IR2167控制功能简介

IR2167控制功能简介 2007年1月18日 1、 欠电压锁定输出工作模式-欠电压锁定输出工作模式（UVLO）是指IR2167的VCC引脚17的电压低于它的导通工作阈值电压时的工作状态，在欠电压锁定输出工作模式下，它的HO引脚20、LO引脚15和PFC驱动信号引脚12输出均为低电位，并且CT引脚6通过电阻RDT连接到了COM引脚16，从而使其内部的振荡电路停振。同样，通过内部电路为电阻RT供电的电路也被关断，并且CPH引脚2、RUN引脚5、DT引脚7和COMP引脚9通过内部电路连接到了COM引脚16，在欠电压锁定输出工作模式下IR2167的工作电流不大于200μA，并确保在它的高端输出HO引脚20、低端输出LO引脚15和PFC驱动输出引脚12在工作前能处于正常工作状态。图1所示电路表示IR2167的启动电路和电子镇流器输出级的电荷泵电路的电路原理图。图1中由R1，R2和C1三个元件构成了IR2167的启动电路，而Rsupply、CVCC、VDCP1和VDCP2构成了电子镇流器输出级的电荷泵电路。电容CVCC的充电电流为通过启动电阻R1的电流减去IR2167所吸收的电流，应用中应使通过启动电阻Rsupply的电流二倍于IR2167的启动电流值，以确保IR2167在较低的输入电源电压时能正常启动，一旦启动电容CVCC上所充的电压达到了它的启动阈值电压，则SD引脚的电压会低于5.1V，并且VDC引脚1的电压VVDC会高于5.1V，这时集成电路开始工作，内部振荡电路开始振荡，直至电路达到预热工作模式，PFC输出引脚12才有信号输出。当IR2167的VCC引脚17的电压超过正向欠电压锁定输出阈值电压时，它进入预热工作模式，在预热工作模式开始之前，CPH引脚2和RPH引脚3通过内部电路被连接到了COM引脚16。一旦预热工作模式开始，外接电容CPH就通过内部的3.0μA电流源开始对它充电，直至电容CPH上的电压被充至4.0V，这段充电时间决定了预热时间的长短，而预热时间的定义就是指荧光灯灯丝被加热到了能正常发射热电子的时间，这时延长灯管寿命降低灯管点火电压是非常有用的。在预热工作模式开始期间，由于IR2167工作电流的增加，致使接至VCC引脚17和COM引脚16之间的电容开始放电（见图2）。然后这时半桥输出级和电荷泵电路又开始工作，通过电荷泵电路又开始给电容CVCC充电，并为IR2167供电，加至VCC引脚17的电压通过IR2167内部的稳压二极管钳位为15.6V，通过电容CVCC和CSNUBBER应能为电路正常工作提供足够多的电荷。升压二极管VDBS和升压电容CBS为高端驱动电路提供供电电压，为保证在HO引脚出现第一个脉冲时高端供电充足，输出驱动输出级的第一个脉冲是来自LO引脚15。在预热工作模式下半桥输出级的工作频率和电阻RPH、RT、RDT和CT的参数有关，内部电路图可以参见图3。需注意的是在预热工作模式刚一开始工作的期间，电路的工作频率比预热工作频率要高许多，然后半桥输出级的工作频率又开始谐波下降至预热工作频率，这样可以确保电路在刚开始工作的几个振荡周期时间内加至灯管的工作电压不超过起弧工作电压。3、 点火工作模式当CPH引脚2的电压被充电至4.0V时就开始了点火工作模式，这时图3中所示的比较器COMP2的输出电压变低，场效应管VT1关断，这时电容CRAMP开始充电，电容CRAMP决定着由灯丝预热工作频率下降至点火工作模式频率的斜波下降时间长短（参见IR2167控制电路部分的定时图4）。一旦PRH引脚3上的电压到达2.0V，外接电阻RPH的取值对电路工作频率就没有影响，这时电路的工作频率由外接元件RT、CT和RDT决定，这时电路的工作频率最低，电路的工作频率斜波下降至灯负载电路的谐振频率，从而使灯开始点火。4、 工作模式当CPH引脚2的电压到达5.1V时，IR2167进入工作模式，这时图3所示电路中的比较器COMP1的输出为高电平，COMP1的高电平输出又使VT2导通，并使RUN引脚5和COM引脚16接通，这时电路的振荡频率由外接元件RT、RRUN、CT和RDT控制。