1、 摘要：简单介绍了低压卤素灯电子变压器的.基于IR2161的低压卤素灯电子变压器907作者：临沂市电子研究所 毛兴武 来源：电源技术应用 发布时间：2007-10-8 17:06:00摘 要：简单介绍了低压卤素灯电子变压器的特点，详细介绍了基于lR216l控制IC的基本电子变压器电路原理与设计，同时给出了带附加功能的电子变压器电路。关键词：IR216控制器；低压照明；电子变压器0 引言卤素灯也称为卤钨灯。卤素灯灯丝为钨丝，灯管内除充有适量的氩气，还充人了溴或碘微量卤素，故因此而得其名。卤素灯与白炽灯一样，属于热辐射光源。卤素灯的光效、寿命和显色指数均优于普通白炽灯，故在展示厅、商业厨窗、摄影、
2、摄像、剧院、城市亮化等照明场合，有着广泛的应用，其作用是其它光源不可替代的。在全球电子镇流器市场，低压照明电子变压器占有10的份额。低压卤素灯额定工作电压大多仅为12V。若采用220V的工频市电供电，需使用笨重的铁芯(降压)变压器。采用电子变压器替代老式铁芯变压器，具有尺寸小、重量轻、节材、节电等优点。低压卤素灯电子变压器与荧光灯电子镇流器一样，都是将工频转换为几十kHz的高频。在电路结构上二者十分相似，大多都采用半桥逆变拓扑。但是，由于卤素灯是一种电阻性负载，故卤素灯电子变压器与荧光灯电子镇流器比较，存在一些不同点，具体表现在以下几个方面。1)卤素灯电子变压器不需要预热和触发启动时序；2)卤
3、素灯电子变压器DD总线电压是全波整流的AC线路电压，无需大容量滤波电容器；3)卤素灯电子变压器的线路功率因数接近1，并且无需采用功率因数校正(PFC)；4)输出是经隔离的高频低压，安全性好。采用分立元器件设计和制作电子变压器，若使其具有保护功能和调光功能，需要增加很多元器件。基于IR公司生产的智能半桥驱动器芯片IR216l的电子变压器，无需可饱和磁环变压器，仅需用少量元器件，则可实现高性能和高可靠及调光功能。l 基于IR2161的基本低压照明电子变压器电路图1所示为基于IR216l的100W12 V卤素灯电子变压器基本电路。在接通工频市电电源后，桥式整流器通过Rs的电流除流入IC脚VCC上的启
4、动电流外，其余的大部分电流对电容CVCC1充电。当IC脚VCC上的电压达到启动阈值(118 V)后，IC开始工作。一旦IC启动，由CSNUB、DCP1和DCP2组成的电荷泵电路为IC脚VCC馈送电流。自举二极管DB和电容CB为IC高侧驱动器电路供电。齐纳二极管DZ用作分流IC过剩电流，以防止IC损坏。卤素灯灯丝电阻为带正温度系数，在室温下的“冷电阻”远小于灯工作时的“热电阻”。在灯启动时，会产生较大的浪涌电流，影响灯寿命。但IR2161提供软启动操作，可以避免浪涌电流产生。在灯启动期间，IR2161输出125 kHz的高频。由于系统中输出高频变压器T1初级漏感是固定的，在较高的频率下呈现较高的
5、阻抗，初级绕组上的电压较低致使变压器输出电压较低，灯电流较小，同时也避免了保护电路被触发。约经1 s的时间，电路以较低频率运行。在此过程中，IC脚3外部电容CSD上的电压从OV增加到5V。当空载时，VCSD=OV，振荡器频率约60kHz。在最大负载下，VCSD=5V，振荡器频率约30kHz。当输出短路时，大电流流过半桥，被RCS感测。只要IC脚4(CS)上电压超过1V的门限电平持续50ms以上的时间，系统将关闭。如果负载超过最大负载的50，IC脚4上的电压将超过O 5 V较低的门坎电压，在经05S之后，系统将关闭。不论是短路保护还是过载保护，都能自动复位。IR2161还提供过热关闭功能。当芯片
