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AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 版本

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2011 年3月21 日 应用手册 文档简介 信息 目录 关键字 UBA2014,半桥,镇流器,灯管 摘要 本应用手册描述使用 UBA2014 驱动 T5 和T8 荧光灯的应用的设计.

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2011 年3月21 日2/34 联系信息 要了解详细信息,请访问:http://www.nxp.com 请发送邮件获取销售处地址,邮箱为 salesaddresses@nxp.com 恩智浦半导体 AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 修订历史 版本 日期 描述 v.1

20110321 第一版 此翻译版本基于日期为

20101209 的AN10872 v.1 英文版. AN10872_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V. 2011. 保留所有权利. 应用手册 修订版本

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2011 年3月21 日3/34 恩智浦半导体 AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 1. 简介 电子镇流器必须根据指定灯管的规格对灯管进行预热、点火和控制,并监控灯的运行状态. 当灯管没有点亮或者灯管达到使用寿命时,镇流器必须迅速关断电源以避免镇流器损坏或 者灯头过热. UBA2014 是一款单片集成电路,用于电力驱动镇流荧光灯.该电路使用电压均方根值(额 定值)最高为

277 V RMS 的市电. 电路由一个

650 V 的双极型 /CMOS/DMOS 工艺制造而成.该芯片可以驱动两个独立功率 MOSFET,也包括下列特性: ? 电平转换电路 ? 振荡器 ? 灯电压检测 ? 电流控制器 ? 定时器 ? 各种保护 1.1 主要特性 ? 预热时间可调 ? 预热电流可调 ? 电流控制运行 ? 单次点火尝试 ? 自适应死区时间控制 ? 集成高压电平转换功能 ? 掉电功能 ? 灯故障或无灯状态保护功能 ? 电容模式保护 AN10872_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V. 2011. 保留所有权利. 应用手册 修订版本

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2011 年3月21 日4/34 恩智浦半导体 AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 2. 应用范围和章节安排 2.1 应用范围 应用手册中描述了在 HF-TL 应用中 UBA2014 半桥驱动芯片的使用方法,其中只涵盖单管 的应用.需要支持或者需要了解多个灯管的应用示例请咨询当地的 NXP 技术支持部门. 手册中描述的电路采用了 PFC 控制器提供的固定直流电压源,如果不用直流源,也可以使 用充电泵或者填谷式拓扑代替.本文中没有对这些技术进行讲解. 2.2 应用手册的章节安排 本应用手册的内容分排在独立的章节中.必要时,典型数据将列出.电路框图见图

1 节1 简介 . 节2 应用范围和章节安排 . 节3 管脚说明 这部分给出了芯片管脚的概述,概括了基本功能和一些典型电压电流值. 节4 单灯管串联谐振应用框图 这部分讲述了一个 T8 36W 灯管典型应用中的各个部分, 并阐述了开发各部分电路的步骤以及主要器件的数据. 这部分给出了 UBA2014 的预热、点火和运行时的状态图,并指出了各个阶段下芯片中处于 工作状态的模块. 节6 EOL (达到使用寿命)检测/保护 这部分概括了可以添加的外加保护电路,这些电 路在出现有灯损坏的情况下可以保护镇流器或者灯电极,以防由于过热而损坏. 节7 调试 UBA2014 镇流器 这部分提供了一个顺序进程来启动镇流器,以防突加全功率 起动造成损坏. 节8 PCB 设计和布局指导 这部分给出了 PCB 的正确布局,保证各个重要的功能能够正 常实现.建议在摆放元件和设计电流回路时应尽量缩小距离. 节9 感应模式加热 这部分给出电感模式加热电路.此电路在谐振线圈上添加了两个小 的绕组.与一个小电容串联,这两个次级绕组绕在灯丝上.谐振线圈,电容,次级电感和次 级电容的数据均给出.这组数据适用于电感模式工作的 TL5/TLD 灯. 2.3 相关的文件和工具 需要了解更多信息和设计工具,请查看 NXP 网络产品信息网页中关于 UBA2014 的说明, 或者咨询当地的销售部. xxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx x xxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxx xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxx xx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx xxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx xxxxxx xx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx xxxxx x x AN10872_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V. 2011. 保留所有权利. 应用手册 修订版本

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2011 年3月21 日5/34 恩智浦半导体 AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 3. 管脚说明 图1. 框图 019aaa129 DRIVER LOGIC LEVEL SHIFTER BOOTSTRAP FREQUENCY CONTROL AVERAGE CURRENT SENSOR CSP

15 GH

10 FVDD

9 CSN

16 LOGIC LAMP VOLTAGE SENSOR VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR REFERENCE CURRENT I V GL LS DRIVER HS DRIVER

6 SH

11 ACM

12 PREHEAT TIMER STATE LOGIC ? RESET STATE ? START-UP STATE ? PREHEAT STATE ? IGNITION STATE ? BURN STATE ? HOLD STATE ? POWER-DOWN STATE SUPPLY VDD VREF reset VDD(L) Vpd reference voltages digital analog supply (5 V)

3 V

7 14 LOGIC COUNTER

1 4 CT IREF

3 CF

13 LVS

2 CSW

5 GND Vlamp(fail) Vlamp(max) ANT/CMD UBA2014 PCS

8 PCS LOGIC AN10872_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V. 2011. 保留所有权利. 应用手册 修订版本

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2011 年3月21 日6/34 恩智浦半导体 AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 表1. UBA2014 管脚功能 管脚 名称 功能描述概要

