CN103068108B - 一种节能灯专用半桥驱动集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能灯专用半桥驱动集成电路，包括恒电流控制模块、过流保护模块、容性保护模块、数字逻辑控制模块、温度保护模块、压控振荡器、功率管模块、功率管驱动模块和给各模块单元供电的内部电源模块，特点是压控振荡器电连接有强制抖频模块；优点是通过强制抖频控制电路在对压控振荡器进行强制抖频，有效改善电路的电磁兼容，从而可以提高节能灯电子镇流器的工作频率并保证了负载工作的稳定性；进而使谐振电感的尺寸大大缩小，从而大幅减小节能灯镇流器的体积，也降低了镇流器的成本。

Description

一种节能灯专用半桥驱动集成电路

技术领域

 本发明涉及一种节能灯，尤其是涉及一种节能灯专用半桥驱动集成电路。

背景技术

随着世界各国对节能减排要求的提高，节能灯因其“节能”的特点已被世界所认可，多个国家和地区相继立法，规定将白炽灯按功率的大小逐步淘汰。另外，为了促进节能灯的不断改进，欧洲颁布了EUP标准，标准规定，EUP第五阶段(2013年)时，整灯的开关次数将需达到3万次，启动时间需小于1秒。当前，节能灯普遍采用基于磁环驱动的自激式半桥电路的设计方法，其存在振荡频率稳定控制难度大、启动时间过长等问题，无法保证工作频率的准确性和稳定性，使得产品的性能不稳定，无法达到上述的标准。目前，市场上存在使用它激式半桥驱动集成电路的节能灯，这种半桥驱动集成电路包括内部电源模块、绝对值模块、有效值模块、缓冲器、过流保护模块、容性保护模块、过温保护模块、数字逻辑控制模块、压控振荡器、功率管模块和功率管驱动模块，虽然可以有效地解决上述问题，但由于该种节能灯电子镇流器的工作频率较低，谐振电感的尺寸较大，从而增大了镇流器的体积，使得节能灯的制造成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够大幅减小节能灯镇流器体积，有效降低节能灯制造成本的节能灯专用半桥驱动集成电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种节能灯专用半桥驱动集成电路，包括恒电流控制模块、过流保护模块、容性保护模块、数字逻辑控制模块、温度保护模块、压控振荡器、功率管驱动模块、功率管模块和给各模块单元供电的内部电源模块，所述的恒电流控制模块与所述的压控振荡器电连接，所述的容性保护模块与所述的恒电流控制模块电连接，所述的容性保护模块电连接有供电反馈端，所述的数字逻辑控制模块与所述的恒电流控制模块电连接，所述的数字逻辑控制模块与所述的温度保护模块电连接，所述的数字逻辑控制模块与所述的压控振荡器电连接，所述的压控振荡器与所述的过流保护模块电连接，所述的恒电流控制模块电连接有电流检测输入端，所述的电流检测输入端与所述的过流保护模块电连接，所述的压控振荡器与所述的功率管驱动模块电连接，所述的功率管驱动模块与所述的功率管模块电连接，所述的内部电源模块电连接有电源输入端和芯片地端，所述的压控振荡器电连接有强制抖频模块。

所述的强制抖频模块包括偏置电流源、抖频频率振荡器、抖频频率控制电流源、加法器、对称设置的第一电流镜和第二电流镜，所述的抖频频率振荡器与所述的抖频频率控制电流源电连接，所述的偏置电流源与所述的加法器电连接，所述抖频频率控制电流源与所述的加法器电连接，所述的加法器与所述的第一电流镜电连接，所述的加法器与所述的第二电流镜电连接，所述的压控振荡器包括第一迟滞比较器、二分频电路和充放电电容，所述的第一迟滞比较器的输出端与所述的二分频电路电连接，所述的第一迟滞比较器的正输入端电连接有输入参考电压，所述的充放电电容的第一连接端与所述的第一迟滞比较器的负输入端电连接，所述的充放电电容的第二连接端接地，所述的第一电流镜的供电电流大小控制端与所述的充放电电容的第一连接端电连接，所述的第二电流镜的供电电流大小控制端通过开关与所述的充放电电容的第一连接端电连接，所述的开关与所述的第一迟滞比较器的输出端电连接。

