調光鎮流器控制電路的製作方法
2023-06-12 14:57:26 3
專利名稱:調光鎮流器控制電路的製作方法
相關申請的交叉參考
本申請基於並要求了2005年10月24日美國臨時序列號是60/729586、名稱為「調光鎮流器控制集成電路」的申請的權益，在此要求了其優先權並將其全部內容併入作為參考。
背景技術：
本發明涉及調光鎮流器控制，更具體地涉及一種調光鎮流器控制集成電路，用於控制鎮流器驅動的氣體放電燈，例如螢光燈或緊湊型螢光燈的鎮流器。
從利用集成電路實現鎮流器電路所必需的管腳/連接的數量來說，鎮流器控制集成電路經常不必要複雜。通常，這些電路具有8個以上的管腳，且如果包括調光功能的話，則需要單獨的管腳，用於設定調光級別以及保持理想的調光級別的反饋控制。
期望的是管腳數量和外圍電路最少的鎮流器控制IC。
發明內容本發明的一個目的是提供一種調光鎮流器控制電路，其管腳和元件的數量減少。該電路包括驅動電路，用於驅動驅動器電路的控制電路，提供給燈施加電力的脈衝信號的功率開關電路，以及調光控制電路，其中驅動器電路用於驅動鎮流器功率開關電路的高壓側和低壓側的開關，控制電路包括振蕩器電路，用於提供振蕩信號以控制功率開關電路的運行頻率；調光控制電路具有輸入端，以及調光控制電路在輸入端接收燈的AC電流反饋信號，調光控制電路還在輸入端接收DC輸入參考電壓，用於設定燈的調光級別，燈的AC電流反饋信號將燈保持在理想的調光級別。通過本發明的電路，單一的輸入端既用於設定調光級別，也用於將燈的功率保持在理想的調光電平。
因此，提供一種集成電路，其元件和管腳數量減少。用於調光的輸入端也通過來自燈的輸出級的反饋，用於保持理想的燈的輸出的強度水平。
本發明的其他特徵和優勢將通過參照附圖，從下面本發明的描述中變得顯而易見。
圖1是本發明的調光鎮流器控制IC的結構 圖2是圖1電路的一部分的電路圖，其提供了用於本發明調光鎮流器控制IC的公共AC和DC輸入端，用於設定調光級別和通過輸出級反饋保持調光級別；
圖3是本發明的調光鎮流器控制IC的狀態圖；以及
圖4是本發明的調光鎮流器控制IC典型應用的電路圖。
具體實施方式圖1示出了8管腳調光鎮流器控制集成電路(IC)25。圖4示出了給燈14供電的鎮流器電路中的IC25。該IC25實現了簡單、高性能的調光鎮流器方案。在示出的實施例中，通過只有8個管腳的集成電路獲得鎮流器控制電路。VCC管腳1提供邏輯和內部柵極驅動功率電壓VCC，用於給IC供電。該電壓也提供至欠電壓保持(UVLO)電路62和自舉開關52。UVLO電路62提供欠電壓保持保護，用以當VCC低於閾值電平時，防止輸出驅動級運行。自舉電路52提供高壓側驅動級的電壓，用於在電壓電平VB大於電壓VCC時，為高壓側驅動器供電。COM管腳2是提供至UVLO電路62的IC電源和信號地。來自UVLO電路62的信號提供至故障邏輯電路66。
DIM管腳3提供調光控制和反饋輸入至調光控制電路40，該調光控制電路40提供信號輸入至壓控振蕩器58。點亮保護電路48也從DIM管腳3接收輸入，並提供輸出至調光控制電路40。DC DIM輸入參考電壓20(圖4)和燈的AC反饋電流12(圖4)連接起來，以允許單一管腳-DIM管腳3，用於燈的亮度等級的調光和反饋控制。
VCO管腳4將來自充電電容的電壓的輸入提供至壓控振蕩器電路58，以控制調光必要的操作中振蕩器的頻率。VCO管腳4也向故障邏輯電路66提供預熱/點亮模式的頻率掃描時間。內部電流源升壓電路60連接至VCO管腳4，用於向外部電容CPH充電(圖4)。