1 CT 预热定时器输出:接地电容与这个管脚相连.预热定时器模块决定预热和点火时 间.预热时间由接在 CT 管脚上的电容和接在 IREF 管脚上的电阻 (典型值为

33 kΩ)确定.最大点火时间 tign 是CT 上的一个周期,而预热时间 tph 是七个周期 PRT 电路在芯片起动阶段和出现故障时运行,由LVS 管脚触发.开始振荡时计 算预热时间,预热阶段结束后就是点火阶段,如下 (1) (2)式:

2 CSW 压控振荡器的输出:接在 CSW 管脚上的电容与接在 CF 管脚上的电容一起确定 运行频率.当CSW 管脚上电压为

0 V 时 (起动条件下) ,那么频率控制器能够 产生的最大频率 (由CF 电容值决定) .起动阶段给电容充电,运行频率会降低 直到达到预热频率为止. 预热过后,CSW 上的电容再次充电直到频率降到控制器的最小频率.CSW 上的 电容值决定了灯从预热频率到点火最小频率的下降速度,这对精确点火很重要. 在灯的运行过程当中,CSW 管脚上的电容决定了频率变化的速度,UBA2014 应 用反馈控制回路,该回路以 CSP 和CSN 管脚作为输入. 若只要得到灯的最大功率,通常只需一个

220 nF

50 V 的接地电容.若要深度调 光,可以用一个 RC 网络来提高小信号频率响应.如果 UBA2014 检测到电容工 作模式, CSW 电容将持续放电.

3 CF 振荡器定时电容管脚:VCO 产生电压在

0 V 到2.5 V 之间的锯齿波,频率由与 CF 管脚相连的电容值, IREF 管脚相连的电阻值和 CSW 管脚上的电压值决定. 电路开始振荡的最大频率 (fmax)是最小频率 (fmin)的2.5 倍.逻辑驱动器可 以驱动上桥驱动器和下桥驱动器,频率为 VCO 频率的一半. 建议使用

5 % 误差,

50 V 的CPO 绝缘电容.额定值是

100 pF,由此得到的开 关频率是 fmin =

40 kHz, fmax =

100 kHz.

4 IREF 内部参考电流输入:接33 kΩ 电阻到地 (1 误差 %)

5 GND 接地

6 GL 下桥功率管驱动输出:功率 MOSFET 的门极与 GH 和GL 管脚相连.可以直接把 这个脚与门极相连,或者与一个 47Ω 以下的门极电阻相连. GL 管脚上的电平在 GND 和VDD 之间变化. 在第一个开关周期内,下桥驱动器的驱动信号使得自举电路给外接的自举电容 (在FVDD 和SH 管脚之间)充电.

7 VDD 低压电源:保证电压一直在

14 V 以下是非常重要的.在待机状态,内置的小齐 纳二极管工作,运行时,要确保电压不会超出规定值. tph 1.8 CCT

330 10

9 C * - RIREF

33 10

3 * - * * = tign 0.26 CCT

330 10

9 C * - RIREF

33 10

3 * - * * = fmin 40.5

10 3 *

100 10

12 C * CCF -

33 10

3 * RIREF - * * = fmax 2.5 fmin * = AN10872_ZH 本文档提供的所有信息均以法律免责声明中的条款为前提. ? NXP B.V. 2011. 保留所有权利. 应用手册 修订版本

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2011 年3月21 日7/34 恩智浦半导体 AN10872 UBA2014 用于 TL 灯的应用电路 4. 单灯管串联谐振应用框图 如果使用谐振电感, 灯电极和一个电容的串联组成最简单最经济的应用图. 这就是众所周知 的串联谐振拓扑.图2给出了一个例子,是用一个 TL8

36 W 灯管构成串联谐振的例子.

8 PCS 预热电流传感器输入:此管脚通过传感电阻接下桥 MOSFET 的源极.开始运行 阶段,与CSW 管脚相接的电容和 VCO 的输入相接,该电容充电以确保从最大频 率开始扫频.由PCS 控制的连续电流给电容充电,频率会降低直到在 PCS 管脚 测得的预热电压超出内部 0.6 V 的固定电压为止.

9 FVDD 浮动电源:为上桥功率管供电.

10 GH 上桥功率管驱动输出:功率 MOSFET 的门极与 GH 和GL 管脚相连.可以直接把 这个脚与门极相连,或者与一个

47 Ω 以下的门极电阻相连.这个管脚上的电平 在SH 管脚电压和 SH 电压与 VDD 的和之间变化.

11 SH 上桥功率管电压源的参考接地 (MOSFET 的源极) ,与半桥输出相连.

12 ACM 电容模式检测输入:当正常运行时, ACM 管脚上的电压包括半桥上升阶段最小 振幅为 mV 的正脉冲和半桥下降沿时低于 ?85 mV 的脉冲.该电压通过外接在 VDD 发生电路上的电阻测得. 这里的脉冲接到自适应死区时间控制模块中,确保两个功率 MOSFET 有相同的 工作时间,而与频率无关.用相同的信号避免硬开关 (死区可调)并检测电容模 式. (见图

1 框图 )

13 LVS 灯电压传感器输入:在必要的时候用来监控灯的状态和触发保护.监控灯电压是 为了在灯点火失败或者灯运行出故障时保护镇流器不会被损坏. 规定两个电平:在LVS 管脚测得 Vlamp(fail) (0.8 V)和Vlamp(max) (1.5 V) .一个 能够正常运行的灯的点火电压在这两个值之间.点火计时器在电压超过 Vlamp(fail) 时起动 (再次使用 CT 计时器) .在点火成功后,灯的电压和 LVS 管脚测得的电 压都会下降.如果 UBA2014 处在点火阶段时灯没有点火,它会延缓频率下降, 此时不会超过 Vlamp(max),尽可能地在点火计时器的最大允许时间范围内保持电 平.如果直到最后灯还没有点火, UBA2014 就切换到保护模式准备就绪. 在灯运........