IR21531实例应用.doc

IR21531 的实例应用的实例应用: 高功率因数荧光灯电子镇流器设计高功率因数荧光灯电子镇流器设计 ————PWM 型 AC/DC 和 DC/AC 变换电路综合应用专题 照明技术与我们日常生活息息相关，在工厂、办公室、图书馆、餐厅、学 校、商店等场所，照明技术为我们提供了宜人的工作、生活环境在现代照明 技术中，电子镇流器由于其效率高、无频闪、无噪声、体积小等优点得到了广 泛应用，此外，电子镇流器还能够实现调光，功率因数校正、同时驱动多支灯 管等功能照明系统依赖于镇流器与灯源的协同工作，了解灯源的工作特性是 设计电子镇流器的前提 一、一、荧光灯的结构和工作特性荧光灯的结构和工作特性 1、荧光灯的结构组成 家庭及工业照明用荧光灯（俗称日光灯）是一种低压汞蒸汽放电灯，其大 部分光是由放电产生的紫外线激发管壁上的荧光粉涂层而发射出来的附图 5-1 是直管形荧光灯结构示意图荧光灯的核心部分是管形玻璃管和灯丝，其中， 玻璃 管的内壁上涂有荧光粉管内填充有惰性气体（如氩）和低气压汞蒸汽在灯 两端各有一个电极，电极通常由钨螺旋做成，上面涂有热电子发射材料，人们 将这种涂有电子发射材料的灯丝称为阴极灯丝两端与被称为导丝的支架相连 接，导丝又与两个引出电极相连。

导丝和喇叭管等组成芯柱，其作用是保证电 导线与玻璃壳进行气密性封接 荧光灯工作时，放电发生在低气压的汞蒸汽和惰性气体的混合气中，产生 很强的 253.7nm 的紫外辐射，经荧光粉转换成可见光 2、荧光灯的主要特性 与其它一些气体放电灯一样，荧光灯具有负阻抗特性，典型的荧光灯电压 附图 5-1 直型荧光灯管的结构示意图 灯灯头头 导导丝丝 灯灯丝丝 喇喇叭叭管管 电电极极 —电流（V-I）特性曲线如附图 5-2 所示 当施加于荧光灯两端的电压低于触发启动电压（Ustrike）时，灯呈高阻关断 状态，灯中没有电流通过，一旦外加电压达到了灯的点火电压值，灯则导通， 并且其两端电压立即降低，灯电流增大，呈现负阻特性由于外接镇流器的限 流作用，使灯电流稳定在额定值，并且灯两端的导通电压降（Uon）也基本保持 不变 荧光灯的触发启动电压和正常工作时灯两端的电压降与灯管长度、灯管直 径、灯管内填充气体的种类、气压、温度以及电极种类（是冷阴极还是热阴极） 等因素有关荧光灯点火启动电压范围一般为 500V～1200V，灯点燃后稳定工 作时的灯 端的电压 降一般为 40V～ 110V 附图 5-3 是荧光灯从启动后进入 稳态工作时的电压（或阻抗）曲线。

从图中可以看出，灯在启动点火时的电压 （或阻抗）很高，在点火之后，灯两端的电压急剧下降，尔后略有升高，最后 进入稳态工作状态，在这一过程中，阻抗曲线与电压曲线是一致的荧光灯在 稳态条件下，可以等效为一个恒定不变的电阻 3、荧光灯工作频率对光效的影响 附图 5-2 荧光灯电压—电流特性曲线附图 5-3 荧光灯电压（或阻抗）曲线 电感式荧光灯一般工作在工频 50 Hz 或 60Hz，当荧光灯工作的频率从 50Hz 增加到 15kHz 时，发现灯的光效 η 也逐渐增加，然后 η 基本保持不变所 以对普通荧光灯而言，考虑到材料、元件等成本方面的因素，工作频率以 20～50kHz 为好，这也是目前荧光灯电子镇流器的工作频率范围 在对荧光灯的研究中，当荧光灯高频工作时，灯的特性有以下变化特点： （1）当工作频率升高时，灯的特性逐渐变成电阻性的，灯的电压和电流波形都 接近正弦波； （2）在工作频率大于 15kHz 后，灯的光效比 50（60）Hz 时明显提高 二、荧光灯电子镇流器的电路结构二、荧光灯电子镇流器的电路结构 典型的荧光灯电子镇流器通常包括整流电路和逆变电路两大部分简易的 电子镇流器一般直接采用电容滤波单相桥式不控整流电路作为输入部分，而高 性能的电子镇流器一般采用单相 PFC 电路（PWM 型 AC/DC 变换）作为输入部 分；逆变部分多用半桥电路，逆变电路的输出接灯电路网络。

