微型鎮(zhèn)流器的發(fā)展

工業(yè)或商業(yè)用節(jié)能熒光燈照明產(chǎn)品的制造商們都面對著要讓照明裝置同時擁有先進能效和小尺寸的壓力。新型燈具款式繁多，外形亦越來越小巧，并可在較低功率工作時加強對環(huán)境光設定的控制。此外，照明產(chǎn)品只要維持在低于26W的低功率下運作，就不需像大型燈具般要符合功率因數(shù)校正(PFC)的要求。這些都使小型燈具更具吸引力，也推動了用來驅(qū)動小型燈具的微型鎮(zhèn)流器的發(fā)展。其中，熒光燈照明的主要發(fā)展方向之一，就是可調(diào)光照明。

如圖1所示，傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器需要一個輸入噪聲濾波器、整流器，以及平流電容器，來把AC電壓輸入轉(zhuǎn)換為DC電源。它們要由一個副電路來產(chǎn)生高頻率方波電壓。這種電路由一個控制IC和半橋組成，且用一個共振輸出級來預熱、激發(fā)熒光燈并使其持續(xù)工作。這個設計如果要加上可調(diào)光控制功能，就需要隔離輸入和電流檢測副電路來量度電燈的電流。同時還要利用一個閉合環(huán)路反饋電路，來彌補電燈的非線性特性。這種設計會大幅增加解決方案所需的器件數(shù)目、成本和所占空間，因此缺點相當多。

圖1:為微型鎮(zhèn)流器增加可調(diào)光電路。

減少器件數(shù)目、電路板面積和成本

隨著市場上出現(xiàn)更多的集成IC方案，情況便有所改變。這方面的最新發(fā)展，是藉著高度集成的單個器件，使微型鎮(zhèn)流器在不用增加整體器件尺寸的情況下，也能夠提供調(diào)光功能。國際整流器公司(IR)的IRS2530D DIM8可調(diào)光鎮(zhèn)流器控制IC，就是把該公司專利的高壓IC(HVIC)與其專有的調(diào)光方式集成，讓整個鎮(zhèn)流器和可調(diào)光電路能夠包含在一個8管腳SO8封裝中。

圖2:IRS2530D的方框原理圖。

圖2展示的是IRS2530D的方框圖。一般的鎮(zhèn)流器操作都會占用了8個管腳中的6個，其中有4個管腳是供給高側(cè)和低側(cè)MOSFET柵極驅(qū)動 (VB、HO、VS、LO) 使用。所以，制造商必須采用創(chuàng)新的方法，才能為產(chǎn)品加上可調(diào)光功能。因此，IR集成了DC參考與AC電燈電流，透過一個管腳，為閉合環(huán)路可調(diào)光功能同時提供參考及反饋功能。這種創(chuàng)新方法的效果很好，因為設計師利用這款新IC設計出來的可調(diào)光微型鎮(zhèn)流器，只要少于50個器件。

操作和設計

圖3的狀態(tài)圖顯示在VCC首次應用時，這款新IC由UVLO模式轉(zhuǎn)換到預熱/觸發(fā)模式。在集成半橋振蕩器以最高頻率啟動時，在VCO管腳的內(nèi)部電源也會開始為一個外部電容器充電。隨著頻率逐步減少到電路的諧振頻率，諧振電感器的次級繞線將預熱燈絲，同時電燈的輸出電壓也會增加。當電壓超過觸發(fā)臨界電壓，電燈便會亮起來，電燈電流亦因應IC進入DIM模式而開始流動。

圖3:IRS2530D的狀態(tài)圖

設計人員用這款新IC來設計電路時，一定要注意開發(fā)PCB布局的相關預防措施。比方說，他們要確保設計有最好的效能，就得維持良好的干擾抑制；否則，就算正確連接的電路也會因不良的器件布局而出現(xiàn)故障。還有，最好的實踐技巧包括在高壓和低壓器件之間維持適當?shù)呐离娋嚯x(creepage distance)和電氣間隙；保持耦合電容器貼近它們的相關電源；盡量把關鍵器件放近它們的IC管腳，達到良好的干擾過濾，并且盡可能保持可調(diào)光反饋零件遠離高壓轉(zhuǎn)換器件。

其他建議還包括于電源采用雙重濾波器，從而隔離有可能由電荷泵產(chǎn)生的高電流尖峰。還建議使用柵極電阻，避免密勒電流回流到柵極驅(qū)動器輸出。同時，確保執(zhí)行COM節(jié)點連接的建議也非常重要。

典型應用

圖4展示了典型的電路圖。圖中的AC輸出電壓在被DC母線電容器濾波前，已經(jīng)通過全波整流和EMI濾波器。有了IR的HVIC程序，IRS2530D能夠直接驅(qū)動由MHS和MLS組成的半橋，控制預熱、激發(fā)和電燈調(diào)光電壓。這個原理圖也顯示RVCC1及RVCC2電阻提供IC的起動電流，不過每當半橋開始振動，它的工作便會由CSNUB、DCP1和DCP2所組成電荷泵取代。按前文的建議，電源濾波器是由CVCC1、CVCC2、RLIM1及RLIM2提供。另一方面，諧振電路 (LRES和CRES) 帶來電燈觸發(fā)所需的高電壓。這個電路也提供電燈調(diào)光所需的低通濾波。至于隔直電容器，也就是CDC，就負責防止電燈因水銀遷移而造成電燈未端變黑，或者縮短燈管壽命。

圖4:典型應用的電路圖。

設計中應用于DIM輸入的電隔離10VDC參考電壓，是由T1及其相關的器件提供，并透過CVS、RVS1和RVS2在它的二次側(cè)作偏壓，務求使其輸入及輸出能夠互相追蹤。電流檢測電阻兩端的AC電燈電流–RCS，就藉著CFB及RFB反饋電路與DIM管腳作出配對。此外，圖中其他器件能夠加強保護設計，避免受到電擊、停電或燈絲故障所影響。

額外的設計支持

IR藉著應用其HVIC程序及創(chuàng)新設計，成功開發(fā)了能夠加快低功率可調(diào)光微型鎮(zhèn)流器發(fā)展的單個晶片解決方案。為了進一步簡化基于這種新方案IRS2530D的設計程序，IR同時也開發(fā)了鎮(zhèn)流器設計輔助軟件 (Ballast Design Assistant) ，讓工程師在IR的網(wǎng)站免費下載使用，使他們可以利用不同的線性輸入電壓范圍、電燈種類和電燈配置，快速針對目標應用完成設計。這個軟件套件還可以產(chǎn)生所需的鎮(zhèn)流器輸出數(shù)據(jù)、IC可編程器件值和電感器規(guī)格，以及原理圖和完整的物料清單，是設計人員的好幫手。