CN202172524U - 基于uba2211的r-c联合变频调光镇流器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于UBA2211的R-C联合变频调光镇流器电路。本实用新型包括AC-DC转换模块、控制集成电路模块、频率控制调光模块和镇流、启动、灯管与保温模块。通过双联电位器调节振荡电阻并控制振荡电容器的电容量，操作方便，实现RC乘积（时间常数）的大范围调节，改变UBA2211的输出频率实现变频调光镇流器电路对气体放电灯功率调整。本实用新型通过控制电子镇流器电路的开关频率，实现变频调光；所用元器件少，工作可靠性高，工程实施方便；减轻了器件冲击应力大和EMI辐射大的缺陷，降低了对电路元器件性能的要求。

Description

基于UBA2211的R-C联合变频调光镇流器电路

技术领域

本实用新型属于电工电子技术领域，涉及一种基于UBA2211的R-C联合变频调光镇流器电路。

背景技术

荧光灯、节能灯等具有负阻特性的气体放电灯的电子镇流器调光方案有3种：①降低电子镇流器逆变电路的直流供电电压；②改变电子镇流器逆变电路输出脉宽；③控制电子镇流器逆变电路的开关频率。

第一种方案的工作原理简单直观，但无法直接使用成熟并普及应用的晶闸管白炽灯调光电路；第二种方案的脉宽调制法存在大范围改变脉冲宽度，造成电流不连续、逆变器输出晶体管应力大、EMI大，以及荧光灯管的电压降加大的缺陷。

NXP公司新出品的驱动荧光灯CFL的电子镇流器控制集成电路UBA2211是一款集不可调光的CFL电子镇流驱动器和上、下半桥驱动MOSFET于一体的新型IC。采用该IC所设计的CFL电子镇流器具有外围电路简单、低成本、高效率等特点，能够很好的实现灯丝预热、灯管启动和稳定运行。该集成电路内部含有两个功率MOSFET管，具有外围电路简单，所用元器件少的优点，形成的半桥功率输出电路后面直接接“镇流、启动与灯管模块”，该模块包含：镇流电感器L_lamp、荧光灯Lamp、以及灯谐振电容器C_lamp等元器件组成的谐振-启动电路。

UBA2211集成电路组成的紧凑型荧光灯CFL典型电路如图1所示，该图来自NXP公司的UBA2211数据手册（Datasheet）。可以将该电路图划分成4个工作/功能模块：AC-DC转换模块，由浪涌抑制电阻R_FUSE、4只整流二极管——第一整流二极管D1～第四整流二极管D4组成的桥式整流、电源滤波电容器C_BUF、滤波电感器L_FILT以及第一滤波-输出电容器C_OUT1和第二滤波-输出电容器C_OUT2组成；控制集成电路模块，由UBA2211集成电路、其外围有检测预热电流电阻R_SENSE、若干外围电容器——SW滤波电容器C_SW、FS电容器C_FS、DVDT电容器C_DVDT、VDD滤波电容器C_VDD组成；镇流、启动与灯管模块，由镇流电感器L_lamp、荧光灯Lamp（含两侧的灯丝）、以及灯谐振电容器C_lamp组成的谐振-启动电路形成；频率控制模块，由振荡电阻R_OSC、振荡电容器C_OSC确定正常工作频率。正常工作频率f_nom计算公式为：

f_nom=1/(k_OSC×C_OSC×R_OSC)                            （1）

其中振荡常数k_OSC=1.100±0.035

启动频率f_start计算公式：

f_start=2.5×f_nom                                    （2）

图1电路图针对14脚的UBA2211集成电路封装形式，其中的5个信号地SGND引脚（Pin 1，Pin 2，Pin 9，Pin 10, Pin 13）并联。还有8脚封装的UBA2211集成电路管，它去掉了14脚封装的UBA2211集成电路冗余的一些信号地SGND引脚，只保留1个信号地SGND引脚，去掉了14脚封装形式的UBA2211 中与DVDT有关的一对引脚PGND（Pin 4）与DVDT（Pin 5），形成8脚封装形式。

