- 可調光節能燈電子鎮流器設計
- 高壓隔離結IC技術在電子鎮流器中的應用
- 智能功率技術的熒光燈驅動電路技術
- 使高端及低端的驅動功能融合于單一芯片內
- 標準555時基電路與高端和低端半橋驅動器結合在一起
- 采用固定頻率半橋拓撲驅動線性熒光燈管
由上述可知，其中照明系統鎮流器應用是關系到節能是否有效的重要部件。為此，本文將對應用新型電子與熒光燈鎮流器控制技術與應用作說明。
勢在必行的新型可調光節能燈電子鎮流器設計
目前隨著能源問題日益嚴重，調光技術在照明的應用中得到了越來越廣泛的關注。目前大多數調光器以可控硅為主，這種調光器在純阻性負載(如白熾燈)時能很穩定地工作，因為可控硅可以在正弦波的任意點被觸發導通直到正弦電壓接近零的時候關斷。在這樣的系統中，白熾燈可以很平滑地實現從幾乎是0到100％的調光。而節能燈由于其發光效率高、無頻閃等優點在很多場合早已替代白熾燈。但是由于節能燈的負載特性，在應用于調光系統時就需要對其電路進行調整。于是新型可調光電子鎮流器應運而生。
1應用微控制器芯片為核心構建的新型電子照明鎮流器
為提高照明系統的能(源)效(率)、降低系統復雜度和成本，應用MC68HC908LB8微控制器芯片(8位)為核心構建的數控電子照明鎮流器(見圖1所示)是比較理想的解決方案。由于MC68Hc908LB8嵌入了PFC控制電路和高精度PWM(HRP)模塊，為照明電子鎮流器系統提供PFC控制和連續穩定可調光控制。MC68HC908LB8還支持數字可尋址照明接口(DALI)協議，從而為大型照明系統智能化的實現提供有效支持。數控可調光電子鎮流器系統采用MC68HC908LB8時，能使元件數量減少50％。
MC68HC908LB8芯片特征：基于Freescale的HC08CPU內核，PFC／PWM(用于升壓拓撲PFC)控制，具有8KB閃存，128字節RAM，7通道8位ADC，16位定時器以及看門狗，其接口最多達18個；具有2通道精確半橋控制，功率因素推挽拓撲控制和運算放大器/模擬比較與內部時鐘，以及用于鍵盤中斷的I／0為7個鍵盤中斷模塊。
2基于L6574芯片應用的調光技術
L6574芯片是意法半導體公司的高性能鎮流器驅動器,被設計為離線式600V雙極-互補金屬氧化半導體，是電子節能燈鎮流器半橋型轉換器。為了更好地調光，除了加入PFC電路之外，還加入了L6574芯片的采樣及控制電路，圖2為L6574芯片的應用調光控制示意圖。
通過采樣燈電流以及調光器后面的輸入電壓的平均值，經過一定的比例調整后利用L6574內的誤差放大器對開關S1／S2的頻率進行調整，從而使諧振電路的阻抗變化對燈進行調光。
另外通過調節調光器，鎮流器的輸入電壓會下降，從而使電容C1上的母線電壓降低，同樣可以實現調光的作用。因此，這是調壓、調頻雙重作用下的調光，可以使調光更加平滑，穩定。
使用新型可調光電子鎮流器的節能燈，可以直接替代白熾燈，很好地配合傳統調光器一起使用。20％～100％的調光范圍使它在節能方面發揮很大的優勢。
新型的調光螢光燈鎮流器控制IC的應用
IRS2530D和IRS2158D為600V控制IC。IRS2530DDIM8是一種采用緊湊型8管腳尺寸半橋式驅動器的線性調光鎮流器控制IC。它只需要幾個小型外部元件，顯著地簡化和縮小了電路設計，同時可實現10％的調光系統性能。圖3(a)為引腳功能示意圖。[page]
從圖3(a)可知，IRS2530D為8引腳控制IC，采用IR的專利鎮流器和高壓技術。一個高壓管腳可檢測半橋電流和電壓，以實現必要的鎮流器保護功能；DC調光輸入電壓基準與AC燈電流反饋相結合，可以實現單管腳調光；IRS2530D還具有內部非零電壓切換保護和內部振幅因數保護，防止燈泡故障損壞鎮流器。圖3(b)為IRS2530D與節能燈連接應用的示意圖。
而IRSS2158D是16管腳熒光燈調光鎮流器控制IC，適用于需要調光性能低于10％的高端應用。IRS2158D是一個完全集成、充分保護的600V鎮流器控制IC，適用于驅動各種熒光燈。該器件具有全面的保護功能，包括可編程半橋過流保護、可編程預熱和運行頻率、可編程預熱時間和死區時間、閉環半橋點火電流調整、可編程報廢保護、欠壓保護和調光低輸入補償運算放大器和電流或功率控制。此外，新器件還具有報廢范圍比較器管腳和內部事件電流檢測上／下故障計數器，以滿足T5燈泡和多燈泡鎮流器的需要。
盡管節能燈(CFL)在總市場中的比例仍然不及白熾燈的1／3，但其處在不斷增長的態勢，而白熾燈則不斷下降。在節能燈的市場中，無調光的CFL受到越來越大的限制，而可調光的CFL能夠進—步節能30％。但因其生產難度大、成本高，市場推廣速度也比較緩慢。而IR的新型的節能燈調光鎮流器控制lCIR2530D和IR2518D能夠以更簡單、更低的成本和更高的可靠性能加快可調光CFL的市場發展速度。
