基于IR2166的色選機17米光源燈管鎮(zhèn)流器設計

1、基于ir2166的色選機1.7米光源燈管鎮(zhèn)流器設計【摘要】介紹ir2166鎮(zhèn)流器控制器特點;根據(jù)色選機對熒光燈光源的要求， 依據(jù)1.7米55w燈管的參數(shù)，詳細闡述基于ir2166完成集有源功率因數(shù)(pfc)、 驅(qū)動控制及完善保護于一體的達到色選機光源要求的1.7米熒光燈管鎮(zhèn)流器設 計?！娟P鍵詞】ir2166;色選機l7米光源燈管麒流器;設計abstract： introduction of ir2166 ballast controller;according to the color sorter on the fluorescent light requirements, the para

2、meters of 1.7 meters 55w lamp, ir2166 is described in detail based on the complete set of active power factor (pfc), the drive control and to design 1.7 meters fluorescent lamp ballast color sorter light requirements of the perfect protection together.key words： ir2166;1.7 meters light source lamp c

3、olor sortcr;ballast;dcsign1.引言色選機是對大米、葡萄干等顆粒狀物料進行良品分選或分級分選的設備。通 常采用熒光燈管做照明光源，對滑落流動的待分選顆粒物料做照明，以光電池或 ccd器件采集流動物料的圖像，根據(jù)物料圖像的亮度或色度差異將表面顏色不 同的物料顆粒進行分辨和區(qū)分，然后用噴氣閥將非良品或待分離品剔除，從而實 現(xiàn)良品或分級的分選處理。很顯然，物料的圖像質(zhì)量影響著良品與非良品的分辨, 從而影響著色選機對物料的分選效果。在色選機的光源應用場合下，對熒光燈光 源的驅(qū)動性能有特定的要求。色選機的產(chǎn)量與處理的通道數(shù)量有關，3.54噸/小時分選產(chǎn)量的色選機， 需要約250通

4、道處理。此產(chǎn)量的色選機在色選機系列中屬中型產(chǎn)能，可滿足日產(chǎn) 量7080噸的中小型米廠的分選需求，此規(guī)格色選機照明光源采用的是1.7米 熒光燈管，功率為55w,需要設計、研制專門匹配該1.7米熒光燈管的鎮(zhèn)流器， 以實現(xiàn)此規(guī)格色選機光源照明要求。色選機光源耍求:(1) 發(fā)光頻率要求30khz,光源頻率要求是510倍圖像行掃頻率，以消 除頻閃效應；(2)光源要求穩(wěn)定且紋波低；(3)鎮(zhèn)流器工作可靠(4)輸入交流電 壓過低或過高和燈管的各種不良情況，鎮(zhèn)流器都能夠進行保護，而不致?lián)p壞。色選機光源1.7米熒光燈管鎮(zhèn)流器必須以專用控制電路為基礎。市場上可供 選擇的鎮(zhèn)流器控制器芯片如上海復旦微電子公司的fm28

5、22、美國ir的ir2156. ir2166、徳國infineon的icb1f02g等等，都是鎮(zhèn)流器控制器具右代表性的芯片。2.ir2166主耍特點ir2166鎮(zhèn)流器控制器集成了功率因數(shù)校正(pfc)和600v半橋張動器，采 用16腳dip和soic封裝。從上電開始到正常運行按模式轉(zhuǎn)換工作。主要特點 如下：(1) 具冇欠壓關斷(uvlo)模式、預熱(ph)模式、觸發(fā)(ign)模式、 運行(run)模式、故障(fault)模式；(2) 預熱頻率、預惹時間、運行頻率等各種參數(shù)均可利用外部元件設定， 為鎮(zhèn)流器設計提供了高度的靈活性；(3) 過電流保護和燈壽命保護可調(diào)，可以根據(jù)燈管的應用場合設定；(4

6、) 提供燈觸發(fā)失敗、燈絲不良、燈在工作中出現(xiàn)異常、輸入交流屯壓過 高或過低、vcc欠壓鎖定(vcc欠壓關斷門限最大10.7v);(5) 芯片內(nèi)部vcc置有15.6v穩(wěn)壓二極管，提供內(nèi)部各部分電路的工作電 源。工作模式如圖1所示:圖1工作模式圖2基于ir2166的1.7米55w色選機光源燈管鎮(zhèn)流器電路3基于ir2166的l7米色選機光源燈管鎮(zhèn)流器由ir2166控制器為核心組成的1.7米55w色選機光源燈管鎮(zhèn)流器電路如圖 2所示，圖屮均標岀了元件的編號和設計參數(shù)值。3.1鎮(zhèn)流器電路工作原理交流輸入電壓(輸入范圍85v265v)經(jīng)bx保險、安規(guī)電容c1濾波進入 橋式整流橋p,輸出脈動直流電壓，其一，

