专利名称：电子镇流器专用控制芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子镇流器专用控制芯片，尤其是一种具有容性负载判断的电子镇流器专用控制芯片。
背景技术：
一般照明光源的正常工作必须有相应的镇流器与之配套。电子镇流器最初出现于70年代，其工作频率在几十千赫兹，同传统工作在工频下的电感镇流器相比有着更高的效率，因此得到广泛的应用。进入90年代后开始出现专用集成电路芯片，国外各家大公司都分别推出了自己的芯片。
电子镇流器的逆变器在负载呈现电容性时，很容易烧坏大功率管，故很多公司都在集成电路芯片中加入了容性检测、判断和保护的电路，集成电路对逆变器容性负载状态的检测、判别和保护，各家公司均有自己的特色。大多公司在设计时使用像锁相环电路、直接鉴相电路、乘法器鉴相电路、或相敏整流电路再加上逻辑电路来检测和判断负载的容性状态，飞利浦公司和韩国三星公司在在容性态判别方面都作了较好的工作，国内开发电子镇流器专用集成电路是近两年的事，复旦微电子股份有限公司在这方面起步也较早，但他们有一个共同的特点，那就是用逆变器电压和电流信号作为判断的信号来处理，这就使电路较为复杂。有关芯片内的容性检测、判断和保护的祥细结构，因各公司都列为保密范围而无法了解，以下列出我们已查知的简单情况
以上的‘未发现有容性检测内容’是指未发现有专门用来检测容性负载状态的电路内容。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种电子镇流器专用控制芯片，利用一种简单可靠的数字逻辑门电路来判断容性负载，使电子镇流器集成电路芯片既可靠又降低成本。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术构思是在芯片中设计采用了一个2分频电路，用来将感性负载和容性负载区分开来。该2分频电路的输出用于驱动逆变器，同时该输出端还连接与门电路的一个输入端，该与门电路的另一个输入端同一个连接成反相整形放大应用形式的运算放大器的输出端连接，该运算放大器正相输入接地，反相输入接逆变器电流信号。电流信号经该与门电路进行相位检测之后，其输出信号连接到另一个与门的一个输入端，同时将2分频电路的输入信号，也就是上级压控振荡器电路的输出连接到这个与门的另一个输入端，将感性负载的状态滤除，从而产生容性负载的判断信号，同芯片内部的控制单元的输入连接。其电路结构如图5虚线框内部所示。它的工作原理是这样的振荡器产生的时钟信号是对称的方波A，经2分频后用反向Q端输出作为逆变器的驱动信号B，其相位同逆变器电压相同；逆变器的电流信号经运算放大器整形放大并反相后为信号C，由与门1输出的信号为D，A信号和D信号经与门2输出为E信号。当逆变器电压信号和电流信号同相位时，B信号与C信号正好相反，D信号将为零，这时E信号也为零，也就是没有信号输出。当逆变器的电流超前于电压时，与门1输出信号为D1，如附图8的波形表示，经与门2的输出为E1，这就是需要的容性态信号。而当逆变器的电流滞后于电压时，与门1输出为D2信号，这时经过与门2的作用，其输出信号E2为零。这样就做到了只有在电流超前于电压的情况下才有E信号输出，用这E信号就可作为容性负载判断保护，图8表示了其全部的波形关系。
根据上述技术构思，本实用新型采用下述技术方案一种电子镇流器专用控制芯片，包括芯片底座、硅片、硅片封盖以及通过键合线(2)与硅片连接而处于芯片底座边缘的引脚，其特征在于硅片电路结构由压控振荡器单元、控制单元和容性负载判断单元组成，其电路联接方式为压控振荡器单元外接电压控制输入端，在片内以输出端连接容性负载判断单元，容性负载判断单元外接驱动输出端和电流采样输入端，且在片内以输出端连接控制单元，控制单元在片内以输出端连接压控震荡器单元。
上述的容性负载判断单元的电路结构是将整形放大后的电流信号和电压信号，用与们电路检测其相位关系，再用分频器的上一级信号经与门电路消除感性负载的状态而获得容性信号的电路结构。
