一種基于IR21592的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的原理與設(shè)計(jì)方案-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯一種基于IR21592的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的原理與設(shè)計(jì)方案-技術(shù)方案一、引言在照明領(lǐng)域，熒光燈的使用非常普遍，因此，與之配合的熒光燈鎮(zhèn)流器的性能和質(zhì)量水平將直接決定整個(gè)照明領(lǐng)域的能耗效率。早期的熒光燈鎮(zhèn)流器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能與質(zhì)量較低，使得在照明領(lǐng)域造成電能的極大浪費(fèi)并存在較大安全隱患。隨著節(jié)能問題越來越得到關(guān)注，高性能高質(zhì)量的熒光燈鎮(zhèn)流器的普及成為必然趨勢(shì)?？烧{(diào)光熒光燈電子鎮(zhèn)流器是在高性能電子鎮(zhèn)流器的基礎(chǔ)上增加可調(diào)光功能，目的是可以在不必要滿功率輸出的場(chǎng)合，根據(jù)需要調(diào)節(jié)輸出功率，這樣不僅起到化節(jié)能的作用，還能延長(zhǎng)燈管的使用壽命，而且還能起到變換視覺效果的作用，成為倍受用戶青睬的典型“綠色照明”產(chǎn)品。由于熒光燈是一種非線性負(fù)載，并且燈管有額定導(dǎo)通電壓，如果燈管上的電壓低于額定值，則會(huì)熄滅或不能發(fā)光，所以熒光燈的調(diào)光并非像白熾燈調(diào)光那樣簡(jiǎn)單。熒光燈調(diào)光電子鎮(zhèn)流器分為模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光，而具體的調(diào)光方法主要有頻率調(diào)制（即調(diào)頻）和相位控制。從本質(zhì)上講，熒光燈調(diào)光是通過調(diào)節(jié)燈管電流實(shí)現(xiàn)的。燈管額定功率上有輸出電平，亮度調(diào)節(jié)不能超過輸出電平（即100％）。性能優(yōu)良的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的調(diào)光范圍為100%~10％。

可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器必須以專用控制電路為基礎(chǔ)。目前可供選用的調(diào)光鎮(zhèn)流器控制電路有幾十個(gè)類型的器件，其中包含上海復(fù)旦微電子股份有限公司生產(chǎn)的FM281l和FM2822，美國IR公司推出的IR2159、IR21592和IR21593，都是有代表性的控制電路。

二、IR21592的主要特點(diǎn)IR21592型控制器集成了調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器和600V半橋驅(qū)動(dòng)器，采用16引腳DIP和SOIC封裝。IR21592的是帶外部可編程頻率的壓控振蕩器（VCO）。

R21592的主要特點(diǎn)如下：

（1）具有欠壓鎖定（UVLO）模式、預(yù)熱模式、調(diào)光模式和故障模式；

（2）提供無變壓器的燈功率檢測(cè)相位控制，只需很少的改動(dòng)，即可將非調(diào)光鎮(zhèn)流器改為可調(diào)光鎮(zhèn)流器，調(diào)光控制輸入DC電壓范圍為O.5V~5V（5V的DC輸入對(duì)應(yīng)功率，相移）；

（3）預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱電流、觸發(fā)（點(diǎn)火）到調(diào)光時(shí)間等參數(shù)可控，均可利用外部元件編程設(shè)置，為鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)提供了高度靈活性；

（4）提供燈觸發(fā)失敗、燈絲失敗、熱過載（熱關(guān)斷溫度為165℃）、正常工作期間燈失效及AC線路欠壓保護(hù)與VCC欠電壓鎖定（VCC關(guān)斷電平約為10.9V）。

