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IR2520D是美国国际整流器(IR)公司最近研制的荧光灯电子镇流器控制器和半桥驱动器单片IC。该新型器件的主要特点是含有自适应零电压开关(ZVS)和波峰因数(即峰值电流与平均电流之比值)过电流保护。IR2520D的核心是一个0～5V的压控振荡器(VCO)，其最低频率(即灯正常燃点时的输出频率)可由外部电阻来编程。IR2520D的半桥驱动器输出专门用作驱动MOSFET或IGBT。IR2520D仅需要用很少量的元件，即可组成高性能和高可靠的荧光灯电子镇流器。
1.内部结构与引脚功能
IR2520D采用8引脚PDIP和SOIC封装，在芯片上集成了电压控制振荡器、600V半桥驱动器、外部低端MOSFET电流感测(即VS感测)电路、自适应ZVS逻辑和故障逻辑电路及自举二极管等，其内部结构及引脚排列如图1所示。引脚功能如表1所示。
2.主要特点及工作条件
IR2520D的主要特点如下：
(1)将自适应镇流器控制器和600V半桥驱动器集成在同一芯片上，自适应ZVS使功率开关MOSFET有最低的功率损耗；(2)在Vcc脚内置15.6V的齐纳二极管，将IC电源电压箝位在15.6V的电平上；(3)VCO的最低频率(即荧光灯正常点燃时的工作频率)可通过FMIN脚外部电阻编程设定；(4)内置电流感测和波峰因数过电流保护及自举二极管，从而使外部元件减少到最小化；(5)微功率启动(启动电流仅约150μA)。IR2520D的推荐工作条件如表2所列。
3.应用电路
IR2520D的典型应用电路如图2所示。图中，D1~D4为桥式整流器，C1和L1为LC滤波电路，IR2520D及功率MOSFET(Q1、Q2)等组成半桥式变换器，L2和C6组成LC串联谐振网络(在灯启动之后，L2起限流作用)。
(1)运行模式
IR2520D及其应用电路的工作原理可通过运行模式来说明。
欠压锁定(UVLO)模式 在电子镇流器接通AC线路之后，通过IC脚Vcc上电阻R1的电流对电容C2充电。在C2上电压被充电到13.2V以上时，IR2520D导通，内部VCO启动。一旦脚Vcc上的电压降至10.5V的门限(UVLO-)以下，IC则进入UVLO状态。在此模式下，IC仅消耗约150μA的静态电流，脚4上电压VCO和脚3上电压VFMIN均为0V。
IR2520D内部自举二极管和脚VB与脚VS之间的外部自举电容C4为IC中高端驱动器提供电源电压。电容C5和二极管D5及D6组成电荷泵电路，为IC中低端驱动器提供工作电压，并通过D6施加到Vcc脚。在电路启动之后，半桥中低端开关(Q2)首先导通，Vcc经IC内自举二极管对C4充电。当C4上电压充电至9V以上时，高端驱动器被赋能，在脚HO上产生脉冲驱动Q1导通。在Q1导通时，Q2截止。如此周而复始，Q1和Q2轮流导通，输出交变高频信号。
频率扫描模式 当Vcc脚上电压超过13.2V(UVLO+)门限后，一个内部电流源对脚VCO外部电容C3充电，脚VCO上电压沿向上斜坡线性升高，振荡频率则沿向下斜坡下降，向镇流器输出级高Q值LC谐振频率移动。当VCO脚上电压超过2V时，波峰因数检测和ZVS都被赋能。随VCO脚上电压继续升高，频率继续降低，直到L2和C6及C7与C8组成的LC电路发生串联谐振，在C6两端产生一个高压脉冲使灯管击穿则点燃。由于C7=C8＞＞C6，谐振频率主要由L2和灯启动电容C6决定(fo≈1/2π√L2·C6)。灯一旦引燃，L2只起镇流作用。
若灯点火成功，脚VCO上电压则继续升高，直到被内部限制在5.2V的电平上，而频率继续下降，最后停留在由脚FMIN外部电阻设定的最低频率fmin上。所期望的灯预热时间，可通过调节脚VCO上电容C3(即调节VCO脚上电压上升斜率〉来设定。
正常运行(即灯燃点)模式 在灯启动之后，LC串联电路失谐，频率降至fmin，系统进入正常运行模式。此时，VCO脚上电压被限制在5.2V。镇流器交付给灯管的功率由DC干线电压、扼流圈L2和fmin值决定，并应与灯额定功率尽量匹配。