发明内容

本实用新型针对现有的UBA2211集成电路设计成不能调光的固有缺憾，采用R-C联合动作在一定范围内控制该集成电路的振荡输出频率f_nom来调节镇流电感器L_lamp阻抗Z_Llamp，控制荧光灯的工作电流，达到调光的目的，以弥补UBA2211集成电路功能本身的设计不足。

本实用新型的电路模块组合如图2所示，交流市电AC_in经过AC-DC转换模块，输出直流DC_out并对控制集成电路模块HV端供电，频率控制调光模块Dim直接控制了控制集成电路模块的输出频率，控制集成电路模块的OUT端输出特定频率的功率电源，并加载到镇流、启动、灯管与保温模块，实现整个电路的调光功能。

本实用新型具体是根据正常工作频率f_nom计算式（1）的f_nom由振荡电阻R_OSC、振荡电容器C_OSC的乘积决定，采用图3所示的频率控制调光模块Dim代替图1的固定的频率控制模块，即采用同步调整振荡电阻R_OSC、振荡电容器C_OSC，组成频率控制调光模块Dim，代替UBA2211集成电路数据手册给出的传统设计的不可调光电路中的频率控制模块，达到控制UBA2211集成电路的开关输出频率，调节镇流电感器L_lamp阻抗Z_Llamp和镇流器的输出电流，实现荧光灯变频调光。

本实用新型的实现电路由以下4个模块组成：AC-DC转换模块，与图1传统的AC-DC转换模块完全相同；控制集成电路模块，与图1传统的控制集成电路模块完全相同；频率控制调光模块Dim，分别由阻值固定的第一振荡电阻R_OSC1和阻值可变的第二振荡电阻R_OSC2串联组成可变的振荡电阻R_OSC，等效的总振荡电容器C_OSC包括第一固定振荡电容器C_OSC1、第二固定振荡电容器C_OSC2和变容二极管D5，还包括隔离电阻Rv1、双联电位器Rv2、降压电阻Rv3和降压滤波电容器Cv；第一振荡电阻R_OSC1和第二振荡电阻R_OSC2串联形成的阻值可变的振荡电阻R_OSC与电容量可变的等效总振荡电容器C_OSC组成R-C联合调整的RC电路；镇流、启动、灯管与保温模块，带有第一加热电感器L_lamp1和与其串联的第一加热电容器C_lamp1的第一加热LC组件、第二加热电感器L_lamp2和与其串联的第二加热电容器C_lamp2的第二加热LC组件、灯谐振电容器C_lamp、荧光灯Lamp以及镇流电感器L_lamp。

本实用新型相对现有技术具有以下优点：利用UBA2211集成电路的CFL电子镇流器具有低成本、高效率等特点，能够很好的实现灯丝热启动、点火和稳定运行，RMS控制可实现灯的恒功率，摆脱了对输入电源的依赖性。所设计的电路简单，外围所需器件少，稳定性高；本实用新型通过R-C联合控制电子镇流器电路的开关频率实现变频调光，操作方便，变频范围大，工作可靠性高，同时工程实施方便，没有普遍使用的脉宽调制电路的电流不连续，减轻了器件冲击应力大和EMI辐射大的缺陷，降低了对电路元器件性能的要求。

附图说明

图1为典型的基于UBA2211集成电路的荧光灯电路，取自该类器件的数据手册，无调光功能，作为本调光电路的分析对照电路。图1中的各个虚线框均为方便本实用新型文件描述，划分成的电路功能模块并添加上标记。

图2为本实用新型的模块组合图。

图3为本实用新型实现的R-C联合变频调光的工作原理与实施电路图。

图1传统的电子镇流器电路的工作过程已经在背景技术中作了详细描述。本实用新型图2模块组合的实际电路图图3的主要改进在于：用频率控制调光模块Dim代替图1的（固定）频率控制模块，实现了UBA2211集成电路变频输出；用双联电位器实现同时改变阻值可变的第二振荡电阻R_OSC2和改变等效总振荡电容器C_OSC的电容量组成R、C同步调整的RC电路；用镇流、启动、灯管与保温模块代替图1的镇流、启动与灯管模块，以保持低功率下的灯丝温度。

