自振蕩半橋驅動(dòng)器IR215X的可變頻率驅動(dòng)技術(shù)

摘  要：在功率電路應用中，常常要求開(kāi)關(guān)頻率能連續變化。本文介紹了一種采用自振蕩半橋驅動(dòng)器IR215X實(shí)現的頻率可變的驅動(dòng)電路，并在高壓納燈電子鎮流器上得到了應用。

關(guān)鍵詞：IR215X;可變頻率;自振蕩半橋驅動(dòng)器

分類(lèi)號：TM571     文獻標識：B    文章編號：1006-6977（2000）10-0030-03

　　在電子鎮流器和功率電源電路中，常常要求開(kāi)關(guān)頻率在一定范圍內連續變化；另一方面，也需要用數字信號控制選擇一個(gè)或幾個(gè)特別的驅動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率。IR215X自振蕩驅動(dòng)器和IR5XHXXX混合電路與傳的橋式電路驅動(dòng)方法相比，有著(zhù)明顯的優(yōu)勢。本文在討論集成振蕩器的工作原理的基礎上，介紹通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)和廉價(jià)的外圍電路實(shí)現變頻驅動(dòng)的方法。

1 用開(kāi)關(guān)電容法實(shí)現頻率控制

    我們知道通過(guò)改變IR215X的Ct有效電容可以實(shí)現頻率的改變。因此，我們可以通過(guò)一個(gè)NPN三極管，并通過(guò)在其上串聯(lián)或并聯(lián)兩個(gè)旁路電容的方法來(lái)實(shí)現頻率控制。

    并聯(lián)開(kāi)關(guān)法控制頻率的電路圖，圖中三極管Q1與輔助電容C2相連接。當Q1截止時(shí)，二極管D1隔斷，振蕩頻率升高；當Q1導通時(shí)，電路為C1提供充電電流，而二及管D1提供放電回路，此時(shí)C1與C2增加了Ct節點(diǎn)的有效電容，因而使開(kāi)關(guān)頻率減小。

    如將定時(shí)電容C1和C2串聯(lián)相接，即將C2的一端接至IR215X的COM地端，另一端接至二極管的集電極與C1的接點(diǎn)上，即構成了串聯(lián)開(kāi)關(guān)法控制電路。

    該電路的二極管D1和三極管Q1可出用一個(gè)N溝道的MOSFET管替代，因為MOSFET管中的續流二極管可出起到D1相同的作用，此時(shí)值得注意的是截止時(shí)輸出開(kāi)關(guān)電容COSOS，因為無(wú)續流時(shí)MOSFET管的輸出電容最大。

    無(wú)論是串聯(lián)電容法還是并聯(lián)電容法，在選擇差別較大的頻率時(shí)，都非常有效。但在需要連續變化的頻率時(shí)，卻存在一定的局限性。連續頻率變化要三極管工作線(xiàn)性區，實(shí)際上振蕩頻率是增益開(kāi)關(guān)門(mén)限的函數，三極管要進(jìn)行嚴格篩選出保證電路的可重復性，但一般來(lái)說(shuō)，這不是最佳方法，通過(guò)偏置電壓法實(shí)現頻率的連續變化也許更好。

    在Q1進(jìn)入線(xiàn)性區，頻率開(kāi)始變化的時(shí)刻，會(huì )出現輸出占空比將暫時(shí)偏離正常值50%的現象。這是因為當C2開(kāi)始工作或結束工作時(shí)，C1上的平均電壓必須補償C2上平均電壓的變化。而所需的電荷又僅可通過(guò)Rt的高低有效時(shí)間的不平衡來(lái)實(shí)現，因而占空比發(fā)生變化而偏移。一般而言，這種調整過(guò)程時(shí)間很短，而且C1和C2相等或處于同個(gè)數量級時(shí)，占空比偏移很小，時(shí)間只需幾個(gè)周期。若C1和C2相差較大，兩個(gè)電容中較大者的平均電壓恢復時(shí)間就較長(cháng)，因而調整時(shí)間也較長(cháng)。
    在半橋驅動(dòng)電路中，占空比的變化將改變PWM電路的輸出平均電壓，這將導致一個(gè)低頻信號瞬間疊加在高頻開(kāi)關(guān)頻率上。從而改變電子鎮流器中串聯(lián)諧振LC回路的工作電壓。因此，應用諧振回路時(shí)，必須仔細選擇參數，使之工作于線(xiàn)性區。

