新型專(zhuān)利電子鎮流器控制器BL8301及其應用

關(guān)鍵詞：BL8301 鎮流器驅動(dòng)芯片 預熱啟動(dòng) 保護

1 概述

自20世紀90年代之后，國外很多著(zhù)名的半導體巨商（如美國IR公司、摩托羅拉公司、意法半導體公司、飛利浦公司、安森美公司及飛兆公司等）都相繼推出了電子鎮流器控制/驅動(dòng)器IC。但在我國，此類(lèi)ASIC幾乎是一片空白。最近，上海貝嶺股份有限公司也推出了自己的熒光燈交流電子鎮流器控制/驅動(dòng)器BL8301，并已獲得國家專(zhuān)利保護。這種高端鎮流器控制IC的問(wèn)世為相關(guān)設計人員提供了很大的便利。

BL8301的主要特點(diǎn)如下：

●可驅動(dòng)由雙極型晶體管（如MJE13005）組成的鎮流器半橋逆變器，并可產(chǎn)生約1μs的死區時(shí)間，從而避免了半橋高、低端晶體管的“直通”；

●具有燈絲預熱啟動(dòng)功能，其預熱頻率、預熱時(shí)間及常態(tài)下的燈燃點(diǎn)工作頻率都可通過(guò)外部元件進(jìn)行設置；

●可提供半橋過(guò)流保護、燈管開(kāi)路保護、燈絲燒斷保護、燈點(diǎn)火（啟動(dòng)）失敗保護、燈壽終檢測與保護等故障保護功能；

●內置11.4V穩壓電路，可微功率啟動(dòng)（啟動(dòng)電流600μA）；

●外圍電路簡(jiǎn)單，元件數量少，成本較低；

●采用14腳DIP或SOP封裝，所有引腳均有ESD保護功能。

2 引腳功能、內部結構及推薦工作條件

采用14腳DIP或SOP封裝的BL8301引腳排列如圖1所示。

BL8301內部集成有電源管理、壓控振蕩器（VCO）、預熱準備、過(guò)流檢測、窗口電平檢測故障保護、控制邏輯及輸出驅動(dòng)器等電路，其內部功能框圖如圖2所示。

BL8301的推薦工作條件如下：

●電源電壓VCC：15～25V；

●預熱頻率設定腳（Rpre）電壓Vrpre：4～7V；

●振蕩器輸出腳（Rt）電流Irt：20～200μA；

●電流檢測輸入腳（Pro）電壓Vpro：0～Vcc；

●窗口檢測輸入1腳（LD1）電壓VLD1:0～Vcc；

●窗口檢測輸入2腳（LD2）電壓VLD2:0～Vcc；

●工作結溫Tj:40～125℃

圖2

3 應用電路設計

用BL8301驅動(dòng)雙極型晶體管功率開(kāi)關(guān)組成的半橋逆變器電路如圖3所示。圖中DC總線(xiàn)電壓既可來(lái)自AC線(xiàn)路橋式整流和濾波輸出，也可連接功率因數校正（PFC）升壓變換器的400V直流輸出?，F對電路的主要工作過(guò)程及設計要點(diǎn)作以說(shuō)明。

3.1 上電啟動(dòng)

當電子鎮流器接通AC供電線(xiàn)路后，電流將從DC總線(xiàn)經(jīng)啟動(dòng)電阻Rstart對電容C1充電。當C1上的充電電壓升至器件VCC腳的導通門(mén)限電平（141V）時(shí)，IC開(kāi)始工作并進(jìn)入預熱階段。至此，IC工作電流由扼流圈L2的次級繞組經(jīng)二極管D1整流和電容C1濾波提供。

3.2 預熱模式

電路工作時(shí)，首先由振蕩器產(chǎn)生一個(gè)高頻信號，電路的預熱時(shí)間主要由IC腳6的外部電容Cpre來(lái)決定。腳6的輸出電流Icprecharg可對電容Cpre進(jìn)行充電，當Cpre上的電壓達到門(mén)限電平VcpreIgn時(shí)，IC進(jìn)入點(diǎn)火模式。

預熱時(shí)間計算公式為：

Tpre=VcpreIgnCpre/IcpreCharge=KCpre

Cpre選為0.047μF時(shí)，預熱時(shí)間Tpre約為Is。

預熱頻率fpre由IC腳3的外部電阻Rpre1與Rpre2之比和燈正常燃點(diǎn)時(shí)的工作頻率fing決定，具體公式如下：

fpre=Nfing(Rpre2/ Rpre1)

式中，工作頻率fing可由IC腳4上的外部電阻Rt和腳5上的電容Ct來(lái)決定。當Rt為100kΩ且Ct為510pf時(shí)，半橋輸出頻率fing為45 kHz。