7、為半橋驅(qū)動器供電;經(jīng)r1對接于ir2166 的vcc引腳13的c9、cio充電，當c9上的電壓超過vcc正欠壓門限(典型值 11.5v)吋,ir2166控制器的內(nèi)部振蕩器起振,在ir2166的11腳和16腳輸出 占空比為50%的預熱頻率脈沖，半橋驅(qū)動器開始工作，出cll、d4、d5、r21 組成的電荷泵電路為ir2166的vcc電源端供電。同時，pfc電路起振工作，其 8 腳輸出 pfc 驅(qū)動脈沖，由 ml、bl、di、d2、c3、c7、r8、r9、ir2166 的 1、 6、7、8腳內(nèi)部電路組成的功率因數(shù)cos(p接近于1、低總諧波電流失真thd (<15%)的pfc升壓變換器電路開始

8、工作，產(chǎn)生電壓值為400vdc的總線電壓vbus,為半橋驅(qū)動器提供工作所需的直流電源電壓。ir2166的第1腳與外接的r2、r3、r4、r5組成的分壓器組成總線電壓vbus 檢測與調(diào)整端，只當vcc端上電壓被充電到超過導通門限電壓吋且ir2166第1 腳上的電壓大于4v時，ir2166才能啟動。啟動前ir2166所處的工作模式為欠 壓關斷模式（uvlo）,也稱為待機模式。處于待機模式時，對應輸入交流電壓 在低于設計輸入范圍的下限（85v）, ir2166是處于待機狀態(tài)，是一種對低交流 輸入電壓的保護狀態(tài)。ir2166啟動后，即進入預熱模式（ph）,此時的振動頻率 也即預熱頻率由c6與r6和r7

9、的并聯(lián)電阻值確定，為50%占空比的脈沖。兩個 脈沖間隔的死區(qū)時間曲c6和控制器內(nèi)部死區(qū)時間電阻決定，從而避免半橋輸出 管m2和m3直通。預熱時間由ir2166第2腳所接的電容c5容量確定。在預熱 階段，主耍工作是鎮(zhèn)流器給燈管的燈絲捉供充分的預熱，使燈絲陰極溫度在預熱 時間內(nèi)快速地達到約1000°c,陰極可口由發(fā)射電子的狀態(tài)，為接下來的燈管瞬 間觸發(fā)做好充分的準備。同時，鎮(zhèn)流器要控制輸出給燈管兩端的電壓，不能超過 燈管的最大點火電壓，否則會損壞陰極。當ir2166第2腳電壓犬于5.1v時， ir2166進入觸發(fā)模式（ign）o進入觸發(fā)模式后，振蕩器的振動頻率由預熱頻率 fph向觸發(fā)頻率

10、flgn過渡，在頻率線性下降過程屮，當頻率接近輸出級電感電 容（元件b2和c16）串聯(lián)電路的固有頻率時，發(fā)生諧振，在c16兩端產(chǎn)生超過 2000vpp的電壓施加在熒光燈管的兩端，將燈管瞬間啟輝點燃。啟輝成功后， ir2166進入運行模式（run）,熒光燈管處于正常發(fā)光工作狀態(tài)。表1 1.7米t6熒光燈管參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)定義數(shù)值單位plamp燈管功率55 wiph燈絲預熱電流0.4 armstph燈絲預熱時間1.5 svph （max）燈管最大預熱電壓390 vpkvign燈管觸發(fā)電壓900 vpkvrun燈管運行電壓335 vpk在以上模式下和轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)燈管故障或異常、輸入交流電壓過高及過低等

11、情 況，ir2166均有監(jiān)測保護功能，一旦發(fā)現(xiàn)工作出現(xiàn)異常，ir2166立刻進入故障 模式（fault）,其pfc和振蕩器電路立即停止振蕩，進入關閉保護狀態(tài)，從而 避免了鎮(zhèn)流器不會因外界因素異常而導致?lián)p壞。3.2鎮(zhèn)流器電路設計首先需要明確1.7米t6色選機光源熒光燈管的參數(shù)，如表1所示。321鎮(zhèn)流器輸出級b2電感量l和c16容量c的確定對于給定b2電感量l、c16電容量c、vbus取值，預熱電壓vph、預熱 頻率fph、觸發(fā)頻率hgn、觸發(fā)電流iign,由下面公式(1)(4)給出。(1)(2)(3)(4)在鎮(zhèn)流器對燈管的預熱階段，要求預熱電壓vphvvph(max);預熱頻率fph 比觸發(fā)頻率