如果在运行期间发生非零电压开关，例如，在LO导通之前，有一个电压横跨外部开关(在非交迭死区时间之内没能转向COM电平)，则被VS脚内部电路感测，通过自适应ZVS逻辑电路闭环控制，最终能保持ZVS操作。
故障模式 在灯达到寿终(EOL)或在故障条件下，灯不能被启动引燃。在灯点火期间，灯电压和输出级电流增加，引起谐振电感器饱和或发生电容性模式开关。一旦发生这种情况，半桥低端开关MOSFET(Q2)的电流增加，在Q2导通电阻RDS(ON)上的压降增大，从而被VS脚内部电路感测。利用RDS(ON)检测电流，可省略Q2源极串联的电流传感电阻。只要通过低端开关Q2的峰值电流超过平均电流的3倍(即波峰因数等于3以上)，经低端开关约70个周期，IC进入故障模式，脚HO和脚LO均被锁定在低电平，Q1和Q2截止，从而实现波峰因数过电流保护功能。
如果灯丝烧断或灯阴极开路，在半桥将发生硬开关。IC的波峰因数检测电路将检测这个条件，在故障发生约70个开关周期之后，IC将关闭在脚HO和脚LO上的输出，Q1和Q2截止。
IR2520D的工作状态运行图见图3。利用该图可以明晰IC的四种工作模式及其相互关系，有助于理解其操作原理。
(2)元件的选择
IC启动元件R1和C2 IC电源电流Icc最大不超过20mA，推荐值不超过10mA，但Icc不能太小，可选择R1=33～68kΩ(1/2W)。电容C2应足够大，以保证在AC线路半周期内使Vcc脚上电压在UVLO门限(10.5V)以上，可选22～47μF。
功率MOSFET的选择 IR2520D主要用作驱动40W以下尤其是紧凑型荧光灯，Q1和Q2选择视灯功率而定，通常可以选用耐压高于400V、额定漏极电流ID为1～4A的MOSFET。例如，当灯功率为13～28W时，可选用IRFC420型MOSFET(VDSS≥500V，ID≤2.4A)。
谐振元件L2和C6的选择 当灯功率在20W以下时，扼流圈L2的电感值约为2～3.5mH，灯启动电容C6容量为2.2～4.7nF(耐压高于400V)；若灯功率大于20W，L2电感值则低于2mH(通过调试确定)，C6容值为4.7～6.8nF。若出现灯管两端亮而中间不亮，需降低C6的容量。
最低频率设定电阻R2的选择 推荐R2取10～100kΩ。当选择R2为82kΩ时，振荡器最低频率为35kHz，最高频率为100kHz。
1.内部结构与引脚功能
IR2520D采用8引脚PDIP和SOIC封装，在芯片上集成了电压控制振荡器、600V半桥驱动器、外部低端MOSFET电流感测(即VS感测)电路、自适应ZVS逻辑和故障逻辑电路及自举二极管等，其内部结构及引脚排列如图1所示。引脚功能如表1所示。
2.主要特点及工作条件
IR2520D的主要特点如下：
(1)将自适应镇流器控制器和600V半桥驱动器集成在同一芯片上，自适应ZVS使功率开关MOSFET有最低的功率损耗；(2)在Vcc脚内置15.6V的齐纳二极管，将IC电源电压箝位在15.6V的电平上；(3)VCO的最低频率(即荧光灯正常点燃时的工作频率)可通过FMIN脚外部电阻编程设定；(4)内置电流感测和波峰因数过电流保护及自举二极管，从而使外部元件减少到最小化；(5)微功率启动(启动电流仅约150μA)。IR2520D的推荐工作条件如表2所列。
3.应用电路
IR2520D的典型应用电路如图2所示。图中，D1~D4为桥式整流器，C1和L1为LC滤波电路，IR2520D及功率MOSFET(Q1、Q2)等组成半桥式变换器，L2和C6组成LC串联谐振网络(在灯启动之后，L2起限流作用)。
(1)运行模式
IR2520D及其应用电路的工作原理可通过运行模式来说明。
欠压锁定(UVLO)模式 在电子镇流器接通AC线路之后，通过IC脚Vcc上电阻R1的电流对电容C2充电。在C2上电压被充电到13.2V以上时，IR2520D导通，内部VCO启动。一旦脚Vcc上的电压降至10.5V的门限(UVLO-)以下，IC则进入UVLO状态。在此模式下，IC仅消耗约150μA的静态电流，脚4上电压VCO和脚3上电压VFMIN均为0V。
