IR21592/IR21593：调光镇流器控制IC的技术解析

在电子工程师的日常设计工作中，调光镇流器控制IC是一个关键的组件，它对于实现灯具的高效、稳定调光起着至关重要的作用。今天，我们就来深入探讨一下国际整流器公司（International Rectifier）推出的IR21592和IR21593这两款调光镇流器控制IC。

文件下载：IR21592PBF.pdf

一、产品概述

IR21592和IR21593是集调光镇流器控制和600V半桥驱动功能于一体的集成电路。其独特的架构采用了无变压器的灯功率传感和调节相位控制技术，大大减少了将非调光镇流器改造为调光镇流器所需的改动。这两款IC具有丰富的外部可编程特性，如预热时间、预热电流、点火到调光时间等，为镇流器设计工程师提供了高度的灵活性。同时，它们还具备全面的保护功能，包括灯故障保护、欠压保护、自动重启、微功率启动、齐纳钳位Vcc和过温保护等，确保了系统的可靠性和稳定性。

二、产品特性

2.1 集成功能

将镇流器控制和半桥驱动集成在一个IC中，简化了电路设计，减少了外部元件的使用，降低了成本和电路板空间。

2.2 无变压器灯功率传感

采用无变压器的灯功率传感技术，提高了系统的效率和可靠性，同时避免了变压器带来的体积和成本问题。

2.3 闭环控制

具备闭环灯功率控制和闭环预热电流控制功能，能够精确地调节灯的功率和预热电流，确保灯的稳定运行。

2.4 可编程特性

支持可编程预热时间、预热电流、点火到调光时间等参数，满足不同应用场景的需求。

2.5 调光控制

提供0.5至5VDC的调光控制输入，实现了平滑的调光效果。

2.6 保护功能

具备全面的保护功能，包括灯故障保护、欠压保护、自动重启、微功率启动、齐纳钳位Vcc和过温保护等，确保了系统的可靠性和稳定性。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

在使用这两款IC时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对器件造成损坏。例如，VB（高端浮动电源电压）的范围为 -0.3V至625V，lOMAX（由于外部功率晶体管米勒效应导致的最大允许输出电流）为 -500mA至500mA等。

3.2 推荐工作条件

为了确保IC的正常工作，需要在推荐的工作条件下使用。例如，Vcc（电源电压）的范围为12.0V至15.6V，Vvco（电压控制振荡器输入电压）的范围为0V至5V等。

3.3 电气参数

文档中详细列出了各种电气参数的典型值和测试条件，如VccUV+（Vcc电源欠压正向阈值）为12.0V至13.0V，IBSFMIN（VBs电源电流，低频）为0等。这些参数对于设计工程师来说是非常重要的参考依据。

四、引脚定义与功能

4.1 引脚分配

IR21592和IR21593采用16引脚DIP和16引脚窄体SOIC封装，每个引脚都有特定的功能。例如，VDC用于线路输入电压检测，VCO是电压控制振荡器输入，CPH是预热定时输入等。

4.2 引脚功能

不同引脚的功能相互配合，实现了IC的各种控制和保护功能。例如，DIM引脚用于0.5至5VDC的调光控制输入，MAX和MIN引脚分别用于设置最大和最小灯功率，SD引脚用于关机输入等。

五、工作模式与原理

5.1 欠压锁定（UVLO）

当VCC电压低于UVLO+阈值时，IC进入欠压锁定状态，此时高低侧驱动输出为低，VCO引脚内部上拉至5V，CPH引脚内部短路到COM，重置预热时间。当VCC电压超过UVLO+阈值且VDC引脚电压超过5.1V时，IC开始正常工作。

5.2 预热（PH）

当VCC超过UVLO+阈值且VDC超过5.1V时，IC进入预热模式。HO和LO以最大工作频率和50%的占空比开始振荡，内部设置的死区时间为2us（IR21592）或1µs（IR21593）。CPH引脚与COM断开，内部1uA电流源对外部电容CPH进行线性充电，直到CPH引脚电压超过5V，预热模式结束。

