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新型电子镇流器控制芯片IR2156 陈 熹 李 明 IR公司西安应用中心(西安710061) 摘 要：本文介绍了一款低成本、多功能电子镇流器控制芯片IR2156，其主要应用于紧凑型节能灯和普通荧光灯的电子镇流器。详细给出了该芯片的特点、电参数、工作原理和应用。 关键词：欠压锁定 预热模式 触发模式 运行模式 故障模式 A New low cost, Full Functional Electric Ballast Control IC- IR2156 Abstract: A new low cost and full functional electric ballast control IC - IR2156 is introduced. This IC is mainly used for compact ballast and linear ballast. Its features, electrical characteristics, functions and application is described. Key Words: Under-voltage preheating ignition Running and Fault mode. 1 简 介 IR2156是IR 公司最新推出的多功能、低成本电子镇流器控制芯片，它由一个高压半桥门极驱动器和一个频率可调振荡器组成。具有预热频率和运行频率可调，预热时间可调，死区时间可调，以及过流门限可调等特性。 完善的保护性能，诸如灯管触发失败保护，灯丝故障保护以及自动重启动功能都设计在IR2156中。IR2156具有DIP14及SOIC14两种封装。 2 主要电气特性 VCC=VBS=VBIAS=14V+/-0.25V, VVDC=OPEN, RT=40.0KW, RPH=100.0KW, CT=470pF, VCPH=0.0V, VCS=0.0V, VSD=0.0V, CLO, HO=1000pF, Ta=25°C。
注1: 该芯片内部VCC与COM之间设有15.6V稳压管，注意该脚不能直接外加电压源。详细参数见IR2156数据表。 推荐工作条件
注2：Vcc引脚要有足够的电流使内部的15.6V的稳压管能够稳住电压。 3 IR2156管脚排列及定义： 图2. 器件管脚排列 4 功能简介 4.1 欠压关断模式（UVLO） 欠压关断模式是当供电电压VCC低于IC的开启门限电压时，IC不工作。IR2156的欠压关断模式要求供电电流保持在最小供电电流200µA以上，保证IC正常工作并驱动高低端输出。图4为典型的从直流母线馈电和从镇流器输出级充电泵共同为IR2156供电的例子。
图3 IR2156典型应用电路
通过供电电阻(RSUPPLY)的电流一部分作为启动电流流入IC， 其余给启动电容(CVCC)充电。 电阻应能供应两倍的最大启动电流，以保证镇流器在低电压输入下启动。 一旦VCC脚电容电压到达启动门限，且SD脚电压低于4.5V，则IC开始工作，HO，LO震荡。由于IC工作电流增大，电容开始放电见图5。 在放电期间，充电泵产生的整流电流给电容充电，使VCC电压高于IC关断门限，充电泵和IC内置15.6V稳压管来提供供电电压。启动电容和缓 4.2 预热模式（PH） 预热模式工作于灯管灯丝开始加热直至加热到正确的点燃温度，它是延长灯管寿命和降低点燃电压所必需的步骤。当VCC超过UVLO门限时进入预热模式。LO和HO开始以50%占空比的预热频率震荡, 死区时间由外部定时电容CT和内部死区时间电阻RDT决定。CPH脚与COM断开，内部5uA电流源给CPH脚外接的预热时间电容充电。CS脚的过流保护在预热期间被屏蔽掉 动浮动供电电 。
VCC断开。CT通过内部电阻RDT穿过MOS管S3对 COM以指数放电。CT的放电时间为3/5的VCC到1/3的VCC，即输出门极驱动 LO和HO的死区时间。CT的容量要根据RDT和要求的死区时间来选取。一旦CT放电至低于1/3的VCC, MOS管S3关断，RDT与COM断开，MOS管S1导通，RT和RPH 连接到VCC。工作频率始终保持在预热频率直到CPH 脚电压超过13V，IC进入触发模式。在预热模式期间，当CPH脚电压高于7.5V时，恢复过流保护和DC总线欠压复位功能。
4.3 触发模式（IGN） 触发模式是指建立触发灯管所需的高电压并触发灯管。当管脚CPH上的电压超过13V，IR2156进入触发模式。 管脚CPH内部连接到一个P沟道的MOSFET （S4）的门极，S4连接管脚RPH和RT。当管脚CPH上的电压超过13V时，S4的G-S电压开始低于S4的开通门限。管脚CPH上的电压持续向VCC上升，S4缓慢关断，这样就使电阻RPH平滑的从RT上断开，同时使工作频率平滑的过度到触发频率，再过度到最终的运行频率。管脚CS的过流保护功能可以在触发失败或灯丝
