基于PSoC CY8C26233的電子調光鎮流器設計

關鍵詞：CY8C26233；PSoC；遙控調光；鎮流器

１ 概述

ＣＹ８Ｃ２６２３３是賽普拉斯微系統有限公司推出的電子調光鎮流器專用可編程系統級芯片(ＰＳｏＣ)。這種ＰＳｏＣ混合信號陣列帶有一個嵌入式微控制器，是一種具有數字可尋址照明接口(ＤＡＬＩ)通信功能的單片電子調光鎮流器控制器。ＰＳｏＣ系列器件有４個型號，ＣＹ８Ｃ２６２３３是其中的一種。在ＰＳｏＣ問世之前，調光電子鎮流器通常需用兩塊ＩＣ。其中一塊ＩＣ用于鎮流器控制，另一塊ＩＣ用于管理通信接口?ＣＹ８Ｃ２６２３３的出現則有效地解決了這一問題。基于ＣＹ８Ｃ２６２３３的電子鎮流器設計所需元件數目可較大減少，并根據ＤＡＬＩ ＥＮ６０９２９規范實現１％～１００％的調光幅度，而且節電效果顯著。

２ ＣＹ８Ｃ２６２３３的主要特點

ＣＹ８Ｃ２６２３３的主要特點如下：

●工作電壓ＶＣＣ為３～５．２５Ｖ；

●工作頻率為９３．７ｋＨｚ～２４ＭＨｚ；

●帶有８ｋ的程序存儲器和２５６ｋ的數據存儲器；

●內含１２個模擬ＰＳｏＣ塊，可用于ＳＡＲ ＡＤＣｓ、多斜率ＡＤＣｓ、增益可編程放大器、可編程濾波器和ＤＡＣｓ等；

●內含８個數字ＰＳｏＣ塊，其潛在應用于定時器、計數器、ＵＡＲＴｓ、ＣＲＣ產生器和ＰＷＭｓ等；

●當一個指令寫進乘法器／累加器(ＭＡＣ)輸入寄存器時，８８的乘積和一個３２位累加結果將在下一個指令周期從輸出寄存器讀出并利用；

●具有多振蕩器選擇功能。可在２４ＭＨｚ的內部主振蕩器、３２．７６８ｋＨｚ的外部晶體振蕩器和用于ＰＳｏＣ單元及看門狗定時器時鐘的內部低速振蕩器中選擇。

３ ＣＹ８Ｃ２６２３３內部結構和引腳功能

ＣＹ８Ｃ２６２３３ ＰＳｏＣ內置高性能８位Ｍ８Ｃ哈佛(Ｈａｒｖａｒｄ)體系結構微處理器、１２個模擬ＰＳｏＣ塊(ｂｌｏｃｋｓ)陣列和８個數字ＰＳｏＣ塊陣列，其基本結構框圖如圖１所示。

ＣＹ８Ｃ２６２３３采用２０引腳ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ及ＳＳＯＰ等三種封裝形式，其引腳排列如圖２所示。芯片各引腳的功能如下：

