基于IC的新型節(jié)能照明電源技術(shù)的設(shè)計

1 前言

　　用于建筑照明方面的電力管理解決辦法，如電感熒光燈，電子熒光燈，緊湊型熒光燈（CFL），鹵素?zé)艨刂萍呻娐芬约案邏簹怏w放電燈（H1D）技術(shù)等，用于范圍寬廣的居民區(qū)、商業(yè)和汽車中，減少了它們所需要的電力，在節(jié)能方面向前邁進(jìn)了巨大的一步。其控制集成電路中的自適應(yīng)控制技術(shù)和高電壓半導(dǎo)體結(jié)隔離技術(shù)是其中的一部分，獲得了廣泛應(yīng)用。值此對新型建筑節(jié)能照明控制IC技術(shù)及應(yīng)用作研討。

　　應(yīng)該說，目前照明控制IC的主要應(yīng)用領(lǐng)域在：工業(yè)建筑和辦公室用直管和緊湊型熒光燈照明設(shè)備；住宅和旅館用緊湊型熒光燈照明設(shè)備CFL及冷陰極熒光燈CCFL；零售照明設(shè)備市場的鹵素?zé)艉褪彝庹彰髟O(shè)備的HID；單白光LED及照相機(jī)閃光燈；OLED及TFT顯示器等等。

　　2 新型建筑照明控制IC技術(shù)的特征

　　目前，在照明控制IC（即電子變換器）設(shè)計方面，存在兩種不同的典型方法。第一種方法基于IC器件，與若干個外部無源器件一起，驅(qū)動兩個高壓（通常高于400V）功率MOS晶體管，實(shí)現(xiàn)一個半橋變換器；第二種方法基于兩個高壓雙極晶體管和大量的無源器件，但是只能實(shí)現(xiàn)部分功能。雙極解決方案被用于成本極其低廉的中低端應(yīng)用。

　　2.1 適合于電子鎮(zhèn)流器的高壓隔離結(jié)IC技術(shù)

　　這些控制IC推動了高壓隔離結(jié)技術(shù)以滿足節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用成本和可靠性的兩個要求。如今普遍將控制IC-高壓隔離結(jié)技術(shù)應(yīng)用到鎮(zhèn)流器中，生產(chǎn)出了具有競爭性、高性能和高度可靠的產(chǎn)品。現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是通過控制光源的新IC將它們擴(kuò)展到其他照明市場部分。

　　2.1.1 高壓隔離結(jié)IC技術(shù)的特征

　　這項(xiàng)高壓隔離結(jié)IC技術(shù)允許電路放置在隔離的“井”里面，這個“井”到低壓電路可以有600V隔離，見圖1黃色粗線所示。這是因?yàn)楫?dāng)今不少照明技術(shù)均與高電壓功率MOSFET技術(shù)相聯(lián)在一起的，其分離產(chǎn)品系列包括大量不同型號的器件，范圍從橋式整流器和肖特基二極管到功率MOSFET和IGBT。

圖1 高壓隔離結(jié)IC技術(shù)示意圖（灰色粗線所示為高壓隔離井）

　　高壓隔離結(jié)IC技術(shù)的特征是，使高端及低端的驅(qū)動功能融合于單一芯片內(nèi)，以控制多種開關(guān)轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一是廣泛應(yīng)用在電子鎮(zhèn)流器中的半橋結(jié)構(gòu)。這使得該技術(shù)非常適合于電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)業(yè)。

　　2.1.2 熒光燈照明的 IR2153與IR2166控制 IC

　　*IC IR2153把標(biāo)準(zhǔn)555時基電路與高端和低端半橋驅(qū)動器結(jié)合在一起。這個IC與高壓MOSFET一起，很快就被照明技術(shù)采用，并成為了電子鎮(zhèn)流器的一個標(biāo)準(zhǔn)控制器，可以作為未來照明設(shè)備控制IC發(fā)展的基礎(chǔ)。由于IR2153被廣泛應(yīng)用并作改進(jìn)成為IRS2153D，其頂部更加堅(jiān)實(shí)耐用，且集成了必要的自舉二極管。

　　*IR2156和IR2166控制IC是在IR2153基礎(chǔ)上改進(jìn)的鎮(zhèn)流器技術(shù)，它集成了另外的功能到IR2153中，這是更加完善控制熒光燈的要求。它們包括最大化燈壽命和提高鎮(zhèn)流器可靠性所必需的預(yù)加熱和故障保護(hù)功能。IR2166進(jìn)一步改進(jìn)，并集成了有源功率因素校正（PFC）控制，與鎮(zhèn)流器控制一起實(shí)現(xiàn)整個鎮(zhèn)流器的單芯片解決方案。因?yàn)閷τ诠β始墑e在25W以上，PFC在歐洲是強(qiáng)制的，世界的其他地方正在跟隨同樣的趨向。

　　IR2166在同一個IC中包括二個分開的振蕩器，一個用于控制鎮(zhèn)流器輸入而另一個用于控制燈。并且，為了滿足T5熒光燈的新要求，IR2166設(shè)有壽命終期（EOL）引腳以探測燈在接近壽命末期時發(fā)生的過壓，在這些高電壓產(chǎn)生損害之前安全地關(guān)閉鎮(zhèn)流器。