一种电子镇流器控制电路的制作方法_3

文档序号:9693783阅读:来源:国知局
包括检测电路,开关电路和开关控制电路。开关电路 用于控制高压侧开关和低压侧开关,包括用于变换高压的高压开关电路和用于变换低压的 低压开关电路,低压侧和高压侧开关两者都是由低压开关电路控制的。低压开关电路包括 一个振荡器,例如压控振荡器(VCO),用来产生高频脉冲信号,使得OUT节点将低频电源转换 成高频电源。
[0060] 检测电路用于检测半桥的工作状态,以及在两个半导体开关中的一个处于关断 (不导通)状态下切换到导通半桥两个半导体开关中的另一个,每次导通半导体开关的两导 电端电压差是零或接近零电压,达到俗称的"零电压开关"(ZVS)。特别指出,ZVS是指开关在 等于或接近零电压差下工作,而不一定是零电压。
[0061] 为了实现半桥导通下的ZVS工作模式,检测电路将监控半桥那侧的输出节点以确 定发生零电压或接近零的电压时刻,使得半导体开关能准备导通。
[0062] 在本文所示的示例中,检测电路用于监控OUT节点电压,以及触发转换电路,当OUT 节点电压停止上升或者停止下降时,用来开启半导体开关进入下一个状态。
[0063] 检测电路包括一个用于检测OUT节点电压下降至最低点的高压检测电路,以及用 于检测OUT节点上升至最高点的低压检测电路。随着OUT节点电压开始下降,高压侧开关是 从开启到关闭,检测电压下降至最低点将意味着,OUT节点电压达到了准备开启低压侧开关 的电压。同样,随着OUT节点电压开始上升,低压侧开关是从开启到关闭,检测电压上升至顶 点将意味着,OUT节点电压达到了准备开启高压侧开关的电压。开关控制电路用于接收来自 检测电路的控制信号,并控制高压侧开关和低压侧开关。
[0064]镇流器控制电路120是由多芯片封装的集成电路(IC)构成实现的,IC用来驱动包 含两个600V功率管MOSFETMLS和MHS半导体开关器件所组成的半桥。镇流器控制电路120用 18VCMOS工艺制造,包括两个驱动电路,即一个高压侧驱动器130和一个低压侧驱动器140。 高压侧驱动器包括一个用于控制高压侧开关MHS的高压控制节点GH,低压侧驱动器包括一 个用于控制低压侧开关MLS的低压控制节点GL。镇流器控制电路120的OUT节点是以IC的一 个接口引脚连接,以便于感测和监测半桥输出节点OUT的瞬时电压,此亦为日光灯的谐振负 载电路的输入节点。
[0065] 低压侧驱动器 如图2和图3所示的低压侧驱动器适用于开关或提供节点GL开关控制信号,以此操作半 桥低压侧开关MLS及提供电子镇流器的整体工作。
[0066] 低压侧驱动器包括一个电压控制振荡器(V⑶)U12,该振荡器产生时钟脉冲CLK信 号,该时钟频率在IOkHz和IOOkHz之间。VCOU12包括与外部电阻R3连接的引脚节点RT和与 外部电容C2连接的引脚节点CPH。
[0067] 两组下降和上升检测器和一个缓冲器U9都连接到CLK线,S卩V⑶的时钟输出。第一 组的下降和上升探测器包括一个低压侧下降检测电路U5和低压侧上升检测电路U6。第二组 的下降和上升探测器包括高压侧下降检测电路U8和高压侧上升检测电路U10。每一个下降 检测电路U5,U8用于发送由下降沿触发的脉冲。每一个上升检测电路U6,U10用于发送由上 升沿触发的脉冲。引脚节点CL通过串联连接电阻RP1以及缓冲器U9而连接到CLK线,缓冲器 连接在电阻RPl和CLK线之间。
[0068]低压侧驱动器包括一个高压控制部分和一个低压控制部分。高压侧控制部分是给 高压驱动器提供控制信号,通过高压驱动器驱动高压开关,包括上升检测UlO,下降检测U8, 一串联连接电阻RPl和缓冲器U9以及包括半导体开关MPl和丽1的反相半桥。MPl和丽1是串 联连接的MOSFET半导体开关以构成一个半桥或反相半桥。MPl与丽1之间的互连节点连接到 引脚节点CL。引脚节点CL通过电容CX连接到高压侧驱动器的引脚节点CH。引脚节点CL通过 串联连接电阻RPl和缓冲器U9也连接到CLK线。引脚节点CL是连接在高压侧驱动器与低压侧 驱动器之间,在本文也被称为接口节点。
[0069]MOSFETMPl的控制端连接到高压侧上升检测电路UlO的输出,使得MPl的接通和断 开是由高压侧上升检测电路UlO决定。该控制端是MPl的栅极端口,而漏极和源极为导电端 口。与丽1互连的MPl导电端是连接到电路电源Vcc,使得当MPl导通而丽1关闭时MPl与丽1之 间的互连节点电压被上拉至Vcc。与MPl不互连的丽1导电端是连接到参考地,使得当MPl关断 而丽1导通时MPl与丽1之间互连的节点电压被下拉到参考地。节点VCC电压是通过一个齐纳 二极管DZl钳位在16V。二极管D2是从节点CL到节点VCC正向连接,另一个二极管Dl是从节点 CL到低压侧驱动器的参考地反向连接。
[0070] 在稳定状态中,高压侧上升检测电路UlO在检测到CLK线从低到高向上过渡时将产 生一个触发脉冲用来开启MPl,从而上拉节点CL电压至接近Vcc。另一方面,高压侧下降检测 电路U9在检测到CLK线由高变低向下过渡时生成一个触发脉冲来开启MNl,从而下拉节点CL 电压非常接近低压侧驱动器的参考接地。
