IR2167控制功能簡(jiǎn)介

1、 欠電壓鎖定輸出工作模式

欠電壓鎖定輸出工作模式（UVLO）是指IR2167的V_CC引腳17的電壓低于它的導通工作閾值電壓時(shí)的工作狀態(tài)，在欠電壓鎖定輸出工作模式下，它的HO引腳20、LO引腳15和PFC驅動(dòng)信號引腳12輸出均為低電位，并且CT引腳6通過(guò)電阻R_DT連接到了COM引腳16，從而使其內部的振蕩電路停振。同樣，通過(guò)內部電路為電阻R_T供電的電路也被關(guān)斷，并且CPH引腳2、RUN引腳5、DT引腳7和COMP引腳9通過(guò)內部電路連接到了COM引腳16，在欠電壓鎖定輸出工作模式下IR2167的工作電流不大于200μA，并確保在它的高端輸出HO引腳20、低端輸出LO引腳15和PFC驅動(dòng)輸出引腳12在工作前能處于正常工作狀態(tài)。圖1所示電路表示IR2167的啟動(dòng)電路和電子鎮流器輸出級的電荷泵電路的電路原理圖。圖1中由R₁，R₂和C₁三個(gè)元件構成了IR2167的啟動(dòng)電路，而R_supply、C_VCC、VD_CP1和VD_CP2構成了電子鎮流器輸出級的電荷泵電路。

　　電容C_VCC的充電電流為通過(guò)啟動(dòng)電阻R₁的電流減去IR2167所吸收的電流，應用中應使通過(guò)啟動(dòng)電阻R_supply的電流二倍于IR2167的啟動(dòng)電流值，以確保IR2167在較低的輸入電源電壓時(shí)能正常啟動(dòng)，一旦啟動(dòng)電容C_VCC上所充的電壓達到了它的啟動(dòng)閾值電壓，則SD引腳的電壓會(huì )低于5.1V，并且VDC引腳1的電壓V_VDC會(huì )高于5.1V，這時(shí)集成電路開(kāi)始工作，內部振蕩電路開(kāi)始振蕩，直至電路達到預熱工作模式，PFC輸出引腳12才有信號輸出。

2、  預熱工作模式和啟動(dòng)工作模式

當IR2167的V_CC引腳17的電壓超過(guò)正向欠電壓鎖定輸出閾值電壓時(shí)，它進(jìn)入預熱工作模式，在預熱工作模式開(kāi)始之前，CPH引腳2和RPH引腳3通過(guò)內部電路被連接到了COM引腳16。一旦預熱工作模式開(kāi)始，外接電容CPH就通過(guò)內部的3.0μA電流源開(kāi)始對它充電，直至電容CPH上的電壓被充至4.0V，這段充電時(shí)間決定了預熱時(shí)間的長(cháng)短，而預熱時(shí)間的定義就是指熒光燈燈絲被加熱到了能正常發(fā)射熱電子的時(shí)間，這時(shí)延長(cháng)燈管壽命降低燈管點(diǎn)火電壓是非常有用的。在預熱工作模式開(kāi)始期間，由于IR2167工作電流的增加，致使接至V_CC引腳17和COM引腳16之間的電容開(kāi)始放電（見(jiàn)圖2）。然后這時(shí)半橋輸出級和電荷泵電路又開(kāi)始工作，通過(guò)電荷泵電路又開(kāi)始給電容C_VCC充電，并為IR2167供電，加至V_CC引腳17的電壓通過(guò)IR2167內部的穩壓二極管鉗位為15.6V，通過(guò)電容C_VCC和C_SNUBBER應能為電路正常工作提供足夠多的電荷。升壓二極管VD_BS和升壓電容C_BS為高端驅動(dòng)電路提供供電電壓，為保證在HO引腳出現第一個(gè)脈沖時(shí)高端供電充足，輸出驅動(dòng)輸出級的第一個(gè)脈沖是來(lái)自L(fǎng)O引腳15。

　　在預熱工作模式下半橋輸出級的工作頻率和電阻R_PH、R_T、R_DT和C_T的參數有關(guān)，內部電路圖可以參見(jiàn)圖3。需注意的是在預熱工作模式剛一開(kāi)始工作的期間，電路的工作頻率比預熱工作頻率要高許多，然后半橋輸出級的工作頻率又開(kāi)始諧波下降至預熱工作頻率，這樣可以確保電路在剛開(kāi)始工作的幾個(gè)振蕩周期時(shí)間內加至燈管的工作電壓不超過(guò)起弧工作電壓。

