英飞凌电子镇流器解决方案

1应用指南，V1.0，2007年6月ICB1FL02G荧光灯镇流器智能控制IC2电力管理与供应32007年6月12日版本英飞凌科技股份公司出版德国慕尼黑（邮编81726）©英飞凌科技股份公司，版权所有，2007年。保留所有权利免责声明本应用指南所提供的信息仅是对英飞凌器件在应用方面的提示性说明，而不是对任何特定功能、条件或该组件质量的描述或保证。本应用指南的使用者须在实际应用中自行验证本指南中描述的功能。英飞凌在此郑重声明，对于本指南中所提供的任何及全部信息，英飞凌不承担任何责任，也不提供任何保证，包括但不限于对任何第三方知识产权不会构成侵权的保证。信息请就近与英飞凌的分支机构(www.infineon.com)联系，以获取关于技术、交付期限和条件以及价格等方面的进一步信息。警告根据技术要求，器件中可能含有危险物质。如果对任何类型的器件和材料存有疑问，请就近与英飞凌的分支机构联系。如果将英飞凌的器件应用于生命支持设备或系统，而根据合理预期，该器件的故障可能导致生命支4持设备或系统的故障或者影响该设备或系统的安全性或效能，则必须得到英飞凌明确的书面同意。生命支持设备或系统用来植入人体、或支持和/或维持以及支撑和/或保护人类生命。基于合理假定，这些设备或系统的故障可能危及使用者或其他人的健康。镇流器智能控制IC应用指南5V1.0,2007-06ICB1FL02G版本记录：2007-06V1.0先前版本无页码我们希望听取您的意见您是否认为本文内容中存在错误、模糊或者疏漏之处？您的反馈意见将帮助我们持续改善本文的质量。请把您的建议（请指出在本文中的出处）发送至：[e-mail]镇流器智能控制IC应用指南6V1.0,2007-06荧光灯镇流器智能控制IC产品亮点z昀少的外接器件，优化系统成本z采用无磁芯变压器技术的600V半桥驱动器z昀高的镇流器可靠性，昀低的散射参数z多项监控和保护特性z昀小的启动和工作电流z支持多灯管设计功率因数校正（PFC）特性z0至100％负载范围内的间断导通工作模式PFCz集成的PFC控制回路补偿zPFC电流昀大值可调zPFC输出电压可调灯管镇流器逆变器特性z支持多灯管拓扑结构下的灯管拆卸后的重启和灯管使用寿命到期检测z通过检测到的灯管电压的可调+/-阈值来检测灯管使用寿命到期z通过灯管电压的+/-幅度比检测整流器效应z可调式过载及整流器效应检测z容性负载工作模式的检测z40毫秒至235毫秒范围内点火时间自适应系统z仅用电阻调节参数z无铅化镀铅工艺；符合RoHS标准要求镇流器智能控制IC应用指南7V1.0,2007-06产品描述ICB1FL02G是用于荧光灯镇流器控制的芯片，包括非连续导通模式的功率因数校正（PFC）、灯管逆变器控制和高压电平移位半桥驱动器。镇流器智能控制IC应用指南8V1.0,2007-06目录1前言2IC功能描述工作特点逆变器预转换器启动阶段的工作流程保护特性3镇流器设计灯管工作原理电子镇流器－功能灯管工作状态4镇流器信号说明预热和点火控制正常模式阶段控制保护功能功率因数校正5应用实例单灯管――电流控制预热镇流器智能控制IC应用指南9V1.0,2007-06单灯管――电压控制预热双灯管――电流控制预热双灯管――电压控制预热6附录镇流器智能控制IC应用指南10V1.0,2007-061前言图1.PG-DSO-18-1(300mil)封装管脚符号功能1LSCS低边电流感应（逆变器）2LSGD低边门驱动（逆变器）3Vcc供电电压4GND控制器地5PFCGDPFC门驱动6PFCCSPFC电流感应7PFCZCDPFC零电流检测8PFCVSPFC电压感应9RFRUN设置工作频率R值10RFPH设置预热频率R值11RTPH设置预热时间R值12RES灯管拆卸后的重启13LVS1灯管电压感应114LVS2灯管电压感应215n.e.