所述的恒电流控制模块包括绝对值模块、有效值模块和缓冲器模块，所述的绝对值模块与所述的电流检测输入端电连接，所述的绝对值模块与所述的有效值模块电连接，所述的容性保护模块与所述的有效值模块电连接，所述的数字逻辑控制模块与所述的有效值模块电连接，所述的有效值模块与所述的缓冲器模块电连接，所述的有效值模块电连接有电容输入端，所述的电容输入端与所述的缓冲器模块电连接，所述的缓冲器模块与所述的压控振荡器电连接。

所述的功率管驱动模块包括高压驱动模块和死区时间产生模块，所述的死区时间产生模块与所述的压控振荡器电连接，所述的高压驱动模块与所述的死区时间产生模块电连接，所述的死区时间产生模块与所述的功率管模块电连接，所述的高压驱动模块与所述的功率管模块电连接，所述的高压驱动模块电连接有自举电源端。

所述的功率管模块包括第一功率管和第二功率管，所述的第一功率管的源极与所述的第二功率管的漏极电连接，所述的第一功率管的栅极与所述的高压驱动模块电连接，所述的第二功率管的栅极与所述的死区时间产生模块电连接，所述的第一功率管的漏极电连接有高压电源端，所述的第一功率管的源极电连接有半桥中点端。

所述的数字逻辑控制模块内设置有包括固定的预热时间、点火时间、超功率时间、过渡时间和正常工作时间的时序控制电路。

所述的温度保护模块包括零温度系数电压模块、负温度系数电压模块和四个第二迟滞比较器，所有第二迟滞比较器的正输入端均与所述的零温度系数电压模块的输出端电连接，所有第二迟滞比较器的负输入端均与所述的负温度系数电压模块的输出端电连接。与现有技术相比，本发明的优点在于在集成电路中加入了强制抖频模块，通过强制抖频控制电路在对压控振荡器进行强制抖频，有效改善电路EMC（电磁兼容），从而可以提高节能灯电子镇流器的工作频率并保证了负载工作的稳定性；进而使谐振电感的尺寸大大缩小，从而大幅减小节能灯镇流器的体积，降低了镇流器的成本；又由于设置有恒电流控制模块，同时兼容输出恒电流控制及工作频率强制抖频的工作方式，进一步优化了集成电路的功能，有效降低了本集成电路应用时其外围电路的成本；又由于数字逻辑控制模块内设置有包括固定的预热时间、点火时间、超功率时间、过渡时间和正常工作时间的时序控制电路，去除了常规此类驱动集成电路需要外接定时元器件来设定预热时间长度的做法，有效减少了节能灯集成电路外围的结构与器件，进一步优化了集成电路的功能，降低了节能灯的制造成本；且温度保护模块根据温度智能调节节能灯的输出功率和工作模式，增强了节能灯使用的安全性。

