1 引言

ICB1FL01G是英飛凌(Infineon)公司推出的智能電子鎮(zhèn)流器控制IC。這種新型ASIC集臨界導(dǎo)電模式(CRM)PFC控制器和電子鎮(zhèn)流器半橋逆變器控制器于一體。其中，PFC電路采用混合數(shù)字和模擬控制結(jié)構(gòu)。

在推出ICB1FL01G之前，某些PFC控制器與鎮(zhèn)流器控制器組合IC已經(jīng)問(wèn)世。其中代表性產(chǎn)品有韓國(guó)三星半導(dǎo)體公司的KA7531、美國(guó)微線性公司的ML4830、ML4831、ML4832、ML4833和ML4835及美國(guó)國(guó)際整流器公司的IR2166和IR2177等。但從性能上看，這些組合IC都無(wú)法與智能控制器ICB1FL01G相媲美。ICB1FL01G的主要特點(diǎn)如下：

電感電流臨界導(dǎo)電模式(CRM)；
集成控制環(huán)路補(bǔ)償；
限流可調(diào)；
輸出總線電壓可調(diào)。

在多燈管拓?fù)渲?，燈移開(kāi)和壽命終結(jié)(E-OL)檢測(cè)后，支持重新啟動(dòng)；

通過(guò)感測(cè)的燈電壓可調(diào)正／負(fù)門限實(shí)現(xiàn)E-OL檢測(cè)；

通過(guò)燈電壓正／負(fù)幅值之比檢測(cè)燈整流效應(yīng)；

檢測(cè)不同的電容性模式模式操作；

過(guò)電流關(guān)閉門限電平可調(diào)；

0 ms至200 ms的燈絲預(yù)熱時(shí)間僅由單個(gè)電阻設(shè)置；

40 ms至235 ms的自適應(yīng)燈觸發(fā)時(shí)間；

非常少的外部元件數(shù)。

2 引腳功能及工作條件

ICB1FL01G采用PG-DSK-18-1封裝，引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所列。

3 電子鎮(zhèn)流器電路及設(shè)計(jì)

基于控制器ICB1FL01G的54 WT5熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路如圖2所示。

3.1 電路組成及工作原理

圖2所示電子鎮(zhèn)流器電路是由輸入EMI濾波器、橋式整流器、有源PFC預(yù)變換器和半橋式DC-AC逆變器以及輸出網(wǎng)絡(luò)組成。

3.1.1 PFC升壓預(yù)變換器

ICB1FL01G內(nèi)部功率因數(shù)控制器及引腳5、6、7和8外部的輸入電容C0、輸出電路C10、升壓電感器L1、升壓二極管VD5、功率開(kāi)關(guān)V1等組成臨界模式PFC升壓變換器，其輸出總線電壓VBUS=410V，該電壓由R14、R15和R20組成的分壓器檢測(cè)并輸入IC的引腳8，實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)。RS(PFC)為PFC電路的電流傳感電阻，IC的引腳6接收電流感測(cè)信號(hào)。L1的輔助繞組工作零電感電流檢測(cè)器使用。PFC預(yù)變換器開(kāi)始在25 kHz固定頻率上工作。當(dāng)IC引腳上的輸入信號(hào)達(dá)到足夠高的電平后，PFC電路工作在CRM模式下。在輕載條件下，PFC預(yù)變換器則工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)。PFC電路的電壓控制環(huán)路補(bǔ)償是由器件內(nèi)置的數(shù)字濾波器和誤差放大器完成。流過(guò)L1的電流為高頻基角波，其每個(gè)開(kāi)關(guān)周期三角波電流峰值均正比于瞬時(shí)AC輸入電壓幅值。經(jīng)輸入電容C0和EMI濾波器濾波后。在系統(tǒng)輸入端產(chǎn)生與AC線路電壓同相位的正弦(平均)電流，使系統(tǒng)像一只阻性負(fù)載，故線路功率因數(shù)幾乎接近于1，輸入電流諧波符合IECC1000-3-2(C類)限制要求。

3.1.2 鎮(zhèn)流器電路

ICB1FL01G引腳1～4和引腳9～20內(nèi)部控制器及其外部元件組成半橋式鎮(zhèn)流器電路。V2和V3分別為半橋高、低側(cè)開(kāi)關(guān)，L2和C20組成串聯(lián)諧振電路，R24和R25為半橋電流檢測(cè)電阻。

