电子镇流器专用控制芯片应用

IR公司电子镇流器专用控制芯片介绍2022/12/101精选课件灯的类型----荧光灯2022/12/102精选课件

灯的类型----HID2022/12/103精选课件最新灯和镇流器要求标准(CE,ENEC)IEC61000-3-2(CE):谐波抑制EN60928:交流常规和安全要求EN60929:交流性能要求(波峰系数等等)EN55015,EN50022:(射频干扰)EN60924:直流常规和安全要求EN60925:直流性能要求EN61547:抗扰特性寿命，多次启动，预热:工作30000小时,反复启动3小时或开关10000下能量级别:镇流器因数,流明/瓦特成本可靠性/安规:灯损坏时要能可靠关断灯管达到灯寿时间是要能可靠关断更换灯管时能自动重启动暗光保护2022/12/104精选课件照明市场倾向节能，功率因数校正，谐波

电子镇流器比电感镇流器节约30%以上的电流电感镇流器因为功率因数和谐波差所以被许多国家禁止使用灯的新类型要求预热（T5）和电子镇流器（CFL）时尚的照明控制:调光,多路电子镇流器,可寻址电子镇流器,宽范围输入。2022/12/105精选课件

IR的方案帮助设计者把握今天，迎接明天的挑战

低成本

减少了元件个数

加速了商品化时间，缩短了设计周期

尺寸小，重量轻

柔性设计平台多种镇流器的结构和时尚的控制方案减少了发展时间和成本2022/12/106精选课件EMI滤波半桥PFC整流输出级驱动UVLO灯故障Line灯IR21571典型的电子镇流器方框图2022/12/107精选课件StartPHIGNRUNDIMtimeVlampI=IPH,V=VPHV=VIGNV=VRUN镇流器工作模式2022/12/108精选课件VINILph,ILignt0ILrunILVINVSVBUSVSHOLOLOHOtimeForHalf-BridgeVIN=VBUS/2镇流器输出级2022/12/109精选课件LCRVin半桥输出VIN是方波,R代表灯,L谐振电感，C是谐振电容输出级简化模型2022/12/1010精选课件FrequencyHigh-QLow-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)fr(LQ)VoutVin触发前:高Q曲线(R不在电路内)触发后:低Q曲线(R在电路内)灯上的电压有预热，触发，运行频率决定

方案模型和灯的工作点2022/12/1011精选课件软启动预热触发运行或调光timeVlampI=IPHV=VPHV=VIGNV=VRUN(红外线)(公差)预热到触发期间)(电感/MOSFET等级)(减少损耗不调光设计约束预热电流

预热电压

触发电压

运行灯功率

运行灯电压不调光灯的要求设计要求与约束2022/12/1012精选课件预热，触发和运行时的灯电压灯电压2022/12/1013精选课件预热波形高低灯丝电流波形高低灯丝电压波形2022/12/1014精选课件触发波形Preheat,andIgnitionRampwith2lampscrossed2022/12/1015精选课件不触发故障条件(CSpin)

noover-current,inductorsaturation,damageordestructhalf-bridgeMosfetsHigh-QLow-QPreheatIgnitionRunHigh-QPreheat!VoutVinfrequencyVSIL2022/12/1016精选课件灯丝开路条件(CSpin)

nohardswitchingathalf-bridgewhichwoulddamageordestructpowerMosfetHigh-QLow-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)fr(LQ)VSILVSIS1IS2!2022/12/1017精选课件在谐振点以下(CSpin)

earlydetectionofloadfaultHigh-QLow-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)fr(LQ)High-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)!VSILVSILIS12022/12/1018精选课件

靠近谐振点条件下(CSpin)

nohardswitchingforloadfaultHigh-QLow-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)fr(LQ)!High-QLow-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)fr(LQ)2022/12/1019精选课件

noover-heatingoflampfilaments.Glasscanmeltandfalloutoffixture.Highcurrentspikesinthehalf-bridgewhichcandamageanddestroypowerMosfet到达灯寿时间条件下2022/12/1020精选课件灯检测和自动重启动(SDpin)

