基于PSoC CY8C26233的电子调光镇流器设计

摘要：CY8C26233是赛普拉斯微系统公司生产的可调光电子镇流器PSoC器件。这种芯片带有数字可寻址照明接口，可实现1%～100%的调光幅度。文中介绍了CY8C26233的内部结构、引脚功能和主要特点，给出了基于CY8C26233的调光镇流器电路及参考设计。 关键词：CY8C26233；PSoC；遥控调光；镇流器 １ 概述 ＣＹ８Ｃ２６２３３是赛普拉斯微系统有限公司推出的电子调光镇流器专用可编程系统级芯片(ＰＳｏＣ)。这种ＰＳｏＣ混合信号阵列带有一个嵌入式微控制器，是一种具有数字可寻址照明接口(ＤＡＬＩ)通信功能的单片电子调光镇流器控制器。ＰＳｏＣ系列器件有４个型号，ＣＹ８Ｃ２６２３３是其中的一种。在ＰＳｏＣ问世之前，调光电子镇流器通常需用两块ＩＣ。其中一块ＩＣ用于镇流器控制，另一块ＩＣ用于管理通信接口ＣＹ８Ｃ２６２３３的出现则有效地解决了这一问题。基于ＣＹ８Ｃ２６２３３的电子镇流器设计所需元件数目可较大减少，并根据ＤＡＬＩ ＥＮ６０９２９规范实现１％～１００％的调光幅度，而且节电效果显著。 ２ ＣＹ８Ｃ２６２３３的主要特点 ＣＹ８Ｃ２６２３３的主要特点如下： ●工作电压ＶＣＣ为３～５．２５Ｖ； ●工作频率为９３．７ｋＨｚ～２４ＭＨｚ； ●带有８ｋ的程序存储器和２５６ｋ的数据存储器； ●内含１２个模拟ＰＳｏＣ块，可用于ＳＡＲ ＡＤＣｓ、多斜率ＡＤＣｓ、增益可编程放大器、可编程滤波器和ＤＡＣｓ等； ●内含８个数字ＰＳｏＣ块，其潜在应用于定时器、计数器、ＵＡＲＴｓ、ＣＲＣ产生器和ＰＷＭｓ等； ●当一个指令写进乘法器／累加器(ＭＡＣ)输入寄存器时，８%26;#215;８的乘积和一个３２位累加结果将在下一个指令周期从输出寄存器读出并利用； ●具有多振荡器选择功能。可在２４ＭＨｚ的内部主振荡器、３２．７６８ｋＨｚ的外部晶体振荡器和用于ＰＳｏＣ单元及看门狗定时器时钟的内部低速振荡器中选择。 ３ ＣＹ８Ｃ２６２３３内部结构和引脚功能 ＣＹ８Ｃ２６２３３ ＰＳｏＣ内置高性能８位Ｍ８Ｃ哈佛(Ｈａｒｖａｒｄ)体系结构微处理器、１２个模拟ＰＳｏＣ块(ｂｌｏｃｋｓ)阵列和８个数字ＰＳｏＣ块阵列，其基本结构框图如图１所示。 ＣＹ８Ｃ２６２３３采用２０引脚ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ及ＳＳＯＰ等三种封装形式，其引脚排列如图２所示。芯片各引脚的功能如下： １脚(Ｐ０[７])：灯电流感测输入； ２脚(Ｐ０[５])：１～１０Ｖ ＤＣ控制应用模拟控制输入； ３脚(Ｐ０[３])：温度感测输入； ４脚(Ｐ０[１])：备用端； ５脚(ＳＭＰ)：开关模式泵，该脚应悬空； ６脚(Ｐ１[７])：当镇流器处于待机状态时，该脚输出低电平； ７脚(Ｐ１[５])：ＤＡＬＩ接收输入端； ８脚(Ｐ１[３]):半桥低端驱动器输出； ９脚(Ｐ１[１])：硬开关故障输入； １０脚(ＶＳＳ)：接地端０Ｖ ＤＣ； １１脚(Ｐ１[０])：备用端； １２脚(Ｐ１[２])：半桥高端驱动器输出； １３脚(Ｐ１[４])：ＤＡＬＩ ＴＸ输出； １４脚(Ｐ１[６])：模拟驱动； １５脚(ＸＲＥＳ)：有源高电平输入，仅在系统编程时使用； １６脚(Ｐ０[０])：灯存在与灯寿终检测输入； １７脚(Ｐ０[２])：当镇流器处于待机状态时，该脚输出高电平； １８脚(Ｐ０[４])与１９脚(Ｐ０[６])：如果任一个脚输入检测到逻辑高电平，则会使半桥频率降低，灯电流增加； ２０脚（ＶＣＣ）：电源。 