工作特點(diǎn)
我們將對照圖所示的T5熒光燈鎮(zhèn)流器電路圖來進(jìn)行功能描述.主回路接通后,濾波電容C2和大容量電容C10被充電至主電源的峰值電壓.經(jīng)過啟動電阻R11和R12,給IC供電的電容C12和C13也被充電.當(dāng)供電電壓Vcc低于10V時,IC的電流消耗一般小于100μA;一旦供電電壓超過這一水平,位于RES管腳典型值為20μA的電流源就被開啟,以檢測低邊燈絲.只要RES管腳的電壓水平低于1.6V,就認(rèn)為燈絲未被燒毀.在被測量電流流經(jīng)的電路中接入電阻R36,該電阻用于調(diào)節(jié)壓降并在運(yùn)行模式時與電容C19一起對燈絲上的交流電壓進(jìn)行濾波.除此以外,一個齊納二極管D10被放在RES管腳和地之間,以保護(hù)RES管腳避免因燈管在運(yùn)行時被拆卸而可能引起的過壓沖擊. 電流通過電阻R34和R35流入高邊燈絲,并通過電阻R31、R32和R33流入LVS1管腳.如果電流大于15μA,燈絲就被檢測到.在多燈管操作時,可以使用第二個檢測管腳LVS2,該管腳與LVS1一樣可通過接地方式被屏蔽.LVS管腳的電流被供電電壓Vcc鉗制,以支持芯片啟動.如果在LVS管腳測量到的電流過小,就會在RES管腳產(chǎn)生一個較高的電流(典型值為41μA),使電阻R16上的電壓降超過1.6V的水平,IC的啟動被阻止.也就是說,如果檢測到燈絲存在,并且PFCVS管腳的電壓不低于0.375V, 構(gòu)成升壓轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)調(diào)節(jié)回路,那么只要供電電壓Vcc 超過14V的導(dǎo)通閾值,IC即可開啟其驅(qū)動器輸出.
給熒光燈供電的逆變器
半橋的低邊MOSFET Q3隨第一個脈沖導(dǎo)通,電容C13隨即通過電阻R30和二極管D6向浮置電容C14充電,電容C14像電池那樣為高邊邏輯控制電路供電.電阻R30避免LSCS管腳過流保護(hù)的開啟,因此在下一個半周,高邊MOSFET Q2被導(dǎo)通.在半橋逆變器的輸出端,電容C16與二極管D7和D8一起構(gòu)成電荷泵. C16以逆變器頻率持續(xù)重復(fù)的充電,使能量轉(zhuǎn)移至C13以提供IC的供電電壓Vcc,多余的能量由齊納二極管D9消耗掉.另外,C16被用來限制電壓轉(zhuǎn)換速率,并形成零電壓開關(guān)條件. 工作期間,負(fù)載電路的感性驅(qū)動電流在MOSFET Q2和Q3的死區(qū)時間對C16充電,且不造成能量損失.隨后,MOSFET在零電壓時導(dǎo)通.在關(guān)斷時,C16對電壓轉(zhuǎn)換速率予以限制,使MOSFET的溝道在漏極與源極間電壓達(dá)到一定水平之前就已經(jīng)關(guān)斷.因此,在正常工作時逆變器產(chǎn)生的開關(guān)消耗可以忽略不計(jì). 逆變器的負(fù)載電路包含了一個由諧振電感L2和諧振電容C20組成的串聯(lián)諧振電路.燈管與諧振電容并聯(lián)連接.在圖示例子中,燈管的預(yù)熱以電壓控制模式進(jìn)行,這意味著諧振電感器2擁有兩個輔助繞組,每個繞組分別通過由L21/C21和L22/C22組成的帶通電路向燈絲供電.帶通濾波電路保證燈絲中的電流僅在預(yù)熱階段流經(jīng)燈絲.通過降低運(yùn)行模式期間的頻率,預(yù)熱電流幾乎完全被帶通電路阻止.負(fù)載電路中還包含一個電容C17,用以防止直流電流流過燈管.
