FM2822型可調光電子鎮流器控制器及其應用

摘要：FM2822是上海復旦微電子公司推出的一款可調光電子鎮流器ASIC。介紹該電路的特點、引腳功能和電氣特性，給出其典型應用電路及工作原理。

關鍵詞：FM2822；可調光；鎮流器；TF8／36W

1 引言

在能源日益短缺的形勢下，高效節能綠色照明電光源及其電子鎮流器越來越受到人們的青睞。在電子鎮流器問世之后的20余年中．國產電子鎮流器所用控制器全部依賴進口。上海復旦微電子股份有限公司、上海貝嶺股份有限公司最近分別推出具有自主產權的FM2811／FM2822和BL8301熒光燈電子鎮流器專用集成電路(ASIC)，在性價比方面完全可與世界先進的同類產品媲美。

FM2822是上海復旦微電子公司在FM2811基礎上研發的可調光熒光燈電子鎮流器ASIC。與IR、Fairchild、ST和IJnear等國外公司的同類IC比較。在設計上有獨特之處，可以簡化外圍電路設計，大大增加外圍設計的靈活性。

熒光燈與白熾燈相比，其特性完全不同。因此,熒光燈不能沿用白熾燈調光方案。目前采用電子鎮流器的熒光燈調光方案主要有頻率調制(FM)和相位調制(PM)兩種，有時兩種方案可兼用。熒光燈調光實際上是調節燈功率，調光的目的是為了節電。白熾燈調光技術已經應用了幾十年，但在我國,可調光熒光燈的應用卻非常少見。FM2822的問世。解決了通過普通晶閘管調光器對熒光燈亮度實現無級調節的技術難題。

2 FM2822的封裝及引腳功能

FM2822采用16引腳DIP封裝，引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下所述：

腳l(CRECT)：該引腳輸出電流高頻成份被外部阻容濾波電路濾除，輸出電流大小決定燈電流與燈電壓的乘積信號，從而對調光控制實現燈功率閉環反饋。

腳2(VL)：燈電壓采樣信號／過壓保護信號輸入。進入該引腳的電流作為內部乘法器的一個輸入。如果該腳上的電流IvL>Ivu(stop)(120μA)，CP腳上電容充電則延時。在經0．5s的延遲之后，如果過壓條件仍然存在，IC則進入待機模式。否則，器件正常工作。如果電流IⅥ-大于嚴重過載電流IvL(嘶c)(約240txA)，器件直接進入待機模式。

腳3(DIM)：閉環調光控制信號輸入端，用于設定燈亮度。該腳既可以由晶閘管輸出端信號轉換一個平均電壓信號實現控制，也可以通過電位器或專用調光器控制。該腳上的輸入電壓范圍為0～4VDC。

腳4(RIND)：半橋輸出電流相位檢測輸入，內部兩個比較器檢測不同的相位關系．并通過邏輯電路判斷是否出現電容性模式。如果出現電容性工作模式，則經過延時后進人保護狀態。

