鎮(zhèn)流器控制與半橋驅(qū)動(dòng)器IR2156的功能及應(yīng)用

摘要：IR2156是IR公司推出的鎮(zhèn)流器控制/半橋驅(qū)動(dòng)器系列IC之一。它的主要特點(diǎn)是可對預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱頻率、運(yùn)行工作頻率、死區(qū)時(shí)間以及過電流保護(hù)等進(jìn)行編程控制，因而為設(shè)計(jì)人員提供了高度的靈活性。另外，IR2156內(nèi)部還設(shè)計(jì)有燈轟擊失敗、燈失效保護(hù)及自動(dòng)再啟動(dòng)等功能。

關(guān)鍵詞：鎮(zhèn)流器 控制 半橋驅(qū)動(dòng)器 IR2156

1 概述

IR2156是美國IR公司繼IR3253/IR2155/IR2157/IR2159之后推出的鎮(zhèn)流器與半橋驅(qū)動(dòng)器系列IC之一。與IR2156同時(shí)推出的系列專用IC還有IR21571/IR21591/IR2167等。IR2156采用14腳PDIP和SOIC兩種封裝，它所需外部元件少，適用性強(qiáng)。圖1為IR2156的內(nèi)部電路框圖。

IR2156的主要特點(diǎn)如下：

●鎮(zhèn)流器控制和半橋驅(qū)動(dòng)器集成在同一片IC中；

●預(yù)熱頻率、預(yù)熱時(shí)間、死區(qū)時(shí)間、同部點(diǎn)火斜坡、工作頻率以及過電流保護(hù)門限等功能或參數(shù)均可編程設(shè)置。

●具有DC總線欠壓復(fù)位功能；

●具有關(guān)閉腳（SD腳）滯后功能，擾噪擾能力強(qiáng)；

●可微功率啟動(dòng)（150μA）；

●Vcc腳可被內(nèi)部15.6V的齊納二極管鉗位；

●全部引腳均具有閉鎖抗噪與靜電放電（ESD）保護(hù)功能。

IR2156的推薦工作條件如下：

高端浮置電源電壓VBS：Vcc-0.7～15.6V；

穩(wěn)態(tài)高端浮置電源偏移電壓Vs:-1～600V；

電源電壓Vcc：11.5～15.6V；

電源最大電流Icc:10mA；

關(guān)閉（SD）腳電流IDS：-1～1mA；

電流感測（CS）腳電流ICS:-1～1mA；

結(jié)溫TJ：-40～125℃。

2 功能及原理

2.1 欠電壓封鎖（UVLO）模式

圖2給出了IR2156的啟動(dòng)與電源電路及啟動(dòng)電容CVCC上的電壓波形。當(dāng)電路接通電源后，流經(jīng)啟動(dòng)電阻RSUP的電流對CVCC充電。當(dāng)CVCC上的充電電壓按指數(shù)規(guī)律升高到IC腳Vcc的啟動(dòng)門限（Vccuv+=11.5V）以上，并且SD腳上的電壓低于4.5V時(shí)，IC導(dǎo)通，振蕩器啟動(dòng)，HO和LO腳輸出占空比為50%的方波驅(qū)動(dòng)電壓。由于IC工作電流的增強(qiáng)，CVCC開始放電。在CVCC放電過程中，半橋輸出信號經(jīng)緩沖電容CSNUB和二極管DCP1整流后，又對CVCC充電。但電荷泵充電不會使CVCC上的電壓降至IC關(guān)斷門限（VCCUV-=9.5V）以下，因?yàn)?，IC腳Vcc上的電壓會被Vcc腳內(nèi)的齊納二極管鉗位于15.6V，在IR2156驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)外部低端開關(guān)管M2導(dǎo)通而使高端開關(guān)M1截止時(shí)，CVCC通過自舉二極管DBOOT對自舉電容CBOOT充電。當(dāng)M1導(dǎo)通而M2關(guān)斷時(shí)，DBOOT反向偏置，CBOOT作為高端驅(qū)動(dòng)器CMOS電路的電源。當(dāng)Vcc腳電壓降至UVLO門限（Vccuv-=9.5V）以下時(shí)，振蕩器截止，HO與LO腳均輸出低電平。