本实用新型的电路部分可分成4个工作模块：AC-DC转换模块，与图1的AC-DC转换模块完全相同；控制集成电路模块，与图1的控制集成电路模块完全相同；频率控制调光模块Dim，实现了电位器控制的由第二振荡电阻R_OSC2改变生成可变的振荡电阻R_OSC，及电位器控制的变容二极管D5电容量变化获得可变的等效总振荡电容器C_OSC；镇流、启动、灯管与保温模块。

下面结合图2、图3阐述本实用新型。

图2为本实用新型的模块组合图，AC-DC转换模块左侧的一对输入端AC_in为交流220V输入，右侧的一对输出端DC_out为直流电源输出；输出端DC_out的正端接控制集成电路模块的HV端（引脚），输出端DC_out的接地端与控制集成电路模块的接地端相连；控制集成电路模块的OUT端（引脚）接镇流、启动、灯管与保温模块的一端，控制集成电路模块的RC端（引脚）接频率控制调光模块Dim；镇流、启动、灯管与保温模块的另一端通常接地。

图3的R-C联合变频调光的工作原理与实施电路图由以下几部分形成，

AC-DC转换模块：AC电源AC input的火线L_L接浪涌抑制电阻R_FUSE的一端，浪涌抑制电阻R_FUSE的另一端接第一整流二极管D1的正极，以及第二整流二极管D2的负极，第一整流二极管D1的负极接第四整流二极管D4的负极，电源滤波电容器C_BUF的一端，与滤波电感器L_FILT的一端；滤波电感器L_FILT的另一端接第一滤波-输出电容器C_OUT1的一端，控制集成电路模块中的集成电路U1的Pin 3（UBA2211的DC高压HV引脚）与频率控制调光模块Dim的电源端Dim4；第一滤波-输出电容器C_OUT1的另一端接第二滤波-输出电容器C_OUT2的一端，以及镇流、启动、灯管与保温模块的一端；第二滤波-输出电容器C_OUT2的另一端接电源滤波电容器C_BUF的另一端，第二整流二极管D2的正极，第三整流二极管D3的正极，以及形成地线GND（包括模拟地PGND和数字地SGND）；第三整流二极管D3的负极接第四整流二极管D4的正极，与AC电源AC input的零线L_N。AC-DC转换模块部分与NXP公司电子镇流器控制集成电路UBA2211数据手册给出的典型电路相同。

控制集成电路模块：模块中的集成电路U1的第一数字地SGND（第一引脚Pin 1）、第二数字地SGND（第二引脚Pin 2）、第三数字地SGND（第十三引脚Pin 13）、第四数字地SGND（第十引脚Pin 10）以及第五数字地SGND（第九引脚Pin 9）并联后接AC-DC转换模块的地线GND；集成电路U1的DC高压HV（第三引脚Pin 3）接AC-DC转换模块的滤波电感器L_FILT的另一端与第一滤波-输出电容器C_OUT1的一端并联形成的AC-DC转换模块的DC电压输出，集成电路U1的模拟地PGND（第四引脚Pin 4）接AC-DC转换模块的地线GND，集成电路U1的DVDT（第五引脚Pin 5）接DVDT电容器C_DVDT的一端，集成电路U1的集成电路电源VDD（第六引脚Pin 6）接VDD滤波电容器C_VDD的一端以及频率控制调光模块Dim的输入端Dim1，VDD滤波电容器C_VDD的另一端接AC-DC转换模块的地线GND；集成电路U1的RC输入端RC（第七引脚Pin 7）接频率控制调光模块Dim的输出端Dim2，频率控制调光模块Dim的接地端Dim3接AC-DC转换模块的地线GND，频率控制调光模块Dim的电源端Dim4接集成电路U1的Pin 3（UBA2211的DC高压HV引脚）；集成电路U1的SW（第八引脚Pin 8）接SW滤波电容器C_SW的一端，SW滤波电容器C_SW的另一端接AC-DC转换模块的地线GND；集成电路U1的FS（第十一引脚Pin 11）接FS电容器C_FS的一端，集成电路U1的传感输入端SENSE（第十二引脚Pin 12）接检测预热电流电阻R_SENSE的一端，检测预热电流电阻R_SENSE的另一端接AC-DC转换模块的地线GND；集成电路U1的功率输出端OUT（第十四引脚Pin 14）接DVDT电容器C_DVDT的另一端，FS电容器C_FS的另一端，以及镇流、启动、灯管与保温模块的另一端。不含频率控制调光模块Dim的控制集成电路模块与数据手册提供的图1 UBA2211典型电路中不含频率控制模块的控制集成电路模块部分完全相同。