腳5(CF)：外接壓控振蕩器(VCO)電容，初始上電時該電容被充電至內部基準電壓值。

腳6(RP)：外接預熱頻率設定電阻．預熱時該腳上的電壓充電至4V，預熱結束后該腳上的電壓下降到0V。

腳7(CP)：外接預熱時間設置電容。

腳8(FAULT)：該腳在預熱或系統處于異常狀態時輸出高電平控制信號，可靈活用于各種控制。

腳9／1l(G1／G2)：半橋高／低端驅動器輸出，兩個驅動信號之間的非交迭時間固定在1.3μs的典型值上，從而可避免半橋中兩個MOSFET發生“貫通”。

腳10(GND)：接地端。

腳12(VDD)：供電電壓施加端。

腳13(RF)：該腳參考電壓為2.4v，外接電阻或內部參考電流源，外接電阻阻值和CF腳外部電容共同決定振蕩頻率的上下限。

腳14(EOL)：燈壽命終結檢測輸入端，只要該腳上的電壓在1V的窗口電平之外，振蕩器停振，IC進入待機模式。若不用該腳也可以接地。

腳15／16(ITl／IT2)：燈電流采樣信號輸入，在內部經全波整流后輸入到乘法器。由于經過內部整流和放大，所以能對小信號準確采樣。

3 特性和主要電氣參數

3.1主要特點

FM2822電子鎮流器控制IC的主要特點如下：

●調光范圍l％～100％，全程調光無頻閃；

●燈電流閉環調節控制，內置燈電流采樣信號全波整流電路；

●預熱時間和預熱電流可調節；

●提供半橋電容性模式保護，燈壽終(EOL)整流效應保護和過電壓保護；

●適合驅動各種型號的燈管。

圖2

3.2主要電氣參數

F：M2822主要電氣特性參數典型值如下：

●VDD腳導通門限電壓VDD(on)為11V，電壓降低關斷門限電平VDD(off)為8V，箝位電壓為16.2V，啟動電流Istart為1.2mA；

●RF腳內部參考電平為2.4V，RP腳內部參考電平為4V；

●預熱時間tpre為ls，觸發時間tipn為0.2s(@Cp=0.33μF)，預熱與觸發時間之比為5：1；

●DIM腳調光控制輸入電壓范圍為0V～4V；

●電容性／近電容性保護RIND腳比較低電平為一50mV，高電平為50mV：

●過壓保護VL腳電流輸入箝位電流為80μA，輕微過載電流，IVL(stop)為120txA，嚴重過載電流IVL(penic)為240μA；

●燈壽終(EOL)保護EOI。腳高門限檢測電平為1V，低門限檢測電平為一1V。

4 典型應用電路及其工作原理

基于FM2822的36W、T8型節能燈電子鎮流器電路如圖2所示。圖中，Cl、L1和C2組成EMI濾波器，D1一D4為橋式整流器，RPl為調光電阻．V1和V2為半橋開關，L3―1和C15組成LC串聯諧振電路，L4的二次繞組與R7組成燈電流采樣電路，R12和R24等組成電流相位采樣電路，R11、R14、R15、D10和C13組成燈電壓和過壓檢測電路。

4.1電路啟動

在接通AC電源后，橋式整流器輸出經啟動電阻R1、R2及D5對IC(F'M2822)腳VDD上的電容C6充電。當C6上的電壓達到11V以上時，IC啟動，振蕩電路起振，半橋逆變器開始工作。一旦半橋產生輸出，C5、D5和D6等組成的電荷泵電路為IC的VDD腳提供工作電流。

4.2預熱與啟輝(觸發)

燈絲預熱的目的是為了延長燈管壽命。同時降低燈觸發電壓。一旦電路啟動，振蕩器產生一個較高的頻率fpre對燈絲預熱，IC腳CP上的電容C11電壓升至4V時，預熱時間結束。當C11取0．331μF時,預熱時間tpre=1s。預熱頻率fpre主要由IC腳RP外部電阻R18設定。R18阻值越大，振蕩頻率則越低。通常將預熱頻率設置為50―60kHz。

在預熱結束之后，C11上的電壓從4V開始向0V掃描，振蕩頻率從預熱頻率fDre向工作(即穩態工作)頻率frun掃描，如圖3所示。當頻率接近L3―1和C15的固有頻率時，則發生LC串聯諧振，在C15上產生一個高壓將燈點亮。觸發時間為0．2s，為預熱時間的20％，燈被點亮后，在frun頻率下工作。工作頻率fru即為最低振蕩頻率．通常將其設置為35―45kHz，具體由腳RF上的電阻R5和腳CF’上的電容C16共同決定。

4.3調光

IC腳DIM上的調光信號與腳1上的信號作比較，內部誤差放大器產生相應的誤差電流送至壓控振蕩器產生某一個頻率．使逆變器在該頻率下工作，并在諧振電感L3―1上產生一個阻抗(ZL=2μfL)，此阻抗決定燈電流和燈功率，從而決定燈亮度。

IC腳15和腳16接收燈電流采樣信號，經內部全波整流后輸入到乘法器。腳2(VL)接收燈電壓采樣信號，并作為乘法器的另一個輸入。腳l上的輸出電流(乘法器輸出)經外部阻容濾波電路濾除高頻成份，決定燈電流和燈電壓乘積信號，從而對調光控制實現功率閉環反饋。腳DIM上的輸入DC電壓為0V～4V，相應的燈功率調節范圍為2％一100％。

4.4故障保護

FM2822是提供過電壓保護、電容性模式保護和燈壽終(EOL)保護。

若出現燈管漏氣或陰極去激活使燈不能觸發點亮，半橋將產生高電壓的很大和電流。腳VL用作檢測過電壓狀態。一旦出現嚴重過電壓，振蕩器立即停振，使系統進入低功率待機模式。

如果燈無法點亮或燈管上電壓過高，鎮流器半橋逆變電路可能進入電容性工作模式。一旦出現這種情況，在MOSFET(V1和V2)上會產生很大的損耗，嚴重時會使MOSFET燒毀。當IC的4腳(RIND腳)檢測到半橋電流相位超前于電壓時，則判定為電容性模式，系統立即停振進入待機狀態。

在燈壽終(EOI)時，燈管會出現整流效應，燈絲出現極高的熱點．嚴重時會使燈管電極附近的玻璃融化。IC的EOL腳可檢測EOL條件，一旦該腳上電壓超過窗口范圍(1V)系統會停振，進入待機模式。在圖2電路中，腳EOL接地，EOL保護功能未用。