新型專利電子鎮(zhèn)流器控制器BL8301及其應用

關(guān)鍵詞：BL8301 鎮(zhèn)流器驅(qū)動芯片 預熱啟動 保護

1 概述

自20世紀90年代之后，國外很多著名的半導體巨商（如美國IR公司、摩托羅拉公司、意法半導體公司、飛利浦公司、安森美公司及飛兆公司等）都相繼推出了電子鎮(zhèn)流器控制/驅(qū)動器IC。但在我國，此類ASIC幾乎是一片空白。最近，上海貝嶺股份有限公司也推出了自己的熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器控制/驅(qū)動器BL8301，并已獲得國家專利保護。這種高端鎮(zhèn)流器控制IC的問世為相關(guān)設(shè)計人員提供了很大的便利。

BL8301的主要特點如下：

●可驅(qū)動由雙極型晶體管（如MJE13005）組成的鎮(zhèn)流器半橋逆變器，并可產(chǎn)生約1μs的死區(qū)時間，從而避免了半橋高、低端晶體管的“直通”；

●具有燈絲預熱啟動功能，其預熱頻率、預熱時間及常態(tài)下的燈燃點工作頻率都可通過外部元件進行設(shè)置；

●可提供半橋過流保護、燈管開路保護、燈絲燒斷保護、燈點火（啟動）失敗保護、燈壽終檢測與保護等故障保護功能；

●內(nèi)置11.4V穩(wěn)壓電路，可微功率啟動（啟動電流600μA）；

●外圍電路簡單，元件數(shù)量少，成本較低；

●采用14腳DIP或SOP封裝，所有引腳均有ESD保護功能。

2 引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及推薦工作條件

采用14腳DIP或SOP封裝的BL8301引腳排列如圖1所示。

BL8301內(nèi)部集成有電源管理、壓控振蕩器（VCO）、預熱準備、過流檢測、窗口電平檢測故障保護、控制邏輯及輸出驅(qū)動器等電路，其內(nèi)部功能框圖如圖2所示。

BL8301的推薦工作條件如下：

●電源電壓VCC：15～25V；

●預熱頻率設(shè)定腳（Rpre）電壓Vrpre：4～7V；

●振蕩器輸出腳（Rt）電流Irt：20～200μA；

●電流檢測輸入腳（Pro）電壓Vpro：0～Vcc；

●窗口檢測輸入1腳（LD1）電壓VLD1:0～Vcc；

●窗口檢測輸入2腳（LD2）電壓VLD2:0～Vcc；

●工作結(jié)溫Tj:40～125℃

圖2

3 應用電路設(shè)計

用BL8301驅(qū)動雙極型晶體管功率開關(guān)組成的半橋逆變器電路如圖3所示。圖中DC總線電壓既可來自AC線路橋式整流和濾波輸出，也可連接功率因數(shù)校正（PFC）升壓變換器的400V直流輸出。現(xiàn)對電路的主要工作過程及設(shè)計要點作以說明。

3.1 上電啟動

當電子鎮(zhèn)流器接通AC供電線路后，電流將從DC總線經(jīng)啟動電阻Rstart對電容C1充電。當C1上的充電電壓升至器件VCC腳的導通門限電平（141V）時，IC開始工作并進入預熱階段。至此，IC工作電流由扼流圈L2的次級繞組經(jīng)二極管D1整流和電容C1濾波提供。

3.2 預熱模式

電路工作時，首先由振蕩器產(chǎn)生一個高頻信號，電路的預熱時間主要由IC腳6的外部電容Cpre來決定。腳6的輸出電流Icprecharg可對電容Cpre進行充電，當Cpre上的電壓達到門限電平VcpreIgn時，IC進入點火模式。

預熱時間計算公式為：

Tpre=VcpreIgnCpre/IcpreCharge=KCpre

Cpre選為0.047μF時，預熱時間Tpre約為Is。

預熱頻率fpre由IC腳3的外部電阻Rpre1與Rpre2之比和燈正常燃點時的工作頻率fing決定，具體公式如下：

fpre=Nfing(Rpre2/ Rpre1)

