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摘要:簡單介紹了低壓鹵素燈電子變壓器的...基于IR2161的低壓鹵素燈電子變壓器907
作者:臨沂市電子研究所 毛興武 來源:電源技術應用 發(fā)布時間:2022-10-8 17:06:00
摘 要:簡單介紹了低壓鹵素燈電子變壓器的特點,詳細介紹了基于lR216l控制IC的基本電子變壓器電路原理與設計,同時給出了帶附加功能的電子變壓器電路。
關鍵詞:IR216控制器;低壓照明;電子變壓器
0 引言
鹵素燈也稱為鹵鎢燈。鹵素燈燈絲為鎢絲,燈管內(nèi)除充有適量的氬氣,還充人了溴或碘微量鹵素,故因此而得其名。鹵素燈
2、與白熾燈一樣,屬于熱輻射光源。鹵素燈的光效、壽命和顯色指數(shù)均優(yōu)于普通白熾燈,故在展示廳、商業(yè)廚窗、攝影、攝像、劇院、城市亮化等照明場合,有著廣泛的應用,其作用是其它光源不可替代的。在全球電子鎮(zhèn)流器市場,低壓照明電子變壓器占有10%的份額。
低壓鹵素燈額定工作電壓大多僅為12V。若采用220V的工頻市電供電,需使用笨重的鐵芯(降壓)變壓器。采用電子變壓器替代老式鐵芯變壓器,具有尺寸小、重量輕、節(jié)材、節(jié)電等優(yōu)點。
低壓鹵素燈電子變壓器與熒光燈電子鎮(zhèn)流器一樣,都是將工頻轉(zhuǎn)換為幾十kHz的高頻。在電路結構上二者十分相似,大多都采用半橋逆變拓撲。但是,由于鹵素燈是一種電阻性負
3、載,故鹵素燈電子變壓器與熒光燈電子鎮(zhèn)流器比較,存在一些不同點,具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
1)鹵素燈電子變壓器不需要預熱和觸發(fā)啟動時序;
2)鹵素燈電子變壓器DD總線電壓是全波整流的AC線路電壓,無需大容量濾波電容器;
3)鹵素燈電子變壓器的線路功率因數(shù)接近1,并且無需采用功率因數(shù)校正(PFC);
4)輸出是經(jīng)隔離的高頻低壓,安全性好。
采用分立元器件設計和制作電子變壓器,若使其具有保護功能和調(diào)光功能,需要增加很多元器件?;贗R公司生產(chǎn)的智能半橋驅(qū)動器芯片IR216l的電子變壓器,無需可飽和磁環(huán)變壓器,僅需用少量元器件,則可實現(xiàn)高性能和高可
4、靠及調(diào)光功能。
l 基于IR2161的基本低壓照明電子變壓器電路
圖1所示為基于IR216l的100W/12 V鹵素燈電子變壓器基本電路。
在接通工頻市電電源后,橋式整流器通過Rs的電流除流入IC腳VCC上的啟動電流外,其余的大部分電流對電容CVCC1充電。當IC腳VCC上的電壓達到啟動閾值(11.8 V)后,IC開始工作。一旦IC啟動,由CSNUB、DCP1和DCP2組成的電荷泵電路為IC腳VCC饋送電流。自舉二極管DB和電容CB為IC高側(cè)驅(qū)動器電路供電。齊納二極管DZ用作分流IC過剩電流,以防止IC損壞。
鹵素燈燈絲電阻為帶正溫度系數(shù),在室溫下的“冷
5、電阻”遠小于燈工作時的“熱電阻”。在燈啟動時,會產(chǎn)生較大的浪涌電流,影響燈壽命。但IR2161提供軟啟動操作,可以避免浪涌電流產(chǎn)生。在燈啟動期間,IR2161輸出125 kHz的高頻。由于系統(tǒng)中輸出高頻變壓器T1初級漏感是固定的,在較高的頻率下呈現(xiàn)較高的阻抗,初級繞組上的電壓較低.致使變壓器輸出電壓較低,燈電流較小,同時也避免了保護電路被觸發(fā)。約經(jīng)1 s的時間,電路以較低頻率運行。在此過程中,IC腳3外部電容CSD上的電壓從OV增加到5V。
當空載時,VCSD=OV,振蕩器頻率約60kHz。在最大負載下,VCSD=5V,振蕩器頻率約30kHz。當輸出短路時,大電流流過半橋,被RC
6、S感測。只要IC腳4(CS)上電壓超過1V的門限電平持續(xù)50ms以上的時間,系統(tǒng)將關閉。如果負載超過最大負載的50%,IC腳4上的電壓將超過O 5 V較低的門坎電壓,在經(jīng)0.5S之后,系統(tǒng)將關閉。不論是短路保護還是過載保護,都能自動復位。IR2161還提供過熱關閉功能。當芯片結溫超過135℃的過溫度限制值時,半橋開關將停止工作,以避免MOSFET燒壞。
