專利名稱：一種適用于緊湊型節(jié)能燈的全芯片電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電源管理集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為光源之一的熒光燈需要鎮(zhèn)流器與之配合才能正常照明。熒光燈問世以來，人們一直采用電感鎮(zhèn)流器與啟輝器來時(shí)熒光燈工作。這種鎮(zhèn)流器存在許多缺點(diǎn):體積和重量大，自身功耗大且電感具有較大的噪聲，同時(shí)熒光燈自身會(huì)閃爍，影響人的視力。電子鎮(zhèn)流器通過將直流逆變?yōu)楦哳l的交流電來使得熒光燈啟輝并正常工作。逆變產(chǎn)生的高頻電壓頻率一般為20kHz 70kHz，由于頻率較高因此使用的電感較小。且隨著工作頻率的提高，熒光燈的發(fā)光效率也將提高。因此電子鎮(zhèn)流器相對(duì)早期的電感鎮(zhèn)流器具有較大的優(yōu)越性?，F(xiàn)有電子鎮(zhèn)流器的主要功能模塊分為整流濾波模塊和高頻逆變模塊，輔以振蕩器和無源匹配元件，上述模塊多采用通過分立元件構(gòu)成，分立元件的成本較高，且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，產(chǎn)品的一致性較差。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有電子鎮(zhèn)流器上述之不足，而提供一種適用于緊湊型節(jié)能燈的全芯片電子鎮(zhèn)流器。本實(shí)用新型由可調(diào)電流控制模塊、可調(diào)電容控制模塊、振蕩器、欠壓鎖定和過溫保護(hù)控制模塊、死區(qū)時(shí)間模塊、脈沖產(chǎn)生模塊、電平位移模塊、欠壓鎖定模塊、脈沖濾波模塊、高邊驅(qū)動(dòng)模塊、功率P管、底邊驅(qū)動(dòng)模塊、功率N管組成，核心的半橋逆變?cè)娖轿灰颇K、欠壓鎖定模塊、 脈沖濾波模塊、高邊驅(qū)動(dòng)模塊都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，可調(diào)電流控制模塊通過外接電阻，以及片內(nèi)基準(zhǔn)電壓來輸出基準(zhǔn)電流，并對(duì)可調(diào)電容控制模塊連接的片外電容充電，可調(diào)電容控制模塊產(chǎn)生的可變偏置電流送到振蕩器；其中振蕩器收到可變偏置電流后，進(jìn)行頻率掃描；振蕩器模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)送到死區(qū)時(shí)間模塊中，進(jìn)行死區(qū)控制，死區(qū)時(shí)間模塊的輸出信號(hào)分別送到死區(qū)時(shí)間模塊和底邊驅(qū)動(dòng)模塊，底邊驅(qū)動(dòng)電路模塊控制功率N管的開關(guān)，脈沖產(chǎn)生模塊的輸出送至電平位移模塊，電平位移模塊輸出的高壓信號(hào)被送到脈沖濾波模塊，脈沖濾波模塊的輸出被送到高邊驅(qū)動(dòng)模塊，高邊驅(qū)動(dòng)模塊控制功率P管的開關(guān)；整個(gè)芯片分別通過高低兩邊的驅(qū)動(dòng)來控制導(dǎo)通功率P管和功率N管。其預(yù)熱時(shí)間和運(yùn)行頻率通過外圍元件進(jìn)行編程設(shè)定，通過外接電容的VCO進(jìn)行預(yù)熱時(shí)間設(shè)定。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:該鎮(zhèn)流器芯片僅需極少數(shù)的外圍元件即可滿足節(jié)能燈的應(yīng)用，相對(duì)分立元件構(gòu)成的鎮(zhèn)流器而言，具有更高的效率，更小的尺寸。該電子鎮(zhèn)流器芯片可通過外圍元件設(shè)定預(yù)熱時(shí)間和運(yùn)行頻率，且具有功率因子校正、過溫和過壓保護(hù)、欠壓鎖定、無燈保護(hù)等功能，可延長(zhǎng)節(jié)能燈的使用壽命。