镇流、启动、灯管与保温模块：镇流、启动、灯管与保温模块的一端接荧光灯Lamp的一侧灯丝的一端和为一侧灯丝保温的第一加热LC组件的第一加热电感器L_lamp1的一端，第一加热电感器L_lamp1的另一端接第一加热LC组件的第一加热电容器C_lamp1的一端，第一加热电容器C_lamp1的另一端接荧光灯Lamp的一侧灯丝的另一端和灯谐振电容器C_lamp的一端；灯谐振电容器C_lamp的另一端接第二加热LC组件的第二加热电容器C_lamp2的一端和荧光灯Lamp的另一侧灯丝的另一端，第二加热电容器C_lamp2的另一端接第二加热LC组件的第二加热电感器L_lamp2的另一端，第二加热电感器L_lamp2的一端接荧光灯Lamp的另一侧灯丝的一端，以及镇流电感器L_lamp的一端，镇流电感器L_lamp的另一端构成了镇流、启动、灯管与保温模块的另一端。

频率控制调光模块Dim：频率控制调光模块Dim的输入端Dim1，频率控制调光模块Dim的输出端Dim2，频率控制调光模块Dim的接地端Dim3，还有频率控制调光模块Dim的电源端Dim4。本实用新型的的频率控制调光模块Dim具备电位器控制振荡电阻R_OSC和等效的总振荡电容器C_OSC两者，使得两者同时联合变动调光的功能。频率控制调光模块Dim内的电路：频率控制调光模块Dim输入端Dim1接阻值固定的第一振荡电阻R_OSC1的一端，第一振荡电阻R_OSC1的另一端接双联电位器之一——阻值可变的第二振荡电阻R_OSC2的一端，第二振荡电阻R_OSC2的另一端接第二振荡电阻R_OSC2的可动端，第一固定振荡电容器C_OSC1的一端，第二固定振荡电容器C_OSC2的一端，以及频率控制调光模块Dim的输出端Dim2；第二固定振荡电容器C_OSC2的另一端接变容二极管D5的负极与隔离电阻Rv1的一端，隔离电阻Rv1的另一端接双联电位器之二Rv2的可动端，双联电位器之二Rv2的一端接降压电阻Rv3的另一端，降压滤波电容器Cv的一端；降压电阻Rv3的一端接频率控制调光模块Dim的电源端Dim4；双联电位器之二Rv2的另一端接降压滤波电容器Cv的另一端，变容二极管D5的正极，第一固定振荡电容器C_OSC1的另一端，以及频率控制调光模块Dim的接地端Dim3。

频率控制调光模块Dim与外电路的联接方式：频率控制调光模块Dim输入端Dim1接集成电路U1的集成电路电源VDD（第六引脚Pin 6）和VDD滤波电容器C_VDD的一端，频率控制调光模块Dim的输出端Dim2接集成电路U1的RC输入端RC（第七引脚Pin 7），频率控制调光模块Dim的接地端Dim3接AC-DC转换模块的地线GND，频率控制调光模块Dim的电源端Dim4接集成电路U1的Pin 3（UBA2211的DC高压HV引脚）。