2.2 預(yù)熱（PH）模式

IR2156啟動(dòng)后，首先輸出一個(gè)帶50%占空比的預(yù)熱頻率fPH，其死區(qū)時(shí)間由CT腳外部的定時(shí)電容CT及內(nèi)部電容（RDr）來設(shè)定。圖3所示的鎮(zhèn)流器預(yù)熱及點(diǎn)火電阻簡圖。在預(yù)熱期間，IC內(nèi)部的5μA的電流源對CPH腳外部預(yù)熱時(shí)間電容CPH充電，CS腳上的過電流保護(hù)功能不起作用，預(yù)熱頻率由IC外部并聯(lián)電阻RT和RPH及CT決定。CT充電與放電發(fā)生于Vcc/3與3Vcc/5之間。CT充電依靠RT與RPH并聯(lián)組合電阻通過內(nèi)部開關(guān)S1（MOSFET）連接到Vcc來實(shí)現(xiàn)。從Vcc/3到3Vcc/5的這段充電時(shí)間是輸出柵極驅(qū)動(dòng)器的按時(shí)（on time）導(dǎo)通時(shí)間。一旦CT腳上電壓超過3Vcc/5，S1斷開，CT通過內(nèi)部電阻RDT與開關(guān)S3放電（到COM）。從3Vcc/5到Vcc/3的CT放電時(shí)間是HO與LO兩路輸出的死區(qū)時(shí)間。只要CT放電到Vcc/3以下，S3（MOSFET）就接通，以將RT與RPH再次連接到Vcc。CPH腳上的電壓超過13V之前，輸出頻率將保持在預(yù)熱頻率。在預(yù)熱期間，當(dāng)CPH腳上的電壓超過7.5V后，系統(tǒng)將啟動(dòng)過電流保護(hù)和DC總線欠壓復(fù)位上的電壓。這時(shí)預(yù)熱頻率只對燈絲加熱而不會在燈兩端產(chǎn)生高壓使燈啟動(dòng)。

2.3 燈點(diǎn)引燃（IGN）模式

當(dāng)CPH腳上的電壓超過13V后，IR2156將進(jìn)入點(diǎn)火模式。此時(shí)，CPH腳連接內(nèi)部P溝道MOSFET（S4）的柵極，以使RPH和RT腳在IC內(nèi)部連接在一起。隨著CPH腳上電壓平滑地沿斜坡升至Vcc，開關(guān)S4也將緩慢切斷，從而使RPH與RT腳在內(nèi)部斷開，這樣可使預(yù)熱頻率沿向下的斜坡從燈啟動(dòng)（點(diǎn)火）頻率降低到運(yùn)行（點(diǎn)燃）頻率。在點(diǎn)火模式期間，工作頻率的降低可使鎮(zhèn)流器輸出端LC電路發(fā)生諧振，并在燈兩端產(chǎn)生一個(gè)高電壓使燈管擊穿導(dǎo)通而引燃。

2.4 運(yùn)行（RUN）模式

一旦燈啟動(dòng)成功，鎮(zhèn)流器即進(jìn)入運(yùn)行模式。運(yùn)行工作頻率由RT與CT的值決定。很顯然，fPH>fIGN>fRUN，即預(yù)熱頻率>點(diǎn)火頻率>運(yùn)行頻率。點(diǎn)火時(shí)間通常為預(yù)熱時(shí)間的1/4，即TIGN≤1/4TPH。

圖4所示是IR2156的運(yùn)行程序圖。

2.5 DC總線欠壓復(fù)位

在DC總線電壓過低時(shí)，鎮(zhèn)流器的諧振輸出級頻率可能會接近或低于諧振頻率，這樣將有可能在半橋開關(guān)中形成硬開關(guān)而使MOSFET損壞。為此，IC腳VDC將實(shí)時(shí)檢測DC總線電壓，當(dāng)VDC腳上電壓降至10.9V（低于Vcc）時(shí)，P溝道MOSFET（S4）接通，從而使頻率偏移到諧振頻率之上的安全工作點(diǎn)。在這個(gè)過程中，CPH腳上的電壓被拉低，點(diǎn)火斜坡也復(fù)位。一旦DC總線電壓升高，燈將再次被點(diǎn)火。

2.6 故障（FAULT）模式

在預(yù)熱之后的任何時(shí)間內(nèi)，只要IC腳CS上的電壓超過1.3V，IC就時(shí)進(jìn)入故障模式，HO和LO腳的輸出也將被鎖定在低電平。為復(fù)位預(yù)熱時(shí)間和終止振蕩，CPH和CT腳均被放電（到COM）。如需退出故障模式，Vcc必須地降低到關(guān)閉門限電壓（Vccuv-）以下，而SD腳必須拉高到5.1V之。當(dāng)Vcc升到導(dǎo)通門限（Vccuv+）以上且SD腳低于4.5V時(shí)，IC將重新開始振蕩并再次進(jìn)入預(yù)熱模式。

3 應(yīng)用電路

用IR2156作控制/驅(qū)動(dòng)器的42W熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路如圖5所示。圖中，C1和L1為RFI濾波元件，由D1、D2與C2、C3組成整流濾波電路，LRES為扼流圈，CRES為燈啟動(dòng)電容。該鎮(zhèn)流器的有關(guān)參數(shù)為：

運(yùn)行（工作）頻率fRUN=43kHz；

預(yù)熱頻率fPH=70kHz；

死區(qū)時(shí)間tDT=0.6μs；

燈最大點(diǎn)火電流IIEN（PK）=2A。

如果要求電子鎮(zhèn)流器采取功率因素校正（PFC）措施，可以在橋式整流器之外增設(shè)PFC升壓變換器電路。為減少高功率因數(shù)和低諧波畸變鎮(zhèn)流器的元件數(shù)量，IR公司還推出了集鎮(zhèn)流器控制與PFC于一體的IR2167單片IC。而IR2156控制IC適用于輸出功率較低的緊湊型熒火燈（CFL）交流電子鎮(zhèn)流器。