ＩＲ２１５Ｘ在荧光灯电子镇流器中的应用

    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集成电路应用镇流器在驱动功率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。