新型照明控制IC技術(shù)及應(yīng)用

1、新型照明控制1c技術(shù)及應(yīng)用1、前言用于照明方面的電力管理解決辦法，如電感螢光燈，電子螢光燈，緊湊型螢光燈(cfl)，鹵 素?zé)艨刂萍呻娐芬约案邏簹怏w放電燈(hid)技術(shù)等，用于范圍寬廣的居民區(qū)、商業(yè)和汽車 中，減少了它們所需要的電力，在節(jié)能方面向前邁進了巨大的一步。其控制集成電路中的自 適應(yīng)控制技術(shù)和高電壓半導(dǎo)體結(jié)隔離技術(shù)是其屮的一部分，獲得了廣泛應(yīng)用。值此對新型節(jié) 能照明控制1c技術(shù)及應(yīng)用作研討。為此先了解一下照明控制1c的主要應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該說，目前照明控制1c的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)建筑和辦公室用直管和緊湊型螢光燈照 明設(shè)備；住宅和旅館用緊湊型螢光燈照明設(shè)備cfl及冷陰極熒光燈ccfl;零售

2、照明設(shè)備市 場的鹵紊燈和室外照明設(shè)備的hid;單白光led及照相機氙光燈；0le1)及tft顯示器等等。2、新型照明控制1c技術(shù)的特征目前，在照明控制1c即電子變換器設(shè)計方而，存在兩種不同的典型方法。第一種方法基于 tc器件，與若干個外部無源器件一起，驅(qū)動兩個高壓(通常高于400v)功率mos晶體管，實 現(xiàn)一個半橋變換器；第二種方法基于兩個髙壓雙極晶體管和大s的無源器件，但是只能實現(xiàn) 部分功能。雙極解決方案被用于成本極其低廉的中低端應(yīng)用。2.1適合于電子鎮(zhèn)流器的高壓隔離結(jié)1c技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵在于成本和可靠性，而這些控制1c推動了高壓隔離結(jié)技術(shù)以滿足這兩 個要求。如今己把普遍將控制1c-高

3、壓隔離結(jié)技術(shù)應(yīng)用到鎮(zhèn)流器中，生產(chǎn)岀了具有競爭性、 高性能和商度可靠的產(chǎn)品。節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵在于成本和可靠性，而這些1c推動了髙壓 隔離結(jié)技術(shù)以滿足這兩個要求。現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是通過設(shè)計控制光源的新1c將它們擴展到 其他照明市場部分。2. 11高壓隔離結(jié)1c技術(shù)的特征這項高壓隔離結(jié)1c技術(shù)允許電路放賈在隔離的“井”里而，這個“井”到低壓電路可以有 600v隔離，見圖1黃色粗線所示。這是因為當(dāng)今不少照明技術(shù)均與高電壓功率moshtt技術(shù) 相聯(lián)在一起的,其分離產(chǎn)品系列包括大量不同型號的器件，范圍從橋式整流器和肖特基二極 管到功率mosfrt和igbt。隨著高壓隔離結(jié)tc技術(shù)的加入，從而為功率電子產(chǎn)業(yè)

4、的無限設(shè) 計打開了大門。 ,為高壓幅離結(jié)1c技術(shù)示意圖 1黃色粗線所示為髙壓隔離井商壓隔離結(jié)1c技術(shù)的特征是，使島端及低端的驅(qū)動功能融合于單一芯片以控制多種開 關(guān)轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一是廣泛應(yīng)用在電子鎮(zhèn)流器中的半橋結(jié)構(gòu)。這使得該 技術(shù)非常適合于電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)業(yè)。2. 12螢光燈照明的ir2153與ir2166控制1c*ic ir2153把標(biāo)準(zhǔn)555時基電路與高端和低端半橋驅(qū)動器結(jié)合在一起。這個1c與高壓mosfet 一起，很快就被照明技術(shù)采用，并成為了電子鎮(zhèn)流器的一個標(biāo)準(zhǔn)控制器，可以作為未來照明 設(shè)備控制1c發(fā)展的基礎(chǔ)。由于ir2153被廣泛應(yīng)用并作改進成為irs2153d,其頂部更