附图说明

图1为传统的半桥驱动集成电路的原理框图； 

图2为本发明的原理框图； 

图3为本发明中强制抖频模块的原理框图； 

图4为本发明中恒电流控制模块的电路图；

图5为本发明中数字逻辑控制模块的电路图； 

图6为本发明中温度保护模块的原理框图； 

图7为本发明中温度保护模块的电路图； 

图8为本发明中温度保护模块的工作原理示意图； 

图9为本发明所具有的固定工作时序示意图；

图10为本发明的半桥驱动集成电路应用于节能灯时的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图所示，一种节能灯专用半桥驱动集成电路，包括恒电流控制模块、过流保护模块OCP、容性保护模块CapMode、数字逻辑控制模块logic、温度保护模块OTP、压控振荡器VCO、功率管驱动模块、功率管模块和给各模块单元供电的内部电源模块，恒电流控制模块与压控振荡器VCO电连接，容性保护模块CapMode与恒电流控制模块电连接，容性保护模块CapMode电连接有供电反馈端DVDT，数字逻辑控制模块logic与恒电流控制模块电连接，数字逻辑控制模块logic与温度保护模块OTP电连接，数字逻辑控制模块logic与压控振荡器VCO电连接，压控振荡器VCO与过流保护模块OCP电连接，恒电流控制模块电连接有电流检测输入端CS，电流检测输入端CS与过流保护模块OCP电连接，压控振荡器VCO与功率管驱动模块电连接，功率管驱动模块与功率管模块电连接，内部电源模块电连接有电源输入端VDD和芯片地端GND，压控振荡器VCO电连接有强制抖频模块，强制抖频模块包括偏置电流源、抖频频率振荡器、抖频频率控制电流源、加法器、对称设置的第一电流镜和第二电流镜，抖频频率振荡器与抖频频率控制电流源电连接，偏置电流源与加法器电连接，所述抖频频率控制电流源与加法器电连接，加法器与第一电流镜电连接，加法器与第二电流镜电连接，压控振荡器VCO包括第一迟滞比较器、二分频电路和充放电电容，第一迟滞比较器的输出端与二分频电路电连接，第一迟滞比较器的正输入端电连接有输入参考电压VH和VL，充放电电容的第一连接端与第一迟滞比较器的负输入端电连接，充放电电容的第二连接端接地，第一电流镜的供电电流大小控制端Ictrl1与充放电电容的第一连接端电连接，第二电流镜的供电电流大小控制端Ictrl2通过开关与充放电电容的第一连接端电连接，开关与第一迟滞比较器的输出端电连接，恒电流控制模块包括绝对值模块ABS、有效值模块RMS和缓冲器模块buffer，绝对值模块ABS与电流检测输入端CS电连接，绝对值模块ABS与有效值模块RMS电连接，容性保护模块CapMode与有效值模块RMS电连接，数字逻辑控制模块logic与有效值模块RMS电连接，有效值模块RMS与缓冲器模块buffer电连接，有效值模块RMS电连接有电容输入端CI，电容输入端CI与缓冲器模块buffer电连接，缓冲器模块buffer与压控振荡器VCO电连接，功率管驱动模块包括高压驱动模块HV driver和死区时间产生模块deadtime，死区时间产生模块deadtime与压控振荡器VCO电连接，高压驱动模块HV driver与死区时间产生模块deadtime电连接，死区时间产生模块deadtime与功率管模块电连接，高压驱动模块HV driver与功率管模块电连接，高压驱动模块HV driver电连接有自举电源端VB，功率管模块包括第一功率管MOS1和第二功率管MOS2，第一功率管MOS1的源极与第二功率管MOS2的漏极电连接，第一功率管MOS1的栅极与高压驱动模块HV driver电连接，第二功率管MOS2的栅极与死区时间产生模块deadtime电连接，第一功率管MOS1的漏极电连接有高压电源端HV，第一功率管MOS1的源极电连接有半桥中点端HB，数字逻辑控制模块logic内设置有包括固定的预热(prht)时间、点火(ignition)时间、超功率(boost)时间、过渡(transition)时间和正常工作(burn)时间的时序控制电路，温度保护模块OTP包括零温度系数电压模块、负温度系数电压模块和四个第二迟滞比较器，所有第二迟滞比较器的正输入端均与零温度系数电压模块的输出端电连接，所有第二迟滞比较器的负输入端均与负温度系数电压模块的输出端电连接。

其中：内部电源模块为集成电路内各功能模块提供电源；恒电流控制模块将电流检测输入信号的有效值转变成为控制电压信号，通过压控振荡器VCO调节工作频率，进而调节输出电流，实现输出的恒流控制。恒电流控制模块包括绝对值模块ABS、有效值模块RMS和缓冲器模块buffer，绝对值模块ABS用于将电流检测输入信号取绝对值；有效值模块RMS将绝对值模块ABS输出的信号通过电容进行积分运算；缓冲器模块Buffer将有效值模块RMS输出的信号进行比例变换和缓冲驱动；压控振荡器VCO产生受控的工作频率，实现恒流控制和抖频功能；强制抖频模块控制压控振荡器VCO进行抖频；死区时间产生模块deadtime产生死区时间，降低开关损耗；高压驱动模块HV driver驱动第一功率管MOS1；数字逻辑控制模块logic用来控制电路从启动到最后正常工作的一系列状态；过流保护模块OCP当电流检测输入端CS电压超过限定值即电路发生过流时，它将控制压控振荡器VCO提升一倍的工作频率；容性保护模块CapMode使节能灯电灯电子镇流器工作在容性状态时进行升频保护；温度保护模块OTP实时监测第一功率管MOS1和第二功率管MOS2的晶片温度，并根据不同的温度实现对数字逻辑控制模块logic状态的调整。

