日光灯电子镇流器电路工作原理与应用详解

    下面我们将以一个典型的整流器控制集成电路UBA2021为例对电子整流器进行比较详细的介绍。

    一、UBA2021的特点与工作原理

    1、 UBA2021的特点

    UBA2021是用于CFL型荧光灯和TL型荧光灯电子镇流器用控制集成电路，含有驱动外围半桥功率晶体管、振荡电路和用于灯管预热、点火、正常工作和灯电路故障保护的有关控制功能。可用于交流市电输入电压高达240Vrms的应用场合。它的预热工作频率为108kHz，正常工作频率为43kHz，驱动信号死时间为1.4μs。

    利用UBA2021可以调节灯电路的预热时间和点火时间，调节灯电路的灯预热电流和灯负载输出功率（调光），由UBA2021组成的灯电路具有过温度保护控制功能、灯电路容性工作模式保护和外接功率晶体管MOSFET驱动电压过低等故障工作状态的保护控制功能。

    UBA2021有DIP14和SO14两种封装形式，引脚图如图1所示，工作框图如图2所示，引脚功能如表1所示，电路主要技术参数如表2所示。











    2、 UBA2021的工作原理

    （1） UBA2021启动

    通过接至供电电源正极的电阻RRHV（见图6）和接至引脚5的电容CS9，UBA2021可以完成灯电路的启动控制，在电路刚一启动期间，MOSFET晶体管VT2导通，而MOSFET晶体管VT1不导通，以确保自举升压Cboot的充电。在电路的启动工作状态，UBA2021复位，当UBA2021的引脚5的电压为时，UBA2021开始被复位，直至引脚5的电压为，UBA2021开始它的启动工作。

    （2） 电路振荡

    当UBA2021的引脚5VS的电压达到电压时，UBA2021开始它的预热工作，内部的一个电流控制型的锯齿波振荡电路开始工作，这个锯齿波振荡频率由接至UBA2021引脚12的电容CCF和流出该引脚的电流（主要由外接电阻RRREF）决定，这个锯齿波振荡信号频率经2分频后就是灯负载的工作频率，图3为UBA2021的定时图，图中的时间tno表示灯电路的死时间，这个死时间的大小和第10引脚的IRREF的大小有关。



    （3） UBA2021的预热工作模式

    UBA2021一开始以2.5(108kHz)的振荡频率开始工作，电路的振荡频率随之下降直至由Ishunt电流预先设定的频率（见图4和图6），电路振荡频率的下降速率和接至CI引脚14的电容CCI的参数有关。在灯电路预热工作期间的振荡频率大约为90kHz，这个振荡频率是大天灯负载电路的谐振频率，即这时灯不发光，而灯负载谐振电路由元件L2、C5和灯管的灯丝电阻组成，灯电路的预热时间由接至UBA2021的引脚8的电容CCP的参数决定，如果把UBA2021的CP引脚8接地，这时电路将一直处于预热工作状态，在灯电路的预热工作状态下，通过检测电阻Rshunt两端的电压和RS引脚9的电压，可以检测灯电路的预热工作状态，并决定V电压的大小。如果RS引脚9上的电压VRS＞，则电路的振荡频率下降，如果VRS＜，则电路的振荡频率上升。



    （4） 灯电路的点火工作状态

    通过检测UBA2021的RS引脚9的电压可以检测灯电路到底是工作于预热、点火还是工作状态，并可以避免灯电路工作于容性负载工作模式，通过引脚9RS电压的控制，可以使灯电路的振荡频率向灯电路的工作频率方向变化（灯电路的工作频率大约为43kHz），在灯电路的点火工作期间的频率变化速率要比灯电路的在预热期间的频率变化速率低。在灯电路的振荡频率变化期间会扫过灯负载谐振电路的谐振频率，灯电路的谐振高电压最终会点燃灯管。
                                
    （5） 灯电路的正常工作状态

    如果在灯电路的频率变化期间（指由预热、点火期间灯电路的振荡频率变化）点燃了灯管，这时灯电路将工作于正常工作频率上，UBA2021可以按以下的两种方式之一进入灯电路的正常工作状态。