3、  點(diǎn)火工作模式

　　當CPH引腳2的電壓被充電至4.0V時(shí)就開(kāi)始了點(diǎn)火工作模式，這時(shí)圖3中所示的比較器COMP2的輸出電壓變低，場(chǎng)效應管VT₁關(guān)斷，這時(shí)電容C_RAMP開(kāi)始充電，電容C_RAMP決定著(zhù)由燈絲預熱工作頻率下降至點(diǎn)火工作模式頻率的斜波下降時(shí)間長(cháng)短（參見(jiàn)IR2167控制電路部分的定時(shí)圖4）。一旦PRH引腳3上的電壓到達2.0V，外接電阻R_PH的取值對電路工作頻率就沒(méi)有影響，這時(shí)電路的工作頻率由外接元件R_T、C_T和R_DT決定，這時(shí)電路的工作頻率最低，電路的工作頻率斜波下降至燈負載電路的諧振頻率，從而使燈開(kāi)始點(diǎn)火。{{分頁(yè)}}

4、  工作模式

　　當CPH引腳2的電壓到達5.1V時(shí)，IR2167進(jìn)入工作模式，這時(shí)圖3所示電路中的比較器COMP1的輸出為高電平，COMP1的高電平輸出又使VT₂導通，并使RUN引腳5和COM引腳16接通，這時(shí)電路的振蕩頻率由外接元件R_T、R_RUN、C_T和R_DT控制。電子鎮流器在工作中頻率的變化規律如圖4所示。

　　從圖4可以看出，電路的工作頻率比點(diǎn)火頻率高，即有>>>的關(guān)系成立，這種工作模式對由于LC諧振元件的誤差而對電子鎮流器工作的影響到是有利的，當然使用>>> 這種工作模式也是可行的。

　　IR2167的核心電路是一個(gè)振蕩電路，這個(gè)振蕩電路的定時(shí)元件由外接的定時(shí)電阻和定時(shí)電容決定，在定時(shí)電容C_T上的波形為鋸齒波，而鋸齒波的上升傾斜部分的斜率由流經(jīng)接至RT引腳4的電阻R_T的數值決定，而這個(gè)鋸齒波的下降部分的斜率由外接電阻R_DT的數值決定，同樣這個(gè)鋸齒波的下降部分和開(kāi)關(guān)輸出級的死時(shí)間參數相對應，在這個(gè)死時(shí)間工作期間，HO引腳20和LO引腳15的輸出均為低電平。通過(guò)外接電阻R_DT參數的調節可以調節死時(shí)間的大小。

　　RT引腳4的輸入是一個(gè)電壓控制電流源，這個(gè)控制電壓大約為2.0V，為了保持RT引腳4和CT引腳6通過(guò)充電電流的線(xiàn)性，流經(jīng)RT引腳4的電流應保持在50~500μA的范圍內，同樣RT引腳4也可以用作電路閉環(huán)控制的反饋信號接入點(diǎn)。

5、  PFC電路部分的工作原理

　　為了降低電路交流輸入電流的總諧波含量（THD）和改善電路的功率因數，在IR2167中設置了有源功率因數校正電路。IR2167的有源功率因數校正電路工作于臨界導通模式，這時(shí)PFC電感在每個(gè)工作周期的放電時(shí)間里放電至零。由于輸出交流電壓已是正弦波，所以在IR2167中沒(méi)有設置輸入交流電壓檢測電路，在PFC功率管MOSFET的高頻導通和關(guān)斷工作期間(>10kHz，這大大高于50~60Hz的交流輸入頻率)，流經(jīng)PFC電感的電流會(huì )自然跟蹤輸入交流電壓的波形。這個(gè)電路的PFC功率管MOSFET的導通時(shí)間的大小與PFC電路輸出直流電壓的大小有關(guān)，而PFC功率管MOSFET的關(guān)斷時(shí)間和通過(guò)PFC電感的電流下降至零的時(shí)間有關(guān)，這個(gè)零電流可以通過(guò)連接到ZX引腳10的PFC電感的次級繞組來(lái)檢測，這樣PFC電路是工作在變頻控制方式，當交流輸入市電過(guò)零時(shí)，PFC電路的工作頻率變高，反之在交流輸入電壓的峰值期間，PFC電路的工作頻率最低。這可以見(jiàn)圖5所示的波形。

