前言
用于建筑照明方面的電力管理解決辦法，如電感熒光燈，電子熒光燈，緊湊型熒光燈(CFL)，鹵素?zé)艨刂萍呻娐芬约案邏簹怏w放電燈(H1D)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)是其中的一部分,獲得了廣泛應(yīng)用。
應(yīng)該說,目前照明控制IC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熒光燈照明設(shè)備;住宅和旅館用緊湊型熒光燈照明設(shè)備CFL及冷陰極熒光燈CCFL;零售照明設(shè)備市場的鹵素?zé)艉褪彝庹彰髟O(shè)備的HID;單白光LED及照相機閃光燈;OLED及TFT顯示器等。
新型建筑照明控制IC技術(shù)
目前，在照明控制IC(即電子變換器)設(shè)計方面，存在兩種不同的典型方法。第一種方法基于IC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
晶體管
晶體管是由三層雜質(zhì)半導(dǎo)體構(gòu)成的器件，有三個電極，所以又稱為半導(dǎo)體三極管，晶體三極管等，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。 [全文]
，實現(xiàn)一個半橋變換器;第二種方法基于兩個高壓雙極晶體管和大量的無源器件，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。
適合于電子鎮(zhèn)流器的高壓隔離結(jié)IC技術(shù)
這些控制IC推動了高壓隔離結(jié)技術(shù)以滿足節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用成本和可靠性的兩個要求。如今普遍將控制IC-高壓隔離結(jié)技術(shù)應(yīng)用到鎮(zhèn)流器中，生產(chǎn)出了具有競爭性、高性能和高度可靠的產(chǎn)品?，F(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是通過控制光源
光源
光源產(chǎn)品具有LED顯示、體積小、重量輕、易攜帶、電池供電、性能價格比高等特點，直觀快速，是一種使用極其簡單方便的測試工具，產(chǎn)品經(jīng)過防震防潮處理，可以在野外惡劣環(huán)境下長時間工作。 [全文]
的新IC將它們擴展到其他照明市場部分。
這項高壓隔離結(jié)IC技術(shù)允許電路放置在隔離的“井”里面，這個“井”到低壓電路可以有600V隔離。
圖1 高壓隔離結(jié)IC技術(shù)示意圖
這是因為當今不少照明技術(shù)均與高電壓功率MOSFET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MOSFET和IGBT。
高壓隔離結(jié)IC技術(shù)的特征是,使高端及低端的驅(qū)動功能融合于單一芯片內(nèi)，以控制多種開關(guān)轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)。這些拓撲結(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)。[!--empirenews.page--]
熒光燈照明的 IR2153與IR2166控制 IC
IC IR2153把標準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IC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)流器的一個標準控制器,可以作為未來照明設(shè)備控制IC發(fā)展的基礎(chǔ)。由于IR2153被廣泛應(yīng)用并作改進成為IRS2153D，其頂部更加堅實耐用，且集成了必要的自舉二極管。
IR2156和IR2166控制IC是在IR2153基礎(chǔ)上改進的鎮(zhèn)流器技術(shù)，它集成了另外的功能到IR2153中，這是更加完善控制熒光燈的要求。它們包括最大化燈壽命和提高鎮(zhèn)流器可靠性所必需的預(yù)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(zhèn)流器控制一起實現(xiàn)整個鎮(zhèn)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(zhèn)流器輸入而另一個用于控制燈。并且，為了滿足T5熒光燈的新要求，IR2166設(shè)有壽命終期(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。
智能功率技術(shù)的熒光燈驅(qū)動電路
這是采用固定頻率(高達200KHz左右)半橋拓撲驅(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。
VK06TL驅(qū)動電路芯片應(yīng)用智能功率VIPovver 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。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)中放置一個雙極高壓達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)一個很高的頻率(200KHz左右)。
圖2為應(yīng)用VK06TL驅(qū)動電路的一個熒光燈鎮(zhèn)流器專用的驅(qū)動器,即半橋變換器設(shè)計方案。
圖2 應(yīng)用VK06TL驅(qū)動電路的一個熒光燈鎮(zhèn)流器專用的驅(qū)動器
在圖2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(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。
這個變換器能夠恰當?shù)毓芾硪粋€高端熒光燈應(yīng)用全部必備的工作條件,即啟動、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)。[!--empirenews.page--]
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
電阻
電阻，物質(zhì)對電流的阻礙作用就叫該物質(zhì)的電阻。電阻小的物質(zhì)稱為電導(dǎo)體，簡稱導(dǎo)體。電阻大的物質(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。 [全文]
電容網(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(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。
應(yīng)用于CFL的IC IR2520D與CCFL的TPS68000
IR2520D
照明控制IC的另一個主要部分,包括緊湊型熒光燈(CFL)與冷陰極熒光管(CCFL)。傳統(tǒng)的控制這種燈的電路是自振蕩類型的，并且對成本非常敏感。由于可靠性問題，自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IC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。IR2520D采用HVJI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，IR2520D用第三個內(nèi)部高壓MOSFET來達到這個功能。IR2520D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。最后，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)計目標是應(yīng)用于CFL產(chǎn)品中。這種新解決方案將減少尺寸和CFL鎮(zhèn)流器的費用，提高制造能力，并提高可靠性以有助于CFL產(chǎn)品的采用和這個市場占額的進一步發(fā)展。圖3為IR2520D應(yīng)用于CFL示意圖。
圖3 應(yīng)用IR2520D IC于緊湊熒光燈(CFL)的示意圖[!--empirenews.page--]
CCFL背光
背光
屏幕的背景光。常被用于LCD顯示上，其光源可能是白熾燈泡、電光面板(ELP)、發(fā)光二極管(LED)、冷陰極管(CCFL)等。電光面板提供整個表面均勻的光，而其他的背光模組則使用散光器從不均勻的光源中來提供均勻的光線。 背光可以是任何一種顏色，單色液晶通常有黃、綠、藍、白等背光。而彩色顯示采用白色白光，因其涵蓋最多色光。 [全文]
控制器
CCFL控制特點選用TPS68000高效移相全橋CCFL控制器。
TPS68000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-NMOS轉(zhuǎn)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(wěn)壓以及光—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)分置式脈沖調(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。TPS68000高效移相全橋CCFL控制器應(yīng)用電路見圖4。
圖4 為TPS68000應(yīng)用于CCFL示意圖
鹵素?zé)艮D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器IC
市場中的鹵素?zé)粽?jīng)受可靠性的挑戰(zhàn),。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IC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。IR2161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(圖5)。
圖5 應(yīng)用IR2161于鹵素?zé)艨驁D
IR2161鹵素?zé)艚鉀Q方案是一個簡單、優(yōu)良的設(shè)計，減少了總元件數(shù)目，并且提供了更高的性能。IC+MOSFET相結(jié)合的解決方案將大大提高這些產(chǎn)品的制造能力和可靠性，也有助于這個市場進一步發(fā)展。
結(jié)語
隨著建筑新照明技術(shù)或已有技術(shù)的派生得到了發(fā)展，譬如直徑很細的熒光管甚至LED，它們將與其相關(guān)的應(yīng)用一起創(chuàng)造自己的新市場領(lǐng)域,其結(jié)果是進一步推廣電子節(jié)能照明產(chǎn)品以使整個市場受益。
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