灯电路网络的作 用是提供灯启动的高压、维持点燃后的灯电流在合适的范围附图 5－4 示出了 典型高性能电子镇流器的结构框图 三、高性能荧光灯电子镇流器电路设计三、高性能荧光灯电子镇流器电路设计 根据前面的介绍，高性能电子镇流器的设计包含了单相 PFC 电路设计和逆 变电路设计两大部分工作无论是单相 PFC 电路还是逆变电路都有许多种电路 设计方案，附图 5－5 给出了以 MC33262 和 IR21531 芯片为核心的一种设计方 案，下面以该方案为例介绍电子镇流器的设计方法 1、单相 APFC 电路的设计 单相 PFC 电路有很多专用的控制芯片，如 桥式整流 器 逆 变 电 路 灯 电 路 网 络 PFC电路 PFC控制 电路 逆变控制 电路 附图 5-4 典型高性能电子镇流器结构框图 UC3854/3858、IR1150、MC33262/34262、L6561 等不同芯片的控制原理、设 计要求各不相同，本节以 MC33262/34262 为例介绍单相 PFC 电路的设计，其 他电路的应用设计可以参考相关的资料 MC33262 系列 PFC 控制芯片为 8 脚双列直插塑封（亦有表面贴装封装）器 件，内部含有自起动定时器、乘法器、零电流检测器、图腾柱驱动输出 （0.5A）以及过压、欠压和过流等保护电路，内部结构简要框图见附图 5- 6。

MC33262 系列 PFC 控制芯片的最大特点是采用临界导电控制模式，这种控 制模式的特点是储能电感中的电流为零时功率管才能导通，这样就大大减小了 开关的应力，同时也减小了二极管恢复时间引起的开关损耗，对二极管的恢复 时间要求也较低， 选 附图 5-6 MC33262 内部结构简要框图 附图 5-5 高功率因数荧光灯电子镇流器原理图 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:5-May-2008 Sheet of File:D:\My Documents\件件件件\件件件件件.ddbDrawn By: C6 R1 R2 R3 R4 C7 C8 T1 VD5 VT1 R5 R6 R7 R8 C9 C10 VD6 VD7 R10 R9 C7 C13 C14 C11 L5 CT 3 RT 2 VCC 1 VS 6 VB 8 HO 7 COM 4 LO 5 U2 IR 21531 C15 VT2 VT3 L1 L2 C2C3 C1 L3 C4C5 VD1VD2 VD4VD3 L N H1 C12 VD8 VD9R12 R11 C17 C16 t °C R13 (PTC) Mult 3 Csi 4 Zcid 5 Vfb 1 VCC 8 Do 7 Comp 2 GND 6 N1 M C33262 用普通的快恢复二极管即可满足要求； 另外，由 MC34262 构成的功率因数校正电路结构简单、外围电路元器件少， 缩小了电路的体积并降低成本，同时也提高了系统的可靠性。

参考附图 5-5 的 结构，APFC 部分电路设计如下： （1）进线滤波电路 该部分电路的功能主要是抑制电力电子开关电路的高频共模、差模干扰 （又称 EMI 滤波器） ，一般分为高频差模滤波器和共模滤波器两部分，如图 5－5 所示，L1～L3、C1～C5构成了 EMI 滤波器 L1、L2的电感值一般在几百微亨～几个毫亨之间，C1通常取 0.1μF 左右， C2～C5一般取 2200pF～4700pF，L3一般在 0.3mH～40mH 之间 （2）桥式整流电路 整流电路输入电压为工频正弦，流过的电流也近似为工频正弦，输入功率 因数约为 1因此，二极管 VD1～VD4承受的最高电压为输入最大相电压峰值， 依据逆变输出的功率和估算的电路效率可以大致计算出输入电流的有效值，这 样就很容易确定输入整流二极管的参数要求 假定输入交流电压的最大峰值为 Uacpkm、灯负载的功率为 PH、输入输出的 变换效率为 η、输入最低交流电压有效值为 Uacmin，则 整流二极管反向重复峰值电压为 acpkmRRM )0 . 2~5 . 1 (UU 整流二极管正向通态平均电流为 acmin H F(AV) 57 . 1 )0 . 2~5 . 1 ( U P I   （3）C6的选择 C6起高频滤波作用，根据器件数据手册的典型设计，典型参数取值范围为 1μF～2 μF，功率小时可以适当减小。