　　隨著(zhù)接至COM引腳16電容的充電開(kāi)始，PFC功率管MOSFET的導通時(shí)間開(kāi)始上升，這時(shí)運算放大器OTAI的增益最大（見(jiàn)圖6），增益大可以使用PFC電路輸出的直流電壓值盡快上升到正常工作電壓值。當VBUS引腳11的電壓達到3V時(shí)，運算放大器OTA1增益變?yōu)樗恼Ｖ?，這時(shí)PFC輸出的直流電壓繼續上升，直至VBUS引腳11的電壓為4V，這時(shí)運算放大器的增益上升到它的最大值，并且保持這個(gè)最大增益值直至鎮流電路進(jìn)入工作模式，這種工作方式對電子鎮流器電路的正常工作是很有幫助的。

　　當交流市電加到電子鎮流器電路時(shí)，V_CC引腳17電壓上升到15V，直至電子鎮流器電路開(kāi)始它的預熱工作模式，這時(shí)PFC電路開(kāi)始工作，這樣可以改善燈的工作條件。{{分頁(yè)}}

　　當PFC電路開(kāi)始工作時(shí)（見(jiàn)圖6），VBUS引腳11和COMP引腳9為低電位，PFC功率管MOSFET導通，這時(shí)MOSFET管的導通時(shí)間最小，PFC電感開(kāi)始被充磁，一旦PFC功率管MOSFET進(jìn)入關(guān)斷工作期，PFC電感開(kāi)始釋放電能至PFC輸出端連接的儲能電容。

　　COMP4是一個(gè)有回滯電壓的閾值電壓為4.3V的比較器，所以當VBUS引腳11的電壓上升到4.0V的閾值電壓時(shí)，PFC功率開(kāi)關(guān)管不會(huì )導通，只有VBUS引腳11的電壓再下降到大約4.0V時(shí)，PFC功率管MOSFET才會(huì )再次導通，這樣可以有效地控制PFC輸出直流電壓的變化。

　　在有些應用場(chǎng)合下，有可能交流輸入市電電壓很高，有可能這個(gè)很高的交流輸入市電經(jīng)整流后直接為PFC電容充電，而不經(jīng)過(guò)PFC電路的升電壓控制，這時(shí)由于輸入電流沒(méi)有下降到零，相應ZX引腳10的電壓不會(huì )變?yōu)楦唠娢?，所以PFC功率管MOSFET也不會(huì )導通，如果在500ms的時(shí)間內在ZX引腳10沒(méi)有檢測到脈沖信號，這時(shí)看門(mén)狗定時(shí)器電路就會(huì )輸出一個(gè)脈沖信號使PFC功率開(kāi)關(guān)管MOSFET導通，這樣就可以使PFC輸出電壓值為正常工作電壓值。

6、  交流輸入電源電壓的檢測

　　通過(guò)圖7中所示電路的外接電阻R₁、R₂和電容C₁可以實(shí)現輸入交流電源電壓高低檢測的目的，并且這種檢測比較器是有回滯比較電壓的。當外接交流輸入市電剛一加到電路時(shí)，IR2167處于它的啟動(dòng)工作狀態(tài)，在振蕩電路起振之前應滿(mǎn)足以下3個(gè)條件。

（1）       IR2167的V_CC引腳17上的電壓應高于欠電壓鎖定輸出的閾值電壓（11.5V）。

（2）       VDC引腳1上的電壓應不低于5.1V。

（3）       SD引腳13上的電壓應不高于4.85V。

7、  燈管在位和燈管壽命終止的檢測

　　IR2167的SD引腳13用于關(guān)斷燈電路和燈管壽命終止的檢測，SD引腳13的典型連接電路如圖8所示。在燈電路的工作過(guò)程中，如果SD引腳13上的電壓大于5.1V（為了提高SD引腳的抗干擾信號能力，設有150mV的回滯電壓），則表示電路不是出現了燈負載的故障，就是出現了燈管不在位的故障，這時(shí)IR2167內的振蕩電路停振，HO引腳20和LO引腳15的輸出為低電位，IR2167進(jìn)入微功率工作模式。這時(shí)如果更換燈管，燈負載電路正常后，SD引腳13的電位又會(huì )變?yōu)榈仉娢?，這時(shí)IR2167內部又會(huì )發(fā)出一個(gè)電路的重新啟動(dòng)信號，重新開(kāi)始燈電路的預熱、點(diǎn)火、正常工作的循環(huán)。

　　在燈電路的工作模式下，SD引腳13上有兩個(gè)閾值電壓使SD引腳13工作，在燈電路正常工作時(shí)，利用出現在SD引腳13的這兩個(gè)閾值電壓形成一個(gè)窗口電壓，當燈負載到達它的壽命終止期時(shí)，燈管的工作電壓將上升，這時(shí)在SD引腳會(huì )檢測到這個(gè)上升的電壓，這時(shí)會(huì )使IR2167內部的振蕩電路停振,從而關(guān)斷電子鎮流器功率輸出電路的兩只功率晶體管MOSFET,這時(shí)IR2167會(huì )進(jìn)入它的微功率工作模式。{{分頁(yè)}}