空置16n.e空置17HSGND高边地18HSVCC高边电源电压19HSGD高边门驱动（逆变器）20HSGND高边地镇流器智能控制IC应用指南11V1.0,2007-06ICB1FL02G树立了镇流器控制器的新标杆英飞凌向市场上推出了用于荧光灯电子镇流器控制的新型控制器-ICB1FL01G。该控制器除提供镇流器所需的综合控制功能外还具有一系列独特的功能特性，以昀少的外接器件实现单灯管和多灯管运行。新一代T4和T5型荧光灯具有昀优的节能效果。与原来的T8和T12型灯管相比，T4和T5型荧光灯需使用更复杂的特定启动程序以及加强的工作状态监控，以延长其使用寿命。我们的IC为这些新型灯管提供了昀优的功能性支持。ICB1FL02G镇流器控制器的第一个功能模块控制升压转换器，该转换器是功率因数校正用的有源谐波滤波器。IC的第二个模块利用电平移位方法控制半桥逆变器。浮动高边MOSFET的驱动器采用新型无磁芯变压器技术。逆变器通过谐振电路向灯管供电。按照固定和可调时序工作的不同工作模式，例如软启动、预热、点火及运行模式等均由逆变器的工作频率进行控制。对于1、2和4灯管组态，该器件可检测灯管拆卸以及当灯管使用寿命到期时产生的危险的整流器效应。该器件可处理模拟信号及数字信号，在可调的以及预定的时间内对工作流程和监测参数提供更精确的控制。对决定时间和频率的参数的调整仅由电阻完成，而避免使用任何电容。ICB1FL02G镇流器控制器以20VBICMOS技术制造，昀小特征尺寸为0.6µm，以及三个金属层。镇流器智能控制IC应用指南12V1.0,2007-062功能IC描述图2.T5-FL-镇流器电路图工作特点我们将对照图2所示的T5荧光灯镇流器电路图来进行功能描述。主回路接通后，滤波电容C2和大容量电容C10被充电至主电源的峰值电压。经过启动电阻R11和R12，给IC供电的电容C12和C13也被充电。当供电电压Vcc低于10V时，IC的电流消耗一般小于100µA；一旦供电电压超过这一水平，位于RES管脚典型值为20µA的电流源就被开启，以检测低边灯丝。只要RES管脚的电压水平低于1.6V，就认为灯丝未被烧毁。在被测量电流流经的电路中接入电阻R36，该电阻用于调节压降并在运行模式时与电容C19一起对灯丝上的交流电压进行滤波。除此以外，一个齐纳二极管D10被放在RES管脚和地之间，以保护RES管脚避免因灯管在运行时被拆卸而可能引起的过压冲击。电流通过电阻R34和R35流入高边灯丝，并通过电阻R31、R32和R33流入LVS1管脚。如果电流大于15µA，灯丝就被检测到。在多灯管操作时，可以使用第二个检测管脚LVS2，该管脚与LVS1一样可通过接地方式被屏蔽。LVS管脚的电流被供电电压Vcc钳制，以支持芯片启动。如果在LVS管脚测量到的电流过小，就会在RES管脚产生一个较高的电流（典型值为41µA），使电阻R16上的电压降超过1.6V的水平，IC的启动被阻止。也就是说，如果检测到灯丝存在，并且PFCVS管脚的电压不低于0.375V,构成升压转换器的闭环调节回路，那么只要供电电压Vcc超过14V的导通阈值，IC即可开启其驱动器输出。给荧光灯供电的逆变器半桥的低边MOSFETQ3随第一个脉冲导通，电容C13随即通过电阻R30和二极管D6向浮置电容C14充电，电容C14像电池那样为高边逻辑控制电路供电。电阻R30避免LSCS管脚过流保护的开启，因镇流器智能控制IC应用指南13V1.0,2007-06此在下一个半周，高边MOSFETQ2被导通。在半桥逆变器的输出端，电容C16与二极管D7和D8一起构成电荷泵。C16以逆变器频率持续重复的充电，使能量转移至C13以提供IC的供电电压Vcc，多余的能量由齐纳二极管D9消耗掉。另外，C16被用来限制电压转换速率，并形成零电压开关条件。工作期间，负载电路的感性驱动电流在MOSFETQ2和Q3的死区时间对C16充电，且不造成能量损失。随后，MOSFET在零电压时导通。在关断时，C16对电压转换速率予以限制，使MOSFET的沟道在漏极与源极间电压达到一定水平之前就已经关断。