图3 ４　基于ＣＹ８Ｃ２６２３３的电子镇流器 基于ＣＹ８Ｃ２６２３３ ＰＳｏＣ的可调光电子镇流器主要由三部分组成，即灯驱动与监视、功率因数校正(ＰＦＣ)与本机电源和控制信号接口。这种镇流器符合所有相关标准规定，并可通过１～１０Ｖ的ＤＣ来控制或通过ＤＡＬＩ协议提供遥控调光，同时具有预热启动、完善的故障检测与保护和待机功率管理等功能，系统功率因数大于０．９８，ＴＨＤ＜１０％，调光幅度范围为１～１００％，待机功耗小于６００ｍＷ，输出功率从２%26;#215;１４Ｗ(双Ｔ５管荧光灯)到２%26;#215;５８Ｗ(双Ｔ８管荧光灯)。 ４．１ 灯驱动与监控电路 基于ＣＹ８Ｃ２６２３３的镇流器驱动与监控电路如图３所示。图中ＩＣ２ＣＹ８Ｃ２６２３３是镇流器主控制器。ＩＣ３ＩＲ２１０１Ｓ是栅极驱动器。Ｖ２和Ｖ３是半桥功率ＭＯＳＦＥＴ工作在零电压开关ＣＺＶＳ模式。Ｌ４、Ｃ２０和Ｃ２１组成的谐振电路用于产生灯点火高压。Ｌ５是灯Ａ灯和Ｂ灯平衡电感器，Ｔ２和Ｔ３分别为Ａ灯和Ｂ灯的灯丝驱动变压器。ＩＣ７（ＬＭ３５８）为运算放大器，可用于放大灯电流感测信号。ＩＣ１０是ＡＣ光耦合器，Ｖ６和Ｖ７组成灯功率电平检测和放大电路。 表1 灯驱动电路元件选择 　 2%26;#215;14W T5 2%26;#215;54W T5 2%26;#215;36W T8 2%26;#215;58W T8 2%26;#215;18W TC-DEL 2%26;#215;11W TC-5 L4 2.15mH tbd(待定） 1mH 0.72mH tbd tbd C20 3.3nF/1kH tbd 8.2nF/1kV tbd tbd tbd C21 6.8nF/630V 100nF/630V 100nF/630V 100nF/630V tbd tbd C19 680pF/630V 1nF/630V 680pF/630V 1nF/630V 680pF/630V 470pF/630V V2，V3 IRF820 IRF830 IRF830 IRF830 IRF820 IRF820 R26 1.8Ω/0.6W 0.3Ω/0.6W 0.5Ω/0.6W 0.3Ω/0.6W 1.5Ω/0.6W 2.2Ω/0.6W R35，R37 470Ω tbd 220Ω tbd tbd tbd T2、T3初次级匝数比 14:1 14:1 8:1 8:1 tbd tbd 一般情况下，镇流器所驱动的灯管型号和功率不同，其关键元件的选择也不相同，表１列出了部分元件的推荐值。现将半桥变换器中磁性元件的选择方法介绍如下： 灯电感器Ｌ４应采用ＥＶＤ２５磁芯，对于２%26;#215;１４ＷＴ５管，线圈匝数为１０８Ｔ使用４%26;#215;０．１６ｍｍ或１０%26;#215;０．１ｍｍ绞合线，直流电阻为１．２５Ω，电感值为２．１５ｍＨ。灯功率增加时，Ｌ４的电感值应相应减小。 灯平衡耦合电感器Ｌ５应选用ＥＦ２０磁芯Ｎ６７材料和０．３２～０．