電子鎮流器控制器IR2520原理及應用

摘要：IR2520是自適應鎮流器控制器與600V半橋驅動器單片IC，可用來驅動半橋配置中的熒光燈。文中介紹了IR2520的主要特點和基本原理，給出了它的典型應用電路。
關鍵詞：自適應鎮流器；控制／半橋驅動器；IR2520
１　引言
國際整流器公司ＩＲ、飛利浦公司和意法半導體公司ＳＴ是生產熒光燈電子鎮流器控制芯片和功率器件的三大著名廠商。ＩＲ２５２０是ＩＲ公司繼ＩＲ２１５６、ＩＲ２１５７１、ＩＲ２１５９３、ＩＲ２１６６和ＩＲ２１６７之后推出的又一款自適應零電壓開關ＺＶＳ鎮流器控制器。它采用８腳ＰＤＩＰ封裝（ＩＲ２５２０Ｄ)和８腳ＳＯＩＣ封裝（ＩＲ２５２０Ｓ)，由于ＩＲ公司已在該芯片內集成了自適應鎮流器控制器和６００Ｖ半橋驅動器。因而可方便地驅動３０Ｗ以下緊湊型熒光燈ＣＦＬ（俗稱節能燈)。ＩＲ２５２０的主要特點如下：
●集成有６００Ｖ的半橋驅動器、高壓自舉二極管及１５．６Ｖ的ＶＣＣ齊納箝位二極管；
●內置０～５Ｖ ＤＣ電壓控制振蕩器；
●由于采用自適應ＺＶＳ技術，故器件功耗很小；
●具有波峰因數檢測過電流保護功能，可省去外部電流感測電阻；
●最小頻率正常燃點時的工作頻率可編程；
●啟動電流很小（１５０μＡ)。

２　結構功能及工作參數
ＩＲ２５２０芯片的內部電路組成如圖１所示。表１列出了ＩＲ２５２０的引腳功能。ＩＲ２５２０的推薦工作條件如表２所列。在表２中，ＶＣＣＵＶ＋１３．２Ｖ是Ｖｃｃ導通門限電壓；ＶＣＬＡＭＰ(１５．６Ｖ）為ＶＣＣ齊納箝位電壓。

表1 IR2520的引腳功能

表2 推薦工作條件

３　應用電路
      由ＩＲ２５２０組成的緊湊型熒光燈ＣＦＬ電子鎮流器電路如圖２所示。該鎮流器的ＡＣ輸入電壓可從１８０Ｖ直到２７０Ｖ，輸出端可配接７～３２Ｗ的燈管。
圖２中，Ｆ１為浪涌電流
      限制電阻，ＢＲ為橋式整流器，Ｃ１和Ｌ１組成ＬＣ濾波電路，ＩＲ２５２０和外部元件組成半橋變換器，ＤＣＰ１、ＤＣＰ２和ＣＣＰ組成電荷泵電路，ＬＲＥＳ和ＣＲＥＳ等組成ＬＣ串聯諧振網絡。由于Ｃ２＝Ｃ３ＣＲＥＳ，因此，ＬＣ諧振電路頻率ｆ０主要由ＬＲＥＳ和ＣＲＥＳ決定ｆ０≈１／２π√ＬＲＥＳ ＣＲＥＳ 。當ＬＲＥＳ和ＣＲＥＳ發生串聯諧振時，ＣＲＥＳ上產生的高壓脈沖施加到燈管上，即可使燈管擊穿而點亮。一旦燈被啟動，ＬＲＥＳ只起穩流作用。
下面對圖２中各部分的主要功能作以說明：
３．１ 欠壓鎖定（ＵＶＬＯ)模式
      當圖２中的啟動電路工作時，流過啟動電阻ＲＳＵＰＰＬＹ的電流將對啟動電容ＣＶＣＣ進行充電，并使ＣＶＣＣ上的電壓逐漸升高。在ＶＣＣ腳電壓達到啟動門限電平１３．２Ｖ之前，電源電流ＩＱＣＣ約為１５０μＡ，ＩＣ腳３和腳４上的電壓ＶＦＭＩＮ和ＶＶＣＯ均為０Ｖ，半橋截止。一旦腳ＶＣＣ上的電壓超過１３．２Ｖ，ＩＣ將導通并開始振蕩。

