FM2822型可调光电子镇流器控制器及其应用

摘要：FM2822是上海复旦微电子公司推出的一款可调光电子镇流器ASIC。介绍该电路的特点、引脚功能和电气特性，给出其典型应用电路及工作原理。 关键词：FM2822；可调光；镇流器；TF8／36W 1 引言 在能源日益短缺的形势下，高效节能绿色照明电光源及其电子镇流器越来越受到人们的青睐。在电子镇流器问世之后的20余年中．国产电子镇流器所用控制器全部依赖进口。上海复旦微电子股份有限公司、上海贝岭股份有限公司最近分别推出具有自主产权的FM2811／FM2822和BL8301荧光灯电子镇流器专用集成电路(ASIC)，在性价比方面完全可与世界先进的同类产品媲美。 FM2822是上海复旦微电子公司在FM2811基础上研发的可调光荧光灯电子镇流器ASIC。与IR、Fairchild、ST和IJnear等国外公司的同类IC比较。在设计上有独特之处，可以简化外围电路设计，大大增加外围设计的灵活性。 荧光灯与白炽灯相比，其特性完全不同。因此, 荧光灯不能沿用白炽灯调光方案。目前采用电子镇流器的荧光灯调光方案主要有频率调制(FM)和相位调制(PM)两种，有时两种方案可兼用。荧光灯调光实际上是调节灯功率，调光的目的是为了节电。白炽灯调光技术已经应用了几十年，但在我国,可调光荧光灯的应用却非常少见。FM2822的问世。解决了通过普通晶闸管调光器对荧光灯亮度实现无级调节的技术难题。 2 FM2822的封装及引脚功能 FM2822采用16引脚DIP封装，引脚排列如图1所示。各引脚功能如下所述： 脚l(CRECT)：该引脚输出电流高频成份被外部阻容滤波电路滤除，输出电流大小决定灯电流与灯电压的乘积信号，从而对调光控制实现灯功率闭环反馈。 脚2(VL)：灯电压采样信号／过压保护信号输入。进入该引脚的电流作为内部乘法器的一个输入。如果该脚上的电流IvL>Ivu(stop)(120μA)，CP脚上电容充电则延时。在经0．5s的延迟之后，如果过压条件仍然存在，IC则进入待机模式。否则，器件正常工作。如果电流IⅥ-大于严重过载电流IvL(嘶c)(约240txA)，器件直接进入待机模式。 脚3(DIM)：闭环调光控制信号输入端，用于设定灯亮度。该脚既可以由晶闸管输出端信号转换一个平均电压信号实现控制，也可以通过电位器或专用调光器控制。该脚上的输入电压范围为0～4VDC。 脚4(RIND)：半桥输出电流相位检测输入，内部两个比较器检测不同的相位关系．并通过逻辑电路判断是否出现电容性模式。如果出现电容性工作模式，则经过延时后进人保护状态。 脚5(CF)：外接压控振荡器(VCO)电容，初始上电时该电容被充电至内部基准电压值。 脚6(RP)：外接预热频率设定电阻．预热时该脚上的电压充电至4V，预热结束后该脚上的电压下降到0V。 脚7(CP)：外接预热时间设置电容。 脚8(FAULT)：该脚在预热或系统处于异常状态时输出高电平控制信号，可灵活用于各种控制。 脚9／1l(G1／G2)：半桥高／低端驱动器输出，两个驱动信号之间的非交迭时间固定在1.3μs的典型值上，从而可避免半桥中两个MOSFET发生“贯通”。 脚10(GND)：接地端。 脚12(VDD)：供电电压施加端。 脚13(RF)：该脚参考电压为2.4v，外接电阻或内部参考电流源，外接电阻阻值和CF脚外部电容共同决定振荡频率的上下限。 脚14(EOL)：灯寿命终结检测输入端，只要该脚上的电压在%26;#177;1V的窗口电平之外，振荡器停振，IC进入待机模式。若不用该脚也可以接地。 脚15／16(ITl／IT2)：灯电流采样信号输入，在内部经全波整流后输入到乘法器。由于经过内部整流和放大，所以能对小信号准确采样。 3 特性和主要电气参数 3.1主要特点 FM2822电子镇流器控制IC的主要特点如下： ●调光范围l％～100％，全程调光无频闪； ●灯电流闭环调节控制，内置灯电流采样信号全波整流电路； ●预热时间和预热电流可调节； ●提供半桥电容性模式保护，灯寿终(EOL)整流效应保护和过电压保护； ●适合驱动各种型号的灯管。 