5、加堅 實耐用，且集成了必要的自舉二極管。*tr2156和tr2166控制tc是在tr2153基礎(chǔ)上改進的鎮(zhèn)流器技術(shù).它集成/另外的功能到 1r2153中，這是更加完善控制螢光燈的要求。它們包括最大化燈壽命和提髙鎮(zhèn)流器可靠性 所必謠的預(yù)加熱和故障保護功能。tr2166進一步改進，并集成了有源功率因素校正(pfc)控 制，與鎮(zhèn)流器控制一起實現(xiàn)整個鎮(zhèn)流器的中.芯片解決方案。因為對于功率級別在25w以上， pfc在歐洲是強制的，世界的其他地方正在跟隨同樣的趨叫。ir2166在同一個1c屮包括二個分開的振蕩器,一個用于控制鎮(zhèn)流器輸入而另一個用于控制 燈。并且，為了滿足t5螢光燈的新要求，ir2166設(shè)有

6、壽命終期(eol)引腳以探測燈在接近 壽命末期時發(fā)生的過壓，在這些高電壓產(chǎn)生損害之前安全地關(guān)閉鎮(zhèn)流器?，F(xiàn)在而臨的挑戰(zhàn)是通過設(shè)計控制光源的新1c將它們擴展到其他照明市場部分。2.2智能功率技術(shù)的熒光燈驅(qū)動電路技術(shù)它是采川固定頻率（高達(dá)200khz左右）半橋拓?fù)潋?qū)動線性熒光燈管的解決方案。該方案采用 了系統(tǒng)芯片的方法：在同一個芯片vk06t上集成控制部分、保護電路和功率級。由于采用這 種單片電路的方法，系統(tǒng)可靠性得到了提高，此外，系統(tǒng)集成和小型封裝還實現(xiàn)了更小。2.21技術(shù)特征vk06tl驅(qū)動電路芯片應(yīng)用智能功率vipower m3-3制造技術(shù)，允許在同一芯片vk06tl上集 成控制部分和功率級。

7、功率級是一個“發(fā)射極開關(guān)”，這個“發(fā)射極開關(guān)”通過在一個共射 -共基放大器結(jié)構(gòu)中放賈一個雙極高壓達(dá)林頓晶體管和一個低壓mos場效應(yīng)晶體管制成的。 因此，這個方案實現(xiàn)了雙極器件的低壓降與斷態(tài)時高擊穿電壓之間的平衡，以及mos場效應(yīng) 晶體管的開關(guān)速度快的特性。因此，這個“發(fā)射極開關(guān)”結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)一個很髙的頻率 （200khz 左右）。2.22 vk06tl芯片應(yīng)用于熒光燈鎮(zhèn)流驅(qū)動器為應(yīng)用vk06tl巫動電路的一個熒光燈慎流器專用的驅(qū)動 器，卽半橋變換器設(shè)計方案圖。：圖2為應(yīng)用vk06tl驅(qū)動電路的一個熒光燈慎流器專用的驅(qū)動器，即半橋變換器設(shè)計方案圖。在圖2的半橋變換器中，vk06tl被指定用于上橋

8、臂和下橋臂。因為采用兩個vk06tl,兒乎 無需外部器件，只用兩個二次繞組就可以導(dǎo)通一次側(cè)扼流圈。所以，該熒光燈慎流器專用的 驅(qū)動器-半橋變換器是一個效率極高而成本極低的熒光燈變換器。這個變挽器能夠恰當(dāng)?shù)毓芾硪粋€高端熒光燈應(yīng)用全部必備的工作條件,即沿動、預(yù)熱頻率和 時長控制、點火和穩(wěn)態(tài)階段。這個半橋可以實現(xiàn)過流保護（eol:燈管壽命終止）、整流效應(yīng) 保護和過溫保護，從而創(chuàng)造一個全保護系統(tǒng)。芯片的控制級和功率級都是由vcc引腳供電，vcc引腳通過一個電阻電容(rc)網(wǎng)絡(luò)與直流總 線相連。在啟動階段，電容通過一個高阻值的電阻器充電，因此，只需幾百微安。由于功率 雙極晶體貯存基極電流是在通過“vcc