上述的容性负载判断单元的电路由两个与门、一个2分频器、一个运算放大器和两个电阻组成，电路的连接方式为电阻的一端接输入端，一端接运算放大器的反相输入端；电阻的一端接运算放大器的反相输入端，一端接运算放大器的输出端；运算放大器的正相输入端，与门1的输入端同运算放大器的输出端连接，输入端同2分频器的Q连接，输出端连接与门2的输入端，输入端连接2分频器的CL，输出连接控制单元的CP；控制单元的RESET连接压控振荡器单元的RESET，压控振荡器单元的VOLTAGE为输入端，OSC接2分频器的D同Q连接，连接OUTPUT输出端。
上述的压控振荡器单元由两个比较器、三个非门、一个三输入或非门、一个2输入或非门以及四个电阻和一个电容组成，电路连接方式为电阻R5、R2、R3串联，上接VCC，下接END，R5和R2连接点为输入端voltage，且连接上比较器的反相端，R2和R3连接点连接下比较器的正相端；上比较器的正相端和下比较器的反相端连接，且连接电容C1和电阻R4，C1的另一端接GND，RESET接非门输入端，输出端接3输入或非门的一输入端，上比较器的输出接3输入或非门的一输入端，3输入或非门的输出接非门的输入，输出接另一个非门的输入，输出接OSC和电阻R4。
上述的控制单元由四个非门、一个2输入或非门、一个D锁存器以及三个电阻和两个电容组成、其电路连接方式为电阻R8、R6串联，上接VDD，下接GND；电容C2下接GND，上接R8、R6的连接点，该连接点接3个级连的非门的输入，输出接D锁存器的D，CP接2输入或非门的一输入端，2输入门或非门的输出接电容C3、C3另一端接电阻R7和非门的输入，R7的另一端接Vccc，非门的输出接2输入或非门的一输入端和D锁存器的L；D锁存器输出Q接RESET。
本实用新型的有益效果是，使用了本实用新型的电子镇流器可以在逆变器处于电容负载时，启动保护功能，防止损坏功率管，使电子镇流器的可靠性得到提高。同时由于结构简单，能降低集成电路的成本，用实用新型做成的电子镇流器样品，经检测性能全面达到国标要求。
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图图2是图1示例的未加芯片封盖的引脚内部连线结构示意图图3是图1示例的加了封盖的俯视图图4是图1示例的电路结构方框图图5是图1示例的电路原理图图6是图5中压控振荡器单元的电路图7是图5中控制单元的电路图8是图5中容性负载判断单元的工作原理波形图图9是图1示例的典型应用电路图具体实施方式
本实用新型的一个优选实施例是参见图1、图2和图3，本电子镇流器专用控制芯片，包括芯片底座5、硅片4、硅片封盖3以及通过键合线2与硅片4连接而处于芯片底座5边缘的引脚1。芯片的一角有一个标志圆6，其上有标号。本芯片的电路结构框图是参见图4，本芯片电路由压控振荡器单元7、控制单元8和容性负载判断单元9组成。压控振荡器单元7外接电压控制输入端voltage，在片内以输出端OSC连接容性负载判断单元9。容性负载判断单元9外接驱动输出端OUTPUT和电流采样输入端current，且在片内以输出端CP连接控制单元8。控制单元8片内以输出端RESET连接压控振荡器单元7。芯片有电源引脚VCC和GND。参见图5，上述的容性负载判断单元9由2个与门U3、U4，1个2分频器U1，1个运算放大器U2和电阻R0、R1组成，其中A、B、C、E为连线的编号，电路连接方式为电阻(R1)的一端接输入端(current)，一端接运算放大器(U2)的反相输入端；电阻(R0)的一端接运算放大器(U2)的反相输入端，一端接运算放大器(U2)的输出端；运算放大器U2的正相输入端，与门1U3的输入端C同运算放大器U2的输出端连接，输入端B同2分频器U1的Q连接，输出端连接与门2U4的输入端D，输入端A连接2分频器U1的CL，输出E连接控制单元8的CP；控制单元8的RESET连接压控振荡器单元7的RESET，压控振荡器单元7的VOLTAGE为输入端，OSC接2分频器U1的D同Q连接，连接OUTPUT输出端。