新型照明控制IC技术及应用

1、新型照明控制1c技术及应用1、前言用于照明方面的电力管理解决办法，如电感萤光灯，电子萤光灯，紧凑型萤光灯(cfl)，卤 素灯控制集成电路以及高压气体放电灯(hid)技术等，用于范围宽广的居民区、商业和汽车 中，减少了它们所需要的电力，在节能方面向前迈进了巨大的一步。其控制集成电路中的自 适应控制技术和高电压半导体结隔离技术是其屮的一部分，获得了广泛应用。值此对新型节 能照明控制1c技术及应用作研讨。为此先了解一下照明控制1c的主要应用领域。应该说，目前照明控制1c的主要应用领域为：工业建筑和办公室用直管和紧凑型萤光灯照 明设备；住宅和旅馆用紧凑型萤光灯照明设备cfl及冷阴极荧光灯ccfl;零售

2、照明设备市 场的卤紊灯和室外照明设备的hid;单白光led及照相机氙光灯；0le1)及tft显示器等等。2、新型照明控制1c技术的特征目前，在照明控制1c即电子变换器设计方而，存在两种不同的典型方法。第一种方法基于 tc器件，与若干个外部无源器件一起，驱动两个高压(通常高于400v)功率mos晶体管，实 现一个半桥变换器；第二种方法基于两个髙压双极晶体管和大s的无源器件，但是只能实现 部分功能。双极解决方案被用于成本极其低廉的中低端应用。2.1适合于电子镇流器的高压隔离结1c技术节能产品应用的关键在于成本和可靠性，而这些控制1c推动了高压隔离结技术以满足这两 个要求。如今己把普遍将控制1c-高

3、压隔离结技术应用到镇流器中，生产岀了具有竞争性、 高性能和商度可靠的产品。节能产品应用的关键在于成本和可靠性，而这些1c推动了髙压 隔离结技术以满足这两个要求。现在面临的挑战是通过设计控制光源的新1c将它们扩展到 其他照明市场部分。2. 11高压隔离结1c技术的特征这项高压隔离结1c技术允许电路放賈在隔离的“井”里而，这个“井”到低压电路可以有 600v隔离，见图1黄色粗线所示。这是因为当今不少照明技术均与高电压功率moshtt技术 相联在一起的,其分离产品系列包括大量不同型号的器件，范围从桥式整流器和肖特基二极 管到功率mosfrt和igbt。随著高压隔离结tc技术的加入，从而为功率电子产业

4、的无限设 计打开了大门。 ,为高压幅离结1c技术示意图 1黄色粗线所示为髙压隔离井商压隔离结1c技术的特征是，使岛端及低端的驱动功能融合于单一芯片以控制多种开 关转换器的拓扑结构。这些拓扑结构之一是广泛应用在电子镇流器中的半桥结构。这使得该 技术非常适合于电子镇流器产业。2. 12萤光灯照明的ir2153与ir2166控制1c*ic ir2153把标准555时基电路与高端和低端半桥驱动器结合在一起。这个1c与高压mosfet 一起，很快就被照明技术采用，并成为了电子镇流器的一个标准控制器，可以作为未來照明 设备控制1c发展的基础。由于ir2153被广泛应用并作改进成为irs2153d,其顶部更

5、加坚 实耐用，且集成了必要的自举二极管。*tr2156和tr2166控制tc是在tr2153基础上改进的镇流器技术.它集成/另外的功能到 1r2153中，这是更加完善控制萤光灯的要求。它们包括最大化灯寿命和提髙镇流器可靠性 所必谣的预加热和故障保护功能。tr2166进一步改进，并集成了有源功率因素校正(pfc)控 制，与镇流器控制一起实现整个镇流器的中.芯片解决方案。因为对于功率级别在25w以上， pfc在欧洲是强制的，世界的其他地方正在跟随同样的趋叫。ir2166在同一个1c屮包括二个分开的振荡器,一个用于控制镇流器输入而另一个用于控制 灯。并且，为了满足t5萤光灯的新要求，ir2166设有