当CS上的电压超过内部的1.3V门限，IC进入故 障模式，输出驱动HO和LO都被锁定为低电平。 4.4 运行模式 (RUN) 当灯管成功触发后，镇流器进入运行模式。运行模式是指灯弧已经建立，灯管以给定的功率工作时IC所处的状态。运行模式的振荡频率是由定时电阻RT和定时电容CT决定的。在灯丝开路或更换灯管时，会使半桥发生硬开关，电流检测电阻RCS上的电压将超过内部1.3V门限，IC将进入故障模式，输出驱动HO和LO都被锁定为低电平。 4.5 DC总线欠压复位 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，这时会造成硬开关，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上的电压下降10.9V并低于Vcc时，线性拉低管脚CPH电压，这样使得P沟道MOSFET S4在DC总线降压时开通，并使频率向上提高到高于谐振点的一个安全的工作频率。频率变化值由外部电阻RBUS和内部电阻RVDC决定。通过拉低管脚CPH，触发斜率也被复位。当DC总线电压过低时，整流器不进行触发，当DC总线电压再次上升时，IC将进行自动再触发。当CPH上的电压超过7.5V 时（预热模式期间），内部电阻RVDC连接到管脚VDC 和COM之间。 4.6 故障模式 (FAULT) 在预热模式过后的任何时间，当电流检测管脚CS上的电压超过1.3V时，IC进入故障模式，驱动输出HO和LO都被置位为低电平。CPH到COM放电，复位预热时间，同时CT到COM放电，关断振荡器。要想退出故障模式，VCC电压必须下降至低于UVLO的下门限，或者关断管脚SD的电压拉高至大于5.1V。这两种方式都可以使IC进入UVLO模式，一旦VCC电压大于开通门限，同时SD低于4.5V，IC将进入预热模式开始振荡。 5 设计步骤 (注：计算的结果会因为器件离散性的原因，还需要通过实验微调。) 5.1 设置死区时间 通过定时电容CT和内部死区时间电阻RDT可以定义LO和HO的死区时间。死区时间为电容CT从3/5到1/3VCC的放电时间。公式如下： 或 5.2 设置运行频率 最终的运行频率由定时电阻RT和定时电容CT设置。电容CT从1/3到3/5VCC的充电时间为输出驱动HO和LO的开通时间。运行频率的计算公式如下： 或 5.3 设置预热频率 预热频率由定时电阻RT和RPH、定时电容CT设置。在预热模式期间，定时电阻通过内部连接方式并联。预热频率计算公式如下： 或 5.4 设置预热时间 预热时间由管脚CPH上的电容从0充电到13V的时间决定。一个内部的5μA电流源流入管脚CPH。预热时间的计算公式如下： 或 5.5 设置最大触发电流 最大触发电流有外部电阻RCS和内部1.3V门限共同决定。该门限定义镇流器的过流点，触发频率靠近谐振点或灯管触发失败时，会超过这个门限。最大触发电流计算公式如下： 或 6 设计实例： 根据以上公式，按照42W紧凑型电子镇流器要求，计算所有器件参数(具体计算略)。计算值向器件标称值靠并通过实验做细调。器件取值如下： CT＝470pF, RT=43KW, RPH=68KW, CPH=0.22uF, RCS=0.61W。 这样，一个功能完善的镇流器就设计好了。将其安装并测试其计算值，根据元件的离散性稍加调整，镇流器就可在典型状态下工作。
7 典型波形 图5 预热时灯丝电压(5V/格) 图6 预热、触发和运行时灯电压(250V/格) 上：100V/格， 下：200mV/格 上：500V/格 下：1V/格 图7 运行时半桥输出电压和Rcs电压 图8 触发失败时灯电压和Rcs电压 8 结 论 IR2156是一款功能完善、性能稳定和成本低廉的电子镇流器控制集成电路。该IC即可应用于直管莹光灯，也可应用于紧凑型节能灯，其预热和故障保护功能大大提高了灯管和镇流器的寿命。极具实用推广价值。 作者简介： 陈 熹 美国国际整流器公司西安应用中心应用工程师，主要从事功率半导体器件应用和电子镇流器的研究。 李 明 美国国际整流器公司西安应用中心经理，高级工程师，主要从事功率半导体器件在交流感应电机调速和开关电源方面的应用研究。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
冲电容要有足够的容量，使供电电流满足镇流器工作需要。自举二极管（DBOOT）和自举电容（CBOOT）提供高端驱动电路的工作电压。为了在HO脚的 第一个脉冲前就给高端供电，因此输出驱动的第一个脉冲来自LO脚。在欠压关断状态，高端和低端输出驱动HO和LO都为低电平，CT脚在内部连接到COM使镇流器停止震荡，CPH脚在内部连接到COM使预热时间复位。 
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