高壓隔離結IC技術在電子鎮流器中的應用
節能產品應用的關鍵在于成本和可靠性，而這些控制IC推動了高壓隔離結技術的應用以滿足這兩個要求。如今己普遍將控制IC-高壓隔離結技術應用到鎮流器中，生產出了具有競爭性、高性能和高度可靠的產品。
⑴ 高壓隔離結IC技術的特征
使高端及低端的驅動功能融合于單一芯片內，以控制多種開關轉換器的拓撲結構。這些拓撲結構之一是廣泛應用在電子鎮流器中的半橋結構，使得該技術非常適合于電子鎮流器產業。
⑵高壓隔離結IC技術在螢光燈照明中的應用舉例
①ICIR2153把標準555時基電路與高端和低端半橋驅動器結合在一起。這個IC與高壓MOSFET一起,很快被照明技術采用，并成為電子鎮流器的一個標準控制器,可以作為未來照明設備控制IC發展的基礎。由于IR2153被廣泛應用并作改進成為IRS2153D，其頂部更加堅實耐用，且集成了必要的自舉二極管。
②IR2156和IR2166控制IC是在IR2153基礎上改進的鎮流器技術。它集成了另外的功能到IR2153中，這些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高鎮流器可靠性所必需的預加熱和故障保護功能。IR2166進一步改進，并集成了有源功率因素校正(PFC)控制，與鎮流器控制一起實現整個鎮流器的單芯片解決方案。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向。
IR2166在同一個IC中包括二個分開的振蕩器,一個用于控制鎮流器輸入，而另一個用于控制燈。并且為了滿足T5螢光燈的新要求，IR2166設有壽命終期(EOL)引腳以探測燈在接近壽命末期時發生的過壓，在這些高電壓產生損害之前安全地關閉鎮流器。
現在面臨的挑戰是通過設計控制光源的新IC將它們擴展到其他照明市場部分。
智能功率技術的熒光燈驅動電路技術
它是采用固定頻率(高達200kHz左右)半橋拓撲驅動線性熒光燈管的解決方案。該方案采用了系統芯片的方法：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，系統可靠性得到了提高，此外，系統集成和小型封裝還實現了更小型化。
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1技術特征
VK06TL驅動電路芯片應用智能功率VIPovverM3-3制造技術,允許在同一芯片VK06TL上集成控制部分和功率級。功率級是一個“發射極開關”，這個“發射極開關”通過在一個共射-共基放大器結構中放置一個雙極高壓達林頓晶體管和一個低壓MOS場效應晶體管制成的。因此，這個方案實現了雙極器件的低壓降與斷態時高擊穿電壓之間的平衡，以及MOS場效應晶體管的開關速度快的特性。因此，這個“發射極開關”結構可以實現一個很高的頻率(200kHz左右)。
2VK06TL芯片應用于熒光燈鎮流驅動器
圖4為應用VK06TL驅動電路的一個熒光燈慎流器專用的驅動器,即半橋變換器設計方案圖。
在圖4的半橋變換器中，VK06TL被指定用于上橋臂和下橋臂。因為采用兩個VK06TL，幾乎無需外部器件，只用兩個二次繞組就可以導通一次側扼流圈。所以，該熒光燈鎮流器專用驅動器是一個效率極高而成本極低的熒光燈變換器。
這個變換器能夠恰當地管理一個高端熒光燈應用全部必備的工作條件，即啟動、預熱頻率和時長控制、點火和穩態階段。這個半橋可以實現過流保護(EOL：燈管壽命終止)、整流效應保護和過溫保護，從而創造一個全保護系統。
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)網絡與直流總線相連。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μA。由于功率雙極晶體管基極電流是在通過"Vcc充電網絡”連接Vcc引腳的電容上恢復的，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，而且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、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。
CCFL控制器在為LCD電視背光照明提供光源中的應用
液晶顯示器LCD正在成為非常流行的顯示技術被用于電視(TV)中。LCD面板實際上是電子控制的光閥,需要靠背光源產生可視的圖像。大型LCD面板(如LCD電視)背光照明通常是用需CCFL(冷陰極熒光燈)提供光源，而其他照明技術，例如發光二極管(LED)，也受到一定的重視，但由于成本過高，限制了它的應用。為此就有驅動和控制多個CCFL設計方案的問題。在聚焦于LCD電視應用中，為驅動多個CCFL時所面對的設計挑戰就是挑選最佳的驅動架構和多燈驅動，以及燈頻及突發調光頻率的精密度控制。