圖1是本實(shí)用新型的緊湊型節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器芯片的內(nèi)部模塊圖；圖2是鎮(zhèn)流器內(nèi)部的振蕩器功能模塊圖；具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。下面通過具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型由可調(diào)電流控制模塊100、可調(diào)電容控制模塊101、振蕩器102、欠壓鎖定和過溫保護(hù)控制模塊103、死區(qū)時(shí)間模塊104、脈沖產(chǎn)生模塊105、電平位移模塊106、欠壓鎖定模塊107、脈沖濾波模塊108、高邊驅(qū)動(dòng)模塊109、功率P管Ml、底邊驅(qū)動(dòng)模塊111、功率N管M2組成，核心的半橋逆變?cè)娖轿灰颇K106、欠壓鎖定模塊107、脈沖濾波模塊108、高邊驅(qū)動(dòng)模塊109都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，可調(diào)電流控制模塊100通過外接電阻RT，以及片內(nèi)基準(zhǔn)電壓來輸出基準(zhǔn)電流，并對(duì)可調(diào)電容控制模塊101連接的片外電容充電，可調(diào)電容控制模塊101產(chǎn)生的可變偏置電流送到振蕩器102 ;其中振蕩器102收到可變偏置電流后，進(jìn)行頻率掃描；振蕩器102模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)送到死區(qū)時(shí)間模塊104中，進(jìn)行死區(qū)控制，死區(qū)時(shí)間模塊104的輸出信號(hào)分別送到死區(qū)時(shí)間模塊104和底邊驅(qū)動(dòng)模塊111，底邊驅(qū)動(dòng)電路模塊111控制功率N管M2的開關(guān)，脈沖產(chǎn)生模塊105的輸出送至電平位移模塊106，電平位移模塊106輸出的高壓信號(hào)被送到脈沖濾波模塊108，脈沖濾波模塊108的輸出被送到高邊驅(qū)動(dòng)模塊109，高邊驅(qū)動(dòng)模塊109控制功率P管Ml的開關(guān)；整個(gè)芯片分別通過高低兩邊的驅(qū)動(dòng)來控制導(dǎo)通功率P管Ml和功率N管M2。其預(yù)熱時(shí)間和運(yùn)行頻率通過外圍元件進(jìn)行編程設(shè)定，通過外接電容的VCO進(jìn)行預(yù)熱時(shí)間設(shè)定。本本實(shí)用新型的芯片基于高壓CMOS集成電路工藝實(shí)現(xiàn)，分別需要5V、20V和800V的工藝。其工作方式如下:鎮(zhèn)流器芯片主要實(shí)現(xiàn)直流電壓逆變至高頻信號(hào)的功能。頻率逆變的功能主要通過圖1模塊框圖中的可調(diào)電流控制模塊100，可調(diào)電容控制模塊101和振蕩器102三個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)，其中可調(diào)電流控制模塊100通過芯片外接電阻RT，以及由芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓來產(chǎn)生基準(zhǔn)電流，該基準(zhǔn)電流的大小可通過外接電阻來調(diào)整，該基準(zhǔn)電流提供給可調(diào)電容控制模塊101;可調(diào)電容控制模塊101通過芯片外接電容CP，由可調(diào)電流控制模塊100提供的基準(zhǔn)電流對(duì)該電容充電，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱時(shí)間的控制，在預(yù)熱的過程中，可調(diào)電容控制模塊101產(chǎn)生的可變偏置電流送到振蕩器102 ;其中振蕩器102是頻率振蕩器，負(fù)責(zé)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)收到可調(diào)電容控制模塊101的可變偏置電流后，頻率開始由高頻到低頻的掃描。