参见图6，上述的压控振荡器单元7由2个比较器U5、U6，3个非门U7、U10、U11，1个3输入或非门U8，1个2输入或非门U9，以及电阻R2、R3、R4、R5和电容C1组成，Voltage为输入，OSC为输出，电路连接方式为电阻R5、R2、R3串联，上接VCC，下接END，R5和R2连接点为输入端voltage，且连接上比较器U5的反相端，R2和R3连接点连接下比较器U6的正相端；上比较器U5的正相端和下比较器U6的反相端连接，且连接电容C1和电阻R4，C1的另一端接GND，RESET接非门U1输入端，输出端接3输入或非门U8的一输入端，上比较器U5的输出接3输入或非门U9的一输入端，3输入或非门U8的输出接非门U10的输入，输出接另一个非门U11的输入，输出接OSC和电阻R4。参见图7，上述的控制单元8由4个非门U12、U13、U14、U16，1个2输入或非门U15，1个D锁存器U17，以及电阻R6、R7、R8和电容C2、C3组成，CP为输入，RESET为输出，其电路连接方式为电阻R8、R6串联，上接VDD，下接GND；电容C2下接GND，上接R8、R6的连接点，该连接点接3个级连的非门U12、U13、U14的输入，输出接D锁存器U17的D，CP接2输入或非门U15的一输入端，2输入门或非门U15的输出接电容C3、C3另一端接电阻R7和非门U16的输入，R7的另一端接Vcc，非门U16的输出接2输入或非门U15的一输入端和D锁存器U17的L；D锁存器U17输出Q接RESET。
图9是本芯片的一个典型应用电路图。
电路中DC bus+和DC bus-为电子镇流器工作直流电源，芯片为SD03S01，即本实施例芯片的代码。LAMP为荧光灯，其应用电路由变压器TX，电感L1，电阻R9、R10、R11，电容C4、C5、C6、C7、C8，二极管D1、D2、D3、D4，功率MOS管VMOS1、VMOS2组成。
其工作原理如下主要依据芯片电路结构方框图(图4)，电路原理图(图5、图6、图7)，容性负载判断单元的工作原理波形图(图8)和典型应用电路图(图9)进行说明。
芯片在输入引脚voltage脚上并联一个电容C3，根据输入C3上的电压来控制压控振荡器单元7的输出频率，压控振荡器单元7输出振荡方波信号到容性负载判断单元9的2分频电路，经分频后该频率减小一半，经芯片输出脚OUTPUT直接驱动TX主边线圈，经变压后驱动逆变器的2个VMOS管轮流导通，在经L1和C7回路控制荧光灯的开启，再利用C8和D1，D2取样灯电流，将取样信号经芯片输入引脚current连接到芯片内部，该信号经容性负载判断单元9的运算放大器和电阻R0、R1反相整形放大后连接到与门1的输入C，同时把同逆变器相位相同的B信号连接到与门1的另一个输入端，由与门1输出的信号为D，A信号和D信号经与门2输出为E信号。当逆变器电压信号和电流信号同相位时，B信号与C信号正好相反，D信号将为零，这时E信号也为零，也就是没有信号输出。当逆变器的电流超前于电压时，与门1输出信号为D1，如附图8的波形表示，经与门2的输出为E1，这就是需要的容性态信号。而当逆变器的电流滞后于电压时，与门1输出为D2信号，这时经过与门2的作用，其输出信号E2为零。这样就做到了只有在电流超前于电压的情况下才有E信号输出，用这E信号就可作为容性负载判断保护。将E信号连接输入到控制单元8的CP上，经电路处理后，其输出RESET上会产生一个低电平的控制信号。将RESET信号连接到压控振荡器单元7的输入RESET上，会使整个压控振荡器复位，从而停振，即无输出振荡方波信号，从而保证在荧光灯处于容性态时，将逆变器关断，从而保证不会因为逆变器的负载处于容性态电流太大产生不安全的情形。
权利要求1.一种电子镇流器专用控制芯片，包括芯片底座(5)、硅片(4)、硅片封盖(3)以及通过键合线(2)与硅片(4)连接而处于芯片底座(5)边缘的引脚(1)，其特征在于硅片(4)电路结构由压控振荡器单元(7)、控制单元(8)和容性负载判断单元(9)组成，其电路联接方式为压控振荡器单元(7)外接电压控制输入端(voltage)，在片内以输出端(osc)连接容性负载判断单元(9)，容性负载判断单元(9)外接驱动输出端(output)和电流采样输入端(curent)，且在片内以输出端(cp)连接控制单元(8)，控制单元(8)在片内以输出端(RESET)连接压控振荡器单元(7)。