电子镇流器在工作中频率的变化规律如图4所示。从图4可以看出，电路的工作频率比点火频率高，即有gt;gt;gt;的关系成立，这种工作模式对由于LC谐振元件的误差而对电子镇流器工作的影响到是有利的，当然使用这种工作模式也是可行的。IR2167的核心电路是一个振荡电路，这个振荡电路的定时元件由外接的定时电阻和定时电容决定，在定时电容CT上的波形为锯齿波，而锯齿波的上升倾斜部分的斜率由流经接至RT引脚4的电阻RT的数值决定，而这个锯齿波的下降部分的斜率由外接电阻RDT的数值决定，同样这个锯齿波的下降部分和开关输出级的死时间参数相对应，在这个死时间工作期间，HO引脚20和LO引脚15的输出均为低电平。通过外接电阻RDT参数的调节可以调节死时间的大小。RT引脚4的输入是一个电压控制电流源，这个控制电压大约为2.0V，为了保持RT引脚4和CT引脚6通过充电电流的线性，流经RT引脚4的电流应保持在50~500μA的范围内，同样RT引脚4也可以用作电路闭环控制的反馈信号接入点。5、 PFC电路部分的工作原理为了降低电路交流输入电流的总谐波含量（THD）和改善电路的功率因数，在IR2167中设置了有源功率因数校正电路。IR2167的有源功率因数校正电路工作于临界导通模式，这时PFC电感在每个工作周期的放电时间里放电至零。由于输出交流电压已是正弦波，所以在IR2167中没有设置输入交流电压检测电路，在PFC功率管MOSFET的高频导通和关断工作期间(gt;10kHz，这大大高于50~60Hz的交流输入频率)，流经PFC电感的电流会自然跟踪输入交流电压的波形。这个电路的PFC功率管MOSFET的导通时间的大小与PFC电路输出直流电压的大小有关，而PFC功率管MOSFET的关断时间和通过PFC电感的电流下降至零的时间有关，这个零电流可以通过连接到ZX引脚10的PFC电感的次级绕组来检测，这样PFC电路是工作在变频控制方式，当交流输入市电过零时，PFC电路的工作频率变高，反之在交流输入电压的峰值期间，PFC电路的工作频率最低。这可以见图5所示的波形。随着接至COM引脚16电容的充电开始，PFC功率管MOSFET的导通时间开始上升，这时运算放大器OTAI的增益最大（见图6），增益大可以使用PFC电路输出的直流电压值尽快上升到正常工作电压值。当VBUS引脚11的电压达到3V时，运算放大器OTA1增益变为它的正常值，这时PFC输出的直流电压继续上升，直至VBUS引脚11的电压为4V，这时运算放大器的增益上升到它的最大值，并且保持这个最大增益值直至镇流电路进入工作模式，这种工作方式对电子镇流器电路的正常工作是很有帮助的。当交流市电加到电子镇流器电路时，VCC引脚17电压上升到15V，直至电子镇流器电路开始它的预热工作模式，这时PFC电路开始工作，这样可以改善灯的工作条件。当PFC电路开始工作时（见图6），VBUS引脚11和COMP引脚9为低电位，PFC功率管MOSFET导通，这时MOSFET管的导通时间最小，PFC电感开始被充磁，一旦PFC功率管MOSFET进入关断工作期，PFC电感开始释放电能至PFC输出端连接的储能电容。COMP4是一个有回滞电压的阈值电压为4.3V的比较器，所以当VBUS引脚11的电压上升到4.0V的阈值电压时，PFC功率开关管不会导通，只有VBUS引脚11的电压再下降到大约4.0V时，PFC功率管MOSFET才会再次导通，这样可以有效地控制PFC输出直流电压的变化。在有些应用场合下，有可能交流输入市电电压很高，有可能这个很高的交流输入市电经整流后直接为PFC电容充电，而不经过PFC电路的升电压控制，这时由于输入电流没有下降到零，相应ZX引脚10的电压不会变为高电位，所以PFC功率管MOSFET也不会导通，如果在500ms的时间内在ZX引脚10没有检测到脉冲信号，这时看门狗定时器电路就会输出一个脉冲信号使PFC功率开关管MOSFET导通，这样就可以使PFC输出电压值为正常工作电压值。