本发明的半桥驱动集成电路应用于节能灯的电路图如图10所示，其中FS为保险电阻，在电路短路或其它异常情况时，该保险电阻熔断，有效保护了后面的其它元器件，BD1为整流桥，将输入为220-240V的交流电整流成约310V左右的直流高压HV，CD为电解电容，其作用是有效减小直流高压HV的纹波电压。L1为磁珠，和C0、CD一起形成π形滤波器，可有效滤除电路中的杂波，使整灯能顺利通过EMC限值要求。R1和C1组成充电启动电路。首次接通电源时，直流高压HV通过R1和C1对芯片供电，正常工作后芯片通过C2馈电至DVDT引脚供电。CI为恒电流控制模块的电容输入端，用于实现积分运算。R2为电流采样电阻，用于调节节能灯电灯电子镇流器的输出电流。C3为第一功率管MOS1的自举电容。C5为隔直电容。L2、C6和灯管Lamp组成谐振网络，C6在灯管Lamp启动时提供了瞬间高压，可使灯管Lamp击穿而启动。

本发明应用于节能灯中的工作时序为：如图9所示，系统首先工作在预热（prht）模式，此时节能灯尚未点亮，系统的工作频率小于L2、C6和灯管L组成的谐振网络的谐振频率；进入点火（ignition）状态，系统的工作频率逐渐降低，使灯管Lamp两端产生瞬间高压而点亮发光；在超功率（boost）状态，系统稳定工作在一个较高的输出功率，经过过渡（transition）状态逐渐降低输出功率达到正常工作（burn）状态实现稳定的输出。

本发明应用于节能灯中的强制抖频的工作原理：如图3所示，抖频频率振荡器产生一个一定频率抖频信号到抖频频率控制电流源；抖频频率控制电流源和偏置电流源产生一个随抖频频率变化的阶梯电流通过第一电流镜和第二电流镜作为压控振荡器VCO的充放电电容的充放电电流；从而使压控振荡器VCO输出一个随抖频频率变化的工作频率，实现强制抖频。

本发明应用于节能灯中的恒流控制的工作原理：如图2所示，电流检测输入信号通过绝对值模块ABS取绝对值以及有效值模块RMS的电容进行积分运算转换成和电流检测输入信号的有效值反相的电压信号控制压控振荡器VCO调节工作频率，进而调节输出电流，实现输出的恒流控制。当电流检测输入信号反馈的电流小时，恒电流控制模块的输出电压变大，控制压控振荡器VCO的工作频率变低，使输出电流增大；反之，当电流检测输入信号反馈的电流大时，恒电流控制模块的输出电压变小，控制压控振荡器VCO的工作频率变高，使输出电流减小。

本发明应用于节能灯中的温度保护模块OTP的工作原理：如图8所示，在点火（ignition）状态若系统温度高于90℃，则系统直接越过超功率状态和过渡状态，进入正常工作状态；在超功率（boost）状态若系统温度高于120℃，则系统直接进入过渡状态；在正常工作（burn）状态若系统温度高于140℃，则通过提升运行工作频率的方法将系统功率降低至75%额定功率状态，直至系统温度低于80度，再恢复成超功率工作模式；若系统温度如果高于170℃，则直接关断系统。

Claims (6)