图2 3.2主要电气参数 F：M2822主要电气特性参数典型值如下： ●VDD脚导通门限电压VDD(on)为11V，电压降低关断门限电平VDD(off)为8V，箝位电压为16.2V，启动电流Istart为1.2mA； ●RF脚内部参考电平为2.4V，RP脚内部参考电平为4V； ●预热时间tpre为ls，触发时间tipn为0.2s(@Cp=0.33μF)，预热与触发时间之比为5：1； ●DIM脚调光控制输入电压范围为0V～4V； ●电容性／近电容性保护RIND脚比较低电平为一50mV，高电平为50mV： ●过压保护VL脚电流输入箝位电流为80μA，轻微过载电流，IVL(stop)为120txA，严重过载电流IVL(penic)为240μA； ●灯寿终(EOL)保护EOI。脚高门限检测电平为1V，低门限检测电平为一1V。 4 典型应用电路及其工作原理 基于FM2822的36W、T8型节能灯电子镇流器电路如图2所示。图中，Cl、L1和C2组成EMI滤波器，D1一D4为桥式整流器，RPl为调光电阻．V1和V2为半桥开关，L3—1和C15组成LC串联谐振电路，L4的二次绕组与R7组成灯电流采样电路，R12和R24等组成电流相位采样电路，R11、R14、R15、D10和C13组成灯电压和过压检测电路。 4.1电路启动 在接通AC电源后，桥式整流器输出经启动电阻R1、R2及D5对IC(F"M2822)脚VDD上的电容C6充电。当C6上的电压达到11V以上时，IC启动，振荡电路起振，半桥逆变器开始工作。一旦半桥产生输出，C5、D5和D6等组成的电荷泵电路为IC的VDD脚提供工作电流。 4.2预热与启辉(触发) 灯丝预热的目的是为了延长灯管寿命。同时降低灯触发电压。一旦电路启动，振荡器产生一个较高的频率fpre对灯丝预热，IC脚CP上的电容C11电压升至4V时，预热时间结束。当C11取0．331μF时,预热时间tpre=1s。预热频率fpre主要由IC脚RP外部电阻R18设定。R18阻值越大，振荡频率则越低。通常将预热频率设置为50—60kHz。 在预热结束之后，C11上的电压从4V开始向0V扫描，振荡频率从预热频率fDre向工作(即稳态工作)频率frun扫描，如图3所示。当频率接近L3—1和C15的固有频率时，则发生LC串联谐振，在C15上产生一个高压将灯点亮。触发时间为0．2s，为预热时间的20％，灯被点亮后，在frun频率下工作。工作频率fru即为最低振荡频率．通常将其设置为35—45kHz，具体由脚RF上的电阻R5和脚CF’上的电容C16共同决定。 4.3调光 IC脚DIM上的调光信号与脚1上的信号作比较，内部误差放大器产生相应的误差电流送至压控振荡器产生某一个频率．使逆变器在该频率下工作，并在谐振电感L3—1上产生一个阻抗(ZL=2μfL)，此阻抗决定灯电流和灯功率，从而决定灯亮度。 IC脚15和脚16接收灯电流采样信号，经内部全波整流后输入到乘法器。脚2(VL)接收灯电压采样信号，并作为乘法器的另一个输入。脚l上的输出电流(乘法器输出)经外部阻容滤波电路滤除高频成份，决定灯电流和灯电压乘积信号，从而对调光控制实现功率闭环反馈。脚DIM上的输入DC电压为0V～4V，相应的灯功率调节范围为2％一100％。 4.4故障保护 FM2822是提供过电压保护、电容性模式保护和灯寿终(EOL)保护。 若出现灯管漏气或阴极去激活使灯不能触发点亮，半桥将产生高电压的很大和电流。脚VL用作检测过电压状态。一旦出现严重过电压，振荡器立即停振，使系统进入低功率待机模式。 如果灯无法点亮或灯管上电压过高，镇流器半桥逆变电路可能进入电容性工作模式。一旦出现这种情况，在MOSFET(V1和V2)上会产生很大的损耗，严重时会使MOSFET烧毁。当IC的4脚(RIND脚)检测到半桥电流相位超前于电压时，则判定为电容性模式，系统立即停振进入待机状态。 在灯寿终(EOI)时，灯管会出现整流效应，灯丝出现极高的热点．严重时会使灯管电极附近的玻璃融化。IC的EOL脚可检测EOL条件，一旦该脚上电压超过窗口范围(%26;#177;1V)系统会停振，进入待机模式。在图2电路中，脚EOL接地，EOL保护功能未用。