基于半桥驱动器IR2153的荧光灯电子镇流器

摘  要：介绍了一个基于自激式半桥驱动器IR2135的荧光灯电子镇流器电路，着重介绍了灯丝预热和启动保护等单元电路的构成和的特点，并给出了详细电原理图。

关键词：电子镇流器；功率因数校正；灯丝预热；重启动

Electronic Ballast Based on the Half Bridge Driver IR2135

Abstract:  The fluorescent lamp electronic ballast is introduced, which is based on the self-oscillating half-bridge driver IR2135. The features of the filament pre-heating, restarting and protection circuits are described in detail. The circuit schematic is also given.

Key words: Electronic ballast；PFC；Filament preheat；Restart.

中图分类号：      文献标识码：B          文章编号：

1.     引言

近二十年来，电子镇流器在世界范围内得到了迅速的普及和发展，荧光灯的发光效率优于白炽灯已成为不争的事实，为此，各半导体厂家推出了众多的用于电子镇流器的驱动电路，本文介绍的电子镇流器基于国际整流公司开发的IR2153驱动器和摩托罗拉公司的MC33262功率因数控制器，是一种结构简单，成本低廉，可靠性好的解决方案。

2.     自激式半桥驱动器IR2135介绍

IR2135是国际整流公司在IR2155和IR2151基础上推出的改进型VMOS管和IGBT管栅极驱动器，它将高压半桥驱动器和一个类似于555时基电路的前端振荡器集成在一个8脚芯片上，使其成为一款功能更多，更易于使用的功率驱动IC芯片。如图1所示，Ct脚兼有保护关断功能，可以用一个低电压信号使驱动器停止输出。另外，输出脉冲的宽度保持相等，一旦VCC上升到欠压闭锁阈值，驱动器能以更加稳定的频率开始起振。通过降低栅极驱动器di/dt的峰值和提高欠压闭锁阈值的滞后电压到1V，使电路的抗噪性有了实质性的提高，同时，电路引脚的整体抗噪保护方面也有所改进。

                        图1    IR2153内部简化功能框图

3.     功率因数校正电路

MC33262属于有源功率因数校正器，特别适用在电子镇流器和离线式开关电源中作预转换器用，如图2所示，其内部集成了许多控制功能，其中，为便于该电路的单独使用而设有启动定时器；为实现接近于1的功率因数采用了{dy}象限乘法器；零电流检测能保证电路工作在临界导通方式；快速启动电路改善了电路的启动特性；内部还设有预校的参考电压源﹑跨导误差放大器和电流检测比较器；图腾柱输出结构非常适合用于驱动功率MOS管。此外，MC33262内部还集成了许多保护功能，如过压比较器能减少空负载引起的失控输出电压；乘法器输出嵌位限制了{zd0}峰值开关电流；驱动输出高位嵌位，实现了对MOS管栅极的保护；还有输入带滞后特性的欠压闭锁电路﹑连续限流特性和RS锁存为单脉冲测量等。

                     图2    MC33262内部简化功能框图

4.     电路工作原理

电子镇流器详细电原理图如图3所示，可分为EMI滤波﹑桥式整流﹑功率因数控制﹑半桥逆变器﹑灯谐振﹑启动和保护电路等部分，下面结合图3分析主要单元电路的工作原理。

4.1    输入EMI滤波电路

除过由F1A熔断器和RVP1压敏电阻组成的过流过压保护电路外，电子镇流器的输入电路主要是EMI滤波器。这是一个典型的两级复合式低通滤波电路，其中CP1～CP4滤波电容用于滤除串模干扰信号，C1和C2的一端分别接输出，另一端作为中点连在一起接地,能有效的抑制共模干扰，LP1和LP2为共模扼流圈，用于滤除共模干扰，它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流流过时，两个线圈上的磁场就会互相加强，LP1和LP2的电感量与EMI滤波器的额定电流有关，滤波器的谐振频率应当远远低于镇流器的工作频率。