3.1.3 電路啟動(dòng)與工作

在系統(tǒng)接通AC電源(180 V～270 V)后，全橋整流輸出經(jīng)啟動(dòng)電阻R11和R12對(duì)IC引腳3(VCC)電容C12和C13充電。當(dāng)引腳3的電壓超過(guò)10.5 V時(shí)，引腳12(RES)檢測(cè)燈管下端的燈絲。而燈管上端的燈絲則是通過(guò)IC引腳13進(jìn)行檢測(cè)。流入引腳13的電流經(jīng)IC內(nèi)部的二極管對(duì)引腳3外部電容C12和C13充電。當(dāng)引腳3上的電壓達(dá)到14.1 V的閾值時(shí)，IC進(jìn)入有源模式。當(dāng)DC總線電壓VBUS值在允許范圍內(nèi)時(shí)，IC驅(qū)動(dòng)半橋變換器開(kāi)始工作，并輸出120 kHz的軟啟動(dòng)頻率。一旦半橋開(kāi)始工作，IC電源電流則由C16、VD7、VD8等組成的電荷泵輔助電源電路提供。

在半橋開(kāi)始工作后的10 ms內(nèi)，輸出頻率從120 kHz線性頻率降至95 kHz的預(yù)熱頻率。IC引腳10的外部電阻R22和引腳11的電阻R23分別設(shè)置預(yù)熱頻率和燈絲預(yù)熱時(shí)間(從0 ms至200 ms，共分17個(gè)等級(jí))。預(yù)熱結(jié)束后，半橋逆變器輸出頻率向運(yùn)行頻率掃描。當(dāng)頻率接近L2和C20等組成的LC串聯(lián)電路固有頻率時(shí)，則發(fā)生諧振，在C20上產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖擊空燈管而點(diǎn)燃。燈觸發(fā)時(shí)間為40 ms～235 ms，只要IC引腳1上的電壓達(dá)到0.8 V，頻率沿向下的斜坡偏移停止。在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，鎮(zhèn)流器經(jīng)過(guò)軟啟動(dòng)、預(yù)熱、觸發(fā)(點(diǎn)火)和預(yù)運(yùn)行階段，然后轉(zhuǎn)入正常工作，如圖3所示。圖4所示為燈電壓隨諧振電路負(fù)載和頻率變化曲線。

如果燈管在235 ms內(nèi)未被點(diǎn)亮，鎮(zhèn)流器將鎖存故障模式。在燈觸發(fā)成功后，鎮(zhèn)流器工作在頻率。如果燈電壓異常增加或在EOL下發(fā)生燈陰極整流效應(yīng)，可由IC引腳13進(jìn)行檢測(cè)。若半橋發(fā)生非零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)操作，則可由IC引腳12進(jìn)行檢測(cè)。燈陰極預(yù)熱采用電壓模式，并利用L2上兩個(gè)附加繞阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。L21、C21和L22、C22分別組成帶通濾波器，僅在預(yù)熱頻率上才能通過(guò)電流對(duì)燈絲加熱，而在運(yùn)行模式下堵塞任何電流通過(guò)。只要IC引腳1上的電壓超過(guò)1.6 V并持續(xù)高達(dá)400 ms，IC將進(jìn)入過(guò)流保護(hù)模式。

3.2 主要元件的選擇

設(shè)電子鎮(zhèn)流器AC輸入電壓范圍為180 V～270V，PFC預(yù)變換器DC輸出總線電壓VBUS=410 V，工作頻率fmin=30 kHz,效率η=95％,輸出功率PO(PFC)=55 W。

3.2.1 升壓電感器的選擇

L1電感器由式(1)或式(2)確定：

式中，TON(max)為PFC開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，TON(max)=23.5μs。

在VAC(min)=180 V下，根據(jù)式(1)計(jì)算電感LA=3.54 mH；在AC線路電壓VAC(max)=270 V下，根據(jù)式(1)所計(jì)算LB=1.44 mH。按照式(2)所計(jì)算為L(zhǎng)C=6.58mH。在LA、LB和LC中，應(yīng)選擇值，即L1=LB=1.44 mH。因此，升壓電感器采用E25／13／7磁芯，初級(jí)為162匝，次級(jí)為31匝。