３６ｍｍ铜绝缘线，各绕１００匝匝数比为１∶１，电感值各为１５ｍＨ。 灯丝驱动变压器Ｔ２／Ｔ３可选用ＥＥ１６Ｖ磁芯（Ｎ８７低损耗材料），初级２１０匝线径０．１ｍｍ，两个次级绕组各１５匝（线径０．２８ｍｍ），无气隙。此情况适用于２%26;#215;１４Ｗ或２%26;#215;５４Ｗ双Ｔ５管。对于双Ｔ８灯管（２%26;#215;３６Ｗ和２%26;#215;５８Ｗ），初、次级匝数比应从１４∶１变为８∶１。 ４．２ ＰＦＣ升压变换器与本机电源电路 ＰＦＣ升压变换器和本机电源电路如图４所示。基于ＭＣ３３２６２Ｄ的有源ＰＦＣ预调节器在灯点火期间的ＤＣ输出电压是４２５Ｖ，在灯正常燃点期间的ＤＣ总线电压总是保持在４００Ｖ的电平上。在灯关断期间，为了减小待机功率，ＩＣ２脚１７输出高电平，以使ＩＣ１ＭＣ３３２６２Ｄ脚１上的电压升高。同时ＰＳｏＣ固件迫使ＰＦＣ进入截止状态，并使本机电源电压Ｂ点从１５Ｖ变为１０Ｖ。这样，在任何输出功率电平上，ＰＦＣ电路均可提供０．９８以上的线路功率因数和小于１０％的总电流谐波失真（ＴＨＤ）。 图4 图４中的升压电感器Ｌ２可采用ＥＦ２０／１１磁芯，初、次级绕组匝数比为５∶１。当总负载功率不大于１００Ｗ时，Ｌ２的电感值可选１．２５ｍＨ，直流电阻ＲＤＣ小于１Ω，中心气隙长度为１ｍｍ。ＰＦＣ开关Ｖ１可选择ＩＲＦ８２０２%26;#215;１４Ｗ，Ｔ５管或ＩＲＦ８３０２%26;#215;５４Ｗ，Ｔ５管或２%26;#215;３６Ｗ、２%26;#215;５８Ｗ，Ｔ８管。 通过ＩＣ４ＴＮＹ２５３Ｇ、Ｄ３、Ｌ３、Ｃ１０、Ｄ４和ＩＣ５ＰＣ３５７等组成的回扫式降压变换器，可将４００Ｖ的ＤＣ电压转换为１５ＶＢ点。这样，在待机状态，ＩＣ２的６脚将为低电平。而如将Ｄ５短路，Ｂ点上的电压可由１５Ｖ变为１０Ｖ这样可以减小待机损耗。 通过三端稳压器ＩＣ６７８Ｌ０５可将１５Ｖ的输入转换成５Ｖ并施加到ＩＣ２的２０脚，为ＩＣ２提供工作电压ＶＣＣ。 降压电感Ｌ３可采用ＥＦ１２．６／３．７磁芯和０．１４～０．１６ｍｍ的铀铜绝缘线绕制，线圈匝数约２４０Ｔ，电感值为３．６ｍＨ。 ４．３ 控制信号选择 ＰＳｏＣ一般通过１～１０Ｖ ＤＣ模拟控制或ＤＡＬＩ协议提供遥控调光。图５为ＣＹ８Ｃ２６２３３的控制信号接口电路。图中的ＩＣ２可用ＤＡＬＩ指令使能，而１～１０Ｖ模拟控制则仅在其被检测时才被使能。 图5 将ＩＣ２的１４脚连到ＶＣＣ可禁止１～１０Ｖ模拟控制。而当１４脚检测到逻辑低电平时，电路将被配置为强驱动数字输出，并振荡于１４．４ｋＨｚ，此时占空比约为１０％。Ｒ１３可用于限制故障条件下通过模拟接口隔离变压器Ｔ１的电流量，同时也可提供一个通过二极管Ｄ８反射回控制输入的电压降。ＩＣ２脚２为模拟输入，电压分辨率是１０位。该脚电压低于０．６Ｖ时将作为０读出；而该脚电压超过３．６Ｖ，则将作为１００％读出。如果模拟控制功能不用，可将ＩＣ２的２脚悬空。 ＩＣ２的脚７为ＤＡＬＩ数字接收输入引脚，该引脚的内部带有一个小的上拉电阻。ＩＣ２脚１３是ＤＡＬＩ ＴＸ输出，在任何模式下，该脚都呈现为低电平的空闲状态，而脚７仅当镇流器为ＤＡＬＩ模式时，空闲状态才为低电平。 模拟接口变压器Ｔ１可采用ＥＦ１２．６／３．７磁芯绕制，线径０．１０～０．１４ｍｍ，初级１００匝，次级４０匝。