本实用新型中，电路各元器件的参考参数如下：

浪涌抑制电阻R_FUSE—10Ω/1W，桥式整流的整流二极管D1～D4—1N4007，电源滤波电容器C_BUF—4.7μF/400V，滤波电感器L_FILT—2mH，第一滤波-输出电容器C_OUT1和第二滤波-输出电容器C_OUT2—150nF/250V，检测预热电流电阻R_SENSE—1.8Ω/1/4W， SW滤波电容器C_SW—100nF/50V，FS电容器C_FS—10nF/50V， DVDT电容器C_DVDT—220pF/1000V， VDD滤波电容器C_VDD—100nF/50V，镇流电感器L_lamp—3～4mH/EE16磁芯，灯谐振电容器C_lamp—2.2～3.3nF/1000V，总振荡电阻R_OSC—100～133kΩ/1/4W，总振荡电容器C_OSC—220～330pF/50V，第一加热电容器C_lamp1、第二加热电容器C_lamp2—1～2nF/50V，第一加热电感器L_lamp1、第二加热电感器L_lamp2—几个μH，双联电位器之二Rv2：降压电阻Rv3—1:9左右，双联电位器—68～100kΩ/1/4W，第一振荡电阻R_OSC1—50～68kΩ/1/8W，第一固定振荡电容器C_OSC1—100～180pF/50V，第二固定振荡电容器C_OSC2—200～330pF/50V，变容二极管D5—变容范围30～300 pF，隔离电阻Rv1—330～510kΩ/1/8W，降压滤波电容器Cv—2.2～4.7μF/50V。

Claims (1)

1.基于UBA2211的R-C联合变频调光镇流器电路，包括AC-DC转换模块，控制集成电路模块，频率控制调光模块，镇流、启动、灯管与保温模块，其特征在于：所述的镇流、启动、灯管与保温模块包括第一加热LC组件、第二加热LC组件、灯谐振电容器C_lamp、荧光灯Lamp以及镇流电感器L_lamp；第一加热LC组件的一端与荧光灯Lamp一侧的一端连接，第一加热LC组件的另一端分别与荧光灯Lamp一侧的另一端、灯谐振电容器C_lamp的一端连接；第二加热LC组件的一端与镇流电感器L_lamp的一端、荧光灯Lamp另一侧的一端连接，第二加热LC组件的另一端分别与荧光灯Lamp另一侧的另一端、灯谐振电容器C_lamp的另一端连接；镇流电感器L_lamp的另一端接控制集成电路模块中UBA2211芯片的OUT引脚； 

所述的第一加热LC组件包括第一加热电感器L_lamp1、第一加热电容器C_lamp1；第一加热电感器L_lamp1和第一加热电容器C_lamp1串接；

所述的第二加热LC组件包括第二加热电感器L_lamp2、第二加热电容器C_lamp2；第二加热电感器L_lamp2和第二加热电容器C_lamp2串接；

所述的频率控制调光模块包括阻值固定的第一振荡电阻R_OSC1和阻值可变的第二振荡电阻R_OSC2，等效的总振荡电容器C_OSC包括第一固定振荡电容器C_OSC1、第二固定振荡电容器C_OSC2和变容二极管D5；第一振荡电阻R_OSC1和第二振荡电阻R_OSC2串联，第一振荡电阻R_OSC1的一端接控制集成电路模块中UBA2211芯片的VDD引脚；第一固定振荡电容器C_OSC1的一端、第二固定振荡电容器C_OSC2的一端并联作为总的振荡电容器C_OSC的一端，第二固定振荡电容器C_OSC2的另一端接变容二极管D5的负极，变容二极管D5的正极、第一固定振荡电容器C_OSC1的另一端并联作为总的振荡电容器C_OSC的另一端；第二振荡电阻R_OSC2的另一端、等效的总振荡电容器C_OSC的一端接控制集成电路模块中UBA2211芯片的RC引脚，等效的总振荡电容器C_OSC的另一端接地；

还包括隔离电阻Rv1、双联电位器Rv2、降压电阻Rv3和降压滤波电容器Cv；隔离电阻Rv1的一端接变容二极管D5的负极，隔离电阻Rv1的另一端接双联电位器Rv2的可动端，双联电位器Rv2的一端接降压电阻Rv3的另一端、降压滤波电容器Cv的一端；降压电阻Rv3的一端接控制集成电路模块中UBA2211芯片的HV引脚；双联电位器Rv2的另一端接降压滤波电容器Cv的另一端、变容二极管D5的正极，并接地；

阻值可变的第二振荡电阻R_OSC2和等效的总振荡电容器C_OSC同时调整，通过电位器控制R-C联合调节，改变时间常数来调整变频调光镇流器电路的输出频率，实现气体放电灯功率调整。

Images