创新硅器件为微型安定器照亮了前路

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  先进的高压IC技术加快了低功率荧光照明解决方案的发展,如何能够帮助荧光照明厂商加快实现微型安定器设计。
  
  生产工业用或商业用节能荧光照明产品的厂商,现在正面对使照明装置同时拥有先进效能和纤巧外形的压力。新一代的电灯具有多种款式选择,外形也日趋小巧,不但可加强控制对应周遭的照明设定,更可以在较低功率下操作。此外,照明产品只要维持在低功率,即是在26W以下操作,便不用像大型灯具般要符合功率因子改正(PFC)要求。这些都使小型装置更有吸引力,也促进了用来驱动这些小型装置的微型安定器的发展。其中一个常见于荧光照明的发展方向,就是可调光的照明。
  如图1所示,传统安定器需要一个干扰阻塞输入滤波器、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形波电压。这种电路由一个控制IC和半桥组成,并且以一个共振输出级作为预热、击发和操作荧光灯之用。有关设计如要加上可调光控制功能,便要通过电流感测副电路来量度电灯的电流,以提供进一步的隔离输入;同时利用一个闭合环路反馈电路,来弥补电灯的非线性特性。这种设计会显著增加解决方案所需的组件数目、成本和所占空间,缺点颇多。
  
  减少器件数目、电路板面积和成本
  
  不过,随着有更多的整合式IC解决方案问世,情况便开始出现变化。这方面的最新发展,是通过高度整合的单个组件,使微型安定器在不用增加整体器件体积的情况下,都能够结合调光功能。国际整流公司的IRS2530D DIM8TM可调光安定器控制IC,便把该公司专利的高压IC(HVIC)与其特有的调光方式结合,使整个安定器及可调光电路能够收容于同一个8支脚的SO8封装内。
  


  图2展示了IRS2530D的方块图。常见的安定器操作都会占用了8支脚中的6支,当中有4支脚是供给高及低侧MOSFET闸极驱动(VB、HO、VS、LO)使用。因此,厂商要为产品加添可调光功能,就要采用创新的方法。IR便结合了DC参考与AC电灯电流,透过一支脚,为闭合环路可调光功能同时提供参考及反馈功能。这种创新方法的结果相当完美,因为设计师现在可利用这款新IC,创造所需组件数量少于50的可调光微型安定器。
  
  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模式转换至预热/燃点模式。在整合式半桥振荡器由最高频率启动时,于VCO支脚的内部电源也开始对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。当电压超过燃点临界电压,电灯便会亮起,电灯电流也因应IC进入DIM模式而开始流动。
  


  设计人员用这款新IC来做电路设计时,切记要注意开发PCB布局的相关预防措施。例如,他们欲保持设计的最佳效能,就要维持良好的干扰抑制;否则,即使正确连接的电路也会因不良的器件布局而出现故障。还有,最佳实践技巧包括在高压和低压器件之间维持适当的蔓延面和空间距离;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支脚,达致良好的干扰过滤,并且尽可能保持可调光反馈零件远离高压转换器件。
  其他建议包括于电源采用双重滤波器,以隔离有可能由电荷泵产生的高电流尖峰。我们还建议使用闸极电阻,避免Miller电流回流到闸极驱动器输出。同时,工程人员也应确保COM连接点建议的执行。
  
  典型应用
  
  图4展示典型的原理图。图中的AC输出电压在被DC总线电容器处理前,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、燃点和电灯调光电压。这个原理图也显示RVCC1及RVCC2电阻提供IC的起动电流,但每当半桥开始振动,其工作便会由CSNUB、DCP1和DCP2所组成电荷泵取代。按上文的建议,电源滤波器是由CVCC1、CVCC2、RLIM1及RLIM2提供。另一方面,谐振槽电路 (LRES和CRES) 带来电灯燃点所需的高电压。这个电路也提供电灯调光所需的低通滤波。至于DC阻绝电容器,即CDC,就负责防止电灯因水银迁移而造成电灯未端变黑,甚至缩短灯管寿命。
  


  设计中应用于DIM输入的电隔离10VDC参考电压,是由T1及其相关的组件提供,并透过CVS、RVS1和RVS2于其二次侧作偏压,务求使其输入及输出能够互相追踪。电流感测电阻两端的AC电灯电流─RCS,就借着CFB及RFB反馈电路与DIM支脚作出配对。此外,图中其他组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。
  
  附加设计支持
  
  国际整流器公司借着应用其HVIC程及创新设计,成功开发了能够加速低功率可调光微型安定器发展的单个芯片解决方案。为了进一步简化基于这种新方案IRS2530D的设计程序,我们亦同时开发了安定器设计辅助软件应用(Ballast Design Assistant),供工程师于IR的网站免费下载使用,让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安定器输出数据、IC可编程组件值和电感器规格,以及原理图和完整的物料清单,是设计人员的好帮手。
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