新型专利电子镇流器控制器BL8301及其应用

摘要：上海贝岭生产的专利电子镇流器控制器BL8301可为电子镇流器半桥LC谐振逆变器提供所有必需的控制和保护功能，可用于设计80W以下中高端荧光灯交流电子镇流器。文中介绍了BL8301的基本结构特点和功能原理，给出了BL8301的应用电路。 关键词：BL8301 镇流器驱动芯片 预热启动 保护 1 概述 自20世纪90年代之后，国外很多著名的半导体巨商（如美国IR公司、摩托罗拉公司、意法半导体公司、飞利浦公司、安森美公司及飞兆公司等）都相继推出了电子镇流器控制/驱动器IC。但在我国，此类ASIC几乎是一片空白。最近，上海贝岭股份有限公司也推出了自己的荧光灯交流电子镇流器控制/驱动器BL8301，并已获得国家专利保护。这种高端镇流器控制IC的问世为相关设计人员提供了很大的便利。 BL8301的主要特点如下： ●可驱动由双极型晶体管（如MJE13005）组成的镇流器半桥逆变器，并可产生约1μs的死区时间，从而避免了半桥高、低端晶体管的“直通”； ●具有灯丝预热启动功能，其预热频率、预热时间及常态下的灯燃点工作频率都可通过外部元件进行设置； ●可提供半桥过流保护、灯管开路保护、灯丝烧断保护、灯点火（启动）失败保护、灯寿终检测与保护等故障保护功能； ●内置11.4V稳压电路，可微功率启动（启动电流<600μA）； ●外围电路简单，元件数量少，成本较低； ●采用14脚DIP或SOP封装，所有引脚均有ESD保护功能。 2 引脚功能、内部结构及推荐工作条件 采用14脚DIP或SOP封装的BL8301引脚排列如图1所示。 BL8301内部集成有电源管理、压控振荡器（VCO）、预热准备、过流检测、窗口电平检测故障保护、控制逻辑及输出驱动器等电路，其内部功能框图如图2所示。 BL8301的推荐工作条件如下： ●电源电压VCC：15～25V； ●预热频率设定脚（Rpre）电压Vrpre：4～7V； ●振荡器输出脚（Rt）电流Irt：20～200μA； ●电流检测输入脚（Pro）电压Vpro：0～Vcc； ●窗口检测输入1脚（LD1）电压VLD1:0～Vcc； ●窗口检测输入2脚（LD2）电压VLD2:0～Vcc； ●工作结温Tj:40～125℃ 图2 3 应用电路设计 用BL8301驱动双极型晶体管功率开关组成的半桥逆变器电路如图3所示。图中DC总线电压既可来自AC线路桥式整流和滤波输出，也可连接功率因数校正（PFC）升压变换器的400V直流输出。现对电路的主要工作过程及设计要点作以说明。 3.1 上电启动 当电子镇流器接通AC供电线路后，电流将从DC总线经启动电阻Rstart对电容C1充电。当C1上的充电电压升至器件VCC脚的导通门限电平（14%26;#177;1V）时，IC开始工作并进入预热阶段。至此，IC工作电流由扼流圈L2的次级绕组经二极管D1整流和电容C1滤波提供。 3.2 预热模式 电路工作时，首先由振荡器产生一个高频信号，电路的预热时间主要由IC脚6的外部电容Cpre来决定。脚6的输出电流Icprecharg可对电容Cpre进行充电，当Cpre上的电压达到门限电平VcpreIgn时，IC进入点火模式。 预热时间计算公式为： Tpre=VcpreIgnCpre/IcpreCharge=KCpre Cpre选为0.047μF时，预热时间Tpre约为Is。 预热频率fpre由IC脚3的外部电阻Rpre1与Rpre2之比和灯正常燃点时的工作频率fing决定，具体公式如下： fpre=Nfing(Rpre2/ Rpre1) 式中，工作频率fing可由IC脚4上的外部电阻Rt和脚5上的电容Ct来决定。