自振蕩半橋驅動器IR215X的可變頻率驅動技術

摘  要：在功率電路應用中，常常要求開關頻率能連續變化。本文介紹了一種采用自振蕩半橋驅動器IR215X實現的頻率可變的驅動電路，并在高壓納燈電子鎮流器上得到了應用。

關鍵詞：IR215X;可變頻率;自振蕩半橋驅動器

分類號：TM571     文獻標識：B    文章編號：1006-6977（2000）10-0030-03

　　在電子鎮流器和功率電源電路中，常常要求開關頻率在一定范圍內連續變化；另一方面，也需要用數字信號控制選擇一個或幾個特別的驅動開關頻率。IR215X自振蕩驅動器和IR5XHXXX混合電路與傳的橋式電路驅動方法相比，有著明顯的優勢。本文在討論集成振蕩器的工作原理的基礎上，介紹通過簡單的技術和廉價的外圍電路實現變頻驅動的方法。

1 用開關電容法實現頻率控制

    我們知道通過改變IR215X的Ct有效電容可以實現頻率的改變。因此，我們可以通過一個NPN三極管，并通過在其上串聯或并聯兩個旁路電容的方法來實現頻率控制。

    并聯開關法控制頻率的電路圖，圖中三極管Q1與輔助電容C2相連接。當Q1截止時，二極管D1隔斷，振蕩頻率升高；當Q1導通時，電路為C1提供充電電流，而二及管D1提供放電回路，此時C1與C2增加了Ct節點的有效電容，因而使開關頻率減小。

    如將定時電容C1和C2串聯相接，即將C2的一端接至IR215X的COM地端，另一端接至二極管的集電極與C1的接點上，即構成了串聯開關法控制電路。

    該電路的二極管D1和三極管Q1可出用一個N溝道的MOSFET管替代，因為MOSFET管中的續流二極管可出起到D1相同的作用，此時值得注意的是截止時輸出開關電容COSOS，因為無續流時MOSFET管的輸出電容最大。

    無論是串聯電容法還是并聯電容法，在選擇差別較大的頻率時，都非常有效。但在需要連續變化的頻率時，卻存在一定的局限性。連續頻率變化要三極管工作線性區，實際上振蕩頻率是增益開關門限的函數，三極管要進行嚴格篩選出保證電路的可重復性，但一般來說，這不是最佳方法，通過偏置電壓法實現頻率的連續變化也許更好。

    在Q1進入線性區，頻率開始變化的時刻，會出現輸出占空比將暫時偏離正常值50%的現象。這是因為當C2開始工作或結束工作時，C1上的平均電壓必須補償C2上平均電壓的變化。而所需的電荷又僅可通過Rt的高低有效時間的不平衡來實現，因而占空比發生變化而偏移。一般而言，這種調整過程時間很短，而且C1和C2相等或處于同個數量級時，占空比偏移很小，時間只需幾個周期。若C1和C2相差較大，兩個電容中較大者的平均電壓恢復時間就較長，因而調整時間也較長。
    在半橋驅動電路中，占空比的變化將改變PWM電路的輸出平均電壓，這將導致一個低頻信號瞬間疊加在高頻開關頻率上。從而改變電子鎮流器中串聯諧振LC回路的工作電壓。因此，應用諧振回路時，必須仔細選擇參數，使之工作于線性區。

2 偏置電壓法控制頻率連續變化

    引入一個可編程的外部電壓信號，可使功率電路的振蕩頻率在基本區間內連續變化。下面具體介紹其工作原理。

    電容C1與方波信號發生器的輸出相連，信號發生器的輸出Va與IR215x的Rt端的相位和頻率同步，在正向峰值為V1、負向峰值為V2時，偏置電壓Vos為Va的峰-峰值，其值等于V1與V2的和。

    當Rt為VCC時，方波信號發生器立即輸出一個信號VOS疊加到C1上，使節點Ct的電位上升和時間。當Ct達到上限時，Rt立即下降為0，方波信號發生器的輸出為V2，其中偏差為VOS。而上下限所需的電荷也減少了。

    此種情況下，振蕩頻率比典型的RC結構要高，而且由于充放電時間平衡，振蕩信號的占空比將固定在50%不變。

    由于振蕩頻率是VCC和偏置電壓VOS的函數。因而可用偏置電壓和電源校正法來改變頻率。

2.1 偏置電壓和電源校正的頻率控制

    當Rt端為高時，方波信號發生吸入充電電流，使得Va=V1；當Rt端為低時，方波信號發生器輸出電流，使得Va=V2。無論何種情況，方波信號發生器只起鉗位C1的作用。這意味著可出簡化為雙電位鉗位等效電路。振蕩頻率只與可控制的VCC和VOS有關。

    當VCC上升到大于UVLO時，開始振蕩的頻率較高。隨著VCC的上升，開關頻率下降，直到IR2153內部的鉗位二極管發生雪崩而阻止電源電壓繼續上升。使用外置的穩壓管校正VCC極限可固定開關頻率。如果使控制電源VCC按一定方式上升，就可構成預熱啟動式熒光燈電子鎮流器的頻率掃描電路。

    由于采用了小信號齊納二極管ZD1，從而使偏置電壓VOS恒等于Vz+0.6，而固定偏置決定著振蕩開關頻率與VCC的關系。

2.2 偏置電壓VOS校正頻率控制一非線性VCO控制

    由于電源調整和偏置電壓VOS校正均會導致頻率變化，因此，可利用電路構成一個簡單的非線性VCO控制器。其中負向鉗位電壓V2由D1的正向正降決定，正向鉗位電壓V1由加上Q1基極的控制電壓決定。Q1作為一個射術跟隨器用于提供足夠大的電流增益和驅動。電容C2接在Q1的基極和集電極之間，出鉗位V1和消除輸入噪聲干擾，其取值為100pF以下。若使用帶有阻抗的電壓源，Q1可用一個由D1型號決定的低壓硅等代替。

3 結束語

    采用IR215X構成的可變頻率驅動電路在消除高壓納燈電子鎮流器中的聲頻共振現象時得到了很好的應用，是一種簡單實用的新型技術。