基于ICB2FL03G的荧光灯镇流器设计

日期:2014-02-17
 

作者:陈杰,PMM,英飞凌科技(中国)有限公司
 
本文以T5 28W荧光灯镇流器为例介绍了基于ICB2FL03G的镇流器设计,此方案外围电路设计简洁,满足EN61347-2-3 EOL保护需求,整体电效率高达91%以上,功率因数校正高达0.99,总谐波失真低于4%
 
面对LED照明灯具的强势冲击,传统灯具市场正趋于萎缩。但由于LED灯具价格高昂,在一般商务照明上,荧光灯灯具还是具有成本上的优势。英飞凌的第二代荧光灯镇流器能够满足欧盟提出新的能效要求,具备外围电路简单,由单个控制器驱动功率因数校正部分和半桥谐振部分,同时兼顾多种保护,实现最优化设计及低成本控制。
 
ICB2FL03G简介
英飞凌公司的新一代镇流器控制器ICB2FL03G采用贴片16脚SOIC封装,下面简答介绍下IC的主要功能特性(图1):
PIN1:LSGD---逆变器低端驱动
PIN2:  LSCS---逆变器低端电流采样
PIN3:Vcc---控制器供电
PIN4:GND—控制器接地
PIN5:PFCGD---PFC MOSFET驱动
PIN6:PFCCS---PFC电流采样
PIN7:PFCZCD—PFC零电流侦测
PIN8:PFCVS---PFC输出电压采样
PIN9:RFRUN---工作频率设定
PIN10:RFPH—预热频率设定
PIN11:RTPH—预热时间设定
PIN12:LVS----灯压侦测
PIN13:RES—重启脚位(拿掉灯管)
PIN14:HSGND—逆变器高端驱动接地 
PIN15:HSVCC---逆变器高端驱动供电
PIN16:  HSGD---逆变器高端驱动
图1:ICB2FL03G主要功能特性
 
T5 28W荧光灯镇流器设计规格:
         输入电压范围:180-277VAC
         功率因数要求>0.95
         总谐波失真<5%
         整体电效率>0.9
         输出:160VRMS, 170mARMS      

图2方案设计原理图
 
设计要点
电路:图2中R11,R12及C12用于开机启动电路,开机启动电流,VBUS指的是C10上的电压(考虑最小输入电压);R37,C16,D7,D8,C13用于正常工作时IC供电回路。
②PFC检测电路:图2中R14,R15和R20用于PFC 输出线电压侦测,采样时;R13用于PFC电感零电流侦测,,微调R13可用于减低PFC的总电流谐波失真。
③侦测灯丝电路:R1,R2,DR12,R34,R35,R46,R44,R43,R42和R41用于高端灯丝侦测线路,采样时LVS脚吸入电流最大值要大于18uA,;R36,R36A用于低端灯丝侦测,在时,RES脚会恒流输出21.3uA用于侦测灯管下端灯丝,当同时满足,IC才会进入启动状态;具体时序请参考图3。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3:具体时序
④工作状态设定:R30,D6,C14用于逆变器高端驱动供电回路,一般参考经验公式,其中Qg为Q2门极电荷,Vg_min为Q2最小驱动电压,并且在此选取D6时要选取反向漏电流小的二极管,选取完成后,需要测试C14上的电压波形,如果电压波形纹波电压,若其不大,表明选值合适,若纹波过大,则需增大C14值;R21用于工作频率设定;R22用于预热时预热频率设定;R23用于预热时间设定(0mS---2500mS)。以上相关电阻取值均可通过以下公式计算:
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⑤保护:灯管过压保护(EOL1)当ILVS实际吸收电流峰峰值大于210uA并持续时间大于610uS时,IC进入过压保护状态;整流效应(EOL2)ILVS直流偏置大于42uA(无论正负)并持续2500mS,IC判断进入整流效应保护状态;此后重新启动一次,若再次侦测到EOL1或EOL2保护,则整个系统进入锁死状态,直至关掉市电重新开启。由于IC侦测灯管寿命终止所用的信号都是微安级别的,易受到周边信号的干扰,故在做布板时要注意避开高噪音信号线,走线尽量靠近地线或者低噪音(低纹波)线路,R41,R42,R43,R44,R45,C40和R46尽量靠近IC。英飞凌提供对应的计算表格用于EOL保护部分电阻电容值的设定。
⑥PFC和扼流电感计算:关于PFC电感的计算采用下面公式来计算:指最小输入电压;是PFC输出电压;是PFC部分转换效率;是PFC最小开关频率,此值需要考虑IC最大的导通时间(ICB2FL03G S);是PFC输出功率。
    Ⅰ式是在最小输入电压
    Ⅱ式是在最大输入电压
                  Ⅲ式是最小负载
实际取中最小值作为电感感量,通过该电感值采用AP算法计算电感匝数,一般主电感线圈匝数与过零点侦测绕组比为10. 关于PFC开关管的电流采样电阻计算可采用以下公式:
,其中
输出电流对应扼流电感的电感量,参考设计公式,其中是设定的正常工作频率,是灯管灯丝的额定电流;逆变器后的输出谐振电容为设计的点火频率,L为扼流电感值),在选取时,要稍大于计算所得。选值完成后,通过公式来调整工作频率取得所需的灯管电流值,为灯管的额定电压。
 
工作波形及测试结果

图4:EOL1 过压保护波形                     图5:EOL2整流效应保护波形

         图6:总谐波失真                                                       图7:系统效率

            图8:功率因素
 
结论
CB2FL03G是一款成熟的荧光灯镇流器控制芯片,提供优异的性能及完善的保护功能,外围电路设计简洁,各项参数稳定可靠,适合于大规模批量生产,适用于欧美及高能效要求的商用照明。另外,英飞凌给客户提供演示板,计算表格和设计文档,有利于客户在最短的时间内实现量产。
 
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