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(duì)著要讓照明裝置同時(shí)擁有先進(jìn)能效和小尺寸的壓力。新型燈具款式繁多，外形亦越來(lái)越小巧，并可在較低功率工作時(shí)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境光設(shè)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(yùn)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(dòng)了用來(lái)驅(qū)動(dòng)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(gè)輸入噪聲濾波器、整流器，以及平流電容器，來(lái)把AC電壓輸入轉(zhuǎn)換為DC電源。它們要由一個(gè)副電路來(lái)產(chǎn)生高頻率方波電壓。這種電路由一個(gè)控制IC和半橋組成，且用一個(gè)共振輸出級(jí)來(lái)預(yù)熱、激發(fā)熒光燈并使其持續(xù)工作。這個(gè)設(shè)計(jì)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(cè)副電路來(lái)量度電燈的電流。同時(shí)還要利用一個(gè)閉合環(huán)路反饋電路，來(lái)彌補(bǔ)電燈的非線性特性。這種設(shè)計(jì)會(huì)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(diǎn)相當(dāng)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(chǎng)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(gè)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(guó)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(zhuān)利的高壓IC(HVIC)與其專(zhuān)有的調(diào)光方式集成，讓整個(gè)鎮(zhèn)流器和可調(diào)光電路能夠包含在一個(gè)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(huì)占用了8個(gè)管腳中的6個(gè)，其中有4個(gè)管腳是供給高側(cè)和低側(cè)MOSFET柵極驅(qū)動(dòng) (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(guò)一個(gè)管腳，為閉合環(huán)路可調(diào)光功能同時(shí)提供參考及反饋功能。這種創(chuàng)新方法的效果很好，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師利用這款新IC設(shè)計(jì)出來(lái)的可調(diào)光微型鎮(zhèn)流器，只要少于50個(gè)器件。

操作和設(shè)計(jì)

圖3的狀態(tài)圖顯示在VCC首次應(yīng)用時(shí)，這款新IC由UVLO模式轉(zhuǎn)換到預(yù)熱/觸發(fā)模式。在集成半橋振蕩器以最高頻率啟動(dòng)時(shí)，在VCO管腳的內(nèi)部電源也會(huì)開(kāi)始為一個(gè)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(jí)繞線將預(yù)熱燈絲，同時(shí)電燈的輸出電壓也會(huì)增加。當(dāng)電壓超過(guò)觸發(fā)臨界電壓，電燈便會(huì)亮起來(lái)，電燈電流亦因應(yīng)IC進(jìn)入DIM模式而開(kāi)始流動(dòng)。

圖3:IRS2530D的狀態(tài)圖

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設(shè)計(jì)人員用這款新IC來(lái)設(shè)計(jì)電路時(shí)，一定要注意開(kāi)發(fā)PCB布局的相關(guān)預(yù)防措施。比方說(shuō)，他們要確保設(shè)計(jì)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(huì)因不良的器件布局而出現(xiàn)故障。還有，最好的實(shí)踐技巧包括在高壓和低壓器件之間維持適當(dāng)?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(guān)電源；盡量把關(guān)鍵器件放近它們的IC管腳，達(dá)到良好的干擾過(guò)濾，并且盡可能保持可調(diào)光反饋零件遠(yuǎn)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(dòng)器輸出。同時(shí)，確保執(zhí)行COM節(jié)點(diǎn)連接的建議也非常重要。

典型應(yīng)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(guò)全波整流和EMI濾波器。有了IR的HVIC程序，IRS2530D能夠直接驅(qū)動(dòng)由MHS和MLS組成的半橋，控制預(yù)熱、激發(fā)和電燈調(diào)光電壓。這個(gè)原理圖也顯示RVCC1及RVCC2電阻提供IC的起動(dòng)電流，不過(guò)每當(dāng)半橋開(kāi)始振動(dòng)，它的工作便會(huì)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(lái)電燈觸發(fā)所需的高電壓。這個(gè)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(fù)責(zé)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(yīng)用的電路圖。

設(shè)計(jì)中應(yīng)用于DIM輸入的電隔離10VDC參考電壓，是由T1及其相關(guān)的器件提供，并透過(guò)CVS、RVS1和RVS2在它的二次側(cè)作偏壓，務(wù)求使其輸入及輸出能夠互相追蹤。電流檢測(cè)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(duì)。此外，圖中其他器件能夠加強(qiáng)保護(hù)設(shè)計(jì)，避免受到電擊、停電或燈絲故障所影響。

額外的設(shè)計(jì)支持

IR藉著應(yīng)用其HVIC程序及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成功開(kāi)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(gè)晶片解決方案。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化基于這種新方案IRS2530D的設(shè)計(jì)程序，IR同時(shí)也開(kāi)發(fā)了鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)輔助軟件 (Ballast Design Assistant) ，讓工程師在IR的網(wǎng)站免費(fèi)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(lèi)和電燈配置，快速針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用完成設(shè)計(jì)。這個(gè)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(shè)計(jì)人員的好幫手。