В. Поляков, А. Барышников, Д. Панфилов

Специализированная ИС MC33157DW для управления электронным балластом для люминесцентных ламп

Специализированные интегральные схемы (ИС) для электронных балластов находят растущее применение в светотехнической промышленности [1]. Фирма Motorola, как и ряд других известных фирм (International Rectifier, ST-Microelectronics), заявила о создании высоковольтной ИС нового поколения MC33157DW, предназначенной для электронных балластов трубчатых люминесцентных ламп [1]. Внутренняя структура ИС представлена на рис. 1.

Рис. 1

Микросхема упакована в корпуса DIP16, SO16 и включает генератор и два выходных канала, один из которых высоковольтный. Схема включения ИС, приведённая на рис. 2, обеспечивает выполнение функций, необходимых для управления электронным балластом люминесцентных ламп.

Рис. 2

В схеме на рис. 1:

• Генератор управляется током, задаваемым внешним резистором R_OP и внутренним эталонным источником +V_ref. При помощи R_OP возможно осуществить функцию управления с помощью изменения частоты.
• Обеспечивается встроенное управление временем предварительного прогрева электродов.
• Последовательность зажигания управляется с помощью внешних пассивных элементов C_PH, R_PH, C_SWEEP, R_ENDSWP. Резонансная частота регулируется независимо. Эта частота может быть сделана отличающейся от значений предварительного прогрева и установившегося режима.
• Специализированный компаратор обеспечивает легкое зажигание лампы.
• Реализована встроенная защита от незажигания лампы и автоматический повторный пуск.
• Цифровой вход RESET обеспечивает быстрый сброс системы (менее чем за 10 мкс). Оба силовых МОП-транзистора устанавливаются в состояние “Выкл”, когда на входе RESET нулевой сигнал.
• Регулирование времени задержки включения силовых МОП-транзисторов делает изделие подходящим для любых демпфирующих конденсаторов и типов MOП-транзисторов, используемых как силовые ключи. Время задержки устанавливается внешним резистором RDT.

ИС предназначена для использования со стандартными установочными конденсаторами Ј 470 нФ.

Подкачка питания цепи управления ИС в схемном решении электронного балласта на рис. 2 осуществляется от дополнительной обмотки выходного реактора. Контроль зажигания лампы осуществляется по входу SD, на который поступает выпрямленное напряжение с резистивного делителя R6, R7.

Микросхема имеет 16 выводов, описание функций которых приводится ниже.

Вывод 1 предназначен для подключения питания ИС постоянным напряжением VDD. Напряжение ограничивается внутренним стабилитроном, подключённым к “земле”. Ограничение тока внешним резистором R3 обязательно. Рекомендуется подсоединение электролитического конденсатора в непосредственной близости от вывода.

Вывод 2 (+V_ref) обеспечивает опорное напряжение +7 В, полученное от внутреннего источника. +V_ref может выдавать ток до 25 мА. Вывод должен быть разделён с “землей” керамическим конденсатором 220 нФ.

К выводу 3 подсоединяется конденсатор CPH (рис. 1) предварительного прогрева. Этот конденсатор устанавливает два времени: время прогрева электродов (t_PH) и время тактов перезажигания (t_SK). Конденсатор емкостью 0,47 мкФ даёт время предварительного прогрева 2 с и время тактов перезажигания 125 мс.

К выводу 4 подключаются резисторы R_PH, R_ENDSWP, устанавливающие частоты прогрева и зажигания. Резистор R_PH вместе с R_ENDSWP и C_OP устанавливают частоту, используемую для предварительного прогрева электродов (f_PH = f1). R_ENDSWP устанавливает частоту зажигания (R_ENDSWP = f2). В течение текущего времени частота будет изменяться от высокой частоты предварительного прогрева до низкой частоты зажигания. Обычно f1 далека от LC резонанса, напротив, f2 близка к резонансной частоте и достаточна для генерации высокого напряжения на люминесцентной лампе.

Вывод 5 предназначен для подсоединения конденсатора CSWEEP, задающего пределы времени изменения частоты с f1 до f2. Пока этот конденсатор заряжается через резистор R_PH, напряжение на C_SWEEP повышается экспоненциально, и частота изменяется по тому же закону.

