FM2822型可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制器及其應(yīng)用

 摘要：FM2822是上海復(fù)旦微電子公司推出的一款可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器ASIC。介紹該電路的特點(diǎn)、引腳功能和電氣特性，給出其典型應(yīng)用電路及工作原理。

1 引言

在能源日益短缺的形勢(shì)下，高效節(jié)能綠色照明電光源及其電子鎮(zhèn)流器越來(lái)越受到人們的青睞。在電子鎮(zhèn)流器問(wèn)世之后的20余年中．國(guó)產(chǎn)電子鎮(zhèn)流器所用控制器全部依賴進(jìn)口。上海復(fù)旦微電子股份有限公司、上海貝嶺股份有限公司最近分別推出具有自主產(chǎn)權(quán)的FM2811／FM2822和BL8301熒光燈電子鎮(zhèn)流器專用集成電路(ASIC)，在性價(jià)比方面完全可與世界先進(jìn)的同類產(chǎn)品媲美。

FM2822是上海復(fù)旦微電子公司在FM2811基礎(chǔ)上研發(fā)的可調(diào)光熒光燈電子鎮(zhèn)流器ASIC。與IR、Fairchild、ST和IJnear等國(guó)外公司的同類IC比較。在設(shè)計(jì)上有獨(dú)特之處，可以簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，大大增加外圍設(shè)計(jì)的靈活性。

熒光燈與白熾燈相比，其特性完全不同。因此,熒光燈不能沿用白熾燈調(diào)光方案。目前采用電子鎮(zhèn)流器的熒光燈調(diào)光方案主要有頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)兩種，有時(shí)兩種方案可兼用。熒光燈調(diào)光實(shí)際上是調(diào)節(jié)燈功率，調(diào)光的目的是為了節(jié)電。白熾燈調(diào)光技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，但在我國(guó),可調(diào)光熒光燈的應(yīng)用卻非常少見(jiàn)。FM2822的問(wèn)世。解決了通過(guò)普通晶閘管調(diào)光器對(duì)熒光燈亮度實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的技術(shù)難題。

2 FM2822的封裝及引腳功能

FM2822采用16引腳DIP封裝，引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下所述：

腳l(CRECT)：該引腳輸出電流高頻成份被外部阻容濾波電路濾除，輸出電流大小決定燈電流與燈電壓的乘積信號(hào)，從而對(duì)調(diào)光控制實(shí)現(xiàn)燈功率閉環(huán)反饋。

腳2(VL)：燈電壓采樣信號(hào)／過(guò)壓保護(hù)信號(hào)輸入。進(jìn)入該引腳的電流作為內(nèi)部乘法器的一個(gè)輸入。如果該腳上的電流IvL>Ivu(stop)(120μA)，CP腳上電容充電則延時(shí)。在經(jīng)0．5s的延遲之后，如果過(guò)壓條件仍然存在，IC則進(jìn)入待機(jī)模式。否則，器件正常工作。如果電流IⅥ-大于嚴(yán)重過(guò)載電流IvL(嘶c)(約240txA)，器件直接進(jìn)入待機(jī)模式。

腳3(DIM)：閉環(huán)調(diào)光控制信號(hào)輸入端，用于設(shè)定燈亮度。該腳既可以由晶閘管輸出端信號(hào)轉(zhuǎn)換一個(gè)平均電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制，也可以通過(guò)電位器或?qū)Ｓ谜{(diào)光器控制。該腳上的輸入電壓范圍為0～4VDC。

腳4(RIND)：半橋輸出電流相位檢測(cè)輸入，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器檢測(cè)不同的相位關(guān)系．并通過(guò)邏輯電路判斷是否出現(xiàn)電容性模式。如果出現(xiàn)電容性工作模式，則經(jīng)過(guò)延時(shí)后進(jìn)人保護(hù)狀態(tài)。

腳5(CF)：外接壓控振蕩器(VCO)電容，初始上電時(shí)該電容被充電至內(nèi)部基準(zhǔn)電壓值。

腳6(RP)：外接預(yù)熱頻率設(shè)定電阻．預(yù)熱時(shí)該腳上的電壓充電至4V，預(yù)熱結(jié)束后該腳上的電壓下降到0V。

腳7(CP)：外接預(yù)熱時(shí)間設(shè)置電容。

腳8(FAULT)：該腳在預(yù)熱或系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時(shí)輸出高電平控制信號(hào)，可靈活用于各種控制。