2.根据权利要求1所述的电子镇流器专用控制芯片，其特征在于容性负载判断单元(9)的电路结构是将整形放大后的电流信号和电压信号，用与门电路检测其相位关系，再用分频器的上一级信号经与门电路消除感性负载的状态而获得容性信号的电路结构。
3.根据权利要求2所述的电子镇流器专用控制芯片，其特征在于容性负载判断单元(9)的电路由两个与门(U3、U4)、一个2分频器(U1)、一个运算放大器(U2)和两个电阻(R0、R1)组成，电路的连接方式为电阻(R1)的一端接输入端(current)，一端接运算放大器(U2)的反相输入端；电阻(R0)的一端接运算放大器(U2)的反相输入端，一端接运算放大器(U2)的输出端；运算放大器(U2)的正相输入端，与门1(U3)的输入端(C)同运算放大器(U2)的输出端连接，输入端(B)同2分频器(U1)的(Q)连接，输出端连接与门2(U4)的输入端(D)，输入端(A)连接2分频器(U1)的CL，输出(E)连接控制单元(8)的CP；控制单元(8)的RESET连接压控振荡器单元(7)的RESET，压控振荡器单元(7)的VOLTAGE为输入端，OSC接2分频器(U1)的(D)同Q连接，连接OUTPUT输出端。
4.根据权利要求1所述的电子镇流器专用控制芯片，其特征在于压控振荡器单元(7)由两个比较器(U5、U6)、三个非门(U7、U10、U11)、一个三输入或非门(U8)、一个2输入或非门(U9)以及四个电阻(R2、R3、R4、R5)和一个电容(C1)组成，电路连接方式为电阻R5、R2、R3串联，上接VCC，下接END，R5和R2连接点为输入端voltage，且连接上比较器(U5)的反相端，R2和R3连接点连接下比较器(U6)的正相端；上比较器(U5)的正相端和下比较器(U6)的反相端连接，且连接电容C1和电阻R4，C1的另一端接GND，RESET接非门(U1)输入端，输出端接3输入或非门(U8)的一输入端，上比较器(U5)的输出接3输入或非门(U9)的一输入端，3输入或非门(U8)的输出接非门(U10)的输入，输出接另一个非门(U11)的输入，输出接OSC和电阻R4。
5.根据权利要求1所述的电子镇流器专用控制芯片，其特征在于控制单元(8)由四个非门(U12、U13、U14、U16)、一个2输入或非门(U15)、一个D锁存器(U17)以及三个电阻(R6、R7、R8)和两个电容(C2、C3)组成、其电路连接方式为电阻R8、R6串联，上接VDD，下接GND；电容C2下接GND，上接R8、R6的连接点，该连接点接3个级连的非门(U12、U13、U14)的输入，输出接D锁存器(U17)的D，CP接2输入或非门(U15)的一输入端，2输入门或非门(U15)的输出接电容C3、C3另一端接电阻R7和非门(U16)的输入，R7的另一端接Vccc，非门(U16)的输出接2输入或非门(U15)的一输入端和D锁存器(U17)的L；D锁存器(U17)输出Q接RESET。
专利摘要本实用新型涉及一种电子镇流器专用控制芯片。它包含有底座、硅片、硅片封盖以及通过键合线与硅片连接而处于芯片底座边缘的引脚，硅片电路结构由压控振荡器单元、控制单元和容性负载判断单元组成，其电路联接方式为压控振荡器单元外接电压控制输入端，在片内以输出端连接容性负载判断单元，容性负载判断单元外接驱动输出端和电流采样输入端，且在片内以输出端连接控制单元，控制单元在片内以输出端连接压控振荡器单元。本实用新型的电子镇流器可以在逆变器处于电容负载时，启动保护功能，防止损坏功率管，使电子镇流器的可靠性得到提高。
文档编号H05B41/14GK2717169SQ20042002367
公开日2005年8月10日 申请日期2004年6月11日 优先权日2004年6月11日
发明者顾震宇, 冉峰, 程东方, 汤为杰 申请人:上海大学, 上海上大众芯微电子有限公司