基于智能控制器ICB1FL01G的荧光灯镇流器电路

1 引言

ICB1FL01G是英飞凌(Infineon)公司推出的智能电子镇流器控制IC。这种新型ASIC集临界导电模式(CRM)PFC控制器和电子镇流器半桥逆变器控制器于一体。其中，PFC电路采用混合数字和模拟控制结构。

在推出ICB1FL01G之前，某些PFC控制器与镇流器控制器组合IC已经问世。其中代表性产品有韩国三星半导体公司的KA7531、美国微线性公司的ML4830、ML4831、ML4832、ML4833和ML4835及美国国际整流器公司的IR2166和IR2177等。但从性能上看，这些组合IC都无法与智能控制器ICB1FL01G相媲美。ICB1FL01G的主要特点如下：

电感电流临界导电模式(CRM)；
集成控制环路补偿；
限流可调；
输出总线电压可调。

在多灯管拓扑中，灯移开和寿命终结(E-OL)检测后，支持重新启动；

通过感测的灯电压可调正／负门限实现E-OL检测；

通过灯电压正／负幅值之比检测灯整流效应；

检测不同的电容性模式模式操作；

过电流关闭门限电平可调；

0 ms至200 ms的灯丝预热时间仅由单个电阻设置；

40 ms至235 ms的自适应灯触发时间；

非常少的外部元件数。

2 引脚功能及工作条件

ICB1FL01G采用PG-DSK-18-1封装，引脚排列如图1所示，各引脚功能如表1所列。

3 电子镇流器电路及设计

基于控制器ICB1FL01G的54 WT5荧光灯电子镇流器电路如图2所示。

3.1 电路组成及工作原理

图2所示电子镇流器电路是由输入EMI滤波器、桥式整流器、有源PFC预变换器和半桥式DC-AC逆变器以及输出网络组成。

3.1.1 PFC升压预变换器

ICB1FL01G内部功率因数控制器及引脚5、6、7和8外部的输入电容C0、输出电路C10、升压电感器L1、升压二极管VD5、功率开关V1等组成临界模式PFC升压变换器，其输出总线电压VBUS=410V，该电压由R14、R15和R20组成的分压器检测并输入IC的引脚8，实现输出电压调节。RS(PFC)为PFC电路的电流传感电阻，IC的引脚6接收电流感测信号。L1的辅助绕组工作零电感电流检测器使用。PFC预变换器开始在25 kHz固定频率上工作。当IC引脚上的输入信号达到足够高的电平后，PFC电路工作在CRM模式下。在轻载条件下，PFC预变换器则工作在不连续导电模式(DCM)。PFC电路的电压控制环路补偿是由器件内置的数字滤波器和误差放大器完成。流过L1的电流为高频基角波，其每个开关周期三角波电流峰值均正比于瞬时AC输入电压幅值。经输入电容C0和EMI滤波器滤波后。在系统输入端产生与AC线路电压同相位的正弦(平均)电流，使系统像一只阻性负载，故线路功率因数几乎接近于1，输入电流谐波符合IECC1000-3-2(C类)限制要求。

3.1.2 镇流器电路

ICB1FL01G引脚1～4和引脚9～20内部控制器及其外部元件组成半桥式镇流器电路。V2和V3分别为半桥高、低侧开关，L2和C20组成串联谐振电路，R24和R25为半桥电流检测电阻。

3.1.3 电路启动与工作

在系统接通AC电源(180 V～270 V)后，全桥整流输出经启动电阻R11和R12对IC引脚3(VCC)电容C12和C13充电。当引脚3的电压超过10.5 V时，引脚12(RES)检测灯管下端的灯丝。而灯管上端的灯丝则是通过IC引脚13进行检测。流入引脚13的电流经IC内部的二极管对引脚3外部电容C12和C13充电。当引脚3上的电压达到14.1 V的阈值时，IC进入有源模式。当DC总线电压VBUS值在允许范围内时，IC驱动半桥变换器开始工作，并输出120 kHz的软启动频率。一旦半桥开始工作，IC电源电流则由C16、VD7、VD8等组成的电荷泵辅助电源电路提供。

在半桥开始工作后的10 ms内，输出频率从120 kHz线性频率降至95 kHz的预热频率。IC引脚10的外部电阻R22和引脚11的电阻R23分别设置预热频率和灯丝预热时间(从0 ms至200 ms，共分17个等级)。预热结束后，半桥逆变器输出频率向运行频率扫描。当频率接近L2和C20等组成的LC串联电路固有频率时，则发生谐振，在C20上产生一个高压脉冲击空灯管而点燃。灯触发时间为40 ms～235 ms，只要IC引脚1上的电压达到0.8 V，频率沿向下的斜坡偏移停止。在整个启动过程中，镇流器经过软启动、预热、触发(点火)和预运行阶段，然后转入正常工作，如图3所示。图4所示为灯电压随谐振电路负载和频率变化曲线。