腳9／1l(G1／G2)：半橋高／低端驅(qū)動(dòng)器輸出，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的非交迭時(shí)間固定在1.3μs的典型值上，從而可避免半橋中兩個(gè)MOSFET發(fā)生“貫通”。

腳10(GND)：接地端。

腳12(VDD)：供電電壓施加端。

腳13(RF)：該腳參考電壓為2.4v，外接電阻或內(nèi)部參考電流源，外接電阻阻值和CF腳外部電容共同決定振蕩頻率的上下限。

腳14(EOL)：燈壽命終結(jié)檢測(cè)輸入端，只要該腳上的電壓在±1V的窗口電平之外，振蕩器停振，IC進(jìn)入待機(jī)模式。若不用該腳也可以接地。

腳15／16(ITl／IT2)：燈電流采樣信號(hào)輸入，在內(nèi)部經(jīng)全波整流后輸入到乘法器。由于經(jīng)過(guò)內(nèi)部整流和放大，所以能對(duì)小信號(hào)準(zhǔn)確采樣。

3 特性和主要電氣參數(shù)

3.1主要特點(diǎn)

FM2822電子鎮(zhèn)流器控制IC的主要特點(diǎn)如下：

●調(diào)光范圍l％～100％，全程調(diào)光無(wú)頻閃；

●燈電流閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，內(nèi)置燈電流采樣信號(hào)全波整流電路；

●預(yù)熱時(shí)間和預(yù)熱電流可調(diào)節(jié)；

●提供半橋電容性模式保護(hù)，燈壽終(EOL)整流效應(yīng)保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)；

●適合驅(qū)動(dòng)各種型號(hào)的燈管。

圖2

    3.2主要電氣參數(shù)

F：M2822主要電氣特性參數(shù)典型值如下：

●VDD腳導(dǎo)通門(mén)限電壓VDD(on)為11V，電壓降低關(guān)斷門(mén)限電平VDD(off)為8V，箝位電壓為16.2V，啟動(dòng)電流Istart為1.2mA；

●RF腳內(nèi)部參考電平為2.4V，RP腳內(nèi)部參考電平為4V；

●預(yù)熱時(shí)間tpre為ls，觸發(fā)時(shí)間tipn為0.2s(@Cp=0.33μF)，預(yù)熱與觸發(fā)時(shí)間之比為5：1；

●DIM腳調(diào)光控制輸入電壓范圍為0V～4V；

●電容性／近電容性保護(hù)RIND腳比較低電平為一50mV，高電平為50mV：

●過(guò)壓保護(hù)VL腳電流輸入箝位電流為80μA，輕微過(guò)載電流，IVL(stop)為120txA，嚴(yán)重過(guò)載電流IVL(penic)為240μA；

●燈壽終(EOL)保護(hù)EOI。腳高門(mén)限檢測(cè)電平為1V，低門(mén)限檢測(cè)電平為一1V。

4 典型應(yīng)用電路及其工作原理

基于FM2822的36W、T8型節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器電路如圖2所示。圖中，Cl、L1和C2組成EMI濾波器，D1一D4為橋式整流器，RPl為調(diào)光電阻．V1和V2為半橋開(kāi)關(guān)，L3—1和C15組成LC串聯(lián)諧振電路，L4的二次繞組與R7組成燈電流采樣電路，R12和R24等組成電流相位采樣電路，R11、R14、R15、D10和C13組成燈電壓和過(guò)壓檢測(cè)電路。

4.1電路啟動(dòng)

在接通AC電源后，橋式整流器輸出經(jīng)啟動(dòng)電阻R1、R2及D5對(duì)IC(F'M2822)腳VDD上的電容C6充電。當(dāng)C6上的電壓達(dá)到11V以上時(shí)，IC啟動(dòng)，振蕩電路起振，半橋逆變器開(kāi)始工作。一旦半橋產(chǎn)生輸出，C5、D5和D6等組成的電荷泵電路為IC的VDD腳提供工作電流。