К выводу 6 подсоединяется конденсатор C_OP генератора, устанавливающий рабочую частоту в установившемся режиме.

Вывод 7 (I_CO) является входом регулировки рабочей частоты в установившемся режиме. Ток, поступающий на этот вывод, будет управлять рабочей частотой. Возможный предел изменения тока — от 1 до 500 мкА. Для обеспечения напряжения на ROP может быть использован выход +V_ref. При помощи вспомогательного источника напряжения может быть реализована функция управления.

Вывод 8 (DTA) обеспечивает доступ к внутренней структуре и предназначен для установки времени задержки между отпиранием силовых ключей высокой и низкой стороны.

Вывод 9 (SD) — вход обнаружения зажигания. Этот вывод управляет компаратором, с внутренним фиксированным уровнем и подтверждением зажигания лампы. Когда система считает лампу зажженной, генератор изменяет текущее значение частоты, которое внутри окна устанавливается R_PH и R_ENDSWP, на установившееся значение, определяемое R_OP. Если нет отрицательного изменения на этом выводе, система будет повторять последовательность зажигания 4 раза, прежде чем остановиться. Схема будет перезапускаться вновь по входу RESET или при снижении +VDD до нуля. Входной сигнал может быть или логического уровня или аналоговым напряжением, растущим от 0 до +V_ref, следующим после отрицательного спада до нуля. В любом случае, длительность положительного импульса должна быть минимум 1 мс.

Вывод 10 (RESET) — вход сброса. Принудительный логический ноль на этом выводе будет сбрасывать схему, устанавливая в начало пределы частот и последовательность зажигания лампы. Сброс не включает время предварительного прогрева. Минимальная длительность импульса 10 мкс гарантирует режим сброса. Полная последовательность перезапуска, включающая время предварительного прогрева, может быть реализована при снижении напряжения на выводе +VDD до земли. В этом случае +VDD и RESET должны быть одновременно установлены в высокое состояние. Когда RESET подтверждает низкий (активный) уровень, оба выхода переключаются в выключенное состояние. Внутренний растущий ток 20 мкА устанавливает вывод в логическую единицу, позволяя разработчику оставить этот вывод открытым, если не используется функция RESET. Для того, чтобы избежать любых неуправляемых состояний выхода драйвера, рекомендуется устанавливать низкий уровень на 10 мс на выводе 10. Сброс инициируется менее чем за 10 мкс, но установка этого вывода, в то время как напряжение питания VСС высокое (более 300 В), может произвести случайное действие, зависящее от значения dv/dt силового питания.

Вывод 11 (GND) — “Земля” (опорные ноль вольт). Поскольку в схеме циркулируют большие и кратковременные токи (с высоким di/dt), необходимо уделять особое внимание разводке печатной платы [2].

Вывод 12 (VLO) — выход драйвера низкой стороны обеспечивает управление силовым MOSFET низкой стороны.

Вывод 13 (NC) — не соединён.

Вывод 14 (V_OUT) — выход полумоста. Этот вывод соединён с выходом полумоста и является опорой для ключа высокой стороны.

Вывод 15 (V_HO) является выходом драйвера высокой стороны и предназначен для управления силовым MOSFET высокой стороны.

Вывод 16 (V_HS) обеспечивает питание драйвера высокой стороны.

По сравнению с аналогичной ИС IR2157 фирмы Internatinal Rectifier, микросхема имеет меньше встроенных функций, необходимых для электронного балласта, например, отсутствует защита от работы на частоте ниже резонансной, а также контроль наличия лампы. Однако, благодаря входу RESET, ИС имеет достаточно возможностей для реализации необходимых функций защиты, что позволяет создавать на её основе надёжные электронные балласты для питания люминесцентных ламп.

Литература

1. http://www.mot2.mot-sps.com/books/dl128/pdf/mc33157DW.pdf.
2. Панфилов Д.И., Поляков В.Д., Поляков Ю.Д., Барышников А.Н. Электронные балласты для трубчатых люминесцентных ламп // Инженерная микроэлектроника. — 1999. — № 2. — C. 18–22.
3. Поляков В.Д., Барышников А.Н. Специализированные микросхемы для электронных балластов // Chip News. — 1999. — № 6. — С. 2–5.