三、基于IR21592的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器（Electricalballast），是鎮(zhèn)流器的一種，是指采用電子技術(shù)驅(qū)動(dòng)電光源，使之產(chǎn)生所需照明的電子設(shè)備。與之對(duì)應(yīng)的是電感式鎮(zhèn)流器（或鎮(zhèn)流器）?，F(xiàn)代日光燈越來越多的使用電子鎮(zhèn)流器，輕便小巧，甚至可以將電子鎮(zhèn)流器與燈管等集成在一起，同時(shí)，電子鎮(zhèn)流器通?？梢约婢咂疠x器功能，故此又可省去單獨(dú)的起輝器。電子鎮(zhèn)流器還可以具有更多功能，比如可以通過提高電流頻率或者電流波形（如變成方波）改善或消除日光燈的閃爍現(xiàn)象；也可通過電源逆變過程使得日光燈可以使用直流電源。

電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)能。熒光燈的電子鎮(zhèn)流器，多使用20—60khz頻率供給燈管，使燈管光效比工頻提高約10%（按長(zhǎng)度為4尺的燈管），且自身功耗低，使燈的總輸入功率下降約20%，有更佳的節(jié)能效果。

（2）消除頻閃，發(fā)光更穩(wěn)定。有利于提高視覺分辨率，提高功效；降低連續(xù)作業(yè)的視覺疲勞，有利于保護(hù)視力。

（3）起點(diǎn)更可靠。預(yù)熱燈管后起點(diǎn)成功，避免了多次起點(diǎn)。

（4）功率因數(shù)高。符合國家標(biāo)準(zhǔn)的25W以上的熒光燈，其功率因數(shù)高于0.95。但應(yīng)注意，國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)25W以下的燈管規(guī)定的諧波限值很高，以致使其功率因數(shù)下降到0.7—0.8。

（5）穩(wěn)定輸入功率和輸出光通量：高品質(zhì)產(chǎn)品有良好的穩(wěn)壓性能，在電源、電壓偏差很大時(shí)，仍能保持光源恒定功率，穩(wěn)定光照度，有利于節(jié)能。

（6）延長(zhǎng)燈管壽命。高品質(zhì)產(chǎn)品的恒功率和燈管電流下降，以及起點(diǎn)可靠等因素可使燈管壽命延長(zhǎng)。

（7）噪音低。高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器噪音可達(dá)35db以下，人們感覺不到噪音。

（8）可以調(diào)光。對(duì)于需要調(diào)光的場(chǎng)所，如：原使用白熾燈或鹵鎢燈調(diào)光的場(chǎng)所，代之以高效熒光燈配可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，可實(shí)現(xiàn)在2%—100%的大范圍調(diào)光。

需要注意的是，只有設(shè)計(jì)優(yōu)良的電子鎮(zhèn)流器才能發(fā)揮以上各種優(yōu)點(diǎn)。雖然都是電子鎮(zhèn)流器，用于金鹵燈的電子鎮(zhèn)流器要比用于熒光燈的復(fù)雜很多，或者說幾乎完全不一樣。如果設(shè)計(jì)或制造工藝不到位，一個(gè)非常小的疏漏，都會(huì)造成故障。

由L6561和[R21592型控制器組成的高功率因數(shù)36W熒光燈調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路如圖1所示。其中，圖1（a）為基于L6561型控制器的有源功率因數(shù)校正（PFC）升壓型預(yù)變換器電路，其前端為EMI濾波器和橋式整流器（BRl）；圖l（b）為基于IR21592型控制器的調(diào)光鎮(zhèn)流器電路。

1.工作原理PFC升壓變換器為鎮(zhèn)流器電路提供接近于1的線路功率因數(shù)和低總諧波電流失真THD（15％）及400V的DC總線電壓VBUS。在輸入接通AC供電線路后，橋式整流器輸出DC脈動(dòng)電壓VDC通過R5和RLM2（10Ω）對(duì)IC2的VCC引腳上的電容器CVCC2（4.7μF）充電。當(dāng)CVCC2上的電壓超過12.5V的導(dǎo)通閾值時(shí)，IC2啟動(dòng)，IC2內(nèi)VCO起振，半橋驅(qū)動(dòng)器開始工作。只要半橋產(chǎn)生輸出，C12、VSI和D4組成的電荷泵電路為IC2的VCC腳供電。半橋輸出高頻信號(hào)經(jīng)C12、二極管Dl整流和C4濾波為IC1的8引腳（VCC）供電，使IC1啟動(dòng)并使PFC變換器開始工作。