5.3 点火（IGN）

当CPH引脚电压超过5V时，IC进入点火模式。此时，峰值电流调节参考电压从用户可编程设置切换到内部较高的阈值1.6V。VCO引脚的电容通过内部1uA电流源线性放电，频率向高Q值镇流器输出级的谐振频率线性下降，导致灯电压和负载电流增加。当灯点火或达到IC的电流限制时，点火过程结束。

5.4 点火到调光（IGN-to-DIM）

当IC进入调光模式时，DIM引脚内部连接到CPH引脚。DIM引脚上的电阻（RDIM）将CPH引脚上的电容放电到用户调光设置。通过选择合适的电阻，可以控制调光时间，避免灯闪烁或熄灭。

5.5 调光（DIM）

在调光模式下，通过调节VCO的频率来调节灯的功率。内部15uA电流源在调光模式下连接到VCO引脚，对VCO电容进行放电，使频率向锁定值下降。当达到锁定状态时，相位检测器输出短脉冲，通过内部电阻（RFB）对VCO电容进行充电，使输出级电流的相位与参考相位精确锁定。

六、外部组件选择

6.1 基本选择原则

在选择外部组件时，需要根据具体的应用需求和IC的电气特性进行合理选择。例如，设置Ryac和Rvoc，使VDC引脚的电压在所需的线路开启电压下超过5.1V；RFMIN设置最低工作频率，同时还会影响IMIN和IIPH，因此需要首先设置；RCS设置最大点火电流等。

6.2 详细选择步骤

• 设置VDC引脚电压：通过设置Ryac和Rvoc，确保VDC引脚的电压在所需的线路开启电压下超过5.1V。
• 设置最低工作频率：最低工作频率必须低于f1oos和KGN中的较低值。RFMIN还会影响IMIN和IIPH，因此需要首先设置。
• 设置最大点火电流：RCS设置最大点火电流，该电流对应于灯两端的最大点火电压。
• 设置预热电流参考：IPH引脚的电压是预热模式下振幅电流控制的参考。RIPH必须在FNN设置之后设置。
• 设置预热时间：在预热期间，CPH引脚的内部1.3 µA电流源对外部电容CCPH进行充电。当VCPH超过5.1V时，预热模式结束。
• 设置最小和最大灯功率：RMIN设置当VDIM = 0V时对应于最小灯功率的下相位边界；RMAX设置当VDIM = 5V时对应于最大灯功率的上相位边界。

七、保护功能

7.1 欠压锁定保护

在欠压锁定状态下，IC保持超低静态电流，确保在高低侧输出驱动器激活之前IC完全正常工作。

7.2 欠压保护

除了VCC电压高于启动阈值外，VDC引脚电压也必须高于5.1V，HO和LO才能开始振荡。通过电压分压器（R3，RVDC）和滤波电容（CVDC）监测整流交流线路输入电压，确保在低线条件下灯不会熄灭，并在电压恢复时正确重置IC到预热模式。

7.3 过流保护

在调光过程中，当CS引脚的峰值电压超过1.6V时，IC进入故障模式，高低侧驱动输出HO和LO均关闭。通过循环VCC电源电压低于UVLO或SD引脚电压高于和低于SD+和SD-，可以将IC重置到预热模式。

7.4 过温保护

当结温超过TSD（热关断结温）时，IC进入故障模式，关闭高低侧驱动输出。

八、应用案例

8.1 典型连接

文档中提供了典型的连接图，展示了如何将IR21592/IR21593与外部组件连接，实现调光镇流器的功能。

8.2 波形分析

通过对不同工作模式下的波形进行分析，可以更好地理解IC的工作原理和性能。例如，在预热模式下，HO和LO的输出波形具有特定的频率和占空比；在调光模式下，VCO的频率会根据调光控制信号进行调节。

九、总结

IR21592和IR21593是两款功能强大、性能稳定的调光镇流器控制IC。它们具有丰富的特性和全面的保护功能，为镇流器设计工程师提供了高度的灵活性和可靠性。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和应用场景，合理选择外部组件，设置参数，以确保系统的最佳性能。同时，对于IC的各种保护功能，需要充分理解和利用，以提高系统的可靠性和稳定性。

在设计过程中，你是否遇到过类似IC的应用难题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。