1應對冷陰極熒光燈(CCFL)理念介紹
冷陰極熒光燈(CCFL)是一種長而細的密封玻璃管，內充惰性氣體(圖5)。
當給燈管施加高壓時，氣體被電離，產生紫外線(UV)。紫外線打到內壁涂敷的熒光材料上使其激發，發出可見光。CCFL有許多優點，包括：優良的白光源；低成本；高效率(光輸出與輸入電功率之比)；長壽命(>25kh)；穩定、確定的工作狀態；容易調節亮度；重量輕。
然而，這些特性帶來了一些特殊的設計挑戰。例如，為了最大化燈管的壽命，需要采用交流波形驅動CCFL。任何直流成分會使一部分氣體聚集在燈管的一端，造成不可逆轉的光梯度，使燈管的一端比另一端更亮。還有，為了最大化其效率(光輸出與輸入電功率之比)，需要用接近正弦的波形驅動燈管。為此，CCFL通常需要一個直流-交流逆變器來將直流電源電壓變成40kHz至80kHz的交流波形，工作電壓通常在500VRMS至1000VRMS。
2面對驅動多個CCFL時設計挑戰的關鍵
僅從節能的角度對應用CCFL控制器(直流-交流逆變器)的最佳方案分析
⑴ 挑選推挽架構作為最佳的驅動架構
之所以考慮推挽驅動器，因它有很多好處。這種架構只用到n溝道MOSFET(見圖6（a）所示)，這有利于降低成本和增加逆變器效率。它很容易適應較高的逆變器直流電源電壓。采用更高的逆變器直流電源電壓時,只需選擇具有合適的漏-源擊穿電壓的MOSFET即可。不管逆變器的直流電源電壓如何，都可采用同樣的CCFL控制器。但采用n溝道MOSFET的全橋和半橋架構就無法做到這一點。對于LCD電視非常理想，因為電視中的逆變器直流電源電壓通常會被穩定在±20％。
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圖6（a）推挽驅動器應用示意圖；
(b)用一個多通道控制器控制多個燈示意圖；
(c)DS3984/DS3988單獨驅動和監視每個燈，為LCD電視和PC監視器提供均勻亮度示意圖CCFL已在筆記本PC、數碼相機、導航系統以及其他具有較小LCD屏的設備中使用多年。這些類型的設備通常只用一個CCFL，因此，傳統設計只用一個CCFL控制器。隨著大尺寸LCD面板的出現，帶來了對于多CCFL的需求，有必要采用新的方式來應對這種新的需求。為LCD面板提供照明的理想方案是采用多通道CCFL控制器，它的每個通道獨立驅動和監視每個燈，見圖6(b)。
這種多通道CCFL控制器既解決了亮度不均勻和單燈失效問題，降低了去耦要求，而且還具有高成本效益。
⑵解決LCD電視背光的挑戰
圖6(c)為用DS3984(4通道)和DS3988(8通道)CCFL控制器既解決了本文所提到的所有這些設計挑戰。可將這些器件配置為每個通道驅動一個燈，或者每通道多個燈，用戶可靈活裁減設計，以滿足自己的性價比目標。多個DS3984／DS3988可輕松級聯，以支持任意數量的燈，來為LCD電視屏提供背光照明。
DS3984／DS3988采用推挽驅動架構，可使用更低成本、更高效率的n溝道MOSFET。逆變器直流電源也可采用更高的電壓。單獨的燈控制和監視可提供均勻的亮度，并減少了逆變器的元件總量。采用單獨的燈控制時，如果某一個燈失效，那只會使這個失效的燈停止工作，其他燈繼續工作，不受影響。片上振蕩器產生的燈頻和突發調光頻率被嚴格規范于±5％的精密度水平，消除了對于顯示圖像的影響，并且也可被同步至外部時鐘源。
3新型高效移相全橋CCFL控制器與應用
高效移相全橋CCFL控制器主要特點：輸入電壓范圍：8V至30V；集成了門驅動的全橋技術，用于4-NMOS轉換；同步恒定工作頻率；可編程相位延遲用于控制從操作的運行頻率；光—電壓穩壓以及光—電流穩流；模擬調光及脈沖調光；多控制器件下的可調節分置式脈沖調光；啟動或出錯狀態下可程序化的校正電壓時長；開燈保護和短路保護；內置高溫保護與低電壓鎖定模式；封裝模式為30引腳TSSOP封裝.。TPS68000高效移相全橋CCFL控制器單燈應用圖見圖7所示。
TPS68000高效移相全橋CCFL控制器除了在LCD電視的CCFL背光電源上應用外，還可在桌面監視器和筆記本電腦的CCFL背光電源供應上應用。
如今熒光燈鎮流器設計正在向全電子化照明系統轉化，日益成熟的電子鎮流器技術現在能以更低的系統成本提供更好的性能。上述介紹的控制集成電路便是最新一代電子鎮流器控制集成電路的代表。磁性鎮流器會產生可聞噪音，因為它使用操作于60Hz的鐵芯電磁元件。設計優秀的高頻電子鎮流器能夠彌補磁性鎮流器不足，它的性能優點包括：無閃爍照明與無可聞噪音，方便地增加功率因數校正。電子鎮流器將60Hz電源轉換成高頻，因此，它將電燈閃爍降低到人感受不到的水平；高頻產生更少的熱，效率也更高，不會發出可聞的交流哼聲。