該時(shí)鐘信號(hào)送到死區(qū)時(shí)間模塊104中，其中死區(qū)時(shí)間模塊104負(fù)責(zé)死區(qū)時(shí)間的控制，防止高低兩邊的功率管同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)而產(chǎn)生很大的到地的短路電流，結(jié)果會(huì)燒壞功率管，由死區(qū)時(shí)間模塊104修正后的時(shí)鐘信號(hào)具備防止高低兩邊功率管同時(shí)導(dǎo)通的功能。死區(qū)時(shí)間模塊104的輸出信號(hào)分別送到脈沖產(chǎn)生模塊105和底邊驅(qū)動(dòng)模塊，其中底邊驅(qū)動(dòng)模塊是底邊功率管的驅(qū)動(dòng)電路，負(fù)責(zé)控制功率MOSFET M2的開啟和關(guān)閉。其中脈沖產(chǎn)生模塊105實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)占空比的調(diào)整，減小占空比，達(dá)到控制聞邊功率管開啟時(shí)間以提聞能效。脈沖廣生I旲塊105的輸出信號(hào)是5V的低壓信號(hào)，要驅(qū)動(dòng)高邊的功率管需要幾百伏的電壓信號(hào)，因此脈沖產(chǎn)生模塊105的輸出信號(hào)先送到電平位移模塊106,其中電平位移模塊106實(shí)現(xiàn)輸入低壓信號(hào)到高壓信號(hào)的電平轉(zhuǎn)移，電平位移模塊106的輸出即為高壓信號(hào)。電平位移模塊106的輸出被送到脈沖濾波模塊108，其中脈沖濾波模塊108實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的濾波功能，避免有害的干擾信號(hào)進(jìn)入到高邊的驅(qū)動(dòng)電路；脈沖濾波模塊108的輸出被送到高邊驅(qū)動(dòng)模塊109，其中高邊驅(qū)動(dòng)模塊109是高邊功率管的驅(qū)動(dòng)電路，負(fù)責(zé)控制功率MOSFET Ml的開啟和關(guān)閉；其中欠壓鎖定模塊107實(shí)現(xiàn)電源電壓低于設(shè)定閾值時(shí)，對(duì)高邊驅(qū)動(dòng)電路的鎖定功能。整個(gè)芯片分別通過高低兩邊的驅(qū)動(dòng)來控制導(dǎo)通功率MOSFET Ml和M2由此來控制芯片外部的負(fù)載燈管，使燈管在高頻(60kHz 80kHz)電壓下工作，并由此將節(jié)能燈啟輝發(fā)光。上述電路中由于節(jié)能燈的瞬時(shí)工作電壓達(dá)到幾百伏，故功率MOSFET Ml和M2的耐壓也必須足夠高，這里采用耐壓達(dá)800V的高壓MOS管，因此PMOS Ml的柵極電壓也必須由特殊的電平位移電路來提供，在本專利中采用漏極負(fù)載的電路實(shí)現(xiàn)。芯片工作頻率由電阻電容控制的振蕩器決定。振蕩器的原理圖如圖2所示，其中ROSC和COSC為片外的編程電阻和電容，以此來決定芯片的運(yùn)行頻率。在實(shí)際的使用情況中，上電之后的一段時(shí)間內(nèi)，振蕩器不會(huì)立即開始起振，此時(shí)節(jié)能燈處于預(yù)熱階段，預(yù)熱階段結(jié)束之后，鎮(zhèn)流器芯片內(nèi)部的振蕩器才會(huì)正常工作，并將直流電平逆變至高頻電壓，預(yù)熱過程將有助于節(jié)能燈的壽命延長(zhǎng)，同時(shí)也減小啟輝時(shí)對(duì)電壓的要求。節(jié)能燈預(yù)熱時(shí)間通過片外的電容和電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過內(nèi)部集成的帶隙基準(zhǔn)電壓和溫度傳感器，如圖1中欠壓鎖定和過溫保護(hù)控制模塊103所示，對(duì)鎮(zhèn)流器芯片進(jìn)行過壓和過溫保護(hù)。以內(nèi)部的精準(zhǔn)恒流源模塊輸出電流作為參考，對(duì)鎮(zhèn)流器進(jìn)行功 率因子校正，同時(shí)使芯片具有欠壓鎖定和無燈保護(hù)等功能。