6、 交流输入电源电压的检测通过图7中所示电路的外接电阻R1、R2和电容C1可以实现输入交流电源电压高低检测的目的，并且这种检测比较器是有回滞比较电压的。当外接交流输入市电刚一加到电路时，IR2167处于它的启动工作状态，在振荡电路起振之前应满足以下3个条件。（1） IR2167的VCC引脚17上的电压应高于欠电压锁定输出的阈值电压（11.5V）。（2） VDC引脚1上的电压应不低于5.1V。（3） SD引脚13上的电压应不高于4.85V。7、 灯管在位和灯管寿命终止的检测IR2167的SD引脚13用于关断灯电路和灯管寿命终止的检测，SD引脚13的典型连接电路如图8所示。在灯电路的工作过程中，如果SD引脚13上的电压大于5.1V（为了提高SD引脚的抗干扰信号能力，设有150mV的回滞电压），则表示电路不是出现了灯负载的故障，就是出现了灯管不在位的故障，这时IR2167内的振荡电路停振，HO引脚20和LO引脚15的输出为低电位，IR2167进入微功率工作模式。这时如果更换灯管，灯负载电路正常后，SD引脚13的电位又会变为地电位，这时IR2167内部又会发出一个电路的重新启动信号，重新开始灯电路的预热、点火、正常工作的循环。在灯电路的工作模式下，SD引脚13上有两个阈值电压使SD引脚13工作，在灯电路正常工作时，利用出现在SD引脚13的这两个阈值电压形成一个窗口电压，当灯负载到达它的寿命终止期时，灯管的工作电压将上升，这时在SD引脚会检测到这个上升的电压，这时会使IR2167内部的振荡电路停振,从而关断电子镇流器功率输出电路的两只功率晶体管MOSFET,这时IR2167会进入它的微功率工作模式。8、 半桥输出功率级工作电流检测和故障保护IR2167的CS引脚14的信号来自于下边的半桥功率开关管MOSFET的源极取样电阻RCS（见图9），利用CS引脚14可以检测灯点火失败、灯负载电路过电流、半桥功率开关处于硬开关工作状态、灯不在位和灯电路的谐振工作频率过低等故障现象，如果CS引脚14检测到了以上的几个故障之一，则IR2167会使电路停振，半桥功率开关管MOSFET的驱动信号变为低电压，IR2167进入微功率工作模式，为了提高电路工作的可靠性，故障保护采取了逐周期工作的控制方式。如果电路工作出现了过电流、点火失败和功率开关管MOSFET出现了硬开关工作状态，在灯电路预热结束期间，到达外接的可编程设定的CS+阈值电压的阈值，电路保护功能动作。这个阈值电压由外接电阻ROC决定，可利用下式计算：对于灯电路欠电流工作和灯电路工作频率过低的故障，通过0.2V的CS-的阈值电压，可以使灯电路在工作模式开始期间，使灯保护电路工作，CS-阈值电压的检测是和LO输出的信号下降沿同步的。9、 电荷泵升电压电路通过如图10所示接至VCC引脚17的一个简单电荷泵电路为高端电路供电，一只耐高电压的快恢复二极管VDBOOT接在了VCC引脚17和VB引脚18之间，升电压电容CBOOT接到了VB引脚18和VS引脚19之间，在半桥功率级开关工作期间，当VT2导通和VT1关断时，通过VT2、VDBOOT和CVCC为电容CBOOT充电。同样，当VT2关断和VT1导通时，升压二极管VDBOOT关断，CBOOT电容上的电荷为IR2167的高端电路供电，并且CMOS电路的工作电流很低（典型值为45μA）。10、 有关设计方程式利用下列方程式进行有关电路参数计算时，有可能由于电路元件参数误差原因而造成振荡器的过冲现象，也有可能利用下面的公式计算得到的结果和实际值有差别。在具体电路应用中，需根据计算值进行实验电路的有关参数调节，这点在实用中需加以注意。（1） 有关参数的调节在灯负载点火工作期间，加到灯负载上的电压最大，这个电压值的大小和灯的类型有关，对T8灯管这个电压典型值为1600V，随着灯电路随灯预热工作频率向谐振工作频率的方向降低，灯负载两端的电压也随之上升。