基于IRS2530D的节能灯调光镇流器设计与应用

　　引言

　　节能灯一般寿命为5000小时左右，而半导体LED照明灯正常情况下的寿命是5万～8万小时，但LED灯的耗电量只有普通白炽灯、霓虹灯的1/10.因此，如果我国的照明全部采用LED灯，则一年节约的电费相当于建造了6座三峡电站。有关部门应该采取强制措施推广节能产品、加强绿色消费和节约能源的科学宣传力度，并采取政府平抑手段，从资金、税收、产品开发等各个方面，扶持节能产品的开发和使用，把节能产品价格降下来，促使其走近寻常人家。

　　1 IRS2530D的主要性能和特点

　　IRS2530D是国际整流器公司 （International Rectifier，简称IR） 推出的用于节能调光荧光灯镇流器应用的600V控制IC。IRS2530D DIM8?是一种采用紧凑型8管脚尺寸半桥式驱动器的独特线性调光镇流器控制IC。新器件提供了一种以多级和三路紧凑型荧光灯（简称CFL）应用取代低效白炽灯泡的竞争解决方案。IRS2530D只需要几个小型外部元件，显着地简化和缩小了电路设计，同时可实现紧凑型荧光灯及线性镇流器多达10％的调光系统性能。采用半桥式驱动器的IRS2158D 16管脚荧光灯调光镇流器控制IC适用于需要调光性能低于10%的应用。该元件具有全面的保护功能，如防止灯泡无法点亮、灯丝故障和灯泡报废保护，非常适合包括日渐流行的T5灯泡在内的薄型灯。

　　IRS2530D集成了调光镇流器控制和半桥驱动器，采用8引脚DIP封装。IRS2530D引脚l（VCC）上的电源电压被内部齐纳二极管钳位在15.6V，启动电流为250μA，电源电流为5mA。IC半桥高端引脚7（HO）和低端引脚5（LO）上的两个驱动器输出死区（即非交叠）时间被固定在2 μ S，输出源电流为180mA，输出灌入电流为260mA，输出高电平（以地作参考）电压为VCC。在IC压控振荡器输入端引脚4（VCO）上的电压为0～6V，输出频率fmax=115kHz（VVCO=0V），频率fmin=（34.2±2.2）kHz（Vvco=6V）。

　　IRS2530D采用简单灯电流调光控制方法，灯丝预热时间可编程，采用波峰因数（灯电流峰值与平均值之比）检测执行过电流保护，同时还提供非零电压开关保护，而不需要半桥电流传感电阻和保护电路。

　　IRS2158D是一个完全集成、充分保护的600V镇流器控制IC，适用于驱动各种荧光灯。该器件的功能包括可编程半桥过流保护、可编程预热和运行频率、可编程预热时间和死区时间、闭环半桥点火电流调整、可编程报废保护、欠压保护和调光低输入补偿运算放大器和电流或功率控制。此外，新器件还具有报废范围比较器管脚和内部60事件电流检测上/下故障计数器，以满足T5灯泡和多灯泡镇流器。

　　2 基于IRS2530D的节能灯调光镇流器

　　1）电路拓扑

　　BR1为桥式整流器，CF、LF和CBUS组成滤波电路，IRS2530D和VTl、VT2等组成半桥逆变器电路，RCS、RFB和CFB为灯电流感测和反馈网络，VDCP1、VDCP2、CSNUB等组成电荷泵辅助电源，RVCC1、RVCC2为启动电阻，CVCC1为启动电容、CVCC2用作高频滤波，RLIM1、RLIM2：为限流电阻。

　　2）电路运行时序和工作原理

　　（1）电路启动和IC电源

　　接通AC市电电源，全波整流滤波电路输出约300V的DC总线电压VBUS，VBUS通过启动电阻RVcc1／Rvcc2对电容Cvcc1（1μF）充电。半桥一旦产生输出，引脚VCC则由VDCP1（18V／0.5w）、CSNUB（1nF／lkV）和VDCP2组成的电荷泵并经限流电阻RLIM1、RLIM2：（均为10Ω）供电，这样可以减小启动电阻上的损耗。CVCC1，值应足够大，引脚VCC在接收电荷泵输入电流时不能降至欠压锁定（UVLO）关断门限（10.5V）以下。

　　当半桥低端MOSFET（VT2）导通时，引脚VCC上的电压经内部自举MOSFET对引脚VB与VS之间的自举电容CBS充电，充电电流经VT2流入到地。在高端驱动器导通时，CBS放电。一旦CBs上的电压低于8V，VT1截止，而VT2再次导通。如此周而复始，VTl和VT2交替导通，在半桥中间点（引脚6）输出高频方波脉冲，经输出级为灯管供电。