9、充電網(wǎng)絡(luò)”連接vcc引腳的電容上恢復(fù)的，因此，在 工作階段，器件是自己給自己供電。vk06tl這項特殊功能允許使用功耗更小的電阻器，而 ii上電橋臂電源無需充電泵。還必須從連接次級繞組的sec引腳觸發(fā)、接通這個器件。需要指出的是，這個單片方法無需外部電阻器和連接器就實現(xiàn)了功率級電流檢測。此外，如 上文所述，只需一個單片器件就可以集成一個溫度保護電路。3、應(yīng)用于緊湊型螢光燈(cfl)cfl的ic ir2520d與ccfl的tps680003. 1 ic ir2520d特征與應(yīng)用* tr2520d的呈現(xiàn)照明控制1c的另一個主要部分,包括緊湊型螢光燈(cfl)與ccfl。傳統(tǒng)的控制這燈的電路是 自振

10、蕩類型的，并且對成本非常敏感。巾于可靠性問題，14振蕩方案實際上阻礙了快速發(fā)展。因hvji技術(shù)主要被用于隔離高電壓電路和電平轉(zhuǎn)換柵極驅(qū)動信號電路。采用ir2520d, hvji 功能被擴展來實現(xiàn)必要的檢測功能。先前的1c要求一個分開的引腳用于某種檢測譬如直流 總線欠壓，過流，燈絲開路或燈被移除。tr2520d釆用hvjt技術(shù)和新控制算法，通過單一 引腳來檢測所有要求的參數(shù)。然而，這個引腳是在com端和高壓直流總線之間經(jīng)常交換的半 橋中點，這意味著，檢測必須是在低端半橋開關(guān)導(dǎo)通時完成，而在半橋高端開關(guān)導(dǎo)通時電路 必須能承受高壓，1k2520d用第三個內(nèi)部高壓moseet來達(dá)到這個功能。1r252

11、0d接著使用新 控制算法譬如“非零電壓開關(guān)(zvs)保護”和“波峰檢測”來實現(xiàn)必要的鎮(zhèn)流器功能，其他 的控制引腳用于設(shè)置最小的工作頻率和預(yù)熱時間。®后，再加上頻率振動功能，它通常把頻 率轉(zhuǎn)移到幾千赫以上并回降到最小的頻率，從而來達(dá)到減少外部emi濾波的需要。把所有這 些功能集成在簡單的8引腳封裝內(nèi)，ir2520d的設(shè)計目標(biāo)是應(yīng)用于cfl產(chǎn)品中。這種新解決 方案將減少尺寸大小和cfl鎮(zhèn)流器的費用，提高制造能力，并提島可靠性以有助于cfl產(chǎn)品 的采用和這個市場占額的進一步發(fā)展。見圖3為ir2520d應(yīng)用于cfl示意圖。lfbrnrsupplyfi220vaccfdcpicvcc一tlr&

12、#163;scvco-ilixwr "meieremincboot緊湊翌音光flicds圖3應(yīng)用ir2520d ic千緊湊型螢光幻（cfl）的示意推圖 dr2520d引腳功苗 1- vcc 2-com 3-vco 4fmin 5 - l0 6-vs 7- ho 8-vb*ir2520d集成電路主要特征：具有智能的半橋驅(qū)動器、自動復(fù)位短路保護、a動復(fù)位過載保護、鎖存過溫保護、頻率擺動 （有更好的em1）、微功率啟動（150ua）、用于前緣/后緣的相位調(diào)光、輸出電壓漂移比較（更 長燈壽命）、真正的軟啟動（防止過度驅(qū)動燈）、自適應(yīng)的死區(qū)時間、小的8引腳d1p/soic 封裝。其系統(tǒng)包含：閃

