IR2153电子镇流器的预热和无灯保护电路-----IR2153 Application

1 引言
IR2153是美国IR公司专门为电子镇流器开发的第2代半桥控制与驱动功率集成电路，其具有以下特点：
1）可同时驱动600V半桥电路中的上下两个功率器件；
2）单电源供电，内置15.6V稳压管；
3）低功耗启动；
4）R、C实现频率控制；
5）低温度系数；
6）Ct端可实现关断功能；
7）欠压保护滞环；
8）静电储存放电（ESD）保护。
图1是用IR2153实现的简易电子镇流器电路原理图。该电路的振荡频率由式（1）确定。

由于图1电路中的RT、CT一定，因此频率不可调。为保证荧光灯可靠触发，频率点必须设定在靠近负载电路的谐振点，以产生足够的触发电压。图2是该镇流器启动时灯两端的电压波形(上)，以及电压波形的扩展（下）。可以看出，灯是在镇流器上电后立即启动并被触发的，灯两端电压高达2kV，因此没有预热过程，成为冷启动，容易使灯管两端发黑，降低灯的使用寿命。

为了克服这一弱点，本文介绍了一种方法，只需要少数元器件就可以实现预热和利用CT端关断功能实现无灯时的保护。
2电路原理
1)串联开关电容法预热
原理如图3所示。

CT1、CT2和CT3三个电容串联作为输出频率的定时电容，并且通过小信号MOS管（S3、S4）控制振荡电容的切换，使IR2153振荡频率从高到低变化，从而实现从预热到触发的过程。
当VCC电压上升时，由于Rd、Cd延迟电路的作用，当A点电压未到DZ2、DZ3钳位电压时，S3、S4不导通。因此CT1、CT2、CT3串联，IR2153的振荡频率为：

这里忽略了MOS管的结电容。因为3个电容串联，所以振荡频率很高，远离电路谐振点，加在灯两端的电压很小。如图4中所示T1时间段。
因为DZ3的阈值电压低于DZ2，当A点电压继续上升，并超过DZ3和S4栅极阈值电压之和时，S4先导通，将CT3旁路。振荡频率降至f2,进入预热过程。

预热时间可以由Rd、Cd控制。预热电压和电流可以通过控制电容CT2来实现。如图4所示T2时间段。当A点电压进一步上升，超过DZ2和S3栅极阈值电压之和时，S3导通，旁路CT2，振荡频率再次降低到f3，并接近电路谐振频率，使灯两端电压提高，达到触发灯的目的。如图4中T3时间段。f3也是正常工作频率，其工作频率为:


至此，就实现了预热、触发和运行的全过程，使灯以最低的电压触发，提高了灯的使用寿命。
2)无灯保护间歇振荡法
IR2153为低功耗启动设计。启动时用降压电阻从直流母线上取供电电压。启动后，从负载端采用电容馈电法维持IR2153的供电，如图3中的C5、DZ3和D5电路。当无灯负载时，电容馈电电路开路，无法给IR2153供电，只能从降压电阻供电。当IR2153启动后，功耗增加，R1上压降增加，Vcc下降。当Vcc下降到欠压值下限Vccuv－时，IR2153停止工作。这时，IR2153功耗又减小，R1压降也减小，Vcc开始上升。当Vcc上升到欠压值上限Vccuv＋时，IR2153又开始工作，Vcc又会因为IR2153功耗增加而再次下降到欠压值下限，又停止工作。这样重复就形成了图5给出的间歇工作状态。这样可以减小功率MOS管在空载时对容性负载驱动的功耗，使功率管结温低于最大结温，提高了镇流器的寿命。

3结语
本文中采用的串联开关电容法和空载间歇振荡法，只需要少数的元器件，就实现了灯的预热和降低了无灯负载时的功率管开关损耗，从而大大提高了灯的寿命和镇流器的寿命，是一种低成本方案。