Lampexchangeandrestartwithoutre-settingmainsvoltage

暗光检测

Lampcanextinguishandremainunlit.Entireroomwillbedarkafterabrown-outoccurs.2022/12/1021精选课件IR公司推出的适合电子镇流器的高压ICIR215x系列是符合工业标准的可用在电子镇流器和开关电源上的产品.IR215x系列的所有产品内部都集成了600V高压半桥驱动电路.IR2153:在IR2151的基础上改进的新型镇流器控制驱动芯片.IR2156:

预热频率,运行频率可编程的控制驱动芯片.IR21571:功能丰富的镇流器控制驱动芯片.IR21592/3:

可调光镇流器控制驱动芯片.IR2166：经济型功能齐全内部集成PFC控制的高端产品，系统成本可降 低30%IR2167:

操作条件可编程,有各种保护功能,内部集成PFC控制的高端产品2022/12/1022精选课件

IR公司用于电子镇流器的高压驱动控制芯片

IR2153

2022/12/1023精选课件

IR2153---自振荡门级驱动IC

di/dt抑制电路微功率启动.CT脚有关闭的功能高端和低端驱动的半桥拓扑结构

最高600V的偏制.

高压总线启动时内部钳位齐纳管抗CMOS锁定

内部的振荡器产生精密的占空比和死区时间控制.

顺序启动和欠压输出锁存.2022/12/1024精选课件

IR2153di/dt的抑制及其益处IR2153的输出缓冲级可以减小输出级的di/dt在门级驱动电路中减少di/dt可以减低di/dt和门级寄生电路结合产生的门级振铃.di/dt的减少可以不同程度的减少射频干扰对EMC问题有好处.选择合适的门级电阻,减少di/dt将不会影响效率的.2022/12/1025精选课件

IR2153欠压输出锁存当Vcc高于VccUV+时IR2153开始工作,当Vcc低于VccUV-时IR2153停止工作.2022/12/1026精选课件

IR2153是真正的微功率启动微功率启动是指：在IC静态时（即IC没有振荡，Vcc<VccUV)的偏制电流很小。2022/12/1027精选课件微功率启动在设计中的优点微功率启动只需很小的电流可使器件开始工作并且可以从自举式辅助电源中获得正常工作所需的较大的电流。这样做可以减低启动功耗。启动更容易。效率比用单一电阻从高压总线上取出电压的方式高得多。2022/12/1028精选课件

IR2153典型应用电路2022/12/1029精选课件

IR公司用于电子镇流器的高压驱动控制芯片

IR2156

2022/12/1030精选课件

IR2156功能介绍集成的单片式电子镇流器控制驱动芯片.预热频率可编程.预热时间可编程.内在触发轨道.可编程过流保护.运行频率可编程.死区时间可编程.直流总线欠压复位.关断脚滞环特性Vcc内部有15.6V齐纳稳压二极管.微功率启动(150uA).抗锁定和ESD保护.2022/12/1031精选课件

IR2156内部框图2022/12/1032精选课件电子镇流器组成的结构框图谐振电路LC提供触发高压.灯运行时电感限制灯的电流.控制IC检测灯的电流和功率并且调整半桥的驱动使之恒流或恒功率.2022/12/1033精选课件

IR2156的典型应用电路2022/12/1034精选课件

IR2156的启动2022/12/1035精选课件

IR2156预热2022/12/1036精选课件灯丝预热特性预热时灯丝发射电子,减小灯启动时对灯丝的损坏.阴极预热到发出橘黄色的光.检测阴极预热程度用测量灯丝的电阻的方法,使热态电阻与冷态电阻的比为4.5:1,最少为4:1注意:白光是由于阴极两端电压过高使局部放电产生的,这样会影响灯的寿命.灯启动时有蓝光是由于阴极预热不足.预热频率比运行频率更高,以确保灯阴极两端没有足够的电压使灯管击穿.