LO管腳5提供來自低壓側半橋驅動器電路46的驅動輸出，提供該驅動輸出用於驅動鎮流器電路的低壓側開關。在UVLO或故障模式期間，提供LO管腳5輸入至重啟邏輯電路54。該輸入是普通關機功能，在該應用中也用於檢測燈的存在。
VS管腳6連接至輸出半橋鎮流器電路的開關模式Vs，並接收高壓側半橋驅動器電壓的浮動電源(floating supply)，以及提供用於半橋電流和電壓感測電路64的輸入。該電路64提供輸入至非零電壓開關(ZVS)保護電路56和波峰因數保護電路50。該單一的高壓VS管腳6感測半橋電流和電壓，以執行必要的鎮流器保護功能。
HO管腳7將來自高壓側半橋驅動器電路44的驅動輸出提供至鎮流器電路的高壓側開關。VB管腳8提供由自舉開關52控制的高壓側半橋驅動浮動電源。
IC25包括VCC管腳1和COM管腳2之間的齊納箝位結構(未示出)。齊納箝位結構具有標稱擊穿電壓，例如15.6V。該電源不應當被大於表3中指定的VCLAMP的低阻抗DC電源驅動。應當給VCC管腳1提供足夠的電流，以在該管腳處保持內部15.6V的齊納二極體箝位電壓。同時，應當避免輸出開關情況，即其中VS管腳6感應性地急速低於接地電壓超過5V。
IC25還包括驅動器邏輯電路42，其接收VCO58的振蕩輸出信號作為輸入。它還有來自故障邏輯電路66的輸入。驅動器邏輯電路42控制高壓側半橋驅動器44和低壓側半橋驅動器46。故障邏輯電路66除了具有來自UVLO電路62的輸入外，還接收來自重啟邏輯電路54，點亮檢測電路48，以及波峰因數保護電路50的輸入，用以提供鎮流器保護。
如上所述，IC25包括燈的閉環電流調光控制電路40；驅動高壓側半橋驅動器44和低壓側半橋驅動器46的驅動器邏輯電路42；點亮檢測電路48；波峰因數保護電路50；自舉開關52；燈重啟邏輯電路54；非ZVS保護電路56，用以提供非ZVS保護和VCC上的齊納箝位二極體，例如15.6V。IC25還包括可編程預熱時間；固定空載時間(1.5ustyp.)；微功耗啟動，例如200μA以及抗鎖存和ESD保護。
圖2示出了IC25內部連接至DIM管腳3的電路40，用於表示DIM管腳3處的單個輸入端如何用於調光和如何利用來自燈輸出級的反饋來保持燈的理想的輸出強度等級。該電路40位於IC25內部，包括用於從DIM管腳3接收輸入的比較器200。比較器200的輸出連接至一對串聯連接的開關210和212的柵極，其中第一開關210是PMOS，連接至電流源208，第二開關212是NMOS，連接至電流吸收裝置206。通常使用大約625μA的吸收(放電)電流和160μA的源(充電)電流。這裡給出對於穩定調光很重要的吸收電流和源電流的比，大約是4∶1。
現在提供有關調光控制電路40運行的解釋，其中調光控制電路經由燈的反饋，設定並保持理想的調光級別。
IC25的DIM管腳3接收兩個信號，即DC電平VDIM和AC信號Ilamp，其中DC電平VDIM由外部電阻RD 1M1從調光輸入端提供，通常設定為1-10V以設定調光級別，AC信號Ilamp通過AC連接電容CFB從限流感測電阻RCS兩端的電壓分離出來。
管腳3的電壓代表調光電壓VDIM(DC電平)和AC信號Ilamp的組合，其中AC信號代表燈的電流，且管腳3的電壓是正弦曲線204。比較器200將DIM管腳3處的正弦曲線204的波谷202與COM(零)比較。如果波谷202下降至低於COM，那麼比較器200的輸出變為「高」，並將下部的NMOS FET212導通，其中NMOS FET 212將吸收電流206連接至VCO管腳4。該吸收電流對VCO管腳4處的電容CVCO電壓稍微放電，以增加頻率。該頻率的增加使得正弦曲線的幅值(燈的電流)稍微下降，以至於正弦曲線的波谷增加至大於COM的位置。