8、  半橋輸出功率級工作電流檢測和故障保護

　　IR2167的CS引腳14的信號來(lái)自于下邊的半橋功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的源極取樣電阻R_CS（見(jiàn)圖9），利用CS引腳14可以檢測燈點(diǎn)火失敗、燈負載電路過(guò)電流、半橋功率開(kāi)關(guān)處于硬開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)、燈不在位和燈電路的諧振工作頻率過(guò)低等故障現象，如果CS引腳14檢測到了以上的幾個(gè)故障之一，則IR2167會(huì )使電路停振，半橋功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的驅動(dòng)信號變?yōu)榈碗妷?，IR2167進(jìn)入微功率工作模式，為了提高電路工作的可靠性，故障保護采取了逐周期工作的控制方式。

　　如果電路工作出現了過(guò)電流、點(diǎn)火失敗和功率開(kāi)關(guān)管MOSFET出現了硬開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，在燈電路預熱結束期間，到達外接的可編程設定的CS+閾值電壓的閾值，電路保護功能動(dòng)作。這個(gè)閾值電壓由外接電阻R_OC決定，可利用下式計算：

或

V=5510R                 （1）

　　對于燈電路欠電流工作和燈電路工作頻率過(guò)低的故障，通過(guò)0.2V的CS-的閾值電壓，可以使燈電路在工作模式開(kāi)始期間，使燈保護電路工作，CS-閾值電壓的檢測是和LO輸出的信號下降沿同步的。

9、  電荷泵升電壓電路

　　通過(guò)如圖10所示接至V_CC引腳17的一個(gè)簡(jiǎn)單電荷泵電路為高端電路供電，一只耐高電壓的快恢復二極管VD_BOOT接在了V_CC引腳17和VB引腳18之間，升電壓電容C_BOOT接到了VB引腳18和VS引腳19之間，在半橋功率級開(kāi)關(guān)工作期間，當VT₂導通和VT₁關(guān)斷時(shí)，通過(guò)VT₂、VD_BOOT和C_VCC為電容C_BOOT充電。同樣，當VT₂關(guān)斷和VT₁導通時(shí)，升壓二極管VD_BOOT關(guān)斷，C_BOOT電容上的電荷為IR2167的高端電路供電，并且CMOS電路的工作電流很低（典型值為45μA）。

10、有關(guān)設計方程式

　　利用下列方程式進(jìn)行有關(guān)電路參數計算時(shí)，有可能由于電路元件參數誤差原因而造成振蕩器的過(guò)沖現象，也有可能利用下面的公式計算得到的結果和實(shí)際值有差別。在具體電路應用中，需根據計算值進(jìn)行實(shí)驗電路的有關(guān)參數調節，這點(diǎn)在實(shí)用中需加以注意。

（1）  有關(guān)參數的調節

　　在燈負載點(diǎn)火工作期間，加到燈負載上的電壓最大，這個(gè)電壓值的大小和燈的類(lèi)型有關(guān)，對T8燈管這個(gè)電壓典型值為1600V，隨著(zhù)燈電路隨燈預熱工作頻率向諧振工作頻率的方向降低，燈負載兩端的電壓也隨之上升。在燈點(diǎn)火工作期間，燈電路的工作頻率取決于R_T、C_T和R_DT的元件參數，這時(shí)電阻R_PH和R_RUN和COM引腳斷開(kāi)，電阻R_T的選取原則應使燈負載在燈點(diǎn)火工作期間能得到足夠的燈點(diǎn)火電壓，流經(jīng)電阻R_T的電流大致和流經(jīng)定時(shí)電容C_T的電流相等，流經(jīng)電阻R_T的電流可利用下式計算：

                                 （2）

　　這個(gè)電流值應保持在50~500μA的范圍內。電容CT的參數可利用下式計算：

                         (3)

　　燈電路點(diǎn)火工作頻率和電阻的參數可按下式計算：

                               （4）

                         （5）

　　死時(shí)間可利用下式計算。

　　t_d=0.69R_DTC_T                                    (6)

（2）燈負載最大點(diǎn)火電流的計算

　　燈點(diǎn)火電流的大小要受到諧振鎮流電感的電感量和半橋功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的電壓、電流額定值的影響，諧振鎮流電感的磁飽和電流值應當比半橋功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的電流額定值小許多，在最壞的工作條件下，也不應使諧振鎮流電感磁飽和，燈負載工作電流的大小可以通過(guò)CS引腳和OC引腳加以控制，在OC引腳的內部電路內有一個(gè)50μA的電流源，這個(gè)電流值通過(guò)外接的電阻R_OC可以決定CS引腳的閾值電壓。