2022/12/1037精选课件

IR2156触发2022/12/1038精选课件触发失败的原因即使灯管的阴极没有损坏的情况下也有很多原因使灯管不能触发。触发失败的原因主要有：过流或着是出现了硬开关现象。镇流器要有保护功能避免对灯管及自身的损坏。BigVoltage2022/12/1039精选课件

IR2156的保护功能当灯管移走时在插坐上会有很高的电压，处于安全的原因这时镇流器必须关闭.当灯管放回原地时镇流器应自动重启动。BigVoltage2022/12/1040精选课件

IR2156的保护功能----DC欠压复位当DC总线电压过低时，灯管的输出级频率会接近或低于谐振频率，这样同样会造成硬开关，并破坏半桥的开关。为了防止这种现象的发生，管脚VDC测量DC总线的电压，并在管脚VDC上的电压低于10.9V时线性拉低管脚CPH电压，这样使得P沟道MOSFETS4在DC总线降压时关断，并使频率向上提高到高于谐振点的一个安全的工作频率

DC总线在频率移动时通过外部电阻RBUS和内部电阻RVDC决定。通过拉低管脚CPH，触发斜率也被复位。但DC总线电压过低时，镇流器不进行触发，当DC总线电压再次上升时，IC将进行自动再触发

2022/12/1041精选课件

IR2156工作时序图2022/12/1042精选课件

IR2156样品CompactballastLinearBallast2022/12/1043精选课件IR公司用于电子镇流器的高压驱动控制芯片

IR215712022/12/1044精选课件

IR21571特点介绍预热时间和频率可编程。触发沿可控。故障-击穿保护。过流保护。欠压保护。更换灯管可重新启动。过热保护。死区时间可编程。综合的600V电平转换门级驱动。VCC管脚内部稳压二极管钳位15.6V。微功率启动。所有管脚都有抗锁定和静电防护。2022/12/1045精选课件

IR21571内部结构框图2022/12/1046精选课件

IR21571典型应用电路2022/12/1047精选课件

IR21571状态图2022/12/1048精选课件

IR21571系统的优点能够对各种类型的快速启动荧光灯控制。各种功能和保护措施给镇流器设计工程师提供了高度灵活的设计方法。所须外围器件少。2022/12/1049精选课件

IR21571样品

2022/12/1050精选课件IR公司用于电子镇流器的高压驱动控制芯片

IR215922022/12/1051精选课件

IR21592可调光电子镇流器控制芯片功能集成镇流器控制和半桥驱动闭环功率控制预热电流可调

触发到调光时间可调0.5V到5V调光控制输入

最小和最大灯管功率调节最小频率可调

电流检测抗干扰灯管损坏保护

自动重启动微功率启动

VCC稳压管钳位过热保护2022/12/1052精选课件调光方案灯电流检测要求用变压器与灯丝电流隔离。相控用串在低端开关的电阻来检测电流的过零点并计算出相位。1)灯电流检测2)相控2022/12/1053精选课件相位与灯功率的关系相位与灯功率的关系是线性的,所以相控是有可能实现线性调光的。2022/12/1054精选课件

IR21592触发到调光输出级特性灯管触发后输出级阻抗与频率响应的变化。2022/12/1055精选课件

IR21592调光基准相位和输出电流相位的相位差，强制VCO引导频率做正确的变化，该误差是由输出级的传导函数决定的，并强制该误差为零。在调光模式期间管脚内部连接的15µA电流源对VCO电容放电，并向锁定点降低频率。2022/12/1056精选课件

IR21592调光相控定时图表2022/12/1057精选课件

IR21592的保护功能----电流检测在调光模式期间，电流检测电路对硬开关进行过流检测，并且过零测量总负载电流的相位为避免低端MOSFET或IGBT开通时的开关噪声干扰，IC内部的数字电流检测电路屏蔽掉管脚LO变高电平时，过零检测电容上最初的400ns变化。2022/12/1058精选课件

IR21592的保护功能----电流检测当镇流器工作在最小相移时（最大功率），内部屏蔽电路会对调光范围产生微小的影响，管脚MAX的外接电阻选择时，应注意避开屏蔽时间的影响。2022/12/1059精选课件

IR21592系统的优点可在1%到100%进行调光。

可在任意调光点触发

灯管损坏检测不需运算放大器

只需微小的改动就可将非调光镇流器变为可调光镇流器2022/12/1060精选课件

IR21592样品2022/12/1061精选课件IR2166

单片IC

集成镇流器控制和功率因数校正IR公司用于电子镇流器的高压驱动控制芯片2022/12/1062精选课件

背景-产品所要解决的问题需要两个或更多的IC电感式镇流器与电子镇流器的比较

-节能变的越来越重要. -电子镇流器比电感镇流器节能40%(没有硅元素). -政府能源部门通过立法强制制造商停止生产 40W传统的电感镇流器

新立法要求PFC -PFC在许多国家被强制执行. -欧洲立法通过大于26W的应用.