IR2520D内部自举二极管和脚VB与脚VS之间的外部自举电容C4为IC中高端驱动器提供电源电压。电容C5和二极管D5及D6组成电荷泵电路，为IC中低端驱动器提供工作电压，并通过D6施加到Vcc脚。在电路启动之后，半桥中低端开关(Q2)首先导通，Vcc经IC内自举二极管对C4充电。当C4上电压充电至9V以上时，高端驱动器被赋能，在脚HO上产生脉冲驱动Q1导通。在Q1导通时，Q2截止。如此周而复始，Q1和Q2轮流导通，输出交变高频信号。
频率扫描模式 当Vcc脚上电压超过13.2V(UVLO+)门限后，一个内部电流源对脚VCO外部电容C3充电，脚VCO上电压沿向上斜坡线性升高，振荡频率则沿向下斜坡下降，向镇流器输出级高Q值LC谐振频率移动。当VCO脚上电压超过2V时，波峰因数检测和ZVS都被赋能。随VCO脚上电压继续升高，频率继续降低，直到L2和C6及C7与C8组成的LC电路发生串联谐振，在C6两端产生一个高压脉冲使灯管击穿则点燃。由于C7=C8＞＞C6，谐振频率主要由L2和灯启动电容C6决定(fo≈1/2π√L2·C6)。灯一旦引燃，L2只起镇流作用。
若灯点火成功，脚VCO上电压则继续升高，直到被内部限制在5.2V的电平上，而频率继续下降，最后停留在由脚FMIN外部电阻设定的最低频率fmin上。所期望的灯预热时间，可通过调节脚VCO上电容C3(即调节VCO脚上电压上升斜率〉来设定。
正常运行(即灯燃点)模式 在灯启动之后，LC串联电路失谐，频率降至fmin，系统进入正常运行模式。此时，VCO脚上电压被限制在5.2V。镇流器交付给灯管的功率由DC干线电压、扼流圈L2和fmin值决定，并应与灯额定功率尽量匹配。
如果在运行期间发生非零电压开关，例如，在LO导通之前，有一个电压横跨外部开关(在非交迭死区时间之内没能转向COM电平)，则被VS脚内部电路感测，通过自适应ZVS逻辑电路闭环控制，最终能保持ZVS操作。
故障模式 在灯达到寿终(EOL)或在故障条件下，灯不能被启动引燃。在灯点火期间，灯电压和输出级电流增加，引起谐振电感器饱和或发生电容性模式开关。一旦发生这种情况，半桥低端开关MOSFET(Q2)的电流增加，在Q2导通电阻RDS(ON)上的压降增大，从而被VS脚内部电路感测。利用RDS(ON)检测电流，可省略Q2源极串联的电流传感电阻。只要通过低端开关Q2的峰值电流超过平均电流的3倍(即波峰因数等于3以上)，经低端开关约70个周期，IC进入故障模式，脚HO和脚LO均被锁定在低电平，Q1和Q2截止，从而实现波峰因数过电流保护功能。
如果灯丝烧断或灯阴极开路，在半桥将发生硬开关。IC的波峰因数检测电路将检测这个条件，在故障发生约70个开关周期之后，IC将关闭在脚HO和脚LO上的输出，Q1和Q2截止。
IR2520D的工作状态运行图见图3。利用该图可以明晰IC的四种工作模式及其相互关系，有助于理解其操作原理。
(2)元件的选择
IC启动元件R1和C2 IC电源电流Icc最大不超过20mA，推荐值不超过10mA，但Icc不能太小，可选择R1=33～68kΩ(1/2W)。电容C2应足够大，以保证在AC线路半周期内使Vcc脚上电压在UVLO门限(10.5V)以上，可选22～47μF。
功率MOSFET的选择 IR2520D主要用作驱动40W以下尤其是紧凑型荧光灯，Q1和Q2选择视灯功率而定，通常可以选用耐压高于400V、额定漏极电流ID为1～4A的MOSFET。例如，当灯功率为13～28W时，可选用IRFC420型MOSFET(VDSS≥500V，ID≤2.4A)。
谐振元件L2和C6的选择 当灯功率在20W以下时，扼流圈L2的电感值约为2～3.5mH，灯启动电容C6容量为2.2～4.7nF(耐压高于400V)；若灯功率大于20W，L2电感值则低于2mH(通过调试确定)，C6容值为4.7～6.8nF。若出现灯管两端亮而中间不亮，需降低C6的容量。
最低频率设定电阻R2的选择 推荐R2取10～100kΩ。当选择R2为82kΩ时，振荡器最低频率为35kHz，最高频率为100kHz。