時IR2167內(nèi)的振蕩電路停振，HO引腳20和LO引腳15的輸出為低電位，IR2167進(jìn)入微功率工作模式。這時如果更換燈管，燈負(fù)載電路正常后，SD引腳13的電位又會變?yōu)榈仉娢?，這時IR2167內(nèi)部又會發(fā)出一個電路的重新啟動信號，重新開始燈電路的預(yù)熱、點火、正常工作的循環(huán)。

　　在燈電路的工作模式下，SD引腳13上有兩個閾值電壓使SD引腳13工作，在燈電路正常工作時，利用出現(xiàn)在SD引腳13的這兩個閾值電壓形成一個窗口電壓，當(dāng)燈負(fù)載到達(dá)它的壽命終止期時，燈管的工作電壓將上升，這時在SD引腳會檢測到這個上升的電壓，這時會使IR2167內(nèi)部的振蕩電路停振,從而關(guān)斷電子鎮(zhèn)流器功率輸出電路的兩只功率晶體管MOSFET,這時IR2167會進(jìn)入它的微功率工作模式。{{分頁}}

8、  半橋輸出功率級工作電流檢測和故障保護

　　IR2167的CS引腳14的信號來自于下邊的半橋功率開關(guān)管MOSFET的源極取樣電阻R_CS（見圖9），利用CS引腳14可以檢測燈點火失敗、燈負(fù)載電路過電流、半橋功率開關(guān)處于硬開關(guān)工作狀態(tài)、燈不在位和燈電路的諧振工作頻率過低等故障現(xiàn)象，如果CS引腳14檢測到了以上的幾個故障之一，則IR2167會使電路停振，半橋功率開關(guān)管MOSFET的驅(qū)動信號變?yōu)榈碗妷?，IR2167進(jìn)入微功率工作模式，為了提高電路工作的可靠性，故障保護采取了逐周期工作的控制方式。

　　如果電路工作出現(xiàn)了過電流、點火失敗和功率開關(guān)管MOSFET出現(xiàn)了硬開關(guān)工作狀態(tài)，在燈電路預(yù)熱結(jié)束期間，到達(dá)外接的可編程設(shè)定的CS+閾值電壓的閾值，電路保護功能動作。這個閾值電壓由外接電阻R_OC決定，可利用下式計算：

或

V=5510R                 （1）

　　對于燈電路欠電流工作和燈電路工作頻率過低的故障，通過0.2V的CS-的閾值電壓，可以使燈電路在工作模式開始期間，使燈保護電路工作，CS-閾值電壓的檢測是和LO輸出的信號下降沿同步的。

9、  電荷泵升電壓電路

　　通過如圖10所示接至V_CC引腳17的一個簡單電荷泵電路為高端電路供電，一只耐高電壓的快恢復(fù)二極管VD_BOOT接在了V_CC引腳17和VB引腳18之間，升電壓電容C_BOOT接到了VB引腳18和VS引腳19之間，在半橋功率級開關(guān)工作期間，當(dāng)VT₂導(dǎo)通和VT₁關(guān)斷時，通過VT₂、VD_BOOT和C_VCC為電容C_BOOT充電。同樣，當(dāng)VT₂關(guān)斷和VT₁導(dǎo)通時，升壓二極管VD_BOOT關(guān)斷，C_BOOT電容上的電荷為IR2167的高端電路供電，并且CMOS電路的工作電流很低（典型值為45μA）。

10、有關(guān)設(shè)計方程式

　　利用下列方程式進(jìn)行有關(guān)電路參數(shù)計算時，有可能由于電路元件參數(shù)誤差原因而造成振蕩器的過沖現(xiàn)象，也有可能利用下面的公式計算得到的結(jié)果和實際值有差別。在具體電路應(yīng)用中，需根據(jù)計算值進(jìn)行實驗電路的有關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)，這點在實用中需加以注意。

（1）  有關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)

　　在燈負(fù)載點火工作期間，加到燈負(fù)載上的電壓最大，這個電壓值的大小和燈的類型有關(guān)，對T8燈管這個電壓典型值為1600V，隨著燈電路隨燈預(yù)熱工作頻率向諧振工作頻率的方向降低，燈負(fù)載兩端的電壓也隨之上升。在燈點火工作期間，燈電路的工作頻率取決于R_T、C_T和R_DT的元件參數(shù)，這時電阻R_PH和R_RUN和COM引腳斷開，電阻R_T的選取原則應(yīng)使燈負(fù)載在燈點火工作期間能得到足夠的燈點火電壓，流經(jīng)電阻R_T的電流大致和流經(jīng)定時電容C_T的電流相等，流經(jīng)電阻R_T的電流可利用下式計算：

                                 （2）

　　這個電流值應(yīng)保持在50~500μA的范圍內(nèi)。電容CT的參數(shù)可利用下式計算：

                         (3)

　　燈電路點火工作頻率和電阻的參數(shù)可按下式計算：

                               （4）

                         （5）

　　死時間可利用下式計算。

　　t_d=0.69R_DTC_T                                    (6)

