|
全球照明控制集成电路解决
方案
|
让IR的控制集成电路使您在全球照明市场中脱颖而出
当今全球照明镇流器市场包括电感式荧光灯产品、电子荧光灯产品、自镇流紧凑型荧光灯产品、卤素灯和高强气体放电技术。
由于各国政府的相关规定、持续上升的能源费用、以及上述光源设备使用量的上升，预计从2005年到2010年间，产品销量的年增长幅度将达到12.1%。
|
|
|
|
初级应用
初级应用照明控制集成电路包括：工业建筑和办公室中的线性和紧凑型荧光灯照明，住宅和酒店的自镇流紧凑型荧光灯照明，零售店的卤素灯照明，以及室外高强气体放电灯照明。非常有趣的是，每种光源产品都已经拥有了各自的细分市场。除了白炽灯泡和电感镇流器以外，我们很少见到某种光源产品或某种控制线路产品被另一种产品挤出市场。上述各类产品即为灯泡厂家、配件厂家、以及镇流器厂家的核心产品系列。随着更多新型照明技术或现有照明技术的衍生技术（如直径更小的荧光灯泡或发光二极管）被逐步开发出来，它们将形成新的细分市场和相应的应用市场。其结果是，更多地采用高能效的电子照明产品将使整个市场获益。
|
高压结隔离技术
传统意义上，IR总是和高压功率MOSFET技术联系在一起。IR的分立元件产品线包括种类繁多的各类器件，从桥式整流器，肖特基二极管，到功率MOSFET和绝缘栅双极性晶体管 (IGBT)。高压结隔离集成电路技术打开了一扇门，使IR能够为功率电子产品行业源源不断地提供各种新型的设计。高压结隔离技术允许电路内部放置一个隔离“井”它与低压电路有600V的悬浮电压（图2）
该新技术使在单个芯片上实现高端和低端驱动成为可能，从而可控制多种常用的开关转换器拓扑，半桥图腾柱结构就是这些拓扑中的一个并且被广泛用于电子镇流器电路。这使高压结隔离技术成为电子镇流器行业的最佳选择。
|
图 1: 照明市场总量
图 2: 带隔离高压井的高压结隔离集成电路
|
荧光灯照明
IR2153是第一款为照明市场设计的集成电路。IR2153由一个标准555定时器线路与高低端半桥驱动器结合在一起的。该集成电路很快被照明市场所采用，并已经成为电子镇流器的标准控制块。借助IR2153以及高压MOSFET，IR迅速跻身全球照明市场，而该集成电路也为将来的照明控制集成电路的开发奠定了基础。由于至今IR2153仍然被广泛采用，IR在2005年对其进行改进时并没有对其功能进行实质性的修改。经改进后使其具有更强的性能，它集成了必要的自举二极管。
通过从IR2153中学习到的经验以及镇流器技术的发展趋势，IR开发了IR2156 和IR2166控制集成电路。IR2156 在IR2153的基础上增加了更加完整的荧光灯控制功能，其中包括延长灯泡寿命和增强镇流器稳定性所必需的预热和故障保护功能。而IR2166则更进一步增加了有源功率因数校正控制和镇流器控制，从而实现了整个镇流器的单芯片控制（图3）。在欧洲，高于25瓦的功率水平必须采用有源功率因数校正，而世界上其他地区也表现出同样的发展趋势。IR2166的同一块集成电路上有两个独立的振荡器，一个用于控制镇流器输入，另一个则用于控制灯泡。另外，为满足T5荧光灯的新需求，在IR2166中还加入了一个EOL脚，用于检测灯泡寿命终止前可能出现的高压并安全关闭镇流器，从而避免因高压导致的任何损害。
IR21571是为满足对镇流器要求更为苛刻的应用而设计，它能最大程度地节省空间和减少元件数量。
图 3: IR镇流器产品
在全球范围内，通过将这些集成电路设计应用到镇流器中，很多公司已经生产出极具竞争力、性能优越、稳定性极佳的产品。影响全球照明市场增长和采用高能效产品的关键因素在于产品的成本和稳定性，而高压结隔离技术在这些集成电路中的应用正满足了这两方面的需求。现今我们面临的挑战是要将我们的产品推广到其它的照明产品细分市场，这意味着我们要设计出能够控制那些光源产品的更多新型集成电路。
专为紧凑型荧光灯 (CFL) 市场设计的死区时间自适应的集成电路