6、寿命终期(eol)引脚以探测灯在接近 寿命末期时发生的过压，在这些高电压产生损害之前安全地关闭镇流器。现在而临的挑战是通过设计控制光源的新1c将它们扩展到其他照明市场部分。2.2智能功率技术的荧光灯驱动电路技术它是采川固定频率（高达200khz左右）半桥拓扑驱动线性荧光灯管的解决方案。该方案采用 了系统芯片的方法：在同一个芯片vk06t上集成控制部分、保护电路和功率级。由于采用这 种单片电路的方法，系统可靠性得到了提高，此外，系统集成和小型封装还实现了更小。2.21技术特征vk06tl驱动电路芯片应用智能功率vipower m3-3制造技术，允许在同一芯片vk06tl上集 成控制部分和功率级。

7、功率级是一个“发射极开关”，这个“发射极开关”通过在一个共射 -共基放大器结构中放賈一个双极高压达林顿晶体管和一个低压mos场效应晶体管制成的。 因此，这个方案实现了双极器件的低压降与断态时高击穿电压之间的平衡，以及mos场效应 晶体管的开关速度快的特性。因此，这个“发射极开关”结构可以实现一个很髙的频率 （200khz 左右）。2.22 vk06tl芯片应用于荧光灯镇流驱动器为应用vk06tl巫动电路的一个荧光灯慎流器专用的驱动 器，卽半桥变换器设计方案图。：图2为应用vk06tl驱动电路的一个荧光灯慎流器专用的驱动器，即半桥变换器设计方案图。在图2的半桥变换器中，vk06tl被指定用于上桥

8、臂和下桥臂。因为采用两个vk06tl,儿乎 无需外部器件，只用两个二次绕组就可以导通一次侧扼流圈。所以，该荧光灯慎流器专用的 驱动器-半桥变换器是一个效率极高而成本极低的荧光灯变换器。这个变挽器能够恰当地管理一个高端荧光灯应用全部必备的工作条件,即沿动、预热频率和 时长控制、点火和稳态阶段。这个半桥可以实现过流保护（eol:灯管寿命终止）、整流效应 保护和过温保护，从而创造一个全保护系统。芯片的控制级和功率级都是由vcc引脚供电，vcc引脚通过一个电阻电容(rc)网络与直流总 线相连。在启动阶段，电容通过一个高阻值的电阻器充电，因此，只需几百微安。由于功率 双极晶体贮存基极电流是在通过“vcc

9、充电网络”连接vcc引脚的电容上恢复的，因此，在 工作阶段，器件是自己给自己供电。vk06tl这项特殊功能允许使用功耗更小的电阻器，而 ii上电桥臂电源无需充电泵。还必须从连接次级绕组的sec引脚触发、接通这个器件。需要指出的是，这个单片方法无需外部电阻器和连接器就实现了功率级电流检测。此外，如 上文所述，只需一个单片器件就可以集成一个温度保护电路。3、应用于紧凑型萤光灯(cfl)cfl的ic ir2520d与ccfl的tps680003. 1 ic ir2520d特征与应用* tr2520d的呈现照明控制1c的另一个主要部分,包括紧凑型萤光灯(cfl)与ccfl。传统的控制这灯的电路是 自振

10、荡类型的，并且对成本非常敏感。巾于可靠性问题，14振荡方案实际上阻碍了快速发展。因hvji技术主要被用于隔离高电压电路和电平转换栅极驱动信号电路。采用ir2520d, hvji 功能被扩展来实现必要的检测功能。先前的1c要求一个分开的引脚用于某种检测譬如直流 总线欠压，过流，灯丝开路或灯被移除。tr2520d釆用hvjt技术和新控制算法，通过单一 引脚来检测所有要求的参数。然而，这个引脚是在com端和高压直流总线之间经常交换的半 桥中点，这意味著，检测必须是在低端半桥开关导通时完成，而在半桥高端开关导通时电路 必须能承受高压，1k2520d用第三个內部高压moseet来达到这个功能。1r252