当Rt为100kΩ且Ct为510pf时，半桥输出频率fing为45 kHz。 而当Rpre1和Rpre2均选100kΩ时，式中的N为1.5，此时的预热频率fpre为67.5 kHz。 图3 3.3点火模式 进入点火模式后，预热电容Cpre开始放电，振荡器和半桥开始从预热频率fpre沿向下的斜坡向工作频率fing扫描和偏移（如图4所示）。一旦扫描频率达到镇流器输出扼流圈L2和并接在灯管两端的启动电容Cs(通常容值为2.7～8.2nF)组成的LC串联电路的固有频率fo=1/2π(L2Cs)1/2时，电路将发生串联谐振，以便在Cs两端产生一个高压脉冲来对灯点火。只要灯管完好并且击空，灯则被点燃。 3.4 工作模式 工作模式即灯正常燃点模式。在该模式下，镇流器工作频率fing由Rt和Ct的数值决定。灯被启动进入正常工作模式后，LC串联电路失谐，此时电感元件L2只起限流作用。 3.5 故障模式 在图3所示的电路中，一旦半桥出现过电流，电路中流过下面的功率开关晶体管发射极串联电阻的电流将增加而使其电压升高，并经二极管IN4148整流和电阻Rpro及电容Cfro滤波后，施加到BL8301的Pro脚。当IC脚Pro上的电压高于0.7V的门限电平时，IC即进入故障保护模式，同时使脚Out1和Out2上的驱动输出截止，两只开关晶体管被关断。 由于BL8301的脚LD1(12)、LD2（11）和LD3（10）（完全等效）内部分别通过550kΩ的电阻提供5.7V的直流偏置，因耐均可提供故障检测功能。当电子镇流器处于异常状态如灯线烧断、灯管未接或灯管接入脱落或在灯点火失败或灯寿命结束时，镇流器输出电流会剧增，从而使检测电阻Rel2（见图3）上的压降升高。只要施加到LD3脚上的电压超过窗口比较器的上门限电平（7.4V），IC将进入故障保护模式。另一方面，如果由于某种原因导致BL8301脚LD3上的电压低于下门限电平（4.0V），IC同样会进入故障保护模式。因此，设计时应保证脚LD3（或LD1、LD2）在常态下的电压在窗口之内，即高于4.0V且低于7.4V。 BL8301进入故障保护模式后会进入故障锁存状态，直到IC掉电。如果欲使镇流器具有自动恢复功能，可利用VCC脚作为控制信号。IC进入故障保护模式后，只要DC干线电压正常，VCC脚作为控制信号。IC进入故障保护模式后，只要DC干线电压正常，VCC脚上的电压会因该脚上电容C1（10μF）充电而升高，并且被内部箝位在30V电平上。利用这个信号并延迟一段时间后可控制一个开关以使VCC脚对地放电，从而让IC进入下一次上电启动过程。 3.6 主要元件的选择 上面已经给出了决定预热时间、预热频率和工作频率的元件Cpre、Rpre1、Rpre2及Rt和Ct等元件的选择方法。在图3所示的简单应用电路中，功率开关晶体管和阻流圈（L2）等元件应根据灯的额定功率而定。对于DC总线电压为400V，灯管功率是58W的PFC电路，驱动变压器T1可用铁氧体磁环绕制，初、次级绕组匝数比为18：3：3；扼流圈电感值L2约为1.2mH,高、低端功率晶体管可选MJE13005，连接在晶体管集电极与发射极之间的续流二极管可选用FR107。 4 结束语 利用BL8301可以设计80W以下的中高端荧光灯交流电子镇流器。上海贝岭股份有限公司还利用BL8301和功率因数控制器L6561开发出了T8 36W和TL5 28W双管荧光灯电子镇流器演示板电路。该板具有高功率因数、低谐波失真、预热启动、灯故障和灯寿终（LDE）保护等功能和特点，可为设计人员提供设计参考。