图3      电子镇流器电原理图

4.2    变频控制电路

我们知道，荧光灯要经过预热，点燃才能进入正常发光工作状态，这三个状态中，逆变器处于变频工作方式，首先以比较高的频率对灯丝进行预热，使阴极达到发射电子的温度，然后频率快速下降，当到达串联谐振频率时，产生的谐振高压使灯管瞬间击穿点燃，{zh1}稳定在工作频率上，IR2153的振荡频率可由式（1）决定，串联谐振频率由式（2）决定。

                        (1)

                                (2)

通过改变IR2153的Ct有效电容可以实现频率的控制，因此，我们可以通过一个NPN三极管QN1的导通和截止，来切换两个振荡电容连接的方式，从而实现了频率控制。图中通电后，在电容器CC14充满以前QN1不导通，电容CC18和CC19串联决定了振荡频率，当电容器CC14充满后，DC18导通，QN1导通，电容器CC19不起作用，频率由电容器CC18直接接地来决定。

4.3    预热控制电路

电源上电后，DC18不导通前，QN1截止，IR2153以预热频率起振，QN2不截止，VCC经RC22给MO4栅极提供偏置电流使其导通，CO33,LO6起振，灯丝变压器工作，预热开始；随后，当CC14电压升高，使DC18导通后，QN1导通，使IR2153在正常工作频率振荡，同时，电流经RC21使QN2导通，MO4栅极电位到零，MO4关断，预热结束。

4.4    保护自锁与重启动电路

保护电路对镇流器使用过程中出现的异常现象进行保护，一般采用幅值检测保护原理，本镇流器保护功能较多，共有五种保护，其中从RC36引入的灯管过压保护；从RC37引入的灯管欠压保护；从DC19引入的电源高压保护和从QP6经RC15引入的电源低压保护四种，汇集到了MOS管MC5的栅极，当不发生保护时，MC5不导通，Ct脚由IR2153内部提供分压，得到大约8V电压，工作正常；当四种保护中有任何一种发生时，MC5导通，OP7由于基极电位接地而导通，经RC33使Ct脚电压降低，IR2135停止振荡，半桥电路关断，这时，即时保护撤离，由于MC5和OP7之间的互锁，也无法恢复Ct脚的高电位，只有断电再启动，镇流器才能重新恢复工作。

    从DC20引入的灯丝保护不同于其它四种保护，他没有保护互锁功能，因此可以重新启动，当灯丝烧断或灯管脱离后，QN3,QN4,QN5导通，其中QN3用来禁止保护和互锁电路，QN4接到Ct脚，使IR2153停振，QN5使电容CC14放电，为重新启动做好准备，一旦新的灯管装上，QN3,QN4,QN5立即截止，启动过程重新开始预热、点燃并稳定工作。

4.5    电源VCC电路

本镇流器中IC电源的设计主要从降低功耗考虑，电路刚启动时，先由直流高压经齐纳管DC4和DC5降压，由RC14和DC7稳压供电，由于IR2135的微功耗启动特性，保证了电路正常启动，当IR2153起振后，由扼流变压器LO4的次级经两路倍压整流，一路经DC8,RC23给IR2153供电，另一路经DPF2,RPF4给MC33262功率因数控制器供电，当电路出现保护时，半桥电路停止工作，LO4次极停止提供电压，IR2153的供电又改为微功耗供电。显然，IR2153停振后，MC33262失电停止工作，这对功率因数控制器又是一种保护。

5.     测试结果

图4是本镇流器配接OSRAM-FQ高亮T5灯管测得的灯管电压和灯丝电流波形图，功率为54W,所用仪器为远方HB5A型镇流器综合参数测试仪。

                        图4  灯管电压和灯丝电流波形

6.       结语

现代电子镇流器是一项知识面宽且难度较大的复杂技术，电路板上要输入交流220V电压，经过全波整流后输出300V直流高压，再经过功率因数校正器升压储能电感，则高达400V,生产中若元件选用不当或调试中稍有不慎，将烧坏功率管，本方案中保护电路的设计，大大减少了出现异常烧管的机会。另外，对本电路中的重启电路和谐振电路稍加改动即可用于驱动双灯管，为此笔者将另外撰文叙述。

参考文件

[1].毛兴武，祝大卫。电子镇流器原理与制作[M].北京：人民邮电出版社，1999.

[2].刘胜利。现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.