4.2預(yù)熱與啟輝(觸發(fā))

燈絲預(yù)熱的目的是為了延長(zhǎng)燈管壽命。同時(shí)降低燈觸發(fā)電壓。一旦電路啟動(dòng)，振蕩器產(chǎn)生一個(gè)較高的頻率fpre對(duì)燈絲預(yù)熱，IC腳CP上的電容C11電壓升至4V時(shí)，預(yù)熱時(shí)間結(jié)束。當(dāng)C11取0．331μF時(shí),預(yù)熱時(shí)間tpre=1s。預(yù)熱頻率fpre主要由IC腳RP外部電阻R18設(shè)定。R18阻值越大，振蕩頻率則越低。通常將預(yù)熱頻率設(shè)置為50—60kHz。

在預(yù)熱結(jié)束之后，C11上的電壓從4V開(kāi)始向0V掃描，振蕩頻率從預(yù)熱頻率fDre向工作(即穩(wěn)態(tài)工作)頻率frun掃描，如圖3所示。當(dāng)頻率接近L3—1和C15的固有頻率時(shí)，則發(fā)生LC串聯(lián)諧振，在C15上產(chǎn)生一個(gè)高壓將燈點(diǎn)亮。觸發(fā)時(shí)間為0．2s，為預(yù)熱時(shí)間的20％，燈被點(diǎn)亮后，在frun頻率下工作。工作頻率fru即為最低振蕩頻率．通常將其設(shè)置為35—45kHz，具體由腳RF上的電阻R5和腳CF’上的電容C16共同決定。

4.3調(diào)光

IC腳DIM上的調(diào)光信號(hào)與腳1上的信號(hào)作比較，內(nèi)部誤差放大器產(chǎn)生相應(yīng)的誤差電流送至壓控振蕩器產(chǎn)生某一個(gè)頻率．使逆變器在該頻率下工作，并在諧振電感L3—1上產(chǎn)生一個(gè)阻抗(ZL=2μfL)，此阻抗決定燈電流和燈功率，從而決定燈亮度。

IC腳15和腳16接收燈電流采樣信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部全波整流后輸入到乘法器。腳2(VL)接收燈電壓采樣信號(hào)，并作為乘法器的另一個(gè)輸入。腳l上的輸出電流(乘法器輸出)經(jīng)外部阻容濾波電路濾除高頻成份，決定燈電流和燈電壓乘積信號(hào)，從而對(duì)調(diào)光控制實(shí)現(xiàn)功率閉環(huán)反饋。腳DIM上的輸入DC電壓為0V～4V，相應(yīng)的燈功率調(diào)節(jié)范圍為2％一100％。

4.4故障保護(hù)

FM2822是提供過(guò)電壓保護(hù)、電容性模式保護(hù)和燈壽終(EOL)保護(hù)。

若出現(xiàn)燈管漏氣或陰極去激活使燈不能觸發(fā)點(diǎn)亮，半橋?qū)a(chǎn)生高電壓的很大和電流。腳VL用作檢測(cè)過(guò)電壓狀態(tài)。一旦出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)電壓，振蕩器立即停振，使系統(tǒng)進(jìn)入低功率待機(jī)模式。

如果燈無(wú)法點(diǎn)亮或燈管上電壓過(guò)高，鎮(zhèn)流器半橋逆變電路可能進(jìn)入電容性工作模式。一旦出現(xiàn)這種情況，在MOSFET(V1和V2)上會(huì)產(chǎn)生很大的損耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使MOSFET燒毀。當(dāng)IC的4腳(RIND腳)檢測(cè)到半橋電流相位超前于電壓時(shí)，則判定為電容性模式，系統(tǒng)立即停振進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

在燈壽終(EOI)時(shí)，燈管會(huì)出現(xiàn)整流效應(yīng)，燈絲出現(xiàn)極高的熱點(diǎn)．嚴(yán)重時(shí)會(huì)使燈管電極附近的玻璃融化。IC的EOL腳可檢測(cè)EOL條件，一旦該腳上電壓超過(guò)窗口范圍(±1V)系統(tǒng)會(huì)停振，進(jìn)入待機(jī)模式。在圖2電路中，腳EOL接地，EOL保護(hù)功能未用。