摘要：介绍IR21592型调光镇流器控制器的特点，详细阐述基于IR21592的36 W荧光灯调光电子镇流器电路的工作原理与设计。
　　关键词：IR21592；调光镇流器；控制器；应用；原理；设计
　　1、引言
　　近几年，可调光荧光灯电子镇流器得到长足发展，成为倍受用户青睬的典型“绿色照明”产品。由于荧光灯是一种非线性负载，并且灯管有额定导通电压，如果灯管上的电压低于额定值，则会熄灭或不能发光，所以荧光灯的调光并非像白炽灯调光那样简单。荧光灯调光电子镇流器分为模拟调光和数字调光，而具体的调光方法主要有频率调制(即调频)和相位控制。从本质上讲，荧光灯调光是通过调节灯管电流实现的。灯管额定功率上有{zd0}输出电平，亮度调节不能超过{zd0}输出电平(即100％)。性能优良的调光电子镇流器的调光范围为{bfb}~10％。
　　可调光电子镇流器必须以专用控制电路为基础。目前可供选用的调光镇流器控制电路有几十个类型的器件，其中包含上海复旦微电子股份有限公司生产的FM281l和FM2822，美国IR公司推出的IR2159、IR21592和IR21593，都是{zj1}有代表性的控制电路。
　　2、IR21592的主要特点
　　IR21592型控制器集成了调光镇流器控制器和600V半桥驱动器，采用16引脚DIP和SOIC封装。IR21592的核心是带外部可编程{zd1}频率的压控振荡器(VCO)。
　　IR21592的主要特点如下：
　　(1)具有欠压锁定(UVLO)模式、预热模式、调光模式和故障模式；
　　(2)提供无变压器的灯功率检测相位控制，只需很少的改动，即可将非调光镇流器改为可调光镇流器，调光控制输入DC电压范围为O.5 V~5 V(5 V的DC输入对应{zd0}功率，最小相移)；
　　(3)预热时间、预热电流、触发(点火)到调光时间等参数可控，均可利用外部元件编程设置，为镇流器设计提供了高度灵活性；
　　(4)提供灯触发失败、灯丝失败、热过载(热关断温度为165℃)、正常工作期间灯失效及AC线路欠压保护与VCC欠电压锁定(VCC关断电平约为10．9V)。
　　3、基于IR21592的调光电子镇流器
　　由L6561和[R21592型控制器组成的高功率因数36 W荧光灯调光电子镇流器电路如图1所示。其中，图1(a)为基于L6561型控制器的有源功率因数校正(PFC)升压型预变换器电路，其前端为EMI滤波器和桥式整流器(BRl)；图l(b)为基于IR21592型控制器的调光镇流器电路。
　　3.1、工作原理
　　PFC升压变换器为镇流器电路提供接近于1的线路功率因数和低总谐波电流失真THD(<15％)及400V的DC总线电压VBUS。在输入接通AC供电线路后，桥式整流器输出DC脉动电压VDC通过R5和RLM2(10 Ω)对IC2的VCC引脚上的电容器CVCC2(4.7μF)充电。当CVCC2上的电压超过12.5 V的导通阈值时，IC2启动，IC2内VCO起振，半桥驱动器开始工作。只要半桥产生输出，C12、VSI和D4组成的电荷泵电路为IC2的VCC脚供电。半桥输出高频信号经C12、二极管Dl整流和C4滤波为IC1的8引脚(VCC)供电，使IC1启动并使PFC变换器开始工作。
　　IC2引脚1上由R4和RVCD组成的分压器用作检测经全波整流的线路电压。只有当VCC引脚上的电压超过导通门限电压并且VDC引脚上的电压大于5.1 V时，IC2才能启动并进入预热模式。在预热模式，IC2引脚2内部VCO在{zg}频率上振荡，半桥输出带50％的占空因数，HO引脚与LO引脚上的驱动输出之间的死区时间内部设定为2μs，从而避免Q2和Q3“直通”。预热时间由IC2引脚3外部电容器CCPH确定。当CCPH上的电压大于5.1 V时，预热阶段结束后，IC2进入触发模式。在触发模式下，工作频率从预热频率向{zd1}频率fMIN偏移。{zd1}工作频率由IC2引脚7外部电阻器RFMIN设定。在频率线性降低过程中，当接近输出级LC串联电路固有频率时，将发生谐振，在CRES上产生的高压脉冲施加到灯管的两端，使灯管击穿而点亮。一旦灯触发成功，IC2则进入运行模式，若失败，IC2则进入故障保护模式。