如果正弦曲線的波谷202大於零，那麼比較器輸出「低」，並將上部的PMOS FET 210導通，其中PMOS FET 210將電流源208連接至VCO管腳4。該電流源增加VCO管腳處的電容CVCO的電壓，以輕微降低頻率。這將增加燈的電流，並因此增加正弦曲線的幅值，由此使得波谷最終下降至COM電平的位置。因此，電路40總是試圖變化頻率，以將正弦曲線的波谷202強迫至COM。但是只要波谷202達到COM，吸收脈衝就被傳遞至VCO，用於再次增加頻率，以將波谷增加至大於COM。通過這樣的每一次循環，波谷將最終恰好調整至COM，以及VCO電壓將達到穩態值並由此將燈的調光級別保持在由VDIM確定的值，其中VCO電壓由吸收電流和源電流確定。
VCO電壓設定頻率，其中該頻率給出正確的燈的電流幅值。鎮流器半橋(參見圖4的30)總是運行在50％的佔空比和固定空載時間，且僅有頻率受控，以用於將燈的電流持續調整至正確的電平。共振輸出級(LRESA與並聯的R和CRES串聯)(圖4)具有傳遞函數，即增益與頻率對比，其在頻率降低時增加燈的電流，且在頻率增大時，降低燈的電流。
圖3示出了IC25的狀態表100。當在步驟102中首先施加電源，即VCC管腳1的VCC大於0時，在步驟104中IC25進入UVLO模式。在UVLO模式中，建立下述設定半橋30(圖1)關斷，IQCC≌200μA；VCO管腳4等於0V；HO管腳7關斷，LO管腳5是開路。
當VCC管腳1變得大於12.5V(UVLO+)，LO管腳5小於4.7V時，這表示燈被接入，則在步驟106中，IC25進入預熱/點亮模式。當IC25處於預熱/點亮模式，而燈沒有點亮時，在DIM管腳將沒有AC分量，DIM電壓將保持在DC電平。這樣VCO將最終充電至大於4.6V，然後進入故障模式並關機。故障邏輯電路66具有連接至VCO的輸入端。如果燈點亮，則IC25的點亮檢測電路48將檢測燈的電流，這是因為DIM管腳3處的波谷202將下降低於COM約30次。當該情況發生時，IC進入DIM模式。
在預熱/點亮模式中，建立下面的設定半橋振蕩頻率從fMAX斜線下降至fMIN；VCO管腳4充電(1uA)；波峰因數和非ZVS是故障停用的。並且，DIM管腳3保持在0V以下30次時，在步驟108中IC25進入DIM模式，否則，IC25返回至UVLO模式。
一旦檢測到點亮，IC25進入DIM模式，電路40的吸收/源調光控制電路(圖2)被激活。如果在DIM模式期間，燈被移走，那麼調光控制循環或非ZVS會將頻率調整至共振直到電感飽和。該電感飽和將使電感電流的波峰因數CF(峰值與平均值的比)超過5，那麼在步驟110中，這將使IC25進入故障模式，並關機。
在DIM模式中，建立下面的設定半橋振蕩頻率設定為fDIM；調光循環啟動；波峰因數和非ZVS保護啟動。
如果VCC管腳1的電壓小於10.5V(UVLO-)，則IC25從任何狀態返回至UVLO模式，如107或109所示。對於非ZVS來說，在步驟112中IC進入ZVS模式，其中VCO管腳4的值減小，即VCO＝VCO-dV，半橋振蕩頻率增加，即freq＝freq.+df，以及IC25返回至DIM模式。這樣，開關被ZVS循環驅動至零電壓開關。
