日光燈電子鎮(zhèn)流器電路工作原理與應(yīng)用詳解

關(guān)鍵詞： 電子鎮(zhèn)流器 , 日光燈

下面我們將以一個典型的整流器控制集成電路UBA2021為例對電子整流器進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹。

一、UBA2021的特點(diǎn)與工作原理

1、 UBA2021的特點(diǎn)

UBA2021是用于CFL型熒光燈和TL型熒光燈電子鎮(zhèn)流器用控制集成電路，含有驅(qū)動外圍半橋功率晶體管、振蕩電路和用于燈管預(yù)熱、點(diǎn)火、正常工作和燈電路故障保護(hù)的有關(guān)控制功能?？捎糜诮涣魇须娸斎腚妷焊哌_(dá)240Vrms的應(yīng)用場合。它的預(yù)熱工作頻率為108kHz，正常工作頻率為43kHz，驅(qū)動信號死時(shí)間為1.4μs。

利用UBA2021可以調(diào)節(jié)燈電路的預(yù)熱時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間，調(diào)節(jié)燈電路的燈預(yù)熱電流和燈負(fù)載輸出功率（調(diào)光），由UBA2021組成的燈電路具有過溫度保護(hù)控制功能、燈電路容性工作模式保護(hù)和外接功率晶體管MOSFET驅(qū)動電壓過低等故障工作狀態(tài)的保護(hù)控制功能。

UBA2021有DIP14和SO14兩種封裝形式，引腳圖如圖1所示，工作框圖如圖2所示，引腳功能如表1所示，電路主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2、 UBA2021的工作原理

（1） UBA2021啟動

通過接至供電電源正極的電阻RRHV（見圖6）和接至引腳5的電容CS9，UBA2021可以完成燈電路的啟動控制，在電路剛一啟動期間，MOSFET晶體管VT2導(dǎo)通，而MOSFET晶體管VT1不導(dǎo)通，以確保自舉升壓Cboot的充電。在電路的啟動工作狀態(tài)，UBA2021復(fù)位，當(dāng)UBA2021的引腳5的電壓為

時(shí)，UBA2021開始被復(fù)位，直至引腳5的電壓為

，UBA2021開始它的啟動工作。

（2） 電路振蕩

當(dāng)UBA2021的引腳5VS的電壓達(dá)到

電壓時(shí)，UBA2021開始它的預(yù)熱工作，內(nèi)部的一個電流控制型的鋸齒波振蕩電路開始工作，這個鋸齒波振蕩頻率由接至UBA2021引腳12的電容CCF和流出該引腳的電流（主要由外接電阻RRREF）決定，這個鋸齒波振蕩信號頻率經(jīng)2分頻后就是燈負(fù)載的工作頻率，圖3為UBA2021的定時(shí)圖，圖中的時(shí)間tno表示燈電路的死時(shí)間，這個死時(shí)間的大小和第10引腳的IRREF的大小有關(guān)。

（3） UBA2021的預(yù)熱工作模式

UBA2021一開始以2.5

(108kHz)的振蕩頻率開始工作，電路的振蕩頻率隨之下降直至由Ishunt電流預(yù)先設(shè)定的頻率（見圖4和圖6），電路振蕩頻率的下降速率和接至CI引腳14的電容CCI的參數(shù)有關(guān)。在燈電路預(yù)熱工作期間的振蕩頻率大約為90kHz，這個振蕩頻率是大天燈負(fù)載電路的諧振頻率，即這時(shí)燈不發(fā)光，而燈負(fù)載諧振電路由元件L2、C5和燈管的燈絲電阻組成，燈電路的預(yù)熱時(shí)間由接至UBA2021的引腳8的電容CCP的參數(shù)決定，如果把UBA2021的CP引腳8接地，這時(shí)電路將一直處于預(yù)熱工作狀態(tài)，在燈電路的預(yù)熱工作狀態(tài)下，通過檢測電阻Rshunt兩端的電壓和RS引腳9的電壓，可以檢測燈電路的預(yù)熱工作狀態(tài)，并決定V

電壓的大小。如果RS引腳9上的電壓VRS＞

，則電路的振蕩頻率下降，如果VRS＜

，則電路的振蕩頻率上升。

（4） 燈電路的點(diǎn)火工作狀態(tài)

通過檢測UBA2021的RS引腳9的電壓可以檢測燈電路到底是工作于預(yù)熱、點(diǎn)火還是工作狀態(tài)，并可以避免燈電路工作于容性負(fù)載工作模式，通過引腳9RS電壓的控制，可以使燈電路的振蕩頻率向燈電路的工作頻率方向變化（燈電路的工作頻率大約為43kHz），在燈電路的點(diǎn)火工作期間的頻率變化速率要比燈電路的在預(yù)熱期間的頻率變化速率低。在燈電路的振蕩頻率變化期間會掃過燈負(fù)載諧振電路的諧振頻率，燈電路的諧振高電壓最終會點(diǎn)燃燈管。
                                
（5） 燈電路的正常工作狀態(tài)