１腳(Ｐ０[７])：燈電流感測輸入；

２腳(Ｐ０[５])：１～１０Ｖ ＤＣ控制應用模擬控制輸入；

３腳(Ｐ０[３])：溫度感測輸入；

４腳(Ｐ０[１])：備用端；

５腳(ＳＭＰ)：開關模式泵，該腳應懸空；

６腳(Ｐ１[７])：當鎮流器處于待機狀態時，該腳輸出低電平；

７腳(Ｐ１[５])：ＤＡＬＩ接收輸入端；

８腳(Ｐ１[３]):半橋低端驅動器輸出；

９腳(Ｐ１[１])：硬開關故障輸入；

１０腳(ＶＳＳ)：接地端?０Ｖ ＤＣ?；

１１腳(Ｐ１[０])：備用端；

１２腳(Ｐ１[２])：半橋高端驅動器輸出；

１３腳(Ｐ１[４])：ＤＡＬＩ ＴＸ輸出；

１４腳(Ｐ１[６])：模擬驅動；

１５腳(ＸＲＥＳ)：有源高電平輸入，僅在系統編程時使用；

１６腳(Ｐ０[０])：燈存在與燈壽終檢測輸入；

１７腳(Ｐ０[２])：當鎮流器處于待機狀態時，該腳輸出高電平；

１８腳(Ｐ０[４])與１９腳(Ｐ０[６])：如果任一個腳輸入檢測到邏輯高電平，則會使半橋頻率降低，燈電流增加；

２０腳（ＶＣＣ）：電源。

圖3

４　基于ＣＹ８Ｃ２６２３３的電子鎮流器

基于ＣＹ８Ｃ２６２３３ ＰＳｏＣ的可調光電子鎮流器主要由三部分組成，即燈驅動與監視、功率因數校正(ＰＦＣ)與本機電源和控制信號接口。這種鎮流器符合所有相關標準規定，并可通過１～１０Ｖ的ＤＣ來控制或通過ＤＡＬＩ協議提供遙控調光，同時具有預熱啟動、完善的故障檢測與保護和待機功率管理等功能，系統功率因數大于０．９８，ＴＨＤ＜１０％，調光幅度范圍為１～１００％，待機功耗小于６００ｍＷ，輸出功率從２１４Ｗ(雙Ｔ５管熒光燈)到２５８Ｗ(雙Ｔ８管熒光燈)。

４．１ 燈驅動與監控電路

基于ＣＹ８Ｃ２６２３３的鎮流器驅動與監控電路如圖３所示。圖中ＩＣ２?ＣＹ８Ｃ２６２３３?是鎮流器主控制器。ＩＣ３?ＩＲ２１０１Ｓ?是柵極驅動器。Ｖ２和Ｖ３是半橋功率ＭＯＳＦＥＴ?工作在零電壓開關ＣＺＶＳ模式?。Ｌ４、Ｃ２０和Ｃ２１組成的諧振電路用于產生燈點火高壓。Ｌ５是燈?Ａ燈和Ｂ燈?平衡電感器，Ｔ２和Ｔ３分別為Ａ燈和Ｂ燈的燈絲驅動變壓器。ＩＣ７（ＬＭ３５８）為運算放大器，可用于放大燈電流感測信號。ＩＣ１０是ＡＣ光耦合器，Ｖ６和Ｖ７組成燈功率電平檢測和放大電路。

表1 燈驅動電路元件選擇

一般情況下，鎮流器所驅動的燈管型號和功率不同，其關鍵元件的選擇也不相同，表１列出了部分元件的推薦值。現將半橋變換器中磁性元件的選擇方法介紹如下：

燈電感器Ｌ４應采用ＥＶＤ２５磁芯，對于２１４Ｗ?Ｔ５管?，線圈匝數為１０８Ｔ?使用４０．１６ｍｍ或１００．１ｍｍ絞合線?，直流電阻為１．２５Ω，電感值為２．１５ｍＨ。燈功率增加時，Ｌ４的電感值應相應減小。

燈平衡耦合電感器Ｌ５應選用ＥＦ２０磁芯?Ｎ６７材料?和０．３２～０．３６ｍｍ銅絕緣線，各繞１００匝?匝數比為１∶１?，電感值各為１５ｍＨ。

燈絲驅動變壓器Ｔ２／Ｔ３可選用ＥＥ１６Ｖ磁芯（Ｎ８７低損耗材料），初級２１０匝?線徑０．１ｍｍ?，兩個次級繞組各１５匝（線徑０．２８ｍｍ），無氣隙。此情況適用于２１４Ｗ或２５４Ｗ雙Ｔ５管。對于雙Ｔ８燈管（２３６Ｗ和２５８Ｗ），初、次級匝數比應從１４∶１變為８∶１。