2 偏置電壓法控制頻率連續變化

    引入一個(gè)可編程的外部電壓信號，可使功率電路的振蕩頻率在基本區間內連續變化。下面具體介紹其工作原理。

    電容C1與方波信號發(fā)生器的輸出相連，信號發(fā)生器的輸出Va與IR215x的Rt端的相位和頻率同步，在正向峰值為V1、負向峰值為V2時(shí)，偏置電壓Vos為Va的峰-峰值，其值等于V1與V2的和。

    當Rt為VCC時(shí)，方波信號發(fā)生器立即輸出一個(gè)信號VOS疊加到C1上，使節點(diǎn)Ct的電位上升和時(shí)間。當Ct達到上限時(shí)，Rt立即下降為0，方波信號發(fā)生器的輸出為V2，其中偏差為VOS。而上下限所需的電荷也減少了。

    此種情況下，振蕩頻率比典型的RC結構要高，而且由于充放電時(shí)間平衡，振蕩信號的占空比將固定在50%不變。

    由于振蕩頻率是VCC和偏置電壓VOS的函數。因而可用偏置電壓和電源校正法來(lái)改變頻率。

2.1 偏置電壓和電源校正的頻率控制

    當Rt端為高時(shí)，方波信號發(fā)生吸入充電電流，使得Va=V1；當Rt端為低時(shí)，方波信號發(fā)生器輸出電流，使得Va=V2。無(wú)論何種情況，方波信號發(fā)生器只起鉗位C1的作用。這意味著(zhù)可出簡(jiǎn)化為雙電位鉗位等效電路。振蕩頻率只與可控制的VCC和VOS有關(guān)。

    當VCC上升到大于UVLO時(shí)，開(kāi)始振蕩的頻率較高。隨著(zhù)VCC的上升，開(kāi)關(guān)頻率下降，直到IR2153內部的鉗位二極管發(fā)生雪崩而阻止電源電壓繼續上升。使用外置的穩壓管校正VCC極限可固定開(kāi)關(guān)頻率。如果使控制電源VCC按一定方式上升，就可構成預熱啟動(dòng)式熒光燈電子鎮流器的頻率掃描電路。

    由于采用了小信號齊納二極管ZD1，從而使偏置電壓VOS恒等于Vz+0.6，而固定偏置決定著(zhù)振蕩開(kāi)關(guān)頻率與VCC的關(guān)系。

2.2 偏置電壓VOS校正頻率控制一非線(xiàn)性VCO控制

    由于電源調整和偏置電壓VOS校正均會(huì )導致頻率變化，因此，可利用電路構成一個(gè)簡(jiǎn)單的非線(xiàn)性VCO控制器。其中負向鉗位電壓V2由D1的正向正降決定，正向鉗位電壓V1由加上Q1基極的控制電壓決定。Q1作為一個(gè)射術(shù)跟隨器用于提供足夠大的電流增益和驅動(dòng)。電容C2接在Q1的基極和集電極之間，出鉗位V1和消除輸入噪聲干擾，其取值為100pF以下。若使用帶有阻抗的電壓源，Q1可用一個(gè)由D1型號決定的低壓硅等代替。

3 結束語(yǔ)

    采用IR215X構成的可變頻率驅動(dòng)電路在消除高壓納燈電子鎮流器中的聲頻共振現象時(shí)得到了很好的應用，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的新型技術(shù)。