电感镇流器没有针对T5灯的解决方案

-T5是快速发展的一种灯灯寿保护

-许多镇流器没有保护功能而导致起火.2022/12/1063精选课件电感式镇流器

-能源利用率不高

-不符合PFC和THD的标准传统电路中有很少的保护功能

-增加保护功能需要大量的外围元件电感镇流器提供照明品质低（有频闪）而且具有可听见的噪声传统方案使灯的寿命很短镇流器的体积和重量很大选择方案一:

利用磁性元件电路

2022/12/1064精选课件

需要许多的元件

2IC解决方案

-镇流器控制IC(IR2156,UBA2021/2)+分离的PFCIC(ST6560)3IC解决方案

-微控制器+基本的驱动器(IR2104)+分离PFCIC(ST6560)

低成本分离PFC有8个引脚

-IR2166仅有4个引脚

-需要电流检测或交流线检测

-布线复杂

设计周期

-前端和后端之间没有反馈选择方案二：用IC和分离的PFCIC2022/12/1065精选课件EXISTINGIRPFCMETHODL1C2BR1C3R1R2R3R4R5R6R7C4C5L2D1C6M1R9R10D2C8LNR8RV1GNDC1

8

7

6

54321ConventionalPFCC7L1C2BR1C3R4R5R6C5L2M1R9D2C8LNR8RV1GNDC1IRPFCPartofIR2166仅在PFC级就省去了9个元件-省去1个昂贵的电流检测电阻-省去4个总线和保护电阻-省去1个电容-省去3个自举元件

IRPFC与分离PFCIC的比较2022/12/1066精选课件最大总线电压调整PFC两种工作模式提高了性能:在预热和触发期间PFC工作在高增益模式减少了总线电压下跌在运行期间PFC工作在低增益模式使得有高PF和低THDIRPFC与分离PFCIC对比2022/12/1067精选课件

IR2166PFC特征升压类型(调节DC总线)临界导通模式:每个周期电感电流放电到0。Toff由检测到的电感过零点决定。总线调节控制PFCMOSFET的开通时间.Ton由检测的总线电压决定。自由运行频率(当输入电压低时高,当输入电压高时低)没有乘法器2022/12/1068精选课件Upto5%improvementinTHDBetterPFatallvoltagesTHD和PF比标准PFCIC有改进2022/12/1069精选课件IRPFC控制方框图变增益优化闭环响应时间可变电流调制开通时间以减小THD镇流器控制级反馈，镇流器与功率因数校正错误共享仅有4个控制端2022/12/1070精选课件开通时间与交流输入的关系自由运行频率(在电流最大值和最小值接近过零点时的高频）TON调制接近线电流过零点来减小THD2022/12/1071精选课件IR2166/216735W镇流器线：黄–功率因数红–THD绿–总线电压

IRPFC特征Note:IR2166demoboardresults,EMIfiltertoaddtofulfillTHDrequirementsEN61000-3-22022/12/1072精选课件IR2166andIR2167PFC特征

来自IR的专利

仅有4个控制管脚

不需电流检测电阻

不需交流检测

很少的外围元件

与镇流器控制一起工作

PF与镇流器之间有反馈2022/12/1073精选课件灯寿检测和保护

SD脚内部有2V的基准电压.在灯管达到最大使用寿命期间，灯管电压将对称上升或不对称上升.SD脚的峰峰值也将上升(有2V的偏制)任何一种情况都会超出1V到3V窗口比较器的界定,因此触发关断.470pF660KohmREOL4470nFCRESSD2V1MohmInsidetheIR2166/IR21672022/12/1074精选课件