3.2.2 PFC電流檢測(cè)電阻

IC引腳6上的門限電壓Vth(CS)=1 V，RS(PFC)值可按式(3)計(jì)算：

RS(PFC)由R18和R19并聯(lián)而成，可選擇R18=R19=2.2 Ω。

3.2.3 運(yùn)行頻率設(shè)置電阻

IC引腳9上的電阻R21設(shè)置鎮(zhèn)流器正常運(yùn)行頻率fRUN。fRUN=40 kHz時(shí)，R21值由式(4)確定：

故選擇R21=12.4 kΩ。

3.2.4 預(yù)熱頻率設(shè)置電阻

IC引腳10外部電阻R22設(shè)置預(yù)熱頻率向fPH，若設(shè)fPH=95 kHz，R22值可由式(5)求得：

故選擇R22=91.kΩ。

3.2.5 預(yù)熱時(shí)間設(shè)置電阻

IC引腳11上的電阻R23設(shè)置燈絲預(yù)熱時(shí)間tPH。設(shè)tPH=100 ms，R23值則為：

選擇R23=8.2 kΩ。

3.2.6 半橋電阻電流檢測(cè)電阻

燈觸發(fā)頻率fIGN的計(jì)算公式為：

式中，VIGN為54 W T5燈管峰值觸發(fā)電壓，VIGN=800 V；L2為諧振電感器電感，L2=1.46 mH；C20為諧振電容，C20=4.7 nF；VBUS為DC總線電壓，VBUS=410 V。根據(jù)式(7)計(jì)算，所得結(jié)果為fIGN≈70 kHz。

在800 V的峰值點(diǎn)火電壓下，流過(guò)C20的電流IC20為：

燈觸發(fā)期間，IC引腳1上的電壓限制電平V1(LIM)=0.8 V，故R24與R25并聯(lián)電阻為：

故選取R24=R25=0.82 Ω。

3.2.7 燈電壓檢測(cè)電阻

54 W T5燈管峰值電壓為167 V，燈壽終(EOL)門限電壓設(shè)置為峰值工作電壓的1.5倍，即VLEOL=250.5 V。在EOL條件下流人IC引腳13的電流為230 μA，于是：

選擇R31=330 kΩ，R32=R33=390 Kω

3.2.8 L2串聯(lián)電阻

R34和R35是用于上端燈絲檢則的電流源電阻。

選擇R34=R35=2.2 MΩ

3.2.9 下端燈絲感測(cè)電阻

IC引腳12內(nèi)部比較器門限電壓值為1.55V，電流源值為27.6μA，R36值應(yīng)滿足：

選擇R36=56 kΩ。

3.2.10 低通濾波器電容

C19與R36組成的低通濾波器抑制下端燈絲上的AC電壓降落。設(shè)抑制因數(shù)FLP=100(-40 dB)，則有：

故選擇C19=15 nF。

3.2.11 電容性模式檢測(cè)電容

若IC引腳12(RES)上的AC電平范圍△VRES(AC)=2 V，則有：

故選擇C18=68 pF。

3.2.12 L2及L21與L22的選擇

L2可采用EV25／13／13磁芯，初次繞組174匝，兩個(gè)次級(jí)繞組均為5匝。L21和L22采用E13／7／4磁芯，電感值均為125μA。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于智能控制器ICB1FL01G的熒光燈電子鎮(zhèn)流器使用少量的元件，即可獲得高功率因數(shù)、燈預(yù)熱啟動(dòng)，并具有高安全性和可靠性。ICB1FL01G不僅可驅(qū)動(dòng)單根燈管，還可驅(qū)動(dòng)雙燈管和四燈管。

  

參考文獻(xiàn):

[1]. KA7531 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/KA7531_1097441.html.
[2]. ML4830 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ML4830_1031412.html.
[3]. ML4831 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ML4831_1031415.html.
[4]. ML4832 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ML4832_1031417.html.
[5]. ML4833 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ML4833_1031420.html.
[6]. ML4835 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ML4835_2424987.html.
[7]. IR2166 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/IR2166_406788.html.
[8]. C10 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/C10_1842564.html.
[9]. C20 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/C20_1092215.html.
[10]. C13 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/C13_1844988.html.
[11]. L21 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/L21_1970348.html.
[12]. E25 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/E25_1882831.html.
[13]. E13 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/E13_1882006.html.