或者，如果波峰因數大於5(當燈沒有點亮，例如被移走)，或者VCO小於0.85V(非ZVS)，那麼在步驟110中，IC25進入故障模式。在故障模式中，故障閉鎖被設定，半橋關閉；IQCC≌200μA；HO管腳7輸出關閉；LO管腳2是開路。
從故障模式中，當VCC管腳1的電壓小於10.5V(UVLO-)或LO管腳5大於5V時，即燈被移走時，IC25返回至UVLO模式。
圖4示出了在調光鎮流器電路10中利用本發明IC25的典型應用圖表。鎮流器電路10將來自燈14的AC反饋信號12連接至管腳3的DC DIM信號。如上所述，這允許利用單一的IC管腳來調光和反饋。燈的IC電流感測電阻是RCS16。燈的AC電流信號12通過反饋電阻RFB和電容CFB 18連接至調光輸入端20。在DIM輸入端20提供DC DIM信號，該信號包括1至10伏可變DC電平。將DIM輸入端20提供至由電阻RDIM2和RDIM1形成的分壓電路。提供附加電容CDIM用於噪聲濾波，該電容小於連接電容CFB18。通常，電容CFB18等於470nF，電容CDIM等於1nF。
電容CFB18將燈的AC電流反饋信號12疊加至22處的DC調光電壓。DIM電平20控制燈的電流峰值，以及反饋信號12將調光電平保持在理想的值。相應地，控制IC25中只有一個管腳，即管腳3用於提供理想的調光級別(DC)並通過AC反饋信號12將調光或亮度級別保持在理想的級別。
圖4的調光鎮流器電路10利用單個8管腳晶片調光方案，提供了簡單的燈的電流調光控制方法。鎮流器電路10隻需要單個電阻用於燈的電流感測。並且，不需要電流感測電阻與半橋串聯。不需要外部保護電路和外部陰極負載二極體。並且，電路10的元件數大量減少，並增加了可製造性和穩定性。它也易於用於快速設計周期。
表1示出了控制IC25的絕對最大額定值。它表示持續極限，超過該極限，將出現控制IC25損壞。所有電壓參數是以COM為參考的絕對電壓。所有電流定義為進入導線為正。熱電阻和功率損耗額定值是在安裝了電路板並還在大氣條件下測量的。
表1
為了正確操作，使用控制IC25的推薦條件在表2中提供。
表2
下面在表3中提供IC25的電特性，其中除非另外指定外，VCC＝VBS＝14V，VS＝0V以及TA＝25℃。輸出電壓和電流(V0和I0)參數以COM作為參考，並應用於各個HO和LO輸出導線。
表3
圖4的電路10包括AC主電源以及DC母線電容CBUS，其中該AC主電源包括橋式整流器R和輸入濾波器EMF。另外，還包括VCO充電電容CVCO，用於在低亮度級別的調光期間，提供良好的穩定性，其中該充電電容CVCO與串聯的RVCO和電容CPH並聯。電阻RVCO足夠小(大約1千歐)，以至於VCO管腳4的電壓隨著電容CPH斜線上升而斜線上升。頻率隨著VCO管腳4的電壓斜線上升而下降，直到燈點亮。這樣，經由內部電流源充電的CPH電容編程設定預熱/點亮定時。CPH和RVCO的組合也提供附加的補償網絡，用於低亮度級別處穩定調光的調光反饋循環。
電路10還包括VCC濾波電容CVCC、自舉充電電容CBS、壓降電阻RVCC、柵極驅動電阻RHO和RLO、緩衝電容CSNUB，也提供充電泵二極體DCP1和DCP2，其具有電壓感測電阻RLMP1和RLMP2，用於感測燈的電壓(用於重啟電路54)。
如果在故障或UVLO模式期間移走燈，下部的燈絲連接將變為開路，電壓感測電阻RLMP2通過RLMP1將LO管腳5拉至設定的內部閾值5V。這會將IC25保持在UVLO模式。當燈絲重新接入時，下部的燈絲將電壓感測電阻RLMP1和RLMP2之間的節點拉至接近於COM的電平，並因此將LO管腳5拉至低於內部閾值4.7V，IC25在預熱/點亮模式重啟。
