基于IRS2168D的高功率荧光灯电子镇流器设计

　　1 前言

　　自2005年起，如今25W以上的电子镇流器必需具备PFC，已成为全球性的强制性要求，因为在那一年，欧洲强制执行电子镇流器功率因数校正（PFC）法案。

　　以往绝大多数带PFC电子镇流器需采用两块IC，其中一块IC是PFC控制器，另一块IC是半桥式镇流器控制器。以IR2166和IRS2166D为基础研发的IRS2168D，是一种先进的单片IC，它集PFC控制器与半桥控制／驱动器于同一芯片上的。采用IRS2168D设计荧光灯电子镇流器，可以大幅度地减少元件数量，缩小PCB面积，降低系统成本，并具有高性能和高可靠等特点。

　　2 IRS2168D的结构及其特点

　　IRS2168D采用16引脚PDIP无铅封装，引脚排列如图1所示。

　　

　　图1 IRS2168D引脚排列

　　IRS2168D芯片集成了PFC控制器和镇流器控制器，内部结构框图如图2所示。

　　

　　图2 IRS2168D内部结构框图

　　IRS2168D的主要特点如下：

　　（1）IRS2168D中的PFC是一种临界导电模式升压型控制器，提供过电流、过电压和输入欠电压保护，在85～265V的宽范围AC线路输入和多灯管条件下，提供超低输入电流总谐波失真（THD）和接近于1的高功率因数。

　　（2）IRS2168D中的镇流器控制与600V的半桥驱动器，含有压控振荡器（VCO），自举MOSFET、灯寿命终结（EOL）窗口比较器、电流传感正数／倒数故障计数器，提供欠压闭锁（UVLO）、预热、灯触发启动（即点火）、正常运行和故障保护工作模式。保护功能包括半桥过电流、闭环点火电流调节、EOL、灯被移开与自动重新启动关闭及灯丝失效保护等。

　　（3）提供可编程参数，例如PFC与半桥过电流保护、预热时间与预热频率、点火斜坡和运行频率等均可由外部阻容元件设置。

　　（4）在引脚VCC内部设置了15.6V的钳位齐纳二极管，IC启动电流仅约220μA，工作电流低至5.5mA，两路半桥驱动器的死区时间固定在1.6μS，半桥驱动器输出源电流为180mA，灌入电流为260mA。

　　3 由IRS2168D组成的单灯管电子镇流器电路

　　由IRS2168D组成的荧光灯电子镇流器电路如图3所示。

　　

　　图3 采用IRS2168D的高功率因数荧光灯电子镇流器电路

　　在图3中，IC（IRS2168D）引脚、引脚～内部的PFC控制器和这些引脚外部的元件，组成升压型临界导电模式（CRM）PFC预变换器。在半桥逆变器与前端桥式整流器之间插入这一级PFC电路，可以整形AC输入电流成为正弦波，且与AC输入电压保持同相位，使系统呈现纯电阻性，实现几乎等于1的功率因数，并在输出电容CBUS两端产生400V升压的DC稳定总线电压VBUS。

　　LPFC为升压电感器，其辅助绕组用作感测电感电流。只要电感电流在一个开关周期结束时刻达到零，就被IC脚检测，IC脚输出一个高电平电压信号，驱动PFC开关VT3导通。在VT3导通，电感器LPFC电流因升压二极管VDPFC截止而全部流过 VT3。电感电流从零线性增长至峰值后，VT3截止，VDPFC因由LPFC释放能量而导通，电感电流从峰值线性降低。一旦电感电流变为零，VT3立刻导通，开始一个新的开关周期。每个开关周期的峰值电感电流都跟踪AC输入电压的瞬时变化，高频三角波电感电流被输入电容C2滤波，得到与输入电压成正比的正弦输入电流，从而实现功率因数校正。

　　IC脚上的电阻分压器RBUS1/RBUS2用作检测DC总线电压。当出现过电压或欠电压情况时，IC脚上的电压将超过4.3V或低于3V，PFC输出会被禁止。VT3源极电阻ROC用作感测PFC级过电流，ROC上的电压只要达到脚内部1.2V 的门限电平，PFC驱动输出将被禁止。

　　若镇流器输出功率为PO，最低AC线路电压为VAC（min），PFC级效率为y（一般为95%），通过LPFC的峰值电流则为：

　　　（1）

　　Roc值由式（2）给出：

　　（2）

　　IC脚上的RSUPPLY为启动电阻。在IC启动时，通过启动电阻的电流对电容 CVCC1（2.2～4.7μF）充电。当IC脚上的电压超过12.5V的门限时，IC启动，振荡器开始振荡。在半桥产生输出后，由CSNUB、 VDCP1、VDCP2组成的电荷泵为IC脚提供电流。

　　在系统启动之后，IC振荡器首先在预热频率fPH上振荡。预热时间tPH由IC脚上的电阻RCPH和电容CPH设定，计算公式为：

　　tPH=RCPHCPH　　　（3）

　　在一般情况下，预热时间设置在0.7～1.5s的范围之内。

　　预热结束后，IC进入点火程序，频率向最低振荡频率fmin偏移。点火时间tIGN约为预热时间的40%，即tIGN≈0.4tPH。

　　点火斜坡（ramp）时间tRAMP定义为IC脚上的电容CVCO充电到2V历经时间。tRAMP值由式（4）给出：

　　tRAMP=RPHCVCO　　（4）

　　灯一旦被点亮，IC进入运行模式。在该模式下，振荡器频率最低。运行频率fRUN主要由IC脚上的电阻RFMIN确定。若选取RFMIN=42.2KΩ，运行频率则为44.5kHz（典型值）。预热频率比运行频率高得多。在选择RPH=42.2KΩ条件下，预热频率fPH为85kHz（典型值）。

　　半桥下面的开关VT2源极电阻RCS用作检测半桥电流。一旦IC脚上的电压超过1.2V的门限，IC将关闭其驱动输出。

　　连接在灯管下端灯丝上的R3、R4及CSE2、VD1、CSE1，组成下端灯丝失效检测电路。R5、R6、R7和R8及CEOL、VS1、VS2、CSE1等，组成EOL检测电路。只要IC脚（SD/EOL脚）上的电压低于1V或超过3V，IC将进入故障保护模式。

　　4 结束语

　　IR公司近期推出的IRS2168D“二合一”组合IC，为设计高功率因数荧光灯电子镇流器提供了单芯片解决方案。IRS2168D与IRS2166D一样，均内置自举MOSFET，采用无铅封装。两种IC的不同点是IRS1268D比 IRS2166D多出了一个PFC过电流检测引脚（OC引脚）。