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1 引言 ICB1FL01G是英飛凌(Infineon)公司推出的智能電子鎮流器控制IC。這種新型ASIC集臨界導電模式(CRM)PFC控制器和電子鎮流器半橋逆變器控制器于一體。其中，PFC電路采用混合數字和模擬控制結構。 在推出ICB1FL01G之前，某些PFC控制器與鎮流器控制器組合IC已經問世。其中代表性產品有韓國三星半導體公司的KA7531、美國微線性公司的ML4830、ML4831、ML4832、ML4833和ML4835及美國國際整流器公司的IR2166和IR2177等。但從性能上看，這些組合IC都無法與智能控制器ICB1FL01G相媲美。ICB1FL01G的主要特點如下： PFC控制器 電感電流臨界導電模式(CRM)； 集成控制環路補償； 限流可調； 輸出總線電壓可調。 鎮流器逆變器控制器 在多燈管拓撲中，燈移開和壽命終結(E-OL)檢測后，支持重新啟動； 通過感測的燈電壓可調正／負門限實現E-OL檢測； 通過燈電壓正／負幅值之比檢測燈整流效應； 檢測不同的電容性模式模式操作； 過電流關閉門限電平可調； 0 ms至200 ms的燈絲預熱時間僅由單個電阻設置； 40 ms至235 ms的自適應燈觸發時間； 非常少的外部元件數。 2 引腳功能及工作條件 ICB1FL01G采用PG-DSK-18-1封裝，引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所列。 3 電子鎮流器電路及設計 基于控制器ICB1FL01G的54 WT5熒光燈電子鎮流器電路如圖2所示。 3.1 電路組成及工作原理 圖2所示電子鎮流器電路是由輸入EMI濾波器、橋式整流器、有源PFC預變換器和半橋式DC-AC逆變器以及輸出網絡組成。 3.1.1 PFC升壓預變換器 ICB1FL01G內部功率因數控制器及引腳5、6、7和8外部的輸入電容C0、輸出電路C10、升壓電感器L1、升壓二極管VD5、功率開關V1等組成臨界模式PFC升壓變換器，其輸出總線電壓VBUS=410V，該電壓由R14、R15和R20組成的分壓器檢測并輸入IC的引腳8，實現輸出電壓調節。RS(PFC)為PFC電路的電流傳感電阻，IC的引腳6接收電流感測信號。L1的輔助繞組工作零電感電流檢測器使用。PFC預變換器開始在25 kHz固定頻率上工作。當IC引腳上的輸入信號達到足夠高的電平后，PFC電路工作在CRM模式下。在輕載條件下，PFC預變換器則工作在不連續導電模式(DCM)。PFC電路的電壓控制環路補償是由器件內置的數字濾波器和誤差放大器完成。流過L1的電流為高頻基角波，其每個開關周期三角波電流峰值均正比于瞬時AC輸入電壓幅值。經輸入電容C0和EMI濾波器濾波后。在系統輸入端產生與AC線路電壓同相位的正弦(平均)電流，使系統像一只阻性負載，故線路功率因數幾乎接近于1，輸入電流諧波符合IECC1000-3-2(C類)限制要求。 3.1.2 鎮流器電路 ICB1FL01G引腳1～4和引腳9～20內部控制器及其外部元件組成半橋式鎮流器電路。V2和V3分別為半橋高、低側開關，L2和C20組成串聯諧振電路，R24和R25為半橋電流檢測電阻。 3.1.3 電路啟動與工作 在系統接通AC電源(180 V～270 V)后，全橋整流輸出經啟動電阻R11和R12對IC引腳3(VCC)電容C12和C13充電。當引腳3的電壓超過10.5 V時，引腳12(RES)檢測燈管下端的燈絲。而燈管上端的燈絲則是通過IC引腳13進行檢測。流入引腳13的電流經IC內部的二極管對引腳3外部電容C12和C13充電。當引腳3上的電壓達到14.1 V的閾值時，IC進入有源模式。當DC總線電壓VBUS值在允許范圍內時，IC驅動半橋變換器開始工作，并輸出120 kHz的軟啟動頻率。一旦半橋開始工作，IC電源電流則由C16、VD7、VD8等組成的電荷泵輔助電源電路提供。 在半橋開始工作后的10 ms內，輸出頻率從120 kHz線性頻率降至95 kHz的預熱頻率。IC引腳10的外部電阻R22和引腳11的電阻R23分別設置預熱頻率和燈絲預熱時間(從0 ms至200 ms，共分17個等級)。預熱結束后，半橋逆變器輸出頻率向運行頻率掃描。當頻率接近L2和C20等組成的LC串聯電路固有頻率時，則發生諧振，在C20上產生一個高壓脈沖擊空燈管而點燃。燈觸發時間為40 ms～235 ms，只要IC引腳1上的電壓達到0.8 V，頻率沿向下的斜坡偏移停止。