    ① 如果灯电路还未到达正常工作频率范围（见图4），则经过点火时间后，灯电路会进入正常工作频率的状态。

    ② 一旦进入灯电路的正常工作频率范围，而灯电路的正常工作频率由UBA2021的外围元件RRREF和CCF决定（见图6）。

    （6） 灯电路的前馈工作频率

    前面提到的决定灯电路振荡频率的控制电压和半桥功率级的供电电压有关（见图5），在前馈工作状态下电流控制型振荡电路的工作电流和流经电阻RRHV的参数有关，在灯电路的正常工作范围内，灯电路的前馈工作频率和流经电阻RRHV的电流成正比（见图5）。如果这个电流超过了1.0"1.6mA的工作范围，则前馈工作频率被固定。为了避免由于灯电路前馈对供电电压Vin的影响，在UBA2021的第8引脚CP接了一只电容CCP，同时电容CCP也和灯电路的预热时间和点火时间有关。



    （7） 灯电路的容性工作模式保护

    当灯电路完成预热工作模式后，UBA2021会使灯电路工作于ZVS工作状态并避免灯电路过于接近容性工作模式，这个控制功能可以由UBA2021的RS引脚9上的电压来控制实现，如果在VT2导通期间，在RS引脚9上的电压低于则灯电路就判定电路工作在了容性负载工作模式，将导致灯电路的工作频率上升。如果灯电路没有工作于容性负载工作模式，则灯电路的工作频率会朝前馈工作频率的方向变化，灯电路的工作频率控制是通过UBA2021的CI引脚14来实现的。

    （8） UBA2021的供电

    灯电路一开始工作期间，UBA2021的供电由交流市电经整流输出后的直流电压经电阻RRHV供电，同时通过UBA2021的内部二极管电路为引脚5外接的电容CS9充电，一旦VS引脚5上的电压超过，则UBA2021内部的振荡电路开始振荡，当灯电路的预热工作时间结束，通过UBA2021的内部电路将RHV引脚13和VS引脚5相连接，通过电容CS7对电容CS9充电，并且VS引脚5的电压最大值为
。

    （9） USA2021外接功率晶体管MOSFET VT1和VT2的驱动电压

    UBA2021的高端驱动电路的供电来自于自举升压电容Cboot，在VT2导通期间，通过UBA2021内部的自举升压二极管对自举升压电容Cboot充电，在电压的位置，UBA2021内部振荡电路停止振荡。在灯电路的振荡频率小于75kHz时，VT1、VT2的栅-源驱动电压最小值为8V；在振荡频率为75"85kHz范围内时，VT1、VT2的栅-源驱动电压最小值为7V；在振荡频率大于85kHz时，VT1、VT2的栅-源驱动电压最小值为6V。

    （10） 灯电路的工作频率变化

    在灯电路的振荡工作期间的任一时刻，灯电路的工作频率将会被限定在ff和之间变化，但是灯电路的工作频率变化是逐步的，不会发生频率跳变，灯电路的工作频率变化又会使UBA2021的CI引脚14上的电压发生变化，如果连接到UBA2021CI引脚14的电容为100nF，这时灯电路的振荡频率为85kHz，会有以下结论成立。

    ① 在电路工作的任一时刻，灯电路的频率变化速率在15"37.5kHz/ms之间。

    ② 在电路预热工作和正常工作期间，灯电路的频率变化速率在-6"-15kHz/ms范围内。

    ③ 在灯电路的点火工作期间，灯电路的频率变化速率在-150"-375kHz/ms的范围内。

    （11） UBA2021的接地PGND引脚7

    PGND引脚7是UBA2021的接地点，而UBA2010的SGND引脚11是CI引脚14、CP引脚8、CF引脚12和RREF引脚10的公共地，通过UBA2021的内部电路将PGND引脚7和SGND引脚11相连，这样在使用中就不需要利用外部电路将引脚11和引脚7相连接。

    二、UBA2021的典型应用电路

    UBA2021的典型应用电路如图6所示。