權(quán)利要求1.一種適用于緊湊型節(jié)能燈的全芯片電子鎮(zhèn)流器，其特征在于它由可調(diào)電流控制模塊(100)、可調(diào)電容控制模塊(101)、振蕩器(102)、欠壓鎖定和過溫保護(hù)控制模塊(103)、死區(qū)時(shí)間模塊(104)、脈沖產(chǎn)生模塊(105)、電平位移模塊(106)、欠壓鎖定模塊(107)、脈沖濾波模塊(108 )、高邊驅(qū)動(dòng)模塊(109 )、功率P管(Ml)、底邊驅(qū)動(dòng)模塊(111)、功率N管(M2 )組成，核心的半橋逆變?cè)娖轿灰颇K(106)、欠壓鎖定模塊(107)、脈沖濾波模塊(108)、高邊驅(qū)動(dòng)模塊(109)都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，可調(diào)電流控制模塊(100)通過外接電阻(RT)，以及片內(nèi)基準(zhǔn)電壓來輸出基準(zhǔn)電流，并對(duì)可調(diào)電容控制模塊(101)連接的片外電容充電，可調(diào)電容控制模塊(101)產(chǎn)生的可變偏置電流送到振蕩器(102);其中振蕩器(102)收到可變偏置電流后，進(jìn)行頻率掃描；振蕩器(102)模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)送到死區(qū)時(shí)間模塊(104)中，進(jìn)行死區(qū)控制，死區(qū)時(shí)間模塊(104)的輸出信號(hào)分別送到死區(qū)時(shí)間模塊(104)和底邊驅(qū)動(dòng)模塊(111)，底邊驅(qū)動(dòng)電路模塊(111)控制功率N管(M2)的開關(guān)，脈沖產(chǎn)生模塊(105)的輸出送至電平位移模塊(106)，電平位移模塊(106)輸出的高壓信號(hào)被送到脈沖濾波模塊(108)，脈沖濾波模塊(108)的輸出被送到高邊驅(qū)動(dòng)模塊(109)，高邊驅(qū)動(dòng)模塊(109)控制功率P管(Ml)的開關(guān)；整個(gè)芯片分別通過高低兩邊的驅(qū)動(dòng)來控制導(dǎo)通功率P管(Ml)和功率N管(M2 )。
專利摘要一種適用于緊湊型節(jié)能燈的全芯片電子鎮(zhèn)流器，它由可調(diào)電流控制模塊(100)、可調(diào)電容控制模塊(101)、振蕩器(102)、欠壓鎖定和過溫保護(hù)控制模塊(103)、死區(qū)時(shí)間模塊(104)、脈沖產(chǎn)生模塊(105)、電平位移模塊(106)、欠壓鎖定模塊(107)、脈沖濾波模塊(108)、高邊驅(qū)動(dòng)模塊(109)、功率P管(M1)、底邊驅(qū)動(dòng)模塊(111)、功率N管(M2)組成，優(yōu)點(diǎn)是該電子鎮(zhèn)流器芯片可通過外圍元件設(shè)定預(yù)熱時(shí)間和運(yùn)行頻率，且具有功率因子校正、過溫和過壓保護(hù)、欠壓鎖定、無燈保護(hù)等功能，可延長(zhǎng)節(jié)能燈的使用壽命。
文檔編號(hào)H05B41/295GK203151851SQ20122069119
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者范青松, 葛彬杰, 曹成秋 申請(qǐng)人:荊門天合源電子有限公司