专利名称：一种适用于紧凑型节能灯的全芯片电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源管理集成电路设计领域。
背景技术：
作为光源之一的荧光灯需要镇流器与之配合才能正常照明。荧光灯问世以来，人们一直采用电感镇流器与启辉器来时荧光灯工作。这种镇流器存在许多缺点:体积和重量大，自身功耗大且电感具有较大的噪声，同时荧光灯自身会闪烁，影响人的视力。电子镇流器通过将直流逆变为高频的交流电来使得荧光灯启辉并正常工作。逆变产生的高频电压频率一般为20kHz 70kHz，由于频率较高因此使用的电感较小。且随着工作频率的提高，荧光灯的发光效率也将提高。因此电子镇流器相对早期的电感镇流器具有较大的优越性。现有电子镇流器的主要功能模块分为整流滤波模块和高频逆变模块，辅以振荡器和无源匹配元件，上述模块多采用通过分立元件构成，分立元件的成本较高，且生产周期较长，产品的一致性较差。发明内容本实用新型的目的就是针对现有电子镇流器上述之不足，而提供一种适用于紧凑型节能灯的全芯片电子镇流器。本实用新型由可调电流控制模块、可调电容控制模块、振荡器、欠压锁定和过温保护控制模块、死区时间模块、脉冲产生模块、电平位移模块、欠压锁定模块、脉冲滤波模块、高边驱动模块、功率P管、底边驱动模块、功率N管组成，核心的半桥逆变元件电平位移模块、欠压锁定模块、 脉冲滤波模块、高边驱动模块都集成在一个芯片内，可调电流控制模块通过外接电阻，以及片内基准电压来输出基准电流，并对可调电容控制模块连接的片外电容充电，可调电容控制模块产生的可变偏置电流送到振荡器；其中振荡器收到可变偏置电流后，进行频率扫描；振荡器模块产生的时钟信号送到死区时间模块中，进行死区控制，死区时间模块的输出信号分别送到死区时间模块和底边驱动模块，底边驱动电路模块控制功率N管的开关，脉冲产生模块的输出送至电平位移模块，电平位移模块输出的高压信号被送到脉冲滤波模块，脉冲滤波模块的输出被送到高边驱动模块，高边驱动模块控制功率P管的开关；整个芯片分别通过高低两边的驱动来控制导通功率P管和功率N管。其预热时间和运行频率通过外围元件进行编程设定，通过外接电容的VCO进行预热时间设定。本实用新型的优点是:该镇流器芯片仅需极少数的外围元件即可满足节能灯的应用，相对分立元件构成的镇流器而言，具有更高的效率，更小的尺寸。该电子镇流器芯片可通过外围元件设定预热时间和运行频率，且具有功率因子校正、过温和过压保护、欠压锁定、无灯保护等功能，可延长节能灯的使用寿命。
图1是本实用新型的紧凑型节能灯电子镇流器芯片的内部模块图；图2是镇流器内部的振荡器功能模块图；具体实施方式
下面通过具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步详细说明。下面通过具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型由可调电流控制模块100、可调电容控制模块101、振荡器102、欠压锁定和过温保护控制模块103、死区时间模块104、脉冲产生模块105、电平位移模块106、欠压锁定模块107、脉冲滤波模块108、高边驱动模块109、功率P管Ml、底边驱动模块111、功率N管M2组成，核心的半桥逆变元件电平位移模块106、欠压锁定模块107、脉冲滤波模块108、高边驱动模块109都集成在一个芯片内，可调电流控制模块100通过外接电阻RT，以及片内基准电压来输出基准电流，并对可调电容控制模块101连接的片外电容充电，可调电容控制模块101产生的可变偏置电流送到振荡器102 ;其中振荡器102收到可变偏置电流后，进行频率扫描；振荡器102模块产生的时钟信号送到死区时间模块104中，进行死区控制，死区时间模块104的输出信号分别送到死区时间模块104和底边驱动模块111，底边驱动电路模块111控制功率N管M2的开关，脉冲产生模块105的输出送至电平位移模块106，电平位移模块106输出的高压信号被送到脉冲滤波模块108，脉冲滤波模块108的输出被送到高边驱动模块109，高边驱动模块109控制功率P管Ml的开关；整个芯片分别通过高低两边的驱动来控制导通功率P管Ml和功率N管M2。其预热时间和运行频率通过外围元件进行编程设定，通过外接电容的VCO进行预热时间设定。本本实用新型的芯片基于高压CMOS集成电路工艺实现，分别需要5V、20V和800V的工艺。其工作方式如下:镇流器芯片主要实现直流电压逆变至高频信号的功能。频率逆变的功能主要通过图1模块框图中的可调电流控制模块100，可调电容控制模块101和振荡器102三个模块来实现，其中可调电流控制模块100通过芯片外接电阻RT，以及由芯片内部的基准电压来产生基准电流，该基准电流的大小可通过外接电阻来调整，该基准电流提供给可调电容控制模块101;可调电容控制模块101通过芯片外接电容CP，由可调电流控制模块100提供的基准电流对该电容充电，实现预热时间的控制，在预热的过程中，可调电容控制模块101产生的可变偏置电流送到振荡器102 ;其中振荡器102是频率振荡器，负责产生时钟信号，当收到可调电容控制模块101的可变偏置电流后，频率开始由高频到低频的扫描。