电容承受最高电压为输入最大相电压的峰 值，以此可以确定电容 C6参数，一般可以选择耐压为 250VAC 以上的薄膜电容 或瓷片电容 （4）R1与 R2的选择 乘法器的输入电压范围最小为 0～2.5V，应保证输入为最大相电压的峰值 时乘法器的输入在正常输入电压范围，即要求 21 2acpkm V5 . 2 RR RU   R1与 R2数据的具体选择范围，可以参考数据手册的典型设计 （5）R3与 C7的选择 R3与 C7构成了启动电路，依据器件的数据手册，启动时最大电源电流 Iccmax=0.4mA，运行时 Iccmax=12mA考虑到电容 C7的储能作用，因此流过 R3的 最大电流可以选在两者之间，参考数据手册的典型设计可取 R3=100kΩ， μF100 7 C （6）C8的选择 由 MC33262/34262 芯片资料，内部误差放大器的跨导=80μmho，其带 mmin g 宽为 8 m π2 BW C g  一般设置 BW=20Hz 左右，可以选取μF68 . 0 8 C （7）R7与 R8的选择 R7与 R8用于设定 APFC 输出电压，MC33262/34262 芯片电压反馈输入典型 阈值 VFB=2.5V，它由芯片内部提供的基准电压 Vref确定。

假定 APFC 输出电压为 Ud，则 R7与 R8满足 d 87 8 V5 . 2U RR R   对于单相交流输入，通常设定 Ud为 400V 左右，参考数据手册的典型参数， 一般可取 R8=10kΩ，R7 =1.6MΩ （8）VD6的选择 假定 APFC 输出电压为 Ud，当 VD6关断时，承受的反向电压约为 Ud，以 此可以确定二极管的反向重复峰值电压 由于 APFC 输出直流电流可以由输出功率方便确定，对于电子镇流器这样 的小功率的应用，可以直接利用输出直流电流保留一定的余量来作为 VD6的有 效值电流，以此选择二极管的电流容量 二极管的反向重复峰值电压为 dRRM )0 . 2~5 . 1 (UU 二极管的正向通态平均电流为 d H F(AV) 1.57 )0 . 2~5 . 1 ( U P I   以 MC33262/34262 控制芯片构建的 APFC 电路属于变频工作，输入电压的 变化范围不同，电路的工作频率变化范围也不同，其变化范围大致为 25kHz～50kHz，一般可以选择反向恢复时间不大于 100ns 的快恢复二极管 （9）R4与 VD5的选择 R4的作用是电感电流的过零检测，电感 T1实际是一个反激式变压器。

电流 过零检测端的输入电压钳位范围为-0.7V～6.7V，内部滞环比较器的两个阈值点 典型值为 1.4V 和 1.6V，当 R4输入电压小于 1.4V 时，认为电感电流过零R4 的实际作用是对输入电压信号的限流，电流过零检测引脚的极限电流为- 10mA～50mA，参考数据手册的参数选择标准，可以设定电流过零检测端输入 峰值电流为 1mA 左右来选择 R4的阻值，即左右 kΩ22 4 R VD5的作用是为芯片工作提供持续的电源电流，由于 R3与 C7仅能提供芯 片启动工作，持续工作的能量必须由 VD5来提供，由于整个控制电路功率很小， 因此 VD5可以选择 1A 左右的快恢复二极管 参考数据手册的参数选择标准，T1原、副边的匝比典型值在 12 左右，考 虑原边的最大输入电压值，因此 VD5可以选择 100V 左右的反向重复峰值电压。