　　IR21592有1个调光接口，如图2所示。IC2引脚4允许0.5 V~5 V的DC电压输入，执行模拟灯功率控制。5 V的电压对应于最小相位移({zd0}灯功率)。调光接口输出是IC2引脚MIN的电压，该电压与IC2内部定时电容器(CT)上的电压VCT相比较，产生频率独立的数字接口相位。CT从l V～5V的充电时间确定IC2输出栅极驱动器(H0与LO)的导通时间。在负载电流中可能对应于-180°的相位移。对于0°~90°的调光范围，利用引脚MIN和引脚MAX上的外部电阻器将IC2引脚MIN上的电压限制在1 V~3 V之间。对应于DIM引脚上5 V的输入，RMAX决定最小相移参考({zd0}灯功率)。RMIN设置{zd0}相移(最小灯功率)，对应于0.5 V的调光输入。
　　Q3源极电阻器RCS感测半桥电流。只要IC2引脚CS上的电压超过1.6V，则电路进入故障保护模式。由R17和R16组成的分压器和C1l组成灯检测电路。在灯出现故障时，IC2关闭。IC2引脚8外部电阻RIPH设置基准峰值预热电流。自举二极管D3和电容器C7组成IC2内部高侧驱动器的供电电路。
　　3.2、镇流器电路设计
　　根据灯管要求，选择基于IR21592的镇流器输出级元件和可编程输入元件。36W T8型灯管的参数见表1。
　　3.2.1、镇流器输出级LRES和CRES的选择
　　对于给定的LRES电感值L、CRES电容值C和DC总线电压VDC，预热期间的灯管电压Vph、预热频率fph、触发频率fign、触发电流Iign、满载下的工作频率f{bfb}和在1％亮度灯功率上的阴极预热电流Icath(1%)依次由公式(1)到公式(6)给出：
　　为防止预热期间点火，要求Vph<Vph(max)；同时要求fph-fign>5 kHz。为避免电感器饱和，要求Iign<Iign(max)。为防止在调光期间灯熄灭，要求丘Icath(1%)≥Icath(min)。所计算的L和C值，必须满足这几个约束条件。
　　根据公式(1)到公式(6)，可以求出在LRES的L值一定时，即L=2 mH下不同的C值对应的镇流器输出级参数，如表2所列。
　　将表2与表1相比较,当L=2mH和C=6.8 nF时，由于Vph=700Vpp，大于T8型灯管允许的限制值(600 Vpp)，同时Icath(min)=0.32 Arms，小于T8型灯管要求值(0.35 Arms)，故选择C=6.8 nF是不适宜的。若选取C=10 nF，则可以满足灯管要求。但在调光期间，随着灯功率的降低，灯阻抗会负向增加，灯电压会升高。在1％亮度下，灯电压可达到{zd0}值，产生{zd0}灯丝电流，使灯丝过热。因此，lO nF的电容值略偏大。选择C=8.2 nFxx符合灯管要求，不会出现灯阴极过热。因此，选择L=2mH和C=8.2nF是可行的。
　　3.2.2、IR21592的可编程输入参数设计
　　为了编程调光接口MIN和MAX设置，必须计算在最小和{zd0}功率下的输出电流相位ψ％。计算公式如下：
　　IR21592的输入元件还有VCC引脚上的启动电阻器R5和VDC引脚上的分压电阻器R4及RVDC。
　　IC2引脚VCC启动门限电压{zd0}值Vth(max)=13 V，启动电流{zd0}值IST(max)=0.33 mA。R5的选择应保证在{zd1}AC线路电压VAC(min)=185 V下提供足够的启动电流：
　　通常选择RVDC=10 kΩ~27 kΩ。根据公式(17)可得：当RVDC=10 kΩ时，R4≤739 kΩ；当RVDC=27 kΩ,时，R4≤1.995 MΩ。
　　IR公司提供成套的IR21592设计组件和工具，其中包括调光镇流器电路设计软件。该软件允许选择不同的灯管类型、不同的AC输入电压范围和不同的灯管配置，进行必要的设计迭代，产生新的方案和元器件及材料清单。
　　利用IR21592和微控制器或微处理器可以组成xx全数字调光电子镇流器。微控制器是IR21592和数字可寻址照明接口(DALI)之间的界面。DALI协议为16位，支持直到64个镇流器各自的寻址，控制64个不同的镇流器。
　　4、结束语：基于压控振荡器(VCO)的IR21592单片IC是高性能调光镇流器控制器和600 V半桥驱动器。IR21592利用相位控制实现无变压器的灯功率传感调光。由IR21592组成的电子镇流器仅需很少数目的元件。镇流器预热电流、预热时间、点火到调光时间和{zd1}工作频率均可通过外部输入阻容元件根据需要设置。灯触发失败保护、灯丝开路、欠电压保护和过热保护提高了系统的可靠性。文中给出的公式为设计工作提供了依据和便利。

2010-02-04