该时钟信号送到死区时间模块104中，其中死区时间模块104负责死区时间的控制，防止高低两边的功率管同时导通，进而产生很大的到地的短路电流，结果会烧坏功率管，由死区时间模块104修正后的时钟信号具备防止高低两边功率管同时导通的功能。死区时间模块104的输出信号分别送到脉冲产生模块105和底边驱动模块，其中底边驱动模块是底边功率管的驱动电路，负责控制功率MOSFET M2的开启和关闭。其中脉冲产生模块105实现对输入时钟信号占空比的调整，减小占空比，达到控制闻边功率管开启时间以提闻能效。脉冲广生I旲块105的输出信号是5V的低压信号，要驱动高边的功率管需要几百伏的电压信号，因此脉冲产生模块105的输出信号先送到电平位移模块106,其中电平位移模块106实现输入低压信号到高压信号的电平转移，电平位移模块106的输出即为高压信号。电平位移模块106的输出被送到脉冲滤波模块108，其中脉冲滤波模块108实现对脉冲信号的滤波功能，避免有害的干扰信号进入到高边的驱动电路；脉冲滤波模块108的输出被送到高边驱动模块109，其中高边驱动模块109是高边功率管的驱动电路，负责控制功率MOSFET Ml的开启和关闭；其中欠压锁定模块107实现电源电压低于设定阈值时，对高边驱动电路的锁定功能。整个芯片分别通过高低两边的驱动来控制导通功率MOSFET Ml和M2由此来控制芯片外部的负载灯管，使灯管在高频(60kHz 80kHz)电压下工作，并由此将节能灯启辉发光。上述电路中由于节能灯的瞬时工作电压达到几百伏，故功率MOSFET Ml和M2的耐压也必须足够高，这里采用耐压达800V的高压MOS管，因此PMOS Ml的栅极电压也必须由特殊的电平位移电路来提供，在本专利中采用漏极负载的电路实现。芯片工作频率由电阻电容控制的振荡器决定。振荡器的原理图如图2所示，其中ROSC和COSC为片外的编程电阻和电容，以此来决定芯片的运行频率。在实际的使用情况中，上电之后的一段时间内，振荡器不会立即开始起振，此时节能灯处于预热阶段，预热阶段结束之后，镇流器芯片内部的振荡器才会正常工作，并将直流电平逆变至高频电压，预热过程将有助于节能灯的寿命延长，同时也减小启辉时对电压的要求。节能灯预热时间通过片外的电容和电阻进行调节。通过内部集成的带隙基准电压和温度传感器，如图1中欠压锁定和过温保护控制模块103所示，对镇流器芯片进行过压和过温保护。以内部的精准恒流源模块输出电流作为参考，对镇流器进行功 率因子校正，同时使芯片具有欠压锁定和无灯保护等功能。
权利要求1.一种适用于紧凑型节能灯的全芯片电子镇流器，其特征在于它由可调电流控制模块(100)、可调电容控制模块(101)、振荡器(102)、欠压锁定和过温保护控制模块(103)、死区时间模块(104)、脉冲产生模块(105)、电平位移模块(106)、欠压锁定模块(107)、脉冲滤波模块(108 )、高边驱动模块(109 )、功率P管(Ml)、底边驱动模块(111)、功率N管(M2 )组成，核心的半桥逆变元件电平位移模块(106)、欠压锁定模块(107)、脉冲滤波模块(108)、高边驱动模块(109)都集成在一个芯片内，可调电流控制模块(100)通过外接电阻(RT)，以及片内基准电压来输出基准电流，并对可调电容控制模块(101)连接的片外电容充电，可调电容控制模块(101)产生的可变偏置电流送到振荡器(102);其中振荡器(102)收到可变偏置电流后，进行频率扫描；振荡器(102)模块产生的时钟信号送到死区时间模块(104)中，进行死区控制，死区时间模块(104)的输出信号分别送到死区时间模块(104)和底边驱动模块(111)，底边驱动电路模块(111)控制功率N管(M2)的开关，脉冲产生模块(105)的输出送至电平位移模块(106)，电平位移模块(106)输出的高压信号被送到脉冲滤波模块(108)，脉冲滤波模块(108)的输出被送到高边驱动模块(109)，高边驱动模块(109)控制功率P管(Ml)的开关；整个芯片分别通过高低两边的驱动来控制导通功率P管(Ml)和功率N管(M2 )。
专利摘要一种适用于紧凑型节能灯的全芯片电子镇流器，它由可调电流控制模块(100)、可调电容控制模块(101)、振荡器(102)、欠压锁定和过温保护控制模块(103)、死区时间模块(104)、脉冲产生模块(105)、电平位移模块(106)、欠压锁定模块(107)、脉冲滤波模块(108)、高边驱动模块(109)、功率P管(M1)、底边驱动模块(111)、功率N管(M2)组成，优点是该电子镇流器芯片可通过外围元件设定预热时间和运行频率，且具有功率因子校正、过温和过压保护、欠压锁定、无灯保护等功能，可延长节能灯的使用寿命。
文档编号H05B41/295GK203151851SQ20122069119
公开日2013年8月21日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者范青松, 葛彬杰, 曹成秋 申请人:荆门天合源电子有限公司