自振荡半桥驱动器IR215X的可变频率驱动技术

摘  要：在功率电路应用中，常常要求开关频率能连续变化。本文介绍了一种采用自振荡半桥驱动器IR215X实现的频率可变的驱动电路，并在高压纳灯电子镇流器上得到了应用。

关键词：IR215X;可变频率;自振荡半桥驱动器

分类号：TM571     文献标识：B    文章编号：1006-6977（2000）10-0030-03

　　在电子镇流器和功率电源电路中，常常要求开关频率在一定范围内连续变化；另一方面，也需要用数字信号控制选择一个或几个特别的驱动开关频率。IR215X自振荡驱动器和IR5XHXXX混合电路与传的桥式电路驱动方法相比，有着明显的优势。本文在讨论集成振荡器的工作原理的基础上，介绍通过简单的技术和廉价的外围电路实现变频驱动的方法。

1 用开关电容法实现频率控制

    我们知道通过改变IR215X的Ct有效电容可以实现频率的改变。因此，我们可以通过一个NPN三极管，并通过在其上串联或并联两个旁路电容的方法来实现频率控制。

    并联开关法控制频率的电路图，图中三极管Q1与辅助电容C2相连接。当Q1截止时，二极管D1隔断，振荡频率升高；当Q1导通时，电路为C1提供充电电流，而二及管D1提供放电回路，此时C1与C2增加了Ct节点的有效电容，因而使开关频率减小。

    如将定时电容C1和C2串联相接，即将C2的一端接至IR215X的COM地端，另一端接至二极管的集电极与C1的接点上，即构成了串联开关法控制电路。

    该电路的二极管D1和三极管Q1可出用一个N沟道的MOSFET管替代，因为MOSFET管中的续流二极管可出起到D1相同的作用，此时值得注意的是截止时输出开关电容COSOS，因为无续流时MOSFET管的输出电容最大。

    无论是串联电容法还是并联电容法，在选择差别较大的频率时，都非常有效。但在需要连续变化的频率时，却存在一定的局限性。连续频率变化要三极管工作线性区，实际上振荡频率是增益开关门限的函数，三极管要进行严格筛选出保证电路的可重复性，但一般来说，这不是最佳方法，通过偏置电压法实现频率的连续变化也许更好。

    在Q1进入线性区，频率开始变化的时刻，会出现输出占空比将暂时偏离正常值50%的现象。这是因为当C2开始工作或结束工作时，C1上的平均电压必须补偿C2上平均电压的变化。而所需的电荷又仅可通过Rt的高低有效时间的不平衡来实现，因而占空比发生变化而偏移。一般而言，这种调整过程时间很短，而且C1和C2相等或处于同个数量级时，占空比偏移很小，时间只需几个周期。若C1和C2相差较大，两个电容中较大者的平均电压恢复时间就较长，因而调整时间也较长。
    在半桥驱动电路中，占空比的变化将改变PWM电路的输出平均电压，这将导致一个低频信号瞬间叠加在高频开关频率上。从而改变电子镇流器中串联谐振LC回路的工作电压。因此，应用谐振回路时，必须仔细选择参数，使之工作于线性区。

2 偏置电压法控制频率连续变化

    引入一个可编程的外部电压信号，可使功率电路的振荡频率在基本区间内连续变化。下面具体介绍其工作原理。

    电容C1与方波信号发生器的输出相连，信号发生器的输出Va与IR215x的Rt端的相位和频率同步，在正向峰值为V1、负向峰值为V2时，偏置电压Vos为Va的峰-峰值，其值等于V1与V2的和。

    当Rt为VCC时，方波信号发生器立即输出一个信号VOS叠加到C1上，使节点Ct的电位上升和时间。当Ct达到上限时，Rt立即下降为0，方波信号发生器的输出为V2，其中偏差为VOS。而上下限所需的电荷也减少了。

    此种情况下，振荡频率比典型的RC结构要高，而且由于充放电时间平衡，振荡信号的占空比将固定在50%不变。

    由于振荡频率是VCC和偏置电压VOS的函数。因而可用偏置电压和电源校正法来改变频率。

2.1 偏置电压和电源校正的频率控制

    当Rt端为高时，方波信号发生吸入充电电流，使得Va=V1；当Rt端为低时，方波信号发生器输出电流，使得Va=V2。无论何种情况，方波信号发生器只起钳位C1的作用。这意味着可出简化为双电位钳位等效电路。振荡频率只与可控制的VCC和VOS有关。

    当VCC上升到大于UVLO时，开始振荡的频率较高。随着VCC的上升，开关频率下降，直到IR2153内部的钳位二极管发生雪崩而阻止电源电压继续上升。使用外置的稳压管校正VCC极限可固定开关频率。如果使控制电源VCC按一定方式上升，就可构成预热启动式荧光灯电子镇流器的频率扫描电路。

    由于采用了小信号齐纳二极管ZD1，从而使偏置电压VOS恒等于Vz+0.6，而固定偏置决定着振荡开关频率与VCC的关系。

2.2 偏置电压VOS校正频率控制一非线性VCO控制

    由于电源调整和偏置电压VOS校正均会导致频率变化，因此，可利用电路构成一个简单的非线性VCO控制器。其中负向钳位电压V2由D1的正向正降决定，正向钳位电压V1由加上Q1基极的控制电压决定。Q1作为一个射术跟随器用于提供足够大的电流增益和驱动。电容C2接在Q1的基极和集电极之间，出钳位V1和消除输入噪声干扰，其取值为100pF以下。若使用带有阻抗的电压源，Q1可用一个由D1型号决定的低压硅等代替。

3 结束语

    采用IR215X构成的可变频率驱动电路在消除高压纳灯电子镇流器中的声频共振现象时得到了很好的应用，是一种简单实用的新型技术。