圖2所示為計算RCS的輸出級電路。在半橋中間點上的電壓為DC總線電壓的1/2。DC總線RMS電壓與AC線路RMS電壓相同,負載上的RMS電壓為AC線路RMS電壓的50%,通過RCS的電流為負載電流的一半。由于負載呈電阻性,電流波形
7、為正弦包跡,半橋輸出占空比為50%,在最大負載上RCS上的峰值電壓VCS(PK)=O.4 V,通過RCS的RMS電流為
對于工作在VAC(RMS)=220 V交流線路電壓下的PLOAD=100W的電子變壓器,電流感測電阻RCS值為
關于輸出變壓器T1的選擇程序如下。
1)在30 kHz和最大負載下,選擇正確的磁芯尺寸,根據(jù)制造者提供的磁芯數(shù)據(jù),確定最大容許功率。
2)計算初級繞組匝數(shù)。初級繞組最少匝數(shù)Np(min)可根據(jù)式(5)計算
式中:VPK為最高峰值總線電壓,可取其為400 V;
Ton(
8、amx)為最大導通時間,其值可選取18μs;
Bmax為最大磁通密度,單位為T,其值可從制造者提供的鐵氧體材料工作在1 00℃時的曲線獲得;
Ae為磁芯有效截面積,單位為m2。
3)計算次級需要的匝數(shù)。次級繞組匝數(shù)NS可按式(6)計算。
式中:VO(RMS)=12V,VAC(RMS)=220 V。
IR公司在參考設計中采用Vogt或Kaschke公司環(huán)形磁芯,初級繞組78匝,次級繞
組8匝,初級與次級繞組之間利用壓塑分離器隔離。
2 增強功能的電子變壓器電路
2.l 帶開路保護的鹵素燈電子變壓器電路
在空載條件下,I
9、C腳VS上的高dv/dt將引起MOSFET發(fā)生硬開關,導致MOSFFT過熱,直至其損壞。為此,可以設置如圖3所示的開路保護電路。在開路情況下,ROC上的峰值電壓足以使二極管Doc導通,并對電容CF充電。只要CF上的電壓超過IC腳VS上的短路保護門限電平,短路保護電路則被觸發(fā),IR2161則關閉。為防止MOSFET過熱,IC將進入50ms導通和1 s關斷的自動重新啟動模式。
2.2 利用頻率調(diào)節(jié)輸出電壓的電子變壓器電路
如果電子變壓器輸出電壓過低,會使燈光變暗;若輸出電壓過高(超過12V額定值的20%),將縮短燈壽命。采用圖4所示的電路提供了較好的解決方案。當輸出電壓
10、過高時,在分壓器電阻R6上的電壓將超過IC3內(nèi)部2.5V的參考值,光電耦合器IC2中光耦晶體管導通,將IC1腳VS上的電位拉低,致使工作頻率升高。由于變壓器T1初級漏感的作用,頻率增加使輸出電壓降低。頻率調(diào)節(jié)電路的加入,將使IR2161的短路關閉保護電路失效。為解決這個問題,加入了由VS1、G5、D7和R3組成的短路保護電路。在短路情況下,晶閘管VS1導通,將IR2161的VCC腳上的電壓拉低到欠電壓鎖定門限電平(10.2V)以下,IC則關閉。
2.3 調(diào)光電子變壓器電路
圖5所示為調(diào)光電子變壓器電路。其中,IC2為低成本開路集電極或漏極輸出雙比較器。由于IC2的加入需汲取電源
11、電流,故IC1腳VCC外部電阻鳳應由270 kΩ(3W)降低到56 kΩ。未經(jīng)濾波的全橋整流輸出電壓通過R3和R4分壓輸入到IC2-1的同相端,IC2-1輸出端電容CT上的電壓為與AC線路電壓半周期同步的鋸齒波信號。該信號輸入到IC2-2的同相端,IC2-2的另一個輸入為電位器RP1分壓的DC電壓。IC2-2的輸出為占空因數(shù)變化的矩形波。當IC2-2輸出高電平時,通過D6將IC1腳VS上的電壓上拉到短路保護電平以上,使IR2161關閉,變壓器次級對燈不再施加電壓。這種調(diào)光方案為后沿模式相位切斷調(diào)光。通過調(diào)節(jié)RP1,可使鹵素燈燈光從零到最大輸出(即從O%到100%)變化,并且消除了燈閃爍。圖6所示為DC總線電壓和燈電壓波形。
與熒光燈調(diào)光電子鎮(zhèn)流器一樣,鹵素燈調(diào)光電子變壓器同樣可根據(jù)IEC929數(shù)字可尋址照明接口(DALI)總線通信協(xié)議,利用微控制器實現(xiàn)全數(shù)字調(diào)光,并且可利用同一個從屬控制系統(tǒng),控制多個電子變壓器。
3 結語
基于智能控制器IR2161的低壓照明電子變壓器,僅需用較少量的元器件,則可以實現(xiàn)短路保護、過載保護、開路保護和過熱保護及調(diào)光功能。