如果在燈電路的頻率變化期間（指由預(yù)熱、點(diǎn)火期間燈電路的振蕩頻率變化）點(diǎn)燃了燈管，這時(shí)燈電路將工作于正常工作頻率上，UBA2021可以按以下的兩種方式之一進(jìn)入燈電路的正常工作狀態(tài)。

① 如果燈電路還未到達(dá)正常工作頻率范圍（見圖4），則經(jīng)過點(diǎn)火時(shí)間后，燈電路會進(jìn)入正常工作頻率的狀態(tài)。

② 一旦進(jìn)入燈電路的正常工作頻率范圍，而燈電路的正常工作頻率由UBA2021的外圍元件RRREF和CCF決定（見圖6）。

（6） 燈電路的前饋工作頻率

前面提到的決定燈電路振蕩頻率的控制電壓和半橋功率級的供電電壓有關(guān)（見圖5），在前饋工作狀態(tài)下電流控制型振蕩電路的工作電流和流經(jīng)電阻RRHV的參數(shù)有關(guān)，在燈電路的正常工作范圍內(nèi)，燈電路的前饋工作頻率和流經(jīng)電阻RRHV的電流成正比（見圖5）。如果這個電流超過了1.0"1.6mA的工作范圍，則前饋工作頻率被固定。為了避免由于燈電路前饋對供電電壓Vin的影響，在UBA2021的第8引腳CP接了一只電容CCP，同時(shí)電容CCP也和燈電路的預(yù)熱時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間有關(guān)。

（7） 燈電路的容性工作模式保護(hù)

當(dāng)燈電路完成預(yù)熱工作模式后，UBA2021會使燈電路工作于ZVS工作狀態(tài)并避免燈電路過于接近容性工作模式，這個控制功能可以由UBA2021的RS引腳9上的電壓來控制實(shí)現(xiàn)，如果在VT2導(dǎo)通期間，在RS引腳9上的電壓低于

則燈電路就判定電路工作在了容性負(fù)載工作模式，將導(dǎo)致燈電路的工作頻率上升。如果燈電路沒有工作于容性負(fù)載工作模式，則燈電路的工作頻率會朝前饋工作頻率的方向變化，燈電路的工作頻率控制是通過UBA2021的CI引腳14來實(shí)現(xiàn)的。

（8） UBA2021的供電

燈電路一開始工作期間，UBA2021的供電由交流市電經(jīng)整流輸出后的直流電壓經(jīng)電阻RRHV供電，同時(shí)通過UBA2021的內(nèi)部二極管電路為引腳5外接的電容CS9充電，一旦VS引腳5上的電壓超過

，則UBA2021內(nèi)部的振蕩電路開始振蕩，當(dāng)燈電路的預(yù)熱工作時(shí)間結(jié)束，通過UBA2021的內(nèi)部電路將RHV引腳13和VS引腳5相連接，通過電容CS7對電容CS9充電，并且VS引腳5的電壓最大值為

。

（9） USA2021外接功率晶體管MOSFET VT1和VT2的驅(qū)動電壓

UBA2021的高端驅(qū)動電路的供電來自于自舉升壓電容Cboot，在VT2導(dǎo)通期間，通過UBA2021內(nèi)部的自舉升壓二極管對自舉升壓電容Cboot充電，在

電壓的位置，UBA2021內(nèi)部振蕩電路停止振蕩。在燈電路的振蕩頻率小于75kHz時(shí)，VT1、VT2的柵-源驅(qū)動電壓最小值為8V；在振蕩頻率為75"85kHz范圍內(nèi)時(shí)，VT1、VT2的柵-源驅(qū)動電壓最小值為7V；在振蕩頻率大于85kHz時(shí)，VT1、VT2的柵-源驅(qū)動電壓最小值為6V。

（10） 燈電路的工作頻率變化

在燈電路的振蕩工作期間的任一時(shí)刻，燈電路的工作頻率將會被限定在f

f

和之間變化，但是燈電路的工作頻率變化是逐步的，不會發(fā)生頻率跳變，燈電路的工作頻率變化又會使UBA2021的CI引腳14上的電壓發(fā)生變化，如果連接到UBA2021CI引腳14的電容為100nF，這時(shí)燈電路的振蕩頻率為85kHz，會有以下結(jié)論成立。

① 在電路工作的任一時(shí)刻，燈電路的頻率變化速率在15"37.5kHz/ms之間。

② 在電路預(yù)熱工作和正常工作期間，燈電路的頻率變化速率在-6"-15kHz/ms范圍內(nèi)。

③ 在燈電路的點(diǎn)火工作期間，燈電路的頻率變化速率在-150"-375kHz/ms的范圍內(nèi)。

（11） UBA2021的接地PGND引腳7

PGND引腳7是UBA2021的接地點(diǎn)，而UBA2010的SGND引腳11是CI引腳14、CP引腳8、CF引腳12和RREF引腳10的公共地，通過UBA2021的內(nèi)部電路將PGND引腳7和SGND引腳11相連，這樣在使用中就不需要利用外部電路將引腳11和引腳7相連接。

二、UBA2021的典型應(yīng)用電路

UBA2021的典型應(yīng)用電路如圖6所示。