４．２ ＰＦＣ升壓變換器與本機電源電路

ＰＦＣ升壓變換器和本機電源電路如圖４所示。基于ＭＣ３３２６２Ｄ的有源ＰＦＣ預調節器在燈點火期間的ＤＣ輸出電壓是４２５Ｖ，在燈正常燃點期間的ＤＣ總線電壓總是保持在４００Ｖ的電平上。在燈關斷期間，為了減小待機功率，ＩＣ２腳１７輸出高電平，以使ＩＣ１?ＭＣ３３２６２Ｄ?腳１上的電壓升高。同時ＰＳｏＣ固件迫使ＰＦＣ進入截止狀態，并使本機電源電壓?Ｂ點?從１５Ｖ變為１０Ｖ。這樣，在任何輸出功率電平上，ＰＦＣ電路均可提供０．９８以上的線路功率因數和小于１０％的總電流諧波失真（ＴＨＤ）。

圖4

圖４中的升壓電感器Ｌ２可采用ＥＦ２０／１１磁芯，初、次級繞組匝數比為５∶１。當總負載功率不大于１００Ｗ時，Ｌ２的電感值可選１．２５ｍＨ，直流電阻ＲＤＣ小于１Ω，中心氣隙長度為１ｍｍ。ＰＦＣ開關Ｖ１可選擇ＩＲＦ８２０?２１４Ｗ，Ｔ５管?或ＩＲＦ８３０?２５４Ｗ，Ｔ５管或２３６Ｗ、２５８Ｗ，Ｔ８管?。

通過ＩＣ４?ＴＮＹ２５３Ｇ?、Ｄ３、Ｌ３、Ｃ１０、Ｄ４和ＩＣ５?ＰＣ３５７?等組成的回掃式降壓變換器，可將４００Ｖ的ＤＣ電壓轉換為１５Ｖ?Ｂ點?。這樣，在待機狀態，ＩＣ２的６腳將為低電平。而如將Ｄ５短路，Ｂ點上的電壓可由１５Ｖ變為１０Ｖ這樣可以減小待機損耗。

通過三端穩壓器ＩＣ６?７８Ｌ０５?可將１５Ｖ的輸入轉換成５Ｖ并施加到ＩＣ２的２０腳，為ＩＣ２提供工作電壓?ＶＣＣ?。

降壓電感Ｌ３可采用ＥＦ１２．６／３．７磁芯和０．１４～０．１６ｍｍ的鈾銅絕緣線繞制，線圈匝數約２４０Ｔ，電感值為３．６ｍＨ。

４．３ 控制信號選擇

ＰＳｏＣ一般通過１～１０Ｖ ＤＣ模擬控制或ＤＡＬＩ協議提供遙控調光。圖５為ＣＹ８Ｃ２６２３３的控制信號接口電路。圖中的ＩＣ２可用ＤＡＬＩ指令使能，而１～１０Ｖ模擬控制則僅在其被檢測時才被使能。

圖5

將ＩＣ２的１４腳連到ＶＣＣ可禁止１～１０Ｖ模擬控制。而當１４腳檢測到邏輯低電平時，電路將被配置為強驅動數字輸出，并振蕩于１４．４ｋＨｚ，此時占空比約為１０％。Ｒ１３可用于限制故障條件下通過模擬接口隔離變壓器Ｔ１的電流量，同時也可提供一個通過二極管Ｄ８反射回控制輸入的電壓降。ＩＣ２腳２為模擬輸入，電壓分辨率是１０位。該腳電壓低于０．６Ｖ時將作為０讀出；而該腳電壓超過３．６Ｖ，則將作為１００％讀出。如果模擬控制功能不用，可將ＩＣ２的２腳懸空。

ＩＣ２的腳７為ＤＡＬＩ數字接收輸入引腳，該引腳的內部帶有一個小的上拉電阻。ＩＣ２腳１３是ＤＡＬＩ ＴＸ輸出，在任何模式下，該腳都呈現為低電平的空閑狀態，而腳７僅當鎮流器為ＤＡＬＩ模式時，空閑狀態才為低電平。

模擬接口變壓器Ｔ１可采用ＥＦ１２．６／３．７磁芯繞制，線徑０．１０～０．１４ｍｍ，初級１００匝，次級４０匝。