在灯点火工作期间，灯电路的工作频率取决于RT、CT和RDT的元件参数，这时电阻RPH和RRUN和COM引脚断开，电阻RT的选取原则应使灯负载在灯点火工作期间能得到足够的灯点火电压，流经电阻RT的电流大致和流经定时电容CT的电流相等，流经电阻RT的电流可利用下式计算： （2）这个电流值应保持在50~500μA的范围内。电容CT的参数可利用下式计算： (3)灯电路点火工作频率和电阻的参数可按下式计算： （4） （5）死时间可利用下式计算。td=0.69RDTCT (6)（2） 灯负载最大点火电流的计算灯点火电流的大小要受到谐振镇流电感的电感量和半桥功率开关管MOSFET的电压、电流额定值的影响，谐振镇流电感的磁饱和电流值应当比半桥功率开关管MOSFET的电流额定值小许多，在最坏的工作条件下，也不应使谐振镇流电感磁饱和，灯负载工作电流的大小可以通过CS引脚和OC引脚加以控制，在OC引脚的内部电路内有一个50μA的电流源，这个电流值通过外接的电阻ROC可以决定CS引脚的阈值电压。VCS+=5510ROC （7）如果通过外接电阻RCS的电流超过了预定值，则IR2167关断。（3） 灯电路预热工作频率的设置灯电路的预热工作频率由外接元件RPH、RT、CT和RDT的参数决定，灯电路预热工作频率的选择原则应是在灯的预热工作期间加到负载两端的电压要比在灯点火工作期间加到灯两端的电压小得多，并为灯丝提供足够的预热。在灯丝预热工作期间，通过灯丝的电流应为恒定值。但是，随着灯丝的加热，灯丝的热电阻值增加，反过来又导致加到灯丝上的电压上升，这反映了灯管灯丝冷、热电阻的变化规律，并且这个电压变化和灯丝的冷、热电阻比有关。一般而言，灯丝的冷、热电阻比为1：4，是一个可以接受的值。灯电路的预热工作频率和外接元件RPH的参数值可以分别利用下式计算： (8) (9)(4)灯丝预热时间的设置灯负载的预热时间取决于外接电容CPH的参数，预热时间的选取原则是应满足灯丝冷、热电阻1：4的要求，这点可以通过观测灯管灯丝电压看到，灯丝预热时间可由下式计算：tPH=4.010CPH在IR2167的整个预热工作期间，电容CPH上的电压都在变化，一旦CPH上的电压达到4.0V时，则灯丝预热工作过程结束。（5）灯点火工作时间的设置灯的预热工作模式和工作模式之间的时间间隔那段就是灯的点火工作模式工作时间，在这段时间内，灯电路由预热工作模式到工作模式转变时所对应的工作频率变化速率和外接电阻的参数有关。（6）灯电路工作频率的计算当IR2167的RPH引脚3的电压上升到5.1V时，灯电路就进入了工作模式，这时，灯电路的工作频率和外接元件RT、RRUN、RDT和CT的参数有关，灯电路的工作频率可以设计得高于或低于灯负载的点火工作频率，灯电路的工作频率f工作和的参数可分别利用下式计算： （10） （11）（7）IR2167的供电旁路电路和PCB设计的考虑在使用IR2167时，电路板PCB的设计布局是一件很重要的事，它关系到IR2167是否正常工作的问题，IR2167的VCC引脚17应通过一个低等效串联电阻的电容接至COM引脚16，并且引线应尽量短，如图11所示。电容CVCC选择可按经验公式来选择，即CVCC的数值应至少是被驱动晶体管的输入电容（）的2500倍，具体使用中，可以再并联一个电解电容器，这个电解电容器一般取值为10μF，同样这两个电容的布线应尽量靠近IR2167，并且引线要尽量短，这会使IR2167的工作效果更好。在IR2167的典型应用场合，IR2167一般通过一个RC启动电路和一个电荷泵电路来完成启动工作，同时在IR2167的正常工作期间，引脚17的工作电压将被内接的15.6V稳压二极管钳位。（8）IR2167地线和功率电路地线的连接IR2167的小信号电路地和大信号驱动电路信号地都接到了IR2167内部的地线，COM引脚应接至半桥功率输出级低端功率管MOSFET电流检测电阻的接地端，如图12所示。同时定时元件的地线和去耦元件的地线也应接至COM引脚，引线应尽量短，这样有利用电路抑制噪声干扰和确保电路稳定工作。