另外，燈的輸出電路包括輸出共振電感LRESA、LRESB和LRESC，以及共振電容CRES、DC阻礙(blocking)電容CDC以及電容CH1和CH2。在燈絲預熱期間，燈絲F1和F2在預定模式期間被預熱電壓加熱。一旦燈被觸發並點亮，則當燈點亮時，包括LRESB和CH1以及LRESC和CH2的共振電路由低的燈阻抗旁路。
雖然本發明已經描述了其特定的實施例，但是許多變化和變形以及其他應用對於本領域技術人員來說將變得顯而易見。因此，優選地，本發明並不限於這裡具體的公開內容。
權利要求
1.一種調光鎮流器控制電路，用於驅動給氣體放電燈供電的鎮流器功率開關電路，包括驅動器電路，用於驅動所述鎮流器功率開關電路的高壓側和低壓側開關；控制電路，用於驅動驅動器電路，該控制電路包括用於提供振蕩信號以控制鎮流器功率開關電路的運行頻率的振蕩器，鎮流器功率開關電路輸出給燈供電的脈衝信號；以及調光控制電路，具有輸入端，所述調光控制電路在輸入端接收燈的AC電流反饋信號，該調光控制電路還在輸入端接收DC輸入參考電壓，由此DC輸入參考電壓確定燈的理想的調光級別，且燈的AC電流反饋信號將燈的亮度保持在理想的調光級別。
2.根據權利要求
1所述的電路，其中所述燈的AC電流信號在輸入端疊加在所述DC輸入參考電壓上，以提供具有DC電平的時變信號，其中所述調光控制電路將所述時變信號的特徵與參考電平比較，如果時變信號的特徵與參考電平不同，那麼調整所述振蕩電路的控制輸入，來改變所述振蕩電路的頻率以用於驅動所述時變信號的所述特徵，使其具有與參考電平相同的電平。
3.根據權利要求
2所述的電路，其中所述特徵是所述時變信號的波谷，參考電平是電路的接地電平。
4.根據權利要求
2所述的電路，其中所述振蕩器電路是壓控振蕩器，其在輸入端具有充電電容，所述調光控制電路對所述充電電容充電和放電，以改變所述振蕩信號的頻率。
5.根據權利要求
4所述的電路，其中所述調光控制電路包括第一和第二串聯連接的開關；比較器，接收輸入並提供輸出至第一和第二開關的柵極；以及連接至每個第一和第二開關中的一端的電流源和吸收電路，所述開關之間的公共連接點連接至所述充電電容。
6.根據權利要求
5所述的電路，其中所述第一開關是PMOS，第二開關是NMOS，第一開關連接至電流源，且第二開關連接至電流吸收電路。
7.根據權利要求
6所述的電路，其中吸收電流和源電流的比約是4∶1，吸收電流用於對充電電容放電，源電流用於對充電電容充電，其中所述充電電容連接至壓控振蕩器控制輸入端。
8.根據權利要求
5所述的電路，其中所述特徵包括輸入端處時變信號的波谷的電壓電平，如果所述波谷低於參考電平，那麼比較器輸出是高，如果波谷大於參考電平，那麼比較器輸出是低。
9.根據權利要求
8所述的電路，其中高比較器輸出導通第二開關，使充電電容放電，這增加了驅動器電路的頻率，使時變信號和燈電流的幅值下降，並且將時變信號的波谷電壓電平增加至大於參考電平的位置；以及低比較器輸出導通第一開關，使充電電容充電，這降低了驅動器電路的頻率，使時變信號和燈電流的幅值增加，並且將時變信號的波谷電壓電平下降至小於參考電平的位置，所述鎮流器開關電路以固定佔空比運行。
10.根據權利要求
9所述的電路，其中所述佔空比是50％，空載時間固定。
11.根據權利要求