如果灯管在235 ms内未被点亮，镇流器将锁存故障模式。在灯触发成功后，镇流器工作在频率。如果灯电压异常增加或在EOL下发生灯阴极整流效应，可由IC引脚13进行检测。若半桥发生非零电压开关(ZVS)操作，则可由IC引脚12进行检测。灯阴极预热采用电压模式，并利用L2上两个附加绕阻来实现。L21、C21和L22、C22分别组成带通滤波器，仅在预热频率上才能通过电流对灯丝加热，而在运行模式下堵塞任何电流通过。只要IC引脚1上的电压超过1.6 V并持续高达400 ms，IC将进入过流保护模式。

3.2 主要元件的选择

设电子镇流器AC输入电压范围为180 V～270V，PFC预变换器DC输出总线电压VBUS=410 V，工作频率fmin=30 kHz,效率η=95％,输出功率PO(PFC)=55 W。

3.2.1 升压电感器的选择

L1电感器由式(1)或式(2)确定：

式中，TON(max)为PFC开关的导通时间，TON(max)=23.5μs。

在VAC(min)=180 V下，根据式(1)计算电感LA=3.54 mH；在AC线路电压VAC(max)=270 V下，根据式(1)所计算LB=1.44 mH。按照式(2)所计算为LC=6.58mH。在LA、LB和LC中，应选择值，即L1=LB=1.44 mH。因此，升压电感器采用E25／13／7磁芯，初级为162匝，次级为31匝。

3.2.2 PFC电流检测电阻

IC引脚6上的门限电压Vth(CS)=1 V，RS(PFC)值可按式(3)计算：

RS(PFC)由R18和R19并联而成，可选择R18=R19=2.2 Ω。

3.2.3 运行频率设置电阻

IC引脚9上的电阻R21设置镇流器正常运行频率fRUN。fRUN=40 kHz时，R21值由式(4)确定：

故选择R21=12.4 kΩ。

3.2.4 预热频率设置电阻

IC引脚10外部电阻R22设置预热频率向fPH，若设fPH=95 kHz，R22值可由式(5)求得：

故选择R22=91.kΩ。

3.2.5 预热时间设置电阻

IC引脚11上的电阻R23设置灯丝预热时间tPH。设tPH=100 ms，R23值则为：

选择R23=8.2 kΩ。

3.2.6 半桥电阻电流检测电阻

灯触发频率fIGN的计算公式为：

式中，VIGN为54 W T5灯管峰值触发电压，VIGN=800 V；L2为谐振电感器电感，L2=1.46 mH；C20为谐振电容，C20=4.7 nF；VBUS为DC总线电压，VBUS=410 V。根据式(7)计算，所得结果为fIGN≈70 kHz。

在800 V的峰值点火电压下，流过C20的电流IC20为：

灯触发期间，IC引脚1上的电压限制电平V1(LIM)=0.8 V，故R24与R25并联电阻为：

故选取R24=R25=0.82 Ω。

3.2.7 灯电压检测电阻

54 W T5灯管峰值电压为167 V，灯寿终(EOL)门限电压设置为峰值工作电压的1.5倍，即VLEOL=250.5 V。在EOL条件下流人IC引脚13的电流为230 μA，于是：

选择R31=330 kΩ，R32=R33=390 Kω

3.2.8 L2串联电阻

R34和R35是用于上端灯丝检则的电流源电阻。

选择R34=R35=2.2 MΩ

3.2.9 下端灯丝感测电阻

IC引脚12内部比较器门限电压值为1.55V，电流源值为27.6μA，R36值应满足：

选择R36=56 kΩ。

3.2.10 低通滤波器电容

C19与R36组成的低通滤波器抑制下端灯丝上的AC电压降落。设抑制因数FLP=100(-40 dB)，则有：

故选择C19=15 nF。

3.2.11 电容性模式检测电容

若IC引脚12(RES)上的AC电平范围△VRES(AC)=2 V，则有：

故选择C18=68 pF。

3.2.12 L2及L21与L22的选择

L2可采用EV25／13／13磁芯，初次绕组174匝，两个次级绕组均为5匝。L21和L22采用E13／7／4磁芯，电感值均为125μA。

4 结束语

基于智能控制器ICB1FL01G的荧光灯电子镇流器使用少量的元件，即可获得高功率因数、灯预热启动，并具有高安全性和可靠性。ICB1FL01G不仅可驱动单根灯管，还可驱动双灯管和四灯管。

  

参考文献:

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