而當Rpre1和Rpre2均選100kΩ時(shí)，式中的N為1.5，此時(shí)的預熱頻率fpre為67.5 kHz。

圖3

3.3點(diǎn)火模式

進(jìn)入點(diǎn)火模式后，預熱電容Cpre開(kāi)始放電，振蕩器和半橋開(kāi)始從預熱頻率fpre沿向下的斜坡向工作頻率fing掃描和偏移（如圖4所示）。一旦掃描頻率達到鎮流器輸出扼流圈L2和并接在燈管兩端的啟動(dòng)電容Cs(通常容值為2.7～8.2nF)組成的LC串聯(lián)電路的固有頻率fo=1/2π(L2Cs)1/2時(shí)，電路將發(fā)生串聯(lián)諧振，以便在Cs兩端產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖來(lái)對燈點(diǎn)火。只要燈管完好并且擊空，燈則被點(diǎn)燃。

3.4 工作模式

工作模式即燈正常燃點(diǎn)模式。在該模式下，鎮流器工作頻率fing由Rt和Ct的數值決定。燈被啟動(dòng)進(jìn)入正常工作模式后，LC串聯(lián)電路失諧，此時(shí)電感元件L2只起限流作用。

3.5 故障模式

在圖3所示的電路中，一旦半橋出現過(guò)電流，電路中流過(guò)下面的功率開(kāi)關(guān)晶體管發(fā)射極串聯(lián)電阻的電流將增加而使其電壓升高，并經(jīng)二極管IN4148整流和電阻Rpro及電容Cfro濾波后，施加到BL8301的Pro腳。當IC腳Pro上的電壓高于0.7V的門(mén)限電平時(shí)，IC即進(jìn)入故障保護模式，同時(shí)使腳Out1和Out2上的驅動(dòng)輸出截止，兩只開(kāi)關(guān)晶體管被關(guān)斷。

由于BL8301的腳LD1(12)、LD2（11）和LD3（10）（完全等效）內部分別通過(guò)550kΩ的電阻提供5.7V的直流偏置，因耐均可提供故障檢測功能。當電子鎮流器處于異常狀態(tài)如燈線(xiàn)燒斷、燈管未接或燈管接入脫落或在燈點(diǎn)火失敗或燈壽命結束時(shí)，鎮流器輸出電流會(huì )劇增，從而使檢測電阻Rel2（見(jiàn)圖3）上的壓降升高。只要施加到LD3腳上的電壓超過(guò)窗口比較器的上門(mén)限電平（7.4V），IC將進(jìn)入故障保護模式。另一方面，如果由于某種原因導致BL8301腳LD3上的電壓低于下門(mén)限電平（4.0V），IC同樣會(huì )進(jìn)入故障保護模式。因此，設計時(shí)應保證腳LD3（或LD1、LD2）在常態(tài)下的電壓在窗口之內，即高于4.0V且低于7.4V。

BL8301進(jìn)入故障保護模式后會(huì )進(jìn)入故障鎖存狀態(tài)，直到IC掉電。如果欲使鎮流器具有自動(dòng)恢復功能，可利用VCC腳作為控制信號。IC進(jìn)入故障保護模式后，只要DC干線(xiàn)電壓正常，VCC腳作為控制信號。IC進(jìn)入故障保護模式后，只要DC干線(xiàn)電壓正常，VCC腳上的電壓會(huì )因該腳上電容C1（10μF）充電而升高，并且被內部箝位在30V電平上。利用這個(gè)信號并延遲一段時(shí)間后可控制一個(gè)開(kāi)關(guān)以使VCC腳對地放電，從而讓IC進(jìn)入下一次上電啟動(dòng)過(guò)程。

3.6 主要元件的選擇

上面已經(jīng)給出了決定預熱時(shí)間、預熱頻率和工作頻率的元件Cpre、Rpre1、Rpre2及Rt和Ct等元件的選擇方法。在圖3所示的簡(jiǎn)單應用電路中，功率開(kāi)關(guān)晶體管和阻流圈（L2）等元件應根據燈的額定功率而定。對于DC總線(xiàn)電壓為400V，燈管功率是58W的PFC電路，驅動(dòng)變壓器T1可用鐵氧體磁環(huán)繞制，初、次級繞組匝數比為18：3：3；扼流圈電感值L2約為1.2mH,高、低端功率晶體管可選MJE13005，連接在晶體管集電極與發(fā)射極之間的續流二極管可選用FR107。

4 結束語(yǔ)

利用BL8301可以設計80W以下的中高端熒光燈交流電子鎮流器。上海貝嶺股份有限公司還利用BL8301和功率因數控制器L6561開(kāi)發(fā)出了T8 36W和TL5 28W雙管熒光燈電子鎮流器演示板電路。該板具有高功率因數、低諧波失真、預熱啟動(dòng)、燈故障和燈壽終（LDE）保護等功能和特點(diǎn)，可為設計人員提供設計參考。