微型镇流器的发展

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工业或商业用节能荧光灯照明产品的制造商们都面对着要让照明装置同时拥有先进能效和小尺寸的压力。新型灯具款式繁多，外形亦越来越小巧，并可在较低功率工作时加强对环境光设定的控制。此外，照明产品只要维持在低于26W的低功率下运作，就不需像大型灯具般要符合功率因数校正(PFC)的要求。这些都使小型灯具更具吸引力，也推动了用来驱动小型灯具的微型镇流器的发展。其中，荧光灯照明的主要发展方向之一，就是可调光照明。

如图1所示，传统的镇流器需要一个输入噪声滤波器、整流器，以及平流电容器，来把AC电压输入转换为DC电源。它们要由一个副电路来产生高频率方波电压。这种电路由一个控制IC和半桥组成，且用一个共振输出级来预热、激发荧光灯并使其持续工作。这个设计如果要加上可调光控制功能，就需要隔离输入和电流检测副电路来量度电灯的电流。同时还要利用一个闭合环路反馈电路，来弥补电灯的非线性特性。这种设计会大幅增加解决方案所需的器件数目、成本和所占空间，因此缺点相当多。




图1:为微型镇流器增加可调光电路。



减少器件数目、电路板面积和成本

随着市场上出现更多的集成IC方案，情况便有所改变。这方面的最新发展，是藉着高度集成的单个器件，使微型镇流器在不用增加整体器件尺寸的情况下，也能够提供调光功能。国际整流器公司(IR)的IRS2530D DIM8可调光镇流器控制IC，就是把该公司专利的高压IC(HVIC)与其专有的调光方式集成，让整个镇流器和可调光电路能够包含在一个8管脚SO8封装中。




图2:IRS2530D的方框原理图。

图2展示的是IRS2530D的方框图。一般的镇流器操作都会占用了8个管脚中的6个，其中有4个管脚是供给高侧和低侧MOSFET栅极驱动 (Vb、HO、VS、LO) 使用。所以，制造商必须采用创新的方法，才能为产品加上可调光功能。因此，IR集成了DC参考与AC电灯电流，透过一个管脚，为闭合环路可调光功能同时提供参考及反馈功能。这种创新方法的效果很好，因为设计师利用这款新IC设计出来的可调光微型镇流器，只要少于50个器件。

操作和设计

图3的状态图显示在VCC首次应用时，这款新IC由UVLO模式转换到预热/触发模式。在集成半桥振荡器以最高频率启动时，在VCO管脚的内部电源也会开始为一个外部电容器充电。随着频率逐步减少到电路的谐振频率，谐振电感器的次级绕线将预热灯丝，同时电灯的输出电压也会增加。当电压超过触发临界电压，电灯便会亮起来，电灯电流亦因应IC进入DIM模式而开始流动。




图3:IRS2530D的状态图

                          
                       
                          
                               

设计人员用这款新IC来设计电路时，一定要注意开发PCb布局的相关预防措施。比方说，他们要确保设计有最好的效能，就得维持良好的干扰抑制；否则，就算正确连接的电路也会因不良的器件布局而出现故障。还有，最好的实践技巧包括在高压和低压器件之间维持适当的爬电距离(creepage distance)和电气间隙；保持耦合电容器贴近它们的相关电源；尽量把关键器件放近它们的IC管脚，达到良好的干扰过滤，并且尽可能保持可调光反馈零件远离高压转换器件。

其他建议还包括于电源采用双重滤波器，从而隔离有可能由电荷泵产生的高电流尖峰。还建议使用栅极电阻，避免密勒电流回流到栅极驱动器输出。同时，确保执行COM节点连接的建议也非常重要。

典型应用

图4展示了典型的电路图。图中的AC输出电压在被DC母线电容器滤波前，已经通过全波整流和EMI滤波器。有了IR的HVIC程序，IRS2530D能够直接驱动由MHS和MLS组成的半桥，控制预热、激发和电灯调光电压。这个原理图也显示RVCC1及RVCC2电阻提供IC的起动电流，不过每当半桥开始振动，它的工作便会由CSNUb、DCP1和DCP2所组成电荷泵取代。按前文的建议，电源滤波器是由CVCC1、CVCC2、RLIM1及RLIM2提供。另一方面，谐振电路 (LRES和CRES) 带来电灯触发所需的高电压。这个电路也提供电灯调光所需的低通滤波。至于隔直电容器，也就是CDC，就负责防止电灯因水银迁移而造成电灯未端变黑，或者缩短灯管寿命。




图4:典型应用的电路图。
设计中应用于DIM输入的电隔离10VDC参考电压，是由T1及其相关的器件提供，并透过CVS、RVS1和RVS2在它的二次侧作偏压，务求使其输入及输出能够互相追踪。电流检测电阻两端的AC电灯电流–RCS，就藉着CFb及RFb反馈电路与DIM管脚作出配对。此外，图中其他器件能够加强保护设计，避免受到电击、停电或灯丝故障所影响。

额外的设计支持

IR藉着应用其HVIC程序及创新设计，成功开发了能够加快低功率可调光微型镇流器发展的单个晶片解决方案。为了进一步简化基于这种新方案IRS2530D的设计程序，IR同时也开发了镇流器设计辅助软件 (ballast Design Assistant) ，让工程师在IR的网站免费下载使用，使他们可以利用不同的线性输入电压范围、电灯种类和电灯配置，快速针对目标应用完成设计。这个软件套件还可以产生所需的镇流器输出数据、IC可编程器件值和电感器规格，以及原理图和完整的物料清单，是设计人员的好帮手。