12、flgn高5khz;觸發(fā)階段，要求觸發(fā)電流iign<iign (max),否則 電感飽和，不能觸發(fā)燈管啟輝。b2電感量l、c16電容量c的取值應能滿足這 些約束條件。根據(jù)公式(1)(4),可以求出在vbus= 400v時b2電感量l和c16電 容量c的不同取值組合下的鎮(zhèn)流器輸出級參數(shù)值，如表2所示。表2b2電感量l和c16電容量c不同取值組合鎮(zhèn)流器輸出級參數(shù)符號參數(shù)定義數(shù)值單位lb2電感量22.4 2.9 mhcc16 屯容量 3.3 3.3 3.3 nfvph燈管預熱電壓342 372 418 vpkfph燈管預熱頻率80 73.4 65.3 khzflgh燈管觸發(fā)頻率68.5 64.

13、1 58.3 khziign觸發(fā)電流1.3 1.2 1appfrun 運行頻率 60.5 50.5 51.4 khzplamp燈管功率45 55 55 w表2 'p b2電感量l和c16電容量c不同取值組合下鎮(zhèn)流器輸出級參數(shù)數(shù) 據(jù)與表11.7米t6色選機光源熒光燈管的參數(shù)相比較l=2.1mh、c=3.3nf,燈管 功率plamp偏低，因此取值不合適;l=2.9mh、c=3.3nf,燈管的預熱電壓 vph<vph (max),會造成燈管在預熱時冷激發(fā)而損傷燈管陰極，導致燈管工 作壽命減低，因此取值也不合適。選擇l=2.4mh、c=3.3nf取值吋，對1.7米t6 色選機光源熒光燈管

14、的參數(shù)是適宜的。3.2.2 ir2166輸入?yún)?shù)值設計由燈管的要求和b2電感量l與c16電容量c的選定值，輸入元件值由下 面公式(5)(8)計算得出：(5)(6)(7)(8)元件r6、r7、c5、r15計算值見圖2電路圖。pfc電路參數(shù)計算由下而公式(9)(13)計算得到：(9)(10)(11)(12)(13)計算結果和取值見圖2電路圖屮元件值。1.7米色選機光源燈管采用電壓預熱方式，由b2的b、c繞組通過c18、c19 為燈管兩端燈絲捉供鎮(zhèn)流器在預熱階段的燈絲預熱電流。pfc電路所接的輸出濾 波儲能電容c3容量取值較大，為的是使半橋駆動電源電壓穩(wěn)定性強、紋波低， 這是獲得熒光燈管穩(wěn)定發(fā)光的技

15、術措施;r13、r14、c14、d3、c13與ir2166的 第9腳組成燈管未接入檢測;第1腳檢測vbus電壓，第1腳基準電壓為4v,當 低于4v時，是交流輸入電壓低于交流輸入電壓范圍的卜限85v,當高于4.3v 時，是交流輸入電壓高于交流輸入電壓范圍的上限265v,在這兩種情況下， ir2166均會保護動作，而處于故障模式(fault),從而避免鎮(zhèn)流器在異常狀態(tài) 下工作;r16、r17、r18、r19、c15和ir2166的第9腳組成燈管壽終檢測，熒 光燈管在燈壽即老化較嚴重時管壓比止常狀態(tài)的管壓升高至少30%,這就是檢測 燈壽的依據(jù)，此時鎮(zhèn)流器關閉，捉示需要更換熒光燈管。r15、r12.c12與ir2166 的笫10腳組成過電流檢測，在運行工作中燈管出現(xiàn)任何異常，均會導致半橋電 路電流發(fā)生過電流，檢測到過電流后，ir2166保護關閉，ir2166轉(zhuǎn)入故障模式 (fault)o4結束語基于ir2166的色選機1.7米光源燈管鎮(zhèn)流器，是依據(jù)1.7米t6、55w熒光 燈管的參數(shù)，根據(jù)色選機對熒光光源的要求，從鎮(zhèn)流器的預熱頻率、預熱時間、 預熱電流、工作頻率、驅(qū)動功率各個參數(shù)進行了匹配性設計，燈管發(fā)光頻率 50khz,完全滿足圖像行掃對光源無頻閃耍求，燈管發(fā)光穩(wěn)定性，同時具冇的