摘要: 本文簡(jiǎn)要介紹恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)集成控制器件 UBA2024P 及其在緊湊型熒光燈系統(tǒng)中的應(yīng)用。
Abstract: the integrated controller UBA2024P of NXP Semiconductors and its Application to CFL lamps is described briefly
一,引言
緊湊型熒光燈(CFL)與人們企求的理想 LED新光源比較,盡管已不再處于技術(shù)前沿,但仍在繼續(xù)發(fā)展中,而且作為綠色照明產(chǎn)品已得到國(guó)家的認(rèn)可與推薦。為充分發(fā)揮 CFL 節(jié)能可靠的特點(diǎn),恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)推出了采用 EZ-HV SOI 工藝流程制作的 550V 集成控制芯片 UBA2024P,內(nèi)部集成了半橋驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè) MOSFET 管,不超過(guò)芯片最高溫度限制時(shí),輸出電流可高達(dá) 220mA,輸出功率可從 3w 直到 15w 左右。由于集成度很高,只需少量外接元件就可構(gòu)成高效,高可靠的節(jié)能燈控制系統(tǒng),且可延長(zhǎng)燈管壽命至2萬(wàn)小時(shí),性?xún)r(jià)比極好,非常適合緊湊型熒光燈系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文將對(duì)UBA2024P及其在緊湊型熒光燈系統(tǒng)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要介紹。
二,UBA2024P的特性
恩智浦半導(dǎo)體的 UBA2024P 是一款專(zhuān)為以半橋功率變換組態(tài)驅(qū)動(dòng)緊湊型熒光燈設(shè)計(jì),采用 EZ-HV SOI 工藝制作的 550V 高壓?jiǎn)纹呻娐,其?nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1。

由圖可知,UBA2024P以?xún)?nèi)部軟啟動(dòng)、,可調(diào)振蕩器、驅(qū)動(dòng)半橋的高壓電平位移與內(nèi)置的高、低端驅(qū)動(dòng)電路作其功能特征,且為保證50% 占空比的準(zhǔn)確,振蕩器信號(hào)在送入輸出驅(qū)動(dòng)前先通過(guò)二等分電路。下圖為UBA2024P 的封裝和管腳定義:

外接電壓源通過(guò) HV 管腳對(duì) UBA2024 加電,器件即產(chǎn)生自有的用于內(nèi)部電路系統(tǒng)的低壓電源,故 UBA2024 不再需要外部的低壓電源。隨著 HV 管腳上高壓的增加,IC 進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)高端功率晶體管并未導(dǎo)通,但低端的功率晶體管切換導(dǎo)通,內(nèi)部電路重置,自舉管腳 FS 和低壓電源管腳 VDD 充電,管腳RC 和 SW 切換至“地”。啟動(dòng)狀態(tài)定義為 VDD = VDD(start) 。
一旦 VDD = VDD(start) 啟動(dòng)狀態(tài)便宣告結(jié)束,器件進(jìn)入掃描模式,此時(shí) VDD > VDD(start)。SW 管腳上的電容由 Isweep 充電,半橋電路開(kāi)始振蕩。不過(guò),只要 VDD < VDD(stop) 電路將重新進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。
UBA2024 高端驅(qū)動(dòng)器中還組合有直流重啟電路,當(dāng) FS 管腳的電壓低于高端鎖定電壓 VFS(lock) 時(shí),高端晶體管便即關(guān)閉。

UBA2024 的內(nèi)部振蕩系以 555 定時(shí)器功能為基礎(chǔ)的振蕩。接入外部電阻 ROSC 和電容 COSC 后可構(gòu)成自激振蕩,振蕩頻率由 ROSC 和 COSC 確定。為實(shí)現(xiàn)精確的50%占空比,器件采用了內(nèi)部二等分電路,由此使半橋電路的頻率恰為振蕩器頻率的一半。半橋電路的輸出電壓將在 RC 管腳處信號(hào)的下降沿發(fā)生改變(如圖 3)。
半橋電路的頻率設(shè)計(jì)公式是:

進(jìn)入掃描模式后,振蕩器按 2.5 倍半橋電路的標(biāo)稱(chēng)頻率開(kāi)始向下掃描至半橋電路的標(biāo)稱(chēng)頻率 fB( 如圖 4)。在頻率連續(xù)減低期間,電路向負(fù)載諧振頻率趨近,從而在負(fù)載兩端引起通?牲c(diǎn)燃燈管的高壓。

由圖 4 可知 RC 振蕩器的幅度等于 VRC(h) 和 USW 的最小值加上0.4 x VRC(h)。在掃描時(shí)間內(nèi),將有電流流經(jīng)燈電極作為燈絲預(yù)熱。燈絲預(yù)熱是因?yàn)楣?jié)能燈冷啟動(dòng)其固有的輝光時(shí)間會(huì)縮短燈電極的切換壽命之故。圖 5 為緊湊型熒光燈典型的LC諧振曲線(xiàn)與控制特性。為使輝光狀態(tài)盡可能短,則需通過(guò)特定的控制在輝光期間向燈提供最大功率。
需要說(shuō)明強(qiáng)調(diào)的是,為防止高、低端驅(qū)動(dòng) MOSFET 發(fā)生互導(dǎo)通,器件特別設(shè)計(jì)了內(nèi)部固定的非重疊時(shí)間,從而杜絕了高、低端驅(qū)動(dòng) MOSFET 因?qū)〞r(shí)間發(fā)生重疊造成的故障。
三,UBA2024P的應(yīng)用

圖 6 為 UBA2024P 的典型應(yīng)用電路。
電路具體指標(biāo)為
輸出最大功率約:15W,輸出電流(高、低端晶體管的飽和漏電流)= 900mA,
輸出頻率 Fout= 1/(KoscRoscCosc) 選擇在 40~50KHz 之間。最高頻率 Fmax=2.5Fmin,諧振頻率 Fres 介于 1.6Fou 與 1.8Fout 之間,即 1.6Fout<Fres<1.8Fout 。為確保諧振電感在觸發(fā)點(diǎn)火時(shí)不飽和,Csw的范圍從 33nF 到 330nF,Cdv 取 220pF,燈電流>150mA;Cdv 取100pF ,燈電流<150mA。
三,結(jié)論
由于 UBA2024P 集成度很高,且特性?xún)?yōu)異,只需少量外接元件,就可構(gòu)成圖 7 所示高效率,高可靠的節(jié)能燈控制系統(tǒng)。

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