用于功率因數(shù)校正的預(yù)轉(zhuǎn)換器
PFC升壓轉(zhuǎn)換器的MOSFET Q1與逆變器同時開始工作.該電路由電感L1、二極管D5、MOSFET Q1和大容量電容C10一起構(gòu)成.采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?該升壓轉(zhuǎn)換器可用作有源諧波濾波器,并同時用于功率因數(shù)的校正.在此PFC升壓轉(zhuǎn)換器的作用下,輸入電流與主回路的交流電壓具有相同的正弦波形. 在PFC 預(yù)轉(zhuǎn)換器的輸出端電容C10上輸出一個由反饋控制的直流電壓.PFC的功能通過控制MOSFET的開啟時間得以實(shí)現(xiàn),而不需檢測輸入電壓.在由控制單元設(shè)定的開啟時間之后,緊接著一個關(guān)斷時間,關(guān)斷時間由電感和二極管中的電流降到零所需要的時間決定.電感器L1上的零電流檢測繞組上的感應(yīng)電壓通過電阻R13和PFCZCD管腳反饋給IC,用于檢測該過零點(diǎn).此時IC重新開啟MOSFET Q1,使得電感L1產(chǎn)生一個不間斷的三角波電流(即所謂的臨界導(dǎo)通模式).在臨界導(dǎo)通模式下,開啟時間介于23μs至2.3μs之間.輸出功率的進(jìn)一步減少將使開啟時間降低至0.4μs,同時關(guān)斷時間延長,從而產(chǎn)生了間斷的三角波電流(非連續(xù)導(dǎo)通模式).這種控制方法使升壓轉(zhuǎn)換器能在極大的輸入電壓及輸出功率范圍內(nèi)穩(wěn)定工作. 當(dāng)然,該IC還包含針對PFC預(yù)轉(zhuǎn)換電路的多重保護(hù)特性.PFCCS管腳可進(jìn)行過流檢測,總線電壓的過壓和欠壓及開環(huán)檢測電路監(jiān)測則由PFCVS管腳監(jiān)測.ICB1FL02G包括一個帶回路補(bǔ)償?shù)恼`差信號放大器,其整個回路補(bǔ)償由一個數(shù)字PI調(diào)制器和一個能抑制100 Hz波紋的數(shù)字濾波器構(gòu)成.
啟動階段的操作程序
逆變器開啟時的工作頻率為125 kHz,該頻率在10ms之內(nèi)分16個頻段逐段被降低至預(yù)熱頻率;預(yù)熱頻率的高低由電阻器R22調(diào)節(jié).預(yù)熱持續(xù)的時間介于0至2000ms,具體時間由電阻R23的阻值決定.隨后,該頻率在40ms內(nèi)被進(jìn)一步分128個頻段逐段降低至運(yùn)行頻率f_RUN;運(yùn)行頻率由電阻R21調(diào)節(jié).鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)必須使預(yù)熱階段時施加在燈管上的電壓很低,而通過燈絲的電流卻很大.在緊隨預(yù)熱期之后的燈管點(diǎn)火階段,逆變器的頻率應(yīng)該達(dá)到或至少接近諧振電路的諧振頻率,以產(chǎn)生足以使燈管點(diǎn)火的電壓. 在成功點(diǎn)火且逆變器的頻率降低至運(yùn)行頻率后,流經(jīng)燈管的電流應(yīng)達(dá)到額定值,流經(jīng)燈絲的電流則降到最低.在點(diǎn)火階段,空載的諧振電路在燈管兩端產(chǎn)生高壓,同時在諧振電路產(chǎn)生大電流.諧振電路中的電流由電阻R24和R25監(jiān)測.一旦LSCS管腳的電壓超過0,8V,逆變器的工作頻率就會被提高數(shù)個頻段,以避免進(jìn)一步增加流經(jīng)燈管的電流和燈管兩端的電壓.如果LSCS管腳的電壓水平降到0,8V以下,逆變器的工作頻率將按照點(diǎn)火階段的典型步長逐級下降至運(yùn)行頻率.通過這種方法,對于不易點(diǎn)火的燈管點(diǎn)火階段持續(xù)的時間因而由40ms延長至235ms,施加在燈管兩端的電壓會總體上保持在點(diǎn)火所需的電壓水平范圍,并帶有規(guī)律性的紋波.如果在預(yù)熱階段完成后的235ms內(nèi)逆變器未能達(dá)到運(yùn)行頻率,IC會轉(zhuǎn)換至故障模式下工作.這種情況下,門極驅(qū)動將被關(guān)斷,芯片消耗的電流降低至150μA,燈絲檢測功能被開啟.重啟程序可以在燈管拆卸后或者經(jīng)過一個新的主電源關(guān)斷并重新開啟后再次觸發(fā).
保護(hù)特性
作為對基本功能的補(bǔ)充,ICB1FL02G擁有眾多的保護(hù)功能.一旦LSCS管腳的電壓水平超過1,6V的閾值并維持400ns以上,系統(tǒng)會認(rèn)為出現(xiàn)了危險運(yùn)行狀態(tài)因而轉(zhuǎn)入故障模式.這種現(xiàn)象可以出現(xiàn)在從正在工作的設(shè)備上拆卸燈管時或主電源出現(xiàn)瞬態(tài)電壓期間. 當(dāng)逆變器處于運(yùn)行模式時,偏離典型的零電壓開關(guān)被認(rèn)為是帶容性負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài).在這種運(yùn)行狀態(tài)下,由于電荷泵電容C16的充放電,峰值電流出現(xiàn)在MOSFET開啟期間.IC會區(qū)分兩種不同性質(zhì)的容性負(fù)載,其一,電容C16的載荷量出現(xiàn)部分變化,這種運(yùn)行狀態(tài)風(fēng)險較小,因此只有在該現(xiàn)象持續(xù)時間超過500ms時IC才會轉(zhuǎn)入故障模式.另一種情況是,電容C16隨著MOSFET的開關(guān)而被完全充電和放電,這意味著MOSFET的體二極管在正向電流流動期間出現(xiàn)了換向,一旦出現(xiàn)這種伴隨高功率消耗的危險運(yùn)行狀態(tài),IC在610μs后即轉(zhuǎn)入故障模式. 當(dāng)燈管的使用壽命到期或出現(xiàn)導(dǎo)致燈管熱穩(wěn)定性較差的運(yùn)行狀態(tài)時,危險運(yùn)行狀態(tài)就出現(xiàn)了,結(jié)果燈管電壓變得不對稱或出現(xiàn)上升.通過監(jiān)測從LVS管腳流經(jīng)電阻R31、R32和R33的電流,系統(tǒng)可以測量燈管電壓,從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)上述危險運(yùn)行狀態(tài)的目的.當(dāng)流經(jīng)電阻R31、R32和R33的電流超過+/- 215μA 時,就會檢測到超過燈管的最高允許電壓的電壓,這個值就是芯片的關(guān)斷閾值.在芯片數(shù)據(jù)手冊中,這種故障狀態(tài)被稱為EOL1(使用壽命到期狀態(tài)1).出現(xiàn)不對稱燈管電壓的整流器效應(yīng)被稱為EOL2.當(dāng)LVS管腳的正向峰值和負(fù)向峰值之間的比率高于1.15或低于0.85時,IC就檢測到整流器效應(yīng).EOL1故障和EOL2故障被分別按照約40ns和4ms的時間段進(jìn)行故障確認(rèn)計(jì)數(shù),當(dāng)檢測到故障時開始計(jì)數(shù),故障消除則從統(tǒng)計(jì)數(shù)中減去計(jì)數(shù),只有當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到的總故障時間段數(shù)分別為15個或128個時,芯片進(jìn)入故障模式.這種方法確保鎮(zhèn)流器只有在連續(xù)出現(xiàn)一定數(shù)量的故障事件時才會被斷開,即在整流器效應(yīng)持續(xù)500ms后,系統(tǒng)轉(zhuǎn)入故障模式.在芯片不同的工作階段如軟啟動、預(yù)熱、點(diǎn)火、預(yù)運(yùn)行和運(yùn)行模式中,IC對逆變器的工作頻率進(jìn)行控制.不同工作模式下,分別只有部分保護(hù)功能被開啟,只有在運(yùn)行模式下才啟用所有的保護(hù)功能.ICB1FL02G電路集成了大量功能特性,使用ICB1FL02G可以設(shè)計(jì)出只需要很少外圍組件的高質(zhì)量燈管鎮(zhèn)流器電路.
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