V_CS+=5510R_OC                                   （7）

　　如果通過(guò)外接電阻R_CS的電流超過(guò)了預定值，則IR2167關(guān)斷。{{分頁(yè)}}

（3） 燈電路預熱工作頻率的設置

　　燈電路的預熱工作頻率由外接元件R_PH、R_T、C_T和R_DT的參數決定，燈電路預熱工作頻率的選擇原則應是在燈的預熱工作期間加到負載兩端的電壓要比在燈點(diǎn)火工作期間加到燈兩端的電壓小得多，并為燈絲提供足夠的預熱。在燈絲預熱工作期間，通過(guò)燈絲的電流應為恒定值。但是，隨著(zhù)燈絲的加熱，燈絲的熱電阻值增加，反過(guò)來(lái)又導致加到燈絲上的電壓上升，這反映了燈管燈絲冷、熱電阻的變化規律，并且這個(gè)電壓變化和燈絲的冷、熱電阻比有關(guān)。一般而言，燈絲的冷、熱電阻比為1：4，是一個(gè)可以接受的值。燈電路的預熱工作頻率和外接元件R_PH的參數值可以分別利用下式計算：                        (8)

                           (9)

(4)燈絲預熱時(shí)間的設置

　　燈負載的預熱時(shí)間取決于外接電容CPH的參數，預熱時(shí)間的選取原則是應滿(mǎn)足燈絲冷、熱電阻1：4的要求，這點(diǎn)可以通過(guò)觀(guān)測燈管燈絲電壓看到，燈絲預熱時(shí)間可由下式計算：

t_PH=4.010C_PH

　　在IR2167的整個(gè)預熱工作期間，電容C_PH上的電壓都在變化，一旦C_PH上的電壓達到4.0V時(shí)，則燈絲預熱工作過(guò)程結束。

（5）燈點(diǎn)火工作時(shí)間的設置

　　燈的預熱工作模式和工作模式之間的時(shí)間間隔那段就是燈的點(diǎn)火工作模式工作時(shí)間，在這段時(shí)間內，燈電路由預熱工作模式到工作模式轉變時(shí)所對應的工作頻率變化速率和外接電阻的參數有關(guān)。

（6）燈電路工作頻率的計算

　　當IR2167的RPH引腳3的電壓上升到5.1V時(shí)，燈電路就進(jìn)入了工作模式，這時(shí)，燈電路的工作頻率和外接元件R_T、R_RUN、R_DT和C_T的參數有關(guān)，燈電路的工作頻率可以設計得高于或低于燈負載的點(diǎn)火工作頻率，燈電路的工作頻率f_工作和的參數可分別利用下式計算：

                            （10）                            （11）

（7）IR2167的供電旁路電路和PCB設計的考慮

　　在使用IR2167時(shí)，電路板PCB的設計布局是一件很重要的事，它關(guān)系到IR2167是否正常工作的問(wèn)題，IR2167的V_CC引腳17應通過(guò)一個(gè)低等效串聯(lián)電阻的電容接至COM引腳16，并且引線(xiàn)應盡量短，如圖11所示。

　　電容C_VCC選擇可按經(jīng)驗公式來(lái)選擇，即C_VCC的數值應至少是被驅動(dòng)晶體管的輸入電容（）的2500倍，具體使用中，可以再并聯(lián)一個(gè)電解電容器，這個(gè)電解電容器一般取值為10μF，同樣這兩個(gè)電容的布線(xiàn)應盡量靠近IR2167，并且引線(xiàn)要盡量短，這會(huì )使IR2167的工作效果更好。

　　在IR2167的典型應用場(chǎng)合，IR2167一般通過(guò)一個(gè)RC啟動(dòng)電路和一個(gè)電荷泵電路來(lái)完成啟動(dòng)工作，同時(shí)在IR2167的正常工作期間，引腳17的工作電壓將被內接的15.6V穩壓二極管鉗位。

（8）IR2167地線(xiàn)和功率電路地線(xiàn)的連接

　　IR2167的小信號電路地和大信號驅動(dòng)電路信號地都接到了IR2167內部的地線(xiàn)，COM引腳應接至半橋功率輸出級低端功率管MOSFET電流檢測電阻的接地端，如圖12所示。同時(shí)定時(shí)元件的地線(xiàn)和去耦元件的地線(xiàn)也應接至COM引腳，引線(xiàn)應盡量短，這樣有利用電路抑制噪聲干擾和確保電路穩定工作。