单片解决方案

不需要电流检测电阻

不需要交流线检测

外围元件数目少

快速启动并且无闪烁

灯寿特征

完整的镇流器控制和保护

符合所有的PFC和THD规格

与镇流器控制联合工作

PF与镇流器控制共用同一个保护电路

市场上第一块集成功率因数校正和镇流器的芯片对客户的优点2022/12/1075精选课件完整的单片集成镇流器IC预热次序:有预热能延长灯管寿命30倍

运行和预热频率可编程能适用于任何类型的标准灯和非标准灯利用很少的不同外围元件可以对不同类型的灯进行设计

门级驱动电流250/400mA16脚封装保护特性:欠压输出锁存软启动触发失败保护灯丝开路保护过流点可编程有可关断脚DC总线欠压复位灯寿保护（IR专利）

灯管复位自动重启动故障计数器

通用输入(80-260VAC)-消除了必需的细节设计ItemsinredareuniquevaluedriversIR2166产品描述2022/12/1076精选课件White–LineInputVoltageBlue–LineCurrentCurrentPowerFactor=0.55THD=128%Green–LineInputVoltageBlue–LineCurrentBallastwith35WloadwithnoPFC120VACinputPowerFactor=0.99THD<10%IR2166Ballastwith35Wload120VACinputIRPFC的性能-0.99PFand<10%THD!2022/12/1077精选课件谐波与标准比较2022/12/1078精选课件

产品是怎样工作的?POWERTURNEDONUVLOPREHEATIGNITIONRUNFAULTVCCFaultDCBusFaultACLineFaultPowerdownLampFaultLampRemovalPowerTurnedOffLampRemovalFailuretoStrikeOver-CurrentHardSwitchingNoloadEndofLampLife2022/12/1079精选课件

IR2166内部结构框图2022/12/1080精选课件643515141611013OscillatorRPHRTCTTimingCPHHighSideAndLowSideDriverVCCCOMHOVSVBLOFaultLogicUnder-VoltageDetectSoftStart1211CSSD9287PFCVBUSZXPFCIR2166内部是什麽?2022/12/1081精选课件元器件数目少仅有47个

包括灯寿和自动重启动IRPLLNR4原理图：电流模式预热2022/12/1082精选课件与双IC比较元件数60个，没有灯寿保护2022/12/1083精选课件IRPLLNR4原理图：电压模式预热2022/12/1084精选课件IR单片解决方案与3片式的方案相比减少成本30%简单的设计减少了设计周期和费用加快了时间进度改善了PF和THD的性能此性能超出了单片PFC的性能完全的镇流器控制对长灯、镇流器的寿命和自由闪烁的舞台灯光IR产品的发展趋向是高度集成

IR推动镇流器由电感式向电子式转变针对荧光灯电子镇流器的单片解决方案2022/12/1085精选课件IR公司用于电子镇流器的高压驱动控制芯片

IR2167

2022/12/1086精选课件

IR2167功能介绍

集功率因数校正，镇流器控制和半桥驱动于一体的新型IC临界导通模式升压型功率因数校正电路不需PFC电流检测电阻预热时间和频率可编程触发可控过流点可控灯丝状态感应和保护硬开关保护更换灯管后可自动重起动过温保护死区时间可控VCC引脚内有齐纳二极管钳位至15.6V微功率启动(150uA)各引脚都有抗锁定和静电防护2022/12/1087精选课件

IR2167内部结构框图2022/12/1088精选课件

IR2167典型应用电路2022/12/1089精选课件针对卤素灯的控制IC2022/12/1090精选课件IR2161描述智能半桥驱动器内部振荡器短路自动复位保护过载保护自动复位过温闭锁保护频率摆动，对EMI有好处微功率启动(150uA)输出电压有补偿真正的软启动适合的死区时间(软开关)集成了自举二极管2022/12/1091精选课件IR2161系统优点

8脚DIP-SOIC封装（尺寸小）

先进的过载和短路保护

在重载时同样有很好的谐波特性

对MOSFET实行软开关

很好的可靠性

可延长灯的寿命(输出电压负载补偿和软启动)

最主要的优点是相控可调2022/12/1092精选课件卤素灯与荧光灯的比较

荧光灯是阻性负载

没有预热/触发的要求

DC总线是不光滑的全波整流后的直线

系统内有一致的功率因数

可以用可控硅调光器调光

可以在交流线上利用相控方式调光输出是隔离的低电压

要求输出短路或过载有保护功能

关断后必须自动复位卤素灯系统荧光灯电子镇流器的区别32022/12/1093精选课件

IR2161电路方案与传统方案的对比传统方案2022/12/1094精选课件IR2161电路方案与传统方案的对比IR2161的方案2022/12/1095精选课件优点：IR方案与传统的方案相比