另一个主要的照明细分市场（图1）包括自镇流紧凑型荧光灯（CFL）市场。传统上常用的控制该类型灯泡的线路都是对成本非常敏感的自振荡型产品。由于自振荡型产品的可靠性问题， 使该照明产品市场无法实现快速的增长。由于极高的成本压力，至今尚无一款有源控制集成电路可以成功地打入该市场。IR2156是最接近满足自镇流紧凑型荧光灯控制电路要求的集成电路，但它有一些不必要的功能，而且集成电路的引脚数量也很多。由于硅材料成本、集成电路封装，以及系统元件总数量等诸多因素使IR2156几乎被排除在自镇流紧凑型荧光灯市场之外。为解决这个问题，我们需要从IR2153中借鉴经验。虽然IR2153没能提供完整的解决方案，但用户可以非常容易地掌握和应用它。而且IR2153只有8个引脚，从而降低了封装成本。开发新型紧凑型荧光灯控制集成电路所要面临的挑战是要实现简洁的设计，不需要太多功能，只提供必要的镇流器功能，并且只使用8个引脚。
|
| 至今，高压结隔离技术主要用于隔离高压线路和栅驱信号的电平变换。在IR2520D设计中，高压结隔离技术的应用已被扩展至执行控制灯泡所必需的传感功能。在以前的集成电路中，每种传感功能都必须由一个单独的引脚来实现，如直流母线过低、过流、灯丝开路、拆卸灯泡等。IR2520D采用高压结隔离技术和新的控制算法，只通过一个引脚就可以检测所有需要的参数。但该引脚是位于半桥的中心点上，该半桥不断地在COM和高压直流母线之间进行变换。这意味着检测必须在低端半桥开关打开时进行，而且线路必须能够承受当高端半桥开关打开时产生的高压。IR2520D通过采用一个第三个高压MOSFET达到这一要求，然后采用新的控制算法如“零电压转换（ZVS）保护”和“波峰因数检测”实现必要的镇流器功能。额外的控制引脚则用于设定最低的运行频率和预热时间（图4）。最后，还增加了一个频率抖动功能，不断地使频率在高于最低频率数千赫的水平和最低频率之间进行变换，以减少需要采用的外部EMI滤波器数量（图5）。IR2520D将所有这些功能都包含在一个简单的8针脚封装中，设计目标是将其应用到紧凑型荧光灯产品中。该新型设计将减小紧凑型荧光灯镇流器的体积，并同时降低其成本，提升可制造性和可靠性，从而推动紧凑型荧光灯产品的应用，并促进该细分市场的进一步增长。
|
图 4: IR2520D应用图解
|
图 5: IR2520D状态图解
|
产品特色一览
| IR2520D |
 |
600伏特半桥驱动器 |
|
集成了自举二极管 |
|
自适应零电压转换（ZVS） |
|
内部波峰因数过流保护 |
|
0 – 5伏直流电压控制器振荡器 |
|
最低频率可编程 |
|
微功率启动电流(150uA) |
|
Vcc上的内部15.6伏齐纳钳位 |
|
小型8脚DIP/SOIC封装 |
|
系统特性：
|
防止灯不触发条件下的保护 |
|
开灯丝保护 |
|
提供MOSFET方案 |
|
去掉了预热所需的PTC |
|
提高了产品可靠性 |
|
减少了元件数量 |
|
将封装体积减至最小 |
|
世界上第一款卤素灯转换器控制集成电路
由于已存在的自振荡产品和极其昂贵的成本压力，卤素灯照明市场已经成为一个极具挑战的细分市场。然而，通过采用正确的技术，基于集成电路的解决方案仍然能够被该市场所接受。该市场已经出现了大量由于产品稳定性和性能导致的问题。电子变压器经常由于过载和短路故障而损坏。而且它们必须具备使用标准相位切割三端双向可控硅调光器平稳连续地调整卤素灯泡的亮度的能力。IR2161所面临的挑战是要在一块8脚集成电路上提供全面的保护功能、灯泡电压控制，以及调光能力（图6）。在这里高压结隔离技术再一次凸显其优势，使一些新型传感技术的应用成为可能。IR2161也采用了一个第三方的高压MOSFET来检测半桥电压。通过检测在每个变换周期的死区时间内该电压何时到达零值，该集成电路能够不断地调整适应来保证尽可能在半桥电压回转至相应的值时每一个半桥开关都导通。通过采用该自适应死区时间功能，硬开关可以避免，同时在开关中的损耗也被降低。IR2161中还有一根电流检测引脚，负责执行必要的灯电压调整、过载保护，以及短路保护功能（图7）。设计出的IR2161卤素灯照明解决方案设计简洁、精致，减少了元件数量，性能更加优越。集成电路 + MOSFET设计的采用将大大地提升产品的可制造性和可靠性，并促进该细分市场的进一步增长。
|
图 6: IR2161应用图解
|
图 7: IR2161状态图解
|