      ＩＣ內自舉二極管和ＶＢ腳與ＶＳ腳之間的電容ＣＢＯＯＴ可用于決定ＩＣ內高端驅動器電路的電壓，ＩＣ外部的二極管ＤＣＰ１、ＤＣＰ２和電容ＣＣＰ組成的電荷泵電路可用于為ＩＣ低端驅動電路提供工作電壓。ＩＣ啟動之后，ＬＯ腳上的驅動輸出首先使功率開關Ｍ２導通，然后由ＶＣＣ通過自舉二極管對自舉電容充電。當ＣＢＯＯＴ上的電壓超過９Ｖ時，ＩＣ高端驅動器被使能。而在高端與低端驅動器之間的１．５μｓ死區時間內，控制電路可用于保證半橋高端開關Ｍ１和低端功率開關Ｍ２不會發生直通。
３．２ 頻率掃描模式
      一旦ＶＣＣ腳上電壓超過１３．２Ｖ，ＩＲ２５２０將進入頻率掃描模式。此時，ＩＲ２５２０內部的電流源將對ＶＣＯ腳外部電容ＣＶＣＯ充電，從而使腳ＶＣＯ上的電壓從０Ｖ線性增加，同時使ＶＣＯ振蕩從最大值開始線性降低。當頻率降至鎮流器輸出級ＬＣ串聯諧振頻率時，ＬＣ電路發生諧振并產生高壓將燈點亮。只要燈啟動成功，ＶＣＯ腳上的電壓將一直升高到５．２Ｖ，頻率ｆ則降至最小值ｆＭＩＮ。當ＶＶＣＯ超過２Ｖ以后，ＺＶＳ和波峰因數峰值電流與平均值電流之比值檢測均被使能。當ｆ與ｆＭＩＮ相等時，ＦＭＩＮ腳上的電壓ＶＦＭＩＮ為５．１Ｖ。
３．３ 正常運行模式
      在燈點火之后，鎮流器輸出級變為低Ｑ值ＲＣＬ電路，此時ＶＶＣＯ被限制在５．２Ｖ，頻率降至ｆＭＩＮ，實際上，這時的最低工作頻率即是燈正常燃點時的工作頻率。該狀態下的燈功率由諧振電感(扼流圈ＬＲＥＳ）、諧振電容(燈啟動電容ＣＲＥＳ）、ＤＣ總線電壓ＶＢＵＳ和ｆＭＩＮ共同確定。如果發生非ＺＶＳ，即在死區時間內也就是兩個開關Ｍ１與Ｍ２之間的非交迭時間(電壓不能回落到零（在低端開關Ｍ２導通之前，會有一個電壓橫跨低端開關）。ＩＣ腳ＶＣＯ上的電壓ＶＶＣＯ將因外部電容ＣＶＣＯ的充電電流減小而降低，從而引起頻率升高。通過ＶＳ感測和自適應ＺＶＳ控制邏輯可使ＩＣ自動保持ＺＶＳ操作。由圖可知，ＶＣＯ腳外部電容ＣＶＣＯ的充電電流受該腳內部ＭＯＳ晶體管控制，進而控制ＶＣＯ腳上的電壓和振蕩頻率。
當ＩＣ外部高端開關Ｍ１接通時，ＩＣ腳ＶＳ上的電壓即為ＤＣ干線電壓。ＩＲ２５２０的６００Ｖ高壓工藝允許ＶＳ腳進行精密測量，并能承受ＤＣ干線高壓。
３．４ 故障模式
      如果燈點火期間出現故障，燈電壓和輸出級電流都會增加，直到扼流圈飽和或進入電容性開關模式。ＩＲ２５２０無需外部電流傳感元件，而是利用低端ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２)的導通電阻ＲＤＳｏｎ并通過ＶＳ腳來感測半橋電流。如果在ＬＯ的７０個開關周期內，也就是在低端開關Ｍ２導通期間，電流波峰因數超過３，那么，ＩＣ將進入故障模式，并使兩個柵極驅動器均輸出低電平，從而使Ｍ１、Ｍ２均截止。
若燈絲開路，半橋將發生硬開關，并通過波峰因數電路檢測。在故障發生約７０個周期之后，ＩＣ進入故障模式，半橋截止。為使ＩＣ復位到頻率掃描模式，ＶＣＣ必須從內部欠壓鎖定（ＵＶＬＯ)門限以下（＜１０．５Ｖ)再回復到ＵＶＬＯ以上（＞１３．２Ｖ)。