在整個啟動過程中，鎮流器經過軟啟動、預熱、觸發(點火)和預運行階段，然后轉入正常工作，如圖3所示。圖4所示為燈電壓隨諧振電路負載和頻率變化曲線。 如果燈管在235 ms內未被點亮，鎮流器將鎖存故障模式。在燈觸發成功后，鎮流器工作在最低頻率。如果燈電壓異常增加或在EOL下發生燈陰極整流效應，可由IC引腳13進行檢測。若半橋發生非零電壓開關(ZVS)操作，則可由IC引腳12進行檢測。燈陰極預熱采用電壓模式，并利用L2上兩個附加繞阻來實現。L21、C21和L22、C22分別組成帶通濾波器，僅在預熱頻率上才能通過電流對燈絲加熱，而在運行模式下堵塞任何電流通過。只要IC引腳1上的電壓超過1.6 V并持續高達400 ms，IC將進入過流保護模式。 3.2 主要元件的選擇 設電子鎮流器AC輸入電壓范圍為180 V～270V，PFC預變換器DC輸出總線電壓VBUS=410 V，最低工作頻率fmin=30 kHz,效率η=95％,輸出功率PO(PFC)=55 W。 3.2.1 升壓電感器的選擇 L1電感器由式(1)或式(2)確定： 式中，TON(max)為PFC開關的最大導通時間，TON(max)=23.5μs。 在VAC(min)=180 V下，根據式(1)計算電感LA=3.54 mH；在最高AC線路電壓VAC(max)=270 V下，根據式(1)所計算LB=1.44 mH。按照式(2)所計算為LC=6.58mH。在LA、LB和LC中，應選擇最小值，即L1=LB=1.44 mH。因此，升壓電感器采用E25／13／7磁芯，初級為162匝，次級為31匝。 3.2.2 PFC電流檢測電阻 IC引腳6上的門限電壓Vth(CS)=1 V，RS(PFC)值可按式(3)計算： RS(PFC)由R18和R19并聯而成，可選擇R18=R19=2.2 Ω。 3.2.3 運行頻率設置電阻 IC引腳9上的電阻R21設置鎮流器正常運行頻率fRUN。fRUN=40 kHz時，R21值由式(4)確定： 故選擇R21=12.4 kΩ。 3.2.4 預熱頻率設置電阻 IC引腳10外部電阻R22設置預熱頻率向fPH，若設fPH=95 kHz，R22值可由式(5)求得： 故選擇R22=91.kΩ。 3.2.5 預熱時間設置電阻 IC引腳11上的電阻R23設置燈絲預熱時間tPH。設tPH=100 ms，R23值則為： 選擇R23=8.2 kΩ。 3.2.6 半橋電阻電流檢測電阻 燈觸發頻率fIGN的計算公式為： 式中，VIGN為54 W T5燈管峰值觸發電壓，VIGN=800 V；L2為諧振電感器電感，L2=1.46 mH；C20為諧振電容，C20=4.7 nF；VBUS為DC總線電壓，VBUS=410 V。根據式(7)計算，所得結果為fIGN≈70 kHz。 在800 V的峰值點火電壓下，流過C20的電流IC20為： 燈觸發期間，IC引腳1上的電壓限制電平V1(LIM)=0.8 V，故R24與R25并聯電阻為： 故選取R24=R25=0.82 Ω。 3.2.7 燈電壓檢測電阻 54 W T5燈管峰值電壓為167 V，燈壽終(EOL)門限電壓設置為峰值工作電壓的1.5倍，即VLEOL=250.5 V。在EOL條件下流人IC引腳13的電流為230 μA，于是： 選擇R31=330 kΩ，R32=R33=390 Kω 3.2.8 L2串聯電阻 R34和R35是用于上端燈絲檢則的電流源電阻。 選擇R34=R35=2.2 MΩ 3.2.9 下端燈絲感測電阻 IC引腳12內部比較器門限電壓最小值為1.55V，電流源最小值為27.6μA，R36值應滿足： 選擇R36=56 kΩ。 3.2.10 低通濾波器電容 C19與R36組成的低通濾波器抑制下端燈絲上的AC電壓降落。設抑制因數FLP=100(-40 dB)，則有： 故選擇C19=15 nF。 3.2.11 電容性模式檢測電容 若IC引腳12(RES)上的AC電平范圍△VRES(AC)=2 V，則有： 故選擇C18=68 pF。 3.2.12 L2及L21與L22的選擇 L2可采用EV25／13／13磁芯，初次繞組174匝，兩個次級繞組均為5匝。L21和L22采用E13／7／4磁芯，電感值均為125μA。 4 結束語 基于智能控制器ICB1FL01G的熒光燈電子鎮流器使用少量的元件，即可獲得高功率因數、燈預熱啟動，并具有高安全性和可靠性。ICB1FL01G不僅可驅動單根燈管，還可驅動雙燈管和四燈管。 |