因此，在正常工作时逆变器产生的开关消耗可以忽略不计。逆变器的负载电路包含了一个由谐振电感L2和谐振电容C20组成的串联谐振电路。灯管与谐振电容并联连接。在图示例子中，灯管的预热以电压控制模式进行，这意味着谐振电感器2拥有两个辅助绕组，每个绕组分别通过由L21/C21和L22/C22组成的带通电路向灯丝供电。带通滤波电路保证灯丝中的电流仅在预热阶段流经灯丝。通过降低运行模式期间的频率，预热电流几乎完全被带通电路阻止。负载电路中还包含一个电容C17，用以防止直流电流流过灯管。用于功率因数校正的预转换器PFC升压转换器的MOSFETQ1与逆变器同时开始工作。该电路由电感L1、二极管D5、MOSFETQ1和大容量电容C10一起构成。采用适当的控制方法，该升压转换器可用作有源谐波滤波器，并同时用于功率因数的校正。在此PFC升压转换器的作用下，输入电流与主回路的交流电压具有相同的正弦波形。在PFC预转换器的输出端电容C10上输出一个由反馈控制的直流电压。PFC的功能通过控制MOSFET的开启时间得以实现，而不需检测输入电压。在由控制单元设定的开启时间之后，紧接着一个关断时间，关断时间由电感和二极管中的电流降到零所需要的时间决定。电感器L1上的零电流检测绕组上的感应电压通过电阻R13和PFCZCD管脚反馈给IC，用于检测该过零点。此时IC重新开启MOSFETQ1，使得电感L1产生一个不间断的三角波电流（即所谓的临界导通模式）。在临界导通模式下，开启时间介于23µs至2.3µs之间。输出功率的进一步减少将使开启时间降低至0.4µs，同时关断时间延长，从而产生了间断的三角波电流（非连续导通模式）。这种控制方法使升压转换器能在极大的输入电压及输出功率范围内稳定工作。当然，该IC还包含针对PFC预转换电路的多重保护特性。PFCCS管脚可进行过流检测，总线电压的过压和欠压及开环检测电路监测则由PFCVS管脚监测。ICB1FL02G包括一个带回路补偿的误差信号放大器，其整个回路补偿由一个数字PI调制器和一个能抑制100Hz波纹的数字滤波器构成。启动阶段的操作程序镇流器智能控制IC应用指南14V1.0,2007-06逆变器开启时的工作频率为125kHz，该频率在10ms之内分16个频段逐段被降低至预热频率；预热频率的高低由电阻器R22调节。预热持续的时间介于0至2000ms，具体时间由电阻R23的阻值决定。随后，该频率在40ms内被进一步分128个频段逐段降低至运行频率f_RUN；运行频率由电阻R21调节。镇流器的设计必须使预热阶段时施加在灯管上的电压很低，而通过灯丝的电流却很大。在紧随预热期之后的灯管点火阶段，逆变器的频率应该达到或至少接近谐振电路的谐振频率，以产生足以使灯管点火的电压。在成功点火且逆变器的频率降低至运行频率后，流经灯管的电流应达到额定值，流经灯丝的电流则降到昀低。在点火阶段，空载的谐振电路在灯管两端产生高压，同时在谐振电路产生大电流。谐振电路中的电流由电阻R24和R25监测。一旦LSCS管脚的电压超过0,8V，逆变器的工作频率就会被提高数个频段，以避免进一步增加流经灯管的电流和灯管两端的电压。如果LSCS管脚的电压水平降到0,8V以下，逆变器的工作频率将按照点火阶段的典型步长逐级下降至运行频率。通过这种方法，对于不易点火的灯管点火阶段持续的时间因而由40ms延长至235ms，施加在灯管两端的电压会总体上保持在点火所需的电压水平范围，并带有规律性的纹波。如果在预热阶段完成后的235ms内逆变器未能达到运行频率，IC会转换至故障模式下工作。这种情况下，门极驱动将被关断，芯片消耗的电流降低至150µA，灯丝检测功能被开启。重启程序可以在灯管拆卸后或者经过一个新的主电源关断并重新开启后再次触发。保护特性作为对基本功能的补充，ICB1FL02G拥有众多的保护功能。一旦LSCS管脚的电压水平超过1,6V的阈值并维持400ns以上，系统会认为出现了危险运行状态因而转入故障模式。这种现象可以出现在从正