11、0d接著使用新 控制算法譬如“非零电压开关(zvs)保护”和“波峰检测”来实现必要的镇流器功能，其他 的控制引脚用于设置最小的工作频率和预热时间。®后，再加上频率振动功能，它通常把频 率转移到几千赫以上并回降到最小的频率，从而來达到减少外部emi滤波的需要。把所有这 些功能集成在简单的8引脚封装内，ir2520d的设计目标是应用于cfl产品中。这种新解决 方案将减少尺寸大小和cfl镇流器的费用，提高制造能力，并提岛可靠性以有助于cfl产品 的采用和这个市场占额的进一步发展。见图3为ir2520d应用于cfl示意图。lfbrnrsupplyfi220vaccfdcpicvcc一tlr&

12、#163;scvco-ilixwr "meieremincboot緊凑翌音光flicds图3应用ir2520d ic千緊凑型萤光幻（cfl）的示意推图 dr2520d引脚功苗 1- vcc 2-com 3-vco 4fmin 5 - l0 6-vs 7- ho 8-vb*ir2520d集成电路主要特征：具有智能的半桥驱动器、自动复位短路保护、a动复位过载保护、锁存过温保护、频率摆动 （有更好的em1）、微功率启动（150ua）、用于前缘/后缘的相位调光、输出电压漂移比较（更 长灯寿命）、真正的软启动（防止过度驱动灯）、自适应的死区时间、小的8引脚d1p/soic 封装。其系统包含：闪

13、部振荡器、先进的过载和短路保护、输出电压负载补偿、采用外部相 位调光器实现调光、更长的灯寿命、优越的产品可靠性、减少元件数目。3. 2ccfl背光控制器3.21技术基础输入电压一背光电源通常由电池或稳压器提供。对于背光电源來说，为了选择最佳的tc及 电源转换拓扑电路以产生照明灯所需的输出电源，先对可用的输入电压有所了解是十分重要 的。照明灯特性（输出功率）般的ccfl灯需要250vac至1000vac（2至10ma）以支持运转。而 输入电压与输出电压间的关系指示出了最佳的jc及电源拓扑结构。电源拓扑-此部分以不同的方式控制变压器。有时输入/输出关系指示出某一确定的拓扑结 构。而不同的拓扑机构则

14、对应了不同的电源转换效率。变压器类型-压电式（piezo）在某些应用中可实现更小的尺十及更高的效率。控制选项-单或双灯控制、亮度控制3. 22技术特点：针对ccfl的完全电源控制；磁感式或压电式变压器控制；开灯(openlamp) 保护及变压器保护；脉冲亮度调节控制以获得高效及更宽的亮度调节范围；四种不同的电源 拓扑，包拈半桥half-bridge)，反激式，自振荡，推挽式(push-pull)。3. 23 ccfl(冷阴极荧光灯背光源)tps68000高效移相全桥ccfl控制器与应用主要特点：输入电压范围：8v至30v;集成了门驱动的全桥技术，用于4-nm0s转换。同步恒定工作频率；可编程相

15、位延迟用于控制从操作的运行频率；光一电压稳压以及光一电 流稳流；模拟调光及脉冲调光；多控制器件下的可调节分貫式脉冲调光；启动或出错状态下 可程序化的校正电压时长：开灯保护和短路保护；内置高温保护与低电压锁定模式；封装模 式：30引脚tssop封装.tps68000高效移相全桥ccfl控制器导单灯应用图见图4所示。囝4为tps68000应用于ccfl示意囝可在桌面监视器和lcd电视的ccfl背光电源供应与笔记本电脑的ccfl背光电源供应上应 用。4、世界第一款卤素转转换器1c帘场中的卤素灯部分正经受挑战，即这个市场很大程度上面临的是可靠性和性能问题。由于 过载和短路故障，电子变压器经常受到损坏。但是，采用合适的技术，卤素转转换器1c就可以成为解决方案，那就是可以使用一个三端的双向可控硅开关元件实现卤素灯管平缓而连 续的调光。vccrit212-ma-i?vacoutputs 5（a） 应用ik2161于卣索灯芣意框str2161面临的挑战就是在小型的8引脚封装内提供广泛的保护特性、灯管电压调节和调光 功能（见图5a所示），可再次采用hvii技术，并且使用了一些新的检测技术。ir2161同样 使用了第三个内部高压m0sert来检测半桥电压，通过在每个开关周期的死区时间期间在这 个电压到达