6、结温超过135的过温度限制值时，半桥开关将停止工作，以避免MOSFET烧坏。图2所示为计算RCS的输出级电路。在半桥中间点上的电压为DC总线电压的12。DC总线RMS电压与AC线路RMS电压相同，负载上的RMS电压为AC线路RMS电压的50，通过RCS的电流为负载电流的一半。由于负载呈电阻性，电流波形为正弦包迹，半桥输出占空比为50，在最大负载上RCS上的峰值电压VCS(PK)=O4 V，通过RCS的RMS电流为对于工作在VAC(RMS)=220 V交流线路电压下的PLOAD=100W的电子变压器，电流感测电阻RCS值为关于输出变压器T1的选择程序如下。1)在30 kHz和最大负载下，选择正确
7、的磁芯尺寸，根据制造者提供的磁芯数据，确定最大容许功率。2)计算初级绕组匝数。初级绕组最少匝数Np(min)可根据式(5)计算式中：VPK为最高峰值总线电压，可取其为400 V；Ton(amx)为最大导通时间，其值可选取18s；Bmax为最大磁通密度，单位为T，其值可从制造者提供的铁氧体材料工作在1 00时的曲线获得；Ae为磁芯有效截面积，单位为m2。3)计算次级需要的匝数。次级绕组匝数NS可按式(6)计算。式中：VO(RMS)=12V，VAC(RMS)=220 V。IR公司在参考设计中采用Vogt或Kaschke公司环形磁芯，初级绕组78匝，次级绕组8匝，初级与次级绕组之间利用压塑分离器隔离
8、。2 增强功能的电子变压器电路2.l 带开路保护的卤素灯电子变压器电路在空载条件下，IC脚VS上的高dvdt将引起MOSFET发生硬开关，导致MOSFFT过热，直至其损坏。为此，可以设置如图3所示的开路保护电路。在开路情况下，ROC上的峰值电压足以使二极管Doc导通，并对电容CF充电。只要CF上的电压超过IC脚VS上的短路保护门限电平，短路保护电路则被触发，IR2161则关闭。为防止MOSFET过热，IC将进入50ms导通和1 s关断的自动重新启动模式。22 利用频率调节输出电压的电子变压器电路如果电子变压器输出电压过低，会使灯光变暗；若输出电压过高(超过12V额定值的20)，将缩短灯寿命。采
9、用图4所示的电路提供了较好的解决方案。当输出电压过高时，在分压器电阻R6上的电压将超过IC3内部25V的参考值，光电耦合器IC2中光耦晶体管导通，将IC1脚VS上的电位拉低，致使工作频率升高。由于变压器T1初级漏感的作用，频率增加使输出电压降低。频率调节电路的加入，将使IR2161的短路关闭保护电路失效。为解决这个问题，加入了由VS1、G5、D7和R3组成的短路保护电路。在短路情况下，晶闸管VS1导通，将IR2161的VCC脚上的电压拉低到欠电压锁定门限电平(102V)以下，IC则关闭。2.3 调光电子变压器电路图5所示为调光电子变压器电路。其中，IC2为低成本开路集电极或漏极输出双比较器。由
10、于IC2的加入需汲取电源电流，故IC1脚VCC外部电阻凤应由270 k(3W)降低到56 k。未经滤波的全桥整流输出电压通过R3和R4分压输入到IC2-1的同相端，IC2-1输出端电容CT上的电压为与AC线路电压半周期同步的锯齿波信号。该信号输入到IC2-2的同相端，IC2-2的另一个输入为电位器RP1分压的DC电压。IC2-2的输出为占空因数变化的矩形波。当IC2-2输出高电平时，通过D6将IC1脚VS上的电压上拉到短路保护电平以上，使IR2161关闭，变压器次级对灯不再施加电压。这种调光方案为后沿模式相位切断调光。通过调节RP1，可使卤素灯灯光从零到最大输出(即从O到100)变化，并且消除了灯闪烁。图6所示为DC总线电压和灯电压波形。与荧光灯调光电子镇流器一样，卤素灯调光电子变压器同样可根据IEC929数字可寻址照明接口(DALI)总线通信协议，利用微控制器实现全数字调光，并且可利用同一个从属控制系统，控制多个电子变压器。3 结语基于智能控制器IR2161的低压照明电子变压器，仅需用较少量的元器件，则可以实现短路保护、过载保护、开路保护和过热保护及调光功能。