IC2引腳1上由R4和RVCD組成的分壓器用作檢測(cè)經(jīng)全波整流的線路電壓。只有當(dāng)VCC引腳上的電壓超過導(dǎo)通門限電壓并且VDC引腳上的電壓大于5.1V時(shí)，IC2才能啟動(dòng)并進(jìn)入預(yù)熱模式。在預(yù)熱模式，IC2引腳2內(nèi)部VCO在頻率上振蕩，半橋輸出帶50％的占空因數(shù)，HO引腳與LO引腳上的驅(qū)動(dòng)輸出之間的死區(qū)時(shí)間內(nèi)部設(shè)定為2μs，從而避免Q2和Q3“直通”。預(yù)熱時(shí)間由IC2引腳3外部電容器CCPH確定。當(dāng)CCPH上的電壓大于5.1V時(shí)，預(yù)熱階段結(jié)束后，IC2進(jìn)入觸發(fā)模式。在觸發(fā)模式下，工作頻率從預(yù)熱頻率向頻率fMIN偏移。工作頻率由IC2引腳7外部電阻器RFMIN設(shè)定。在頻率線性降低過程中，當(dāng)接近輸出級(jí)LC串聯(lián)電路固有頻率時(shí)，將發(fā)生諧振，在CRES上產(chǎn)生的高壓脈沖施加到燈管的兩端，使燈管擊穿而點(diǎn)亮。一旦燈觸發(fā)成功，IC2則進(jìn)入運(yùn)行模式，若失敗，IC2則進(jìn)入故障保護(hù)模式。

IR21592有1個(gè)調(diào)光接口，如圖2所示。IC2引腳4允許0.5V~5V的DC電壓輸入，執(zhí)行模擬燈功率控制。5V的電壓對(duì)應(yīng)于相位移（燈功率）。調(diào)光接口輸出是IC2引腳MIN的電壓，該電壓與IC2內(nèi)部定時(shí)電容器（CT）上的電壓VCT相比較，產(chǎn)生頻率獨(dú)立的數(shù)字接口相位。CT從lV～5V的充電時(shí)間確定IC2輸出柵極驅(qū)動(dòng)器（H0與LO）的導(dǎo)通時(shí)間。在負(fù)載電流中可能對(duì)應(yīng)于-180°的相位移。對(duì)于0°~90°的調(diào)光范圍，利用引腳MIN和引腳MAX上的外部電阻器將IC2引腳MIN上的電壓限制在1V~3V之間。對(duì)應(yīng)于DIM引腳上5V的輸入，RMAX決定相移參考（大燈功率）。RMIN設(shè)置相移（燈功率），對(duì)應(yīng)于0.5V的調(diào)光輸入。

Q3源極電阻器RCS感測(cè)半橋電流。只要IC2引腳CS上的電壓超過1.6V，則電路進(jìn)入故障保護(hù)模式。由R17和R16組成的分壓器和C1l組成燈檢測(cè)電路。在燈出現(xiàn)故障時(shí)，IC2關(guān)閉。IC2引腳8外部電阻RIPH設(shè)置基準(zhǔn)峰值預(yù)熱電流。自舉二極管D3和電容器C7組成IC2內(nèi)部高側(cè)驅(qū)動(dòng)器的供電電路。

2.鎮(zhèn)流器電路設(shè)計(jì)根據(jù)燈管要求，選擇基于IR21592的鎮(zhèn)流器輸出級(jí)元件和可編程輸入元件。36WT8型燈管的參數(shù)見表1。