IR方案增加了系统的可靠性

比现有电路功能强

较好的谐波特性能延长灯的寿命

减少了元件数（由38减到29）

更重要的是节省了空间

同样或更低的原材料成本

设计更简单因为场效应管比三极管更适合2022/12/1096精选课件IR2161方框图2022/12/1097精选课件IR2161引脚2022/12/1098精选课件POWERTURNEDONUVLOSOFTSTARTVOLTAGECOMPENSATIONPHASECUTDIMMINGFAULTVCCFaultACLineFaultPowerdownPowerTurnedOffOverTemperatureExternalShutdownCircuitFaultIR2161状态图AUTORESETTINGFAULTShortCircuitorOverLoadPhasecutdimmingAutorestartTimeout2022/12/1099精选课件软启动电流软启动减小了灯丝应力延长了灯的寿命灯电流没有软启动灯电流有软启动2022/12/10100精选课件关断电路的操作绿:电流检测电阻,蓝:CSD过载短路

过载慢关断，短路快速关断在重新启动是有固定的延时2022/12/10101精选课件电压补偿电路2022/12/10102精选课件总结

市场上第一个卤素灯用的IC

比现有的电路功能强

较少的元件相同或更低的成本2022/12/10103精选课件

新的8脚CFLIC针对低成本的CFL!2022/12/10104精选课件自振荡三极管方案的不利条件开始需要二端交流开关或其他电路需要另外的续流二极管频率由三极管的存储时间和线圈饱和度决定不可靠，预热由PTC完成在触发时频率线不光滑灯不触发时没有保护灯丝开路时没有保护实施电容模式在高功率应用时有基本驱动限制2022/12/10105精选课件镇流器控制+600V半桥驱动适合零电压最小电流开关集成了自举二极管集成了波峰系数过流保护集成了非零压开关保护0-5V的直流输入电压控制压控振荡器微功率启动(150uA)VCC有15.6V的稳压管可编程最小频率有SO-8和DIP8两种封装8脚CFLIC描述2022/12/10106精选课件

8脚CFLIC引脚2022/12/10107精选课件8脚CFLIC方框图12348765VoltageControlledOscillatorCOMVCOFMINIntegratedBootstrapDiodeVCCHighSideAndLowSideDriverVBHOVSLOFaultLogicAdaptiveZVS&MCSVSSensing2022/12/10108精选课件新8脚IC控制次序fosctpreheatignitionrunfStartfIgnitionfRunIgnitionRunStartFrequency[KHz]Magnitude[dB]CrestFactorProtection2022/12/10109精选课件POWERTURNEDONUVLOFREQUENCYSWEEP

ADAPTIVERUNFAULTVCCFaultPowerTurnedOffPowerTurnedOffFailuretoStrikeOver-CurrentHardSwitchingOpenFilamentsNoload

8脚CFLIC状态图2022/12/10110精选课件

扫频模式电路2022/12/10111精选课件扫频模式波形

Traces:Top–LampVoltageBottom–VCOpinVoltage2022/12/10112精选课件适应的ZVMCS电路2022/12/10113精选课件适应的运行模式波形Traces:Top–半桥电压(VS)Bottom–低端MOSFET电流波形运行模式波形,120VAC运行模式波形,90VAC2022/12/10114精选课件故障模式ILVINVSVBUSHOLOCrestFactor>42022/12/10115精选课件noover-current,inductorsaturation,damageordestructhalf-bridgeMosfetsHigh-QLow-QPreheatIgnitionRunHigh-QPreheatVoutVinfrequencyVSIL!不触发故障条件下

(CSpin)

2022/12/10116精选课件灯丝开路条件下(CSpin)

High-QLow-QPreheatIgnitionRunfr(HQ)fr(LQ)VSILVSIS1IS2!2022/12/10117精选课件较少的元件数仅有18个元件!

典型应用图2022/12/10118精选课件新的8脚IC的特点完整的CFL方案高功率容量比自振荡方案更可靠延长灯的寿命MOSFET低损耗灯丝开路保护触发故障保护减少元件数量仅有8个脚202