13、部振蕩器、先進的過載和短路保護、輸出電壓負(fù)載補償、采用外部相 位調(diào)光器實現(xiàn)調(diào)光、更長的燈壽命、優(yōu)越的產(chǎn)品可靠性、減少元件數(shù)目。3. 2ccfl背光控制器3.21技術(shù)基礎(chǔ)輸入電壓一背光電源通常由電池或穩(wěn)壓器提供。對于背光電源來說，為了選擇最佳的tc及 電源轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐芬援a(chǎn)生照明燈所需的輸出電源，先對可用的輸入電壓有所了解是十分重要 的。照明燈特性（輸出功率）般的ccfl燈需要250vac至1000vac（2至10ma）以支持運轉(zhuǎn)。而 輸入電壓與輸出電壓間的關(guān)系指示出了最佳的jc及電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電源拓?fù)?此部分以不同的方式控制變壓器。有時輸入/輸出關(guān)系指示出某一確定的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。而不同的拓?fù)錂C構(gòu)則

14、對應(yīng)了不同的電源轉(zhuǎn)換效率。變壓器類型-壓電式（piezo）在某些應(yīng)用中可實現(xiàn)更小的尺十及更高的效率。控制選項-單或雙燈控制、亮度控制3. 22技術(shù)特點：針對ccfl的完全電源控制；磁感式或壓電式變壓器控制；開燈(openlamp) 保護及變壓器保護；脈沖亮度調(diào)節(jié)控制以獲得高效及更寬的亮度調(diào)節(jié)范圍；四種不同的電源 拓?fù)洌榘霕騢alf-bridge)，反激式，自振蕩，推挽式(push-pull)。3. 23 ccfl(冷陰極熒光燈背光源)tps68000高效移相全橋ccfl控制器與應(yīng)用主要特點：輸入電壓范圍：8v至30v;集成了門驅(qū)動的全橋技術(shù)，用于4-nm0s轉(zhuǎn)換。同步恒定工作頻率；可編程相

15、位延遲用于控制從操作的運行頻率；光一電壓穩(wěn)壓以及光一電 流穩(wěn)流；模擬調(diào)光及脈沖調(diào)光；多控制器件下的可調(diào)節(jié)分貫式脈沖調(diào)光；啟動或出錯狀態(tài)下 可程序化的校正電壓時長：開燈保護和短路保護；內(nèi)置高溫保護與低電壓鎖定模式；封裝模 式：30引腳tssop封裝.tps68000高效移相全橋ccfl控制器導(dǎo)單燈應(yīng)用圖見圖4所示。囝4為tps68000應(yīng)用于ccfl示意囝可在桌面監(jiān)視器和lcd電視的ccfl背光電源供應(yīng)與筆記本電腦的ccfl背光電源供應(yīng)上應(yīng) 用。4、世界第一款鹵素轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器1c簾場中的鹵素?zé)舨糠终?jīng)受挑戰(zhàn)，即這個市場很大程度上面臨的是可靠性和性能問題。由于 過載和短路故障，電子變壓器經(jīng)常受到損壞。但是，采用合適的技術(shù)，鹵素轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器1c就可以成為解決方案，那就是可以使用一個三端的雙向可控硅開關(guān)元件實現(xiàn)鹵素?zé)艄芷骄彾B 續(xù)的調(diào)光。vccrit212-ma-i?vacoutputs 5（a） 應(yīng)用ik2161于卣索燈芣意框str2161面臨的挑戰(zhàn)就是在小型的8引腳封裝內(nèi)提供廣泛的保護特性、燈管電壓調(diào)節(jié)和調(diào)光 功能（見圖5a所示），可再次采用hvii技術(shù)，并且使用了一些新的檢測技術(shù)。ir2161同樣 使用了第三個內(nèi)部高壓m0sert來檢測半橋電壓，通過在每個開關(guān)周期的死區(qū)時間期間在這 個電壓到達(dá)