式中，工作頻率fing可由IC腳4上的外部電阻Rt和腳5上的電容Ct來決定。當Rt為100kΩ且Ct為510pf時，半橋輸出頻率fing為45 kHz。

而當Rpre1和Rpre2均選100kΩ時，式中的N為1.5，此時的預熱頻率fpre為67.5 kHz。

圖3

3.3點火模式

進入點火模式后，預熱電容Cpre開始放電，振蕩器和半橋開始從預熱頻率fpre沿向下的斜坡向工作頻率fing掃描和偏移（如圖4所示）。一旦掃描頻率達到鎮(zhèn)流器輸出扼流圈L2和并接在燈管兩端的啟動電容Cs(通常容值為2.7～8.2nF)組成的LC串聯(lián)電路的固有頻率fo=1/2π(L2Cs)1/2時，電路將發(fā)生串聯(lián)諧振，以便在Cs兩端產(chǎn)生一個高壓脈沖來對燈點火。只要燈管完好并且擊空，燈則被點燃。

3.4 工作模式

工作模式即燈正常燃點模式。在該模式下，鎮(zhèn)流器工作頻率fing由Rt和Ct的數(shù)值決定。燈被啟動進入正常工作模式后，LC串聯(lián)電路失諧，此時電感元件L2只起限流作用。

3.5 故障模式

在圖3所示的電路中，一旦半橋出現(xiàn)過電流，電路中流過下面的功率開關(guān)晶體管發(fā)射極串聯(lián)電阻的電流將增加而使其電壓升高，并經(jīng)二極管IN4148整流和電阻Rpro及電容Cfro濾波后，施加到BL8301的Pro腳。當IC腳Pro上的電壓高于0.7V的門限電平時，IC即進入故障保護模式，同時使腳Out1和Out2上的驅(qū)動輸出截止，兩只開關(guān)晶體管被關(guān)斷。

由于BL8301的腳LD1(12)、LD2（11）和LD3（10）（完全等效）內(nèi)部分別通過550kΩ的電阻提供5.7V的直流偏置，因耐均可提供故障檢測功能。當電子鎮(zhèn)流器處于異常狀態(tài)如燈線燒斷、燈管未接或燈管接入脫落或在燈點火失敗或燈壽命結(jié)束時，鎮(zhèn)流器輸出電流會劇增，從而使檢測電阻Rel2（見圖3）上的壓降升高。只要施加到LD3腳上的電壓超過窗口比較器的上門限電平（7.4V），IC將進入故障保護模式。另一方面，如果由于某種原因?qū)е翨L8301腳LD3上的電壓低于下門限電平（4.0V），IC同樣會進入故障保護模式。因此，設(shè)計時應保證腳LD3（或LD1、LD2）在常態(tài)下的電壓在窗口之內(nèi)，即高于4.0V且低于7.4V。

BL8301進入故障保護模式后會進入故障鎖存狀態(tài)，直到IC掉電。如果欲使鎮(zhèn)流器具有自動恢復功能，可利用VCC腳作為控制信號。IC進入故障保護模式后，只要DC干線電壓正常，VCC腳作為控制信號。IC進入故障保護模式后，只要DC干線電壓正常，VCC腳上的電壓會因該腳上電容C1（10μF）充電而升高，并且被內(nèi)部箝位在30V電平上。利用這個信號并延遲一段時間后可控制一個開關(guān)以使VCC腳對地放電，從而讓IC進入下一次上電啟動過程。

3.6 主要元件的選擇

上面已經(jīng)給出了決定預熱時間、預熱頻率和工作頻率的元件Cpre、Rpre1、Rpre2及Rt和Ct等元件的選擇方法。在圖3所示的簡單應用電路中，功率開關(guān)晶體管和阻流圈（L2）等元件應根據(jù)燈的額定功率而定。對于DC總線電壓為400V，燈管功率是58W的PFC電路，驅(qū)動變壓器T1可用鐵氧體磁環(huán)繞制，初、次級繞組匝數(shù)比為18：3：3；扼流圈電感值L2約為1.2mH,高、低端功率晶體管可選MJE13005，連接在晶體管集電極與發(fā)射極之間的續(xù)流二極管可選用FR107。

4 結(jié)束語

利用BL8301可以設(shè)計80W以下的中高端熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器。上海貝嶺股份有限公司還利用BL8301和功率因數(shù)控制器L6561開發(fā)出了T8 36W和TL5 28W雙管熒光燈電子鎮(zhèn)流器演示板電路。該板具有高功率因數(shù)、低諧波失真、預熱啟動、燈故障和燈壽終（LDE）保護等功能和特點，可為設(shè)計人員提供設(shè)計參考。