[0071] 低压侧控制部分包括一个上升检测U6,下降检测U5,连接到U5和U6输出的锁存器 U3以及连接到锁存器U3输出的缓冲器U2,由锁存器的输出到达节点GL时将信号放大以驱动 MLSW6的节点1和点2分别连接到CLK线和上升检测电路UlO的输出。上升检测U6的输入节点 是连接到节点CL用于监控节点CL的电压变化。
[0072] 通过上述的连接,检测电路U6在没有施加消隐信号时,当检测到节点CL电压上升, 低压侧上升检测电路U6將生成一个触发信号。当CLK线是低压或上升检测电路UlO输出为低 电平时,上升检测电路U6的输出无效。触发信号将开启MLS。
[0073] 低压侧下降检测电路U5用于当检测到标志着CLK脉冲从高电平过渡到低电平的下 降电压时,产生一触发信号来关闭低压侧开关。
[0074] 在稳态操作中,在检测到CLK线从高电平到低电平向下过渡时,低压下降检测电路 U5将发送一个触发脉冲Π)到锁存器U3,并且锁存器U3将在接收到Π)触发脉冲时关闭MLS。另 一方面,低压上升检测电路U6将在检测到CLK从低电平到高电平变化时发送一个触发脉冲 RD到锁存器U3。
[0075] 高压侧驱动器 如图2和图4中所示的高压侧驱动器包括一个通过缓冲器U13连接到高压控制节点的反 转触发器U14。反转触发器U14的输入节点通过缓冲器U17连接到节点CH。节点CH经正向连接 的二极管D4连接到节点VB。节点OUT经正向连接的二极管D3连接到节点CH。节点VB是经由比 较器U19连接到反转触发器U14至另一个输入节点R2,偏置电压源V3串联连接到节点VB与比 较器Ul9的负输入端之间。U19的正输入端连接到节点CH。节点VB连接到电压比较器U18的负 输入端,电压比较器U18的输出端连接到反转触发器U14的另一个输入节点R3。电压比较器 U18的正极端连接到一个电压源V2。偏置电压V2在该电路例子中设定为12V。反转触发器U14 的输出节点通过串联连接反相器U16和电阻RP2连接到节点CH,RP2是连接到节点CH与U16之 间。反转触发器U14的输出节点也经由一个"最大导通时间"模块连接到U14的输入节点R1。 高压驱动器的参考地是在OUT节点,这意味着高压驱动器的参考地遵循节点OUT的电压。高 压驱动器用于提供高压控制节点GH开关信号来驱动高压开关MHS。
[0076] 工作模式 电子镇流器在多种模式下工作,例如在图5和图6所示的欠压锁定("UVL0")模式,预热 模式和运行模式。
[0077] UVLO模式 在上电过程中,电压VPP总线断电或电源故障时,电子镇流器将进入欠压锁定(UVLO)模 式,该电路电源电压Vcc是低于关断阈值,本例使用10V。在此模式下输入和输出引脚RT, CPH,GL和CL被拉到参考地Vss。总电流耗损小于50uA。在正常情况下,启动电阻Rl将拉动供应 电压Vcc。一旦电源电压已达到开启阈值,本例使用12V,电子镇流器将进入预热模式。当这 种情况发生时,电子镇流器具有足够的电压来驱动MOSFETMLS并执行其他基本功能。电路 电源电压Vcc将通过由一个齐纳二极管DZl所构成的并联稳压器钳位在16V。
[0078]预热模式 在预热模式下,引脚RT首先调节到5V,预热电流Iph(IuA)供应至ljU12的引脚CPH。预热频 率Fph和运行频率Frun是由连接到引脚RT的电阻R3确定的。预热时间Tph由连接到引脚CPH的 电容器C2确定的,如下:
当VCOU12产生振荡,节点CL和低压侧开关MLS将开始开关橾作。然而,由于高压侧开关MHS仍然关闭,节点OUT目前还没有开关电压输出。在预热模式时,OUT通过低压侧开关MLS被 拉到参考地。高压侧驱动器的高压电源电压VB通过高压启动电阻R2和连接电容器Cx上拉。 在一些实现方式中,高压的启动电阻R2可以断开,高压电源电压可以完全依靠开关电容Cx 回复上升到开启阈值(12V)。
[0079]运行模式或稳态工作模式 一旦高压驱动器进入运行模式,半桥将启动电压开关操作以产生电压摆动。其结果是, 节点OUT将在电压Vpp总线和参考地之间振荡,此电容式电荷栗将工作在最大功率。电子镇 流器的电容式电荷栗提供主要电源给供高压侧驱动器和低压侧驱动器工作之用。例如,在 输出上升中,电荷将被输送到低侧储存电容Cl,在输出下降中,电荷将被输送到高压储存电 容C3X1和C3在该电路例子中大约是在IOOnF的数值范围。
[0080]图5和图6是描绘高压侧和低压侧驱动器操作的状态图。平均充电电流Ichrc主要由 开关频率,电容Cx和电压Vpp总线确定,如下: Ichrg ~ fsffCxVpp 平均充电电流设置为大于低压侧驱动器的工作电流。充电栗的转换效率(从总线到电 容)取决于一系列的因素,并且可以大于90%。限制输出的上升和下降斜率可以减少功率消 耗,此相当于是减少Cx
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