IR215X在荧光灯电子镇流器中的应用
2009-06-10
作者：邱庆军 倪 勇
摘 要： 介绍一种新型的功率MOSFET驱动集成电路IR215X，并给出了使用该芯片的荧光灯电子镇流器实际应用电路。
关键词： 电子镇流器 功率MOSFET驱动电路 功率因数校正
目前国内生产的荧光灯电子镇流器在驱动功率MOSFET时绝大部分采用驱动变压器式的半桥拓扑结构，两支功率MOSFET管在驱动变压器的作用下交替导通给灯管提供电流，开关频率由L－C共振频率决定。尽管这种代表性的电路已经在电子镇流器中应用了许多年，但存在着以下几个缺点：(1)电路本身不能自启动，通常的方法是在低侧功率MOSFET管栅极加上双向触发二极管，从而在电路接通瞬间触发低侧功率MOSFET管；(2)由于驱动变压器的存在，限制了电子镇流器的进一步小型化；(3)驱动变压器的生产成本高，在大规模生产中很难降低成本。
为了解决以上缺陷，IR公司生产出低成本的IR215X系列控制集成电路，取代了传统的变压器驱动方式。IR215X系列芯片为高压、高速功率MOSFET或IGBT驱动集成电路，可驱动高侧和低侧MOSFET或IGBT，能够提供高达600V的直流偏置电压，具有自振荡或外接同步振荡功能，振荡频率的设置和CMOS555定时芯片类似，由定时元件RT和CT决定：
其中，RS为芯片内部定时电阻。芯片内部设有死区时间控制，死区时间通常设为1.2μs，以免高低侧在交替导通时刻产生直通现象。
IR215X系列芯片有IR2151、IR2152、IR2153和IR2155。IR2155具有更大输出容量，能驱动1000pF的容性负载，开通时间为80ns，关断时间为40ns，RS为150Ω；IR2151的开通时间为100ns，关断时间为50ns，RS为75Ω；IR2152的参数和IR2151相同，但芯片的RT端和LO端相位相反。IR2153的开通时间为80ns，关断时间为35ns，RS为75Ω，并具有输出关断功能，输出关断滞后时间为660ns。图1为IR215X的典型应用电路。
图2为40W荧光灯电子镇流器的实际应用电路，只需对输出部分稍加改动就可以应用到双40W荧光灯中。电路中C1和T1组成EMI滤波器，它既可以减小镇流器对电网的干扰，又可以防止其它电器设备对镇流器造成干扰。D1～D4组成桥式整流器，C2、C3、D5～D7和R1组成无源功率因数校正电路，电路的功率因数可达到0.95以上，输入电压范围为180～280V。一般情况下无源功率因数校正电路的峰值因数(CF)很高(大于2.1)，这将直接影响灯的使用寿命，灯管生产商推荐电路的峰值因数不应大于1.7，为了保证在功率因数校正的同时能够降低电路的峰值因数，电路采用了闭环控制方法。由T2检测灯工作电流的变化，经D13、C10和R6控制IR2151的定时电容C8的偏置电压，从而控制IR2151的输出频率，达到控制输出功率的目的。D9、D10起温度补偿作用。灯丝预热功能由Q3、R4和C9完成，预热时间由R4、C9时间常数决定。在电源接通后，由于Q3开路，定时电容的偏置电压较高，输出频率也较高，随电容C9充电，Q3的门电压不断升高，一旦Q3门电压大于阈值电压，Q3导通，定时电容的偏置电压降低，从而输出频率降低，灯正常启动并进入电流闭环工作状态。在电流闭环工作状态下电路的峰值因数约为0.68，完全满足灯的使用要求。由于该电路使用了成本很低的无源PFC校正电路，大大降低了电子镇流器的生产成本。
参考文献
1 Peter N.Wood.Fluorescent Ballast Design Using Passive PFC and Crest Factor Control.IR Application Notes，
1998：AN998
2 Jonathan Adams.Bootstrap Component Selection for Control IC＇s.IR Application Notes,1998:DT98－2