2.1鎮(zhèn)流器輸出級(jí)LRES和CRES的選擇對(duì)于給定的LRES電感值L、CRES電容值C和DC總線電壓VDC，預(yù)熱期間的燈管電壓Vph、預(yù)熱頻率fph、觸發(fā)頻率fign、觸發(fā)電流Iign、滿載下的工作頻率f100%和在1％亮度燈功率上的陰極預(yù)熱電流Icath（1%）依次由公式（1）到公式（6）給出：

為防止預(yù)熱期間點(diǎn)火，要求Vph5kHz。為避免電感器飽和，要求Iign根據(jù)公式（1）到公式（6），可以求出在LRES的L值一定時(shí)，即L=2mH下不同的C值對(duì)應(yīng)的鎮(zhèn)流器輸出級(jí)參數(shù)，如表2所列。

將表2與表1相比較，當(dāng)L=2mH和C=6.8nF時(shí)，由于Vph=700Vpp，大于T8型燈管允許的限制值（600Vpp），同時(shí)Icath（min）=0.32ARMs，小于T8型燈管要求值（0.35ARMs），故選擇C=6.8nF是不適宜的。若選取C=10nF，則可以滿足燈管要求。但在調(diào)光期間，隨著燈功率的降低，燈阻抗會(huì)負(fù)向增加，燈電壓會(huì)升高。在1％亮度下，燈電壓可達(dá)到值，產(chǎn)生燈絲電流，使燈絲過熱。因此，lOnF的電容值略偏大。選擇C=8.2nF完全符合燈管要求，不會(huì)出現(xiàn)燈陰極過熱。因此，選擇L=2mH和C=8.2nF是可行的。

2.2IR21592的可編程輸入?yún)?shù)設(shè)計(jì)為了編程調(diào)光接口MIN和MAX設(shè)置，必須計(jì)算在和功率下的輸出電流相位ψ％。計(jì)算公式如下：

根據(jù)燈管要求和L、C選定值及和相位計(jì)算值，IR21592的可編程輸入元件值可由公式（9）到公式（14）得到：

表3所列為利用公式（7）到公式（14）計(jì)算的IR21592的輸入?yún)?shù)值。

IR21592的輸入元件還有VCC引腳上的啟動(dòng)電阻器R5和VDC引腳上的分壓電阻器R4及RVDC。

IC2引腳VCC啟動(dòng)門限電壓值Vth（max）=13V，啟動(dòng)電流值IST（max）=0.33mA。R5的選擇應(yīng)保證在AC線路電壓VAC（min）=185V下提供足夠的啟動(dòng)電流：

設(shè)在AC線路VAC（max）=265V下，R5的功率PR5≤0.5W,R5必須滿足下列條件：

由于260kΩ≤R5714kΩ，選擇Rs=470kΩ。

IC2引腳VDC上正常工作門限電壓是5.1V。R4與RVDC之間的關(guān)系為：

通常選擇RVDC=10kΩ~27kΩ。根據(jù)公式（17）可得：當(dāng)RVDC=10kΩ時(shí)，R4≤739kΩ；當(dāng)RVDC=27kΩ，時(shí)，R4≤1.995MΩ。

IR公司提供成套的IR21592設(shè)計(jì)組件和工具，其中包括調(diào)光鎮(zhèn)流器電路設(shè)計(jì)軟件。該軟件允許選擇不同的燈管類型、不同的AC輸入電壓范圍和不同的燈管配置，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)迭代，產(chǎn)生新的方案和元器件及材料清單。

利用IR21592和微控制器或微處理器可以組成高端全數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器。微控制器是IR21592和數(shù)字可尋址照明接口（DALI）之間的界面。DALI協(xié)議為16位，支持直到64個(gè)鎮(zhèn)流器各自的尋址，控制64個(gè)不同的鎮(zhèn)流器。

四、結(jié)束語基于壓控振蕩器（VCO）的IR21592單片