（2）燈負(fù)載最大點火電流的計算

　　燈點火電流的大小要受到諧振鎮(zhèn)流電感的電感量和半橋功率開關(guān)管MOSFET的電壓、電流額定值的影響，諧振鎮(zhèn)流電感的磁飽和電流值應(yīng)當(dāng)比半橋功率開關(guān)管MOSFET的電流額定值小許多，在最壞的工作條件下，也不應(yīng)使諧振鎮(zhèn)流電感磁飽和，燈負(fù)載工作電流的大小可以通過CS引腳和OC引腳加以控制，在OC引腳的內(nèi)部電路內(nèi)有一個50μA的電流源，這個電流值通過外接的電阻R_OC可以決定CS引腳的閾值電壓。

V_CS+=5510R_OC                                   （7）

　　如果通過外接電阻R_CS的電流超過了預(yù)定值，則IR2167關(guān)斷。{{分頁}}

（3） 燈電路預(yù)熱工作頻率的設(shè)置

　　燈電路的預(yù)熱工作頻率由外接元件R_PH、R_T、C_T和R_DT的參數(shù)決定，燈電路預(yù)熱工作頻率的選擇原則應(yīng)是在燈的預(yù)熱工作期間加到負(fù)載兩端的電壓要比在燈點火工作期間加到燈兩端的電壓小得多，并為燈絲提供足夠的預(yù)熱。在燈絲預(yù)熱工作期間，通過燈絲的電流應(yīng)為恒定值。但是，隨著燈絲的加熱，燈絲的熱電阻值增加，反過來又導(dǎo)致加到燈絲上的電壓上升，這反映了燈管燈絲冷、熱電阻的變化規(guī)律，并且這個電壓變化和燈絲的冷、熱電阻比有關(guān)。一般而言，燈絲的冷、熱電阻比為1：4，是一個可以接受的值。燈電路的預(yù)熱工作頻率和外接元件R_PH的參數(shù)值可以分別利用下式計算：                        (8)

                           (9)

(4)燈絲預(yù)熱時間的設(shè)置

　　燈負(fù)載的預(yù)熱時間取決于外接電容CPH的參數(shù)，預(yù)熱時間的選取原則是應(yīng)滿足燈絲冷、熱電阻1：4的要求，這點可以通過觀測燈管燈絲電壓看到，燈絲預(yù)熱時間可由下式計算：

t_PH=4.010C_PH

　　在IR2167的整個預(yù)熱工作期間，電容C_PH上的電壓都在變化，一旦C_PH上的電壓達(dá)到4.0V時，則燈絲預(yù)熱工作過程結(jié)束。

（5）燈點火工作時間的設(shè)置

　　燈的預(yù)熱工作模式和工作模式之間的時間間隔那段就是燈的點火工作模式工作時間，在這段時間內(nèi)，燈電路由預(yù)熱工作模式到工作模式轉(zhuǎn)變時所對應(yīng)的工作頻率變化速率和外接電阻的參數(shù)有關(guān)。

（6）燈電路工作頻率的計算

　　當(dāng)IR2167的RPH引腳3的電壓上升到5.1V時，燈電路就進(jìn)入了工作模式，這時，燈電路的工作頻率和外接元件R_T、R_RUN、R_DT和C_T的參數(shù)有關(guān)，燈電路的工作頻率可以設(shè)計得高于或低于燈負(fù)載的點火工作頻率，燈電路的工作頻率f_工作和的參數(shù)可分別利用下式計算：

                            （10）                            （11）

（7）IR2167的供電旁路電路和PCB設(shè)計的考慮

　　在使用IR2167時，電路板PCB的設(shè)計布局是一件很重要的事，它關(guān)系到IR2167是否正常工作的問題，IR2167的V_CC引腳17應(yīng)通過一個低等效串聯(lián)電阻的電容接至COM引腳16，并且引線應(yīng)盡量短，如圖11所示。

　　電容C_VCC選擇可按經(jīng)驗公式來選擇，即C_VCC的數(shù)值應(yīng)至少是被驅(qū)動晶體管的輸入電容（）的2500倍，具體使用中，可以再并聯(lián)一個電解電容器，這個電解電容器一般取值為10μF，同樣這兩個電容的布線應(yīng)盡量靠近IR2167，并且引線要盡量短，這會使IR2167的工作效果更好。

　　在IR2167的典型應(yīng)用場合，IR2167一般通過一個RC啟動電路和一個電荷泵電路來完成啟動工作，同時在IR2167的正常工作期間，引腳17的工作電壓將被內(nèi)接的15.6V穩(wěn)壓二極管鉗位。

（8）IR2167地線和功率電路地線的連接

　　IR2167的小信號電路地和大信號驅(qū)動電路信號地都接到了IR2167內(nèi)部的地線，COM引腳應(yīng)接至半橋功率輸出級低端功率管MOSFET電流檢測電阻的接地端，如圖12所示。同時定時元件的地線和去耦元件的地線也應(yīng)接至COM引腳，引線應(yīng)盡量短，這樣有利用電路抑制噪聲干擾和確保電路穩(wěn)定工作。