　　（2）灯丝预热／灯管触发

　　IC一旦启动，在引脚4（VCO）内部的一个50μA的快速启动电流和一个1μA的电流源对外接电容cPH充电，镇流器输出频率fmax开始对灯丝预热，VCO脚上的电压Uvco迅速升至0.85V。一旦UVCO达到0.85V，IC内部的50μA电流被切断，只有1μA的电流源对VCO脚上的电容充电，UVCD缓慢上升，频率从fmax开始线性降低。LRESB、CH1和LRESC、CH2为带通滤波器，在灯点亮之后，灯丝预热电压被衰减，以减小灯丝上的热量损耗。

　　当镇流器输出频率接近或达到输出级高Q值的谐振频率时，灯丝预热结束（预热时间由CpH设置），LRESA和CRES等发生串联谐振，在CRES上产生一个足够高的电压使灯管触发而点亮。如果灯未被点亮，UVCO将超过4V，IC则进入故障模式并关闭其输出，芯片仅消耗250μA的电流。

　　为保证频率下降斜坡通过谐振以对灯点火，频率fmin应低于镇流器输出级高Q值的谐振频率，如图3所示。

　　（3）调光模式

　　l～10V的DC调光输入电压经电阻分压器RDIM1／RDIM2输入到IC的引脚3（调光端DIM）。与灯下端灯丝连接的灯电流传感电阻RCS上产生的交流电压经RFB和CFB也耦合至IC的DIM脚。在DIM脚上的（DC+AC）电压通过控制环路调节，使AC电压谷值在COM（地）电平上。为了提高灯亮度电平，当DIM脚上的DC参考电压减小时，AC电压谷值将在COM电平之上，调光控制电路将降低镇流器频率，以增加灯电流，直到DIM脚的AC电压谷值再回到COM电平上。采用这种灯电流闭环控制调光方法，可以使AC灯电流峰一峰值被调节到期望的数值上。

   (4)非ZVS保护

　　如果系统操作太接近或进入谐振容性侧，将出现非ZVS容性模式转换，在半桥MOSFET中会产生高幅度的大电流，很可能使MOSFET损坏。为防止这种情况发生，引脚6（VS）内部的感测电路在低端LO输出前沿上检测VVS电压。如果VVS>4.5V，非ZVS控制电路将提高镇流器频率，直到恢复到ZVS。

　　（5）波峰因数（CF）过电流保护

　　当流过MOSFET的峰值电流超过平均电流的5.5倍（即CF>5.5）时，意味着灯丝失效，或者灯管未接入，或者灯变为去激活，谐振电感器LRESA将出现饱和。IC在此情况下会进入故障保护模式，并自行关闭。

　　（6）故障模式

　　在故障期间，IC内部故障锁存器置位，HO关断，L0开路，IC仅消耗250μA的电流。如果等未接入，IC则退出故障模式而进入UVLO模式。当接上灯管时，引脚LO上的电压将被拉低到8.75V以下，于是IC退出UVLO模式而进入预热／触发模式。

　　3）主要元件的选择

　　（1）启动电阻RVCC1／RVCC2的选择引脚Vcc上的导通门限是12.5V，启动电流为250μA，若AC线路电压VAC=220V，启动电阻

　　值则为

　　可选取Rvccl=Rvcc2=620kΩ。

　　（2）预热电容CPH值的确定

　　CPH，用于编程灯丝预热时间tPH，计算公式为

　　若预热时间tPH=0.8s，CpH值为200nF。

　　（3）灯电流检测电阻RCS的计算

　　在调光期间，若RMS灯电流为ILAMP（min），在RCS允许的峰值电压为0.1V。考虑到反馈网络对信号的衰减，宜附加一个5的倍乘因子，于是RCS值可按下式计算：

　　（4）输出级元件的选择

　　对于14～26W的节能灯，谐振电容CRES可选择3.3nF或4.7nF，耐压1kV。

　　谐振电感LRESA视灯的规格而定，其电感量约为2.5～3.3mH；其辅助绕组LRESB、LRESC与LRESA的匝数比通常为l：25，若LRESA线圈绕组是150匝，两个辅助绕组则为6匝。

　　3 结束语

　　推广电子节能灯是实施绿色照明的重要内容，是节能减排的一项重要举措。led使用低压电源，供电电压在3-24v之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% 。很小，每个单元 led小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。IR公司新推出的调光镇流器控制器IRS2530D，仅需外加很少量的元件，就可以构建带灯丝预热、简单灯电流调光、非ZVS保护、波峰因数检测／过电流保护等功能的高性能和高可靠节能灯电子镇流器。

  

参考文献:

[1]. IRS2158D datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/IRS2158D_2147960.html.
[2]. COM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/COM_1118194.html.