1.一种节能灯专用半桥驱动集成电路，包括恒电流控制模块、过流保护模块、容性保护模块、数字逻辑控制模块、温度保护模块、压控振荡器、功率管驱动模块、功率管模块和给各模块单元供电的内部电源模块，所述的恒电流控制模块与所述的压控振荡器电连接，所述的容性保护模块与所述的恒电流控制模块电连接，所述的容性保护模块电连接有供电反馈端，所述的数字逻辑控制模块与所述的恒电流控制模块电连接，所述的数字逻辑控制模块与所述的温度保护模块电连接，所述的数字逻辑控制模块与所述的压控振荡器电连接，所述的压控振荡器与所述的过流保护模块电连接，所述的恒电流控制模块电连接有电流检测输入端，所述的电流检测输入端与所述的过流保护模块电连接，所述的压控振荡器与所述的功率管驱动模块电连接，所述的功率管驱动模块与所述的功率管模块电连接，所述的内部电源模块电连接有电源输入端和芯片地端，所述的压控振荡器电连接有强制抖频模块，其特征在于：所述的强制抖频模块包括偏置电流源、抖频频率振荡器、抖频频率控制电流源、加法器、对称设置的第一电流镜和第二电流镜，所述的抖频频率振荡器与所述的抖频频率控制电流源电连接，所述的偏置电流源与所述的加法器电连接，所述抖频频率控制电流源与所述的加法器电连接，所述的加法器与所述的第一电流镜电连接，所述的加法器与所述的第二电流镜电连接，所述的压控振荡器包括第一迟滞比较器、二分频电路和充放电电容，所述的第一迟滞比较器的输出端与所述的二分频电路电连接，所述的第一迟滞比较器的正输入端电连接有输入参考电压，所述的充放电电容的第一连接端与所述的第一迟滞比较器的负输入端电连接，所述的充放电电容的第二连接端接地，所述的第一电流镜的供电电流大小控制端与所述的充放电电容的第一连接端电连接，所述的第二电流镜的供电电流大小控制端通过开关与所述的充放电电容的第一连接端电连接，所述的开关与所述的第一迟滞比较器的输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能灯专用半桥驱动集成电路，其特征在于：所述的恒电流控制模块包括绝对值模块、有效值模块和缓冲器模块，所述的绝对值模块与所述的电流检测输入端电连接，所述的绝对值模块与所述的有效值模块电连接，所述的容性保护模块与所述的有效值模块电连接，所述的数字逻辑控制模块与所述的有效值模块电连接，所述的有效值模块与所述的缓冲器模块电连接，所述的有效值模块电连接有电容输入端，所述的电容输入端与所述的缓冲器模块电连接，所述的缓冲器模块与所述的压控振荡器电连接。

3.根据权利要求1所述的一种节能灯专用半桥驱动集成电路，其特征在于：所述的功率管驱动模块包括高压驱动模块和死区时间产生模块，所述的死区时间产生模块与所述的压控振荡器电连接，所述的高压驱动模块与所述的死区时间产生模块电连接，所述的死区时间产生模块与所述的功率管模块电连接，所述的高压驱动模块与所述的功率管模块电连接，所述的高压驱动模块电连接有自举电源端。

4.根据权利要求3所述的一种节能灯专用半桥驱动集成电路，其特征在于：所述的功率管模块包括第一功率管和第二功率管，所述的第一功率管的源极与所述的第二功率管的漏极电连接，所述的第一功率管的栅极与所述的高压驱动模块电连接，所述的第二功率管的栅极与所述的死区时间产生模块电连接，所述的第一功率管的漏极电连接有高压电源端，所述的第一功率管的源极电连接有半桥中点端。

5.根据权利要求1所述的一种节能灯专用半桥驱动集成电路，其特征在于：所述的数字逻辑控制模块内设置有包括固定的预热时间、点火时间、超功率时间、过渡时间和正常工作时间的时序控制电路。

6.根据权利要求1所述的一种节能灯专用半桥驱动集成电路，其特征在于：所述的温度保护模块包括零温度系数电压模块、负温度系数电压模块和四个第二迟滞比较器，所有第二迟滞比较器的正输入端均与所述的零温度系数电压模块的输出端电连接，所有第二迟滞比较器的负输入端均与所述的负温度系数电压模块的输出端电连接。