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高功率因数超低THD电子镇流器电路IRS2168D

高功率因数超低THD电子镇流器电路IRS2168D

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  IRS2168D是以IR2166/IRS2166D为基础设计的一种全集成、全保护、将PFC与镇流器控制及600V半桥驱动器结合在一起的专用单片IC,其引脚功能见下表,

引脚号 符号 功能 1 VBUS DC总线电压感测输入 2 CPH 预热定时输入 3 VCO 压控振荡器斜坡输入 4 FMIN 最低振荡频率设置端 5 COMP PFC误差放大器补偿端 6 ZX PFC零电流检测端 7 PFC PFC栅极驱动输出端 8 OC PFC电流感测输入端 9 SD/EOL 关闭与灯寿终感测输入端 10 CS 半桥电流感测输入端 11 LO 半桥低端栅极驱动器输出 12 COM IC电源与信号地 13 VCC 逻辑与低端栅极驱动器电源 14 VB 高端栅极驱动器浮动电源 15 VS 高压浮动电源地 16 HO 高端栅极驱动器输出

引脚排列如下图所示,内部结构框图如下图所示。

  IRS2168D的PFC电路在临界导电模式(CRM)工作,提供高功率因数(PF)、超低输入电流总谱波失真(THD)和DC总线电压调节IRS2168D的预热和运行频率、预热时间、PFC过电流超低输入电流总谱波失真(THD)和DC总线电压调节保护和灯寿终(EOL)保护可编程,即根据需要均可由IC外部的阻容元件设置。

  IRS2168D提供闭环触发启动(即点火)电流调节和全方位保护,例如灯触发失效保护、灯丝失效保护、EOL保护、灯管不到位保护、DC总线欠电压复位及自动重新启动等。IRS2168D内合电压控制振IRS2168D的预热和运行频率、预热时间、PFC过电流动器(VCO)、自举MOSFET、电流感测(正数/倒数)故障计数器等,在引脚Vcc内部还并联一个15.6V的箝位齐纳二极管。

  IRS2168有较低的启动电流(约220μA)和工作电流(约5.5mA)。

  基于IRS2168D的荧光灯电子镇流器电路

  由IRS2168D组成的高功率因数荧光灯电子镇流器电路如下图所示。

  1、系统供电电路

       IRS2168D引脚VCC上的Rsupply是启动电阻。当镇流器接通交流电源后,桥式全波整流输出电压通过Rsupply对IC脚VCC上的电容C(容值为2.2~4.7μF)充电。当Cvcc1上的电压超过12.5V时,IC启动,VCO开始振荡。半桥逆变器一旦产生输出,则由Csnub和Vdcp1、Vdcp2组成的电荷泵电路为IC的VCC脚提供工作电流。如果VCC引脚上的电压降至10.5V的门限电平之下,IC则关闭在PFC、HO和LO引脚上的输出,进入欠电压锁定(UVLO)模式。

  2、有源PFC升压变换器IC引脚1和引脚5~8内部PFC控制器及其外部元件组成升压PFC预变器。如果不采取PFC措施,AC输入电流波形将严重失真,呈幅度很高的尖峰脉冲,如下图所示。

  在电子镇流器电路图中,当PFC开关VT3导通时,二极管Vdpfc截止,通过电感器Lpfc的电流从零开始线性增大,并且全部流过VT3。一旦电感电流达到峰值,VT3截止,Lpfc释放能量(亦即LpFc放电),二极管VDpfc导通,电感电流从峰值开始线性减小。一旦电感电流降至零,LpFc的辅助绕组上的电压极性反转,被IC脚6检测,VT3再次导通,开始一个新的开关周期。这种CRM-PFC电路的电感电流呈高频三角波,每个开关周期的峰值电感电流都追踪AC输入电压Vac的瞬时变化轨迹,如下图所示。

高频电感电流被输入电容C2(0.22~O.68μF)旁路,得到与Vac呈正比的平滑平均输入电流,其峰值为峰值电感电流的一半。

  采用有源PFC后的输入电流Iac与电压Vac波形如下图所示。

由于输入电流呈正弦波,且于输入电压同相位,使系统呈纯电阻性,故功率因数几乎等于1,THD<10%。

  3、镇流器控制与半桥逆变器电路IRS2168D除UVLO模式外,还有预热、点火、运行和故障等工作模式。

  (1)预热模式(PH):当IC脚VCC上的电压超过12.5V的门限后,IC进入预热模式。由于此时IC脚2内部MOSFET截止,通过R侧的电流对IC脚2上的电容Cph充电,IC脚HO和LO上输出较高的软启动频率。尔后迅速降至预热频率FPhofh主要由IC脚4上由Rfmn与Rph并联值形成的等效电阻值确定。当Cph上的电压被充电到时,预热阶段完成。预热时间tph由Rcph与Cph值决定,并且Tph≈Rr1·Cph。通过适当选择Rcph和Cph值,可使Tph保持在0.7~1.2s的范围之内。

  在预热期间,镇流器提供一个电流对灯丝加热,IC引脚CS上的过电流保护和65周期过电流计数器使能,PFC电路工作在高增益模式,将PFC输出DC总线电压调节到恒定值。

  (2)点火(触发启动)模式(IGN):预热阶段结束,Cph上的电压困放电降至上Vcc,接着Cph又被充电。点火模式定义为CpH上的电压从的(笫二次)时间。在点火模式,工作频率从Fph下斜至运行频率Frun(即最低频率Fmin)。

  在频率扫描通过输出级LC串联电路的谐振频率时,则发生谐振,在与灯并联的启动电容Cres上产生一个高压使灯管电离而点亮。在灯点火期间,一旦出现点火失败或灯壬生开路等故障,IC在CS脚上的过电流保护则被激活。

  灯点火时间Tign约为预热时间的40%,即Tign=0.4ph。在点火模式开始阶段,IC脚3外部电容Cvco上的充电电压指数式升高,该斜坡电压历经时间Tramp≈Rph·Rvco。由于IC脚CS上的门限为1.2V,峰值点火电流为Ipk≈1.2V/Rcs。

  (3)运行模式:当Cph第二次充电超过时,IC进入运行模式,在运行模式的工作频率frun最低,其值由IC脚FMIN上的电阻RFMIN(10-300kΩ)决定。

  IR公司为用户提供了运行频率frun与Rfmin之间关系曲线,当Rfmin=42.2kΩ时,Frun=44.5kHz±4kHz。在RFMIN=42.2kΩ和Rph=42.2kΩ下,预热频率Fph=85kHz±4kHz。

  (4)故障模式:在以下几种情况下,IC将进入故障模式:一是DC总线电压Vbus>4.3V或Vbus<3V;二是因PFC或半桥过电流,使IC脚OC上的电压VOC>1.2V,脚CS上的电压Vcs>1.2V;三是在灯寿终(EOL)和灯丝开路等故障出现时,经R5、R6、R7和R8、Ceol、VS2等及R3、R4、VD1等检测,IC引脚SD/EOL上的电压超过3V或低于IV。

  在故障模式,半桥和PFC级电路均截止。一旦故障消除,IC将自动重新启动。

  结束语

      IRS2168D是目前先进的一种集PFC与镇流器控制及半桥驱动器于同一芯片上的专用IC,它为设计高功率因数、超低THD、高性能和高可靠荧光灯电子镇压流器,提供了单芯片和低成本解决方案。




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