1所述的電路，還包括自舉開關電路，其從所述電路接收電源電壓，並控制提供至高壓側驅動器電路的電壓浮動電壓電源(VB)。
12.根據權利要求
1所述的電路，其中所述電路包含在集成電路中。
13.根據權利要求
12所述的電路，其中所述集成電路具有至多8個管腳。
14.根據權利要求
1所述的電路，還包括反饋比較器，用於將與流經燈的電流成比例的電壓連接至所述輸入端；其中與所述燈的電流成比例的AC電壓疊加至所述DC輸入參考電壓，其中所述DC輸入參考電壓設定理想的調光級別。
15.根據權利要求
14所述的電路，還包括連接至所述公共輸入端的電阻分壓級，以提供所述DC輸入參考電壓。
16.根據權利要求
14所述的電路，其中所述反饋電容用於接收與燈的電流成比例的AC電壓，該AC電壓位於與燈串聯的感測電阻的兩端。
17.根據權利要求
16所述的電路，其中驅動器電路，振蕩器電路和調光控制電路包含在集成電路包中，所述輸入端是所述集成電路包的單一管腳，其中所述單一管腳用作接收所述DC輸入電壓的輸入端，以設定理想的燈的調光級別，並且所述單一管腳接收所述反饋信號，以將所述燈保持在由所述DC輸入電壓確定的理想的調光級別。
18.根據權利要求
1所述的電路，還包括電流和電壓感測電路和波峰因數保護電路，其中所述電流和電壓檢測電路用於檢測高壓側和低壓側開關之間的開關模式處的鎮流器功率開關電路的電流和電壓，並提供輸出至零電壓開關保護電路，用於提供非零電壓開關保護。
19.根據權利要求
18所述的電路，還包括重啟邏輯電路，用於接收指示燈存在的信號，並且如果燈不存在，提供關閉信號；欠電壓鎖存電路；以及從重啟邏輯電路、點亮檢測電路、波峰因數檢測電路和欠壓鎖存電路接收輸入的故障邏輯電路，該故障邏輯電路提供輸出至所述驅動器電路，其中所述振蕩器電路包括用於接收輸入控制信號(VCO)的壓控振蕩器，用於設定振蕩器的頻率，所述振蕩器電路從點亮檢測電路和調光控制電路接收輸入，並提供振蕩信號以驅動驅動器電路。
20.根據權利要求
19所述的電路，還包括內部電流源升壓電路，用於對外部電容充電。
21.根據權利要求
20所述的電路，其中所述故障邏輯電路還接收用於預熱/點亮模式的頻率掃描時間。
22.根據權利要求
21所述的電路，其中在單一管腳向外部電容提供輸入控制信號、頻率掃描時間和電荷。
23.根據權利要求
19所述的電路，其中所述驅動器電路連接至信號低壓側開關，所述重啟邏輯電路在相同的單一管腳連接至驅動器電路的輸出端。
專利摘要
一種調光鎮流器控制電路，用於驅動給氣體放電燈供電的鎮流器功率開關電路。該電路包括驅動器電路，用於驅動鎮流器功率開關電路的高壓側和低壓側開關；控制電路，用於驅動驅動器電路，該驅動器電路包括用於提供振蕩信號的振蕩器，以控制鎮流器功率開關電路的運行頻率，鎮流器功率開關電路輸出給燈供電的脈衝信號；以及調光控制電路，該調光控制電路具有輸入端，並在輸入端接收燈的AC電流反饋信號，該調光控制電路還在輸入端接收DC輸入參考電壓，由此DC輸入參考電壓確定燈的理想的調光級別，且燈的AC電流反饋信號將燈的亮度保持在理想的調光級別。
文檔編號H05B41/36GK1993006SQ200610163564
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月24日
發明者T·J·裡巴裡希 申請人:國際整流器公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan