基于PSoC CY8C26233的电子调光镇流器设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:CY8C26233是赛普拉斯微系统公司生产的可调光电子镇流器PSoC器件。这种芯片带有数字可寻址照明接口,可实现1%~100%的调光幅度。文中介绍了CY8C26233的内部结构、引脚功能和主要特点,给出了基于CY8C26233的调光镇流器电路及参考设计。 关键词:CY8C26233;PSoC;遥控调光;镇流器 1 概述 CY8C26233是赛普拉斯微系统有限公司推出的电子调光镇流器专用可编程系统级芯片(PSoC)。这种PSoC混合信号阵列带有一个嵌入式微控制器,是一种具有数字可寻址照明接口(DALI)通信功能的单片电子调光镇流器控制器。PSoC系列器件有4个型号,CY8C26233是其中的一种。在PSoC问世之前,调光电子镇流器通常需用两块IC。其中一块IC用于镇流器控制,另一块IC用于管理通信接口CY8C26233的出现则有效地解决了这一问题。基于CY8C26233的电子镇流器设计所需元件数目可较大减少,并根据DALI EN60929规范实现1%~100%的调光幅度,而且节电效果显著。 2 CY8C26233的主要特点 CY8C26233的主要特点如下: ●工作电压VCC为3~5.25V; ●工作频率为93.7kHz~24MHz; ●带有8k的程序存储器和256k的数据存储器; ●内含12个模拟PSoC块,可用于SAR ADCs、多斜率ADCs、增益可编程放大器、可编程滤波器和DACs等; ●内含8个数字PSoC块,其潜在应用于定时器、计数器、UARTs、CRC产生器和PWMs等; ●当一个指令写进乘法器/累加器(MAC)输入寄存器时,8%26;#215;8的乘积和一个32位累加结果将在下一个指令周期从输出寄存器读出并利用; ●具有多振荡器选择功能。可在24MHz的内部主振荡器、32.768kHz的外部晶体振荡器和用于PSoC单元及看门狗定时器时钟的内部低速振荡器中选择。 3 CY8C26233内部结构和引脚功能 CY8C26233 PSoC内置高性能8位M8C哈佛(Harvard)体系结构微处理器、12个模拟PSoC块(blocks)阵列和8个数字PSoC块阵列,其基本结构框图如图1所示。 CY8C26233采用20引脚PDIP、SOIC及SSOP等三种封装形式,其引脚排列如图2所示。芯片各引脚的功能如下: 1脚(P0[7]):灯电流感测输入; 2脚(P0[5]):1~10V DC控制应用模拟控制输入; 3脚(P0[3]):温度感测输入; 4脚(P0[1]):备用端; 5脚(SMP):开关模式泵,该脚应悬空; 6脚(P1[7]):当镇流器处于待机状态时,该脚输出低电平; 7脚(P1[5]):DALI接收输入端; 8脚(P1[3]):半桥低端驱动器输出; 9脚(P1[1]):硬开关故障输入; 10脚(VSS):接地端0V DC; 11脚(P1[0]):备用端; 12脚(P1[2]):半桥高端驱动器输出; 13脚(P1[4]):DALI TX输出; 14脚(P1[6]):模拟驱动; 15脚(XRES):有源高电平输入,仅在系统编程时使用; 16脚(P0[0]):灯存在与灯寿终检测输入; 17脚(P0[2]):当镇流器处于待机状态时,该脚输出高电平; 18脚(P0[4])与19脚(P0[6]):如果任一个脚输入检测到逻辑高电平,则会使半桥频率降低,灯电流增加; 20脚(VCC):电源。 图3 4 基于CY8C26233的电子镇流器 基于CY8C26233 PSoC的可调光电子镇流器主要由三部分组成,即灯驱动与监视、功率因数校正(PFC)与本机电源和控制信号接口。这种镇流器符合所有相关标准规定,并可通过1~10V的DC来控制或通过DALI协议提供遥控调光,同时具有预热启动、完善的故障检测与保护和待机功率管理等功能,系统功率因数大于0.98,THD<10%,调光幅度范围为1~100%,待机功耗小于600mW,输出功率从2%26;#215;14W(双T5管荧光灯)到2%26;#215;58W(双T8管荧光灯)。 4.1 灯驱动与监控电路 基于CY8C26233的镇流器驱动与监控电路如图3所示。图中IC2CY8C26233是镇流器主控制器。IC3IR2101S是栅极驱动器。V2和V3是半桥功率MOSFET工作在零电压开关CZVS模式。L4、C20和C21组成的谐振电路用于产生灯点火高压。L5是灯A灯和B灯平衡电感器,T2和T3分别为A灯和B灯的灯丝驱动变压器。IC7(LM358)为运算放大器,可用于放大灯电流感测信号。IC10是AC光耦合器,V6和V7组成灯功率电平检测和放大电路。 表1 灯驱动电路元件选择   2%26;#215;14W T5 2%26;#215;54W T5 2%26;#215;36W T8 2%26;#215;58W T8 2%26;#215;18W TC-DEL 2%26;#215;11W TC-5 L4 2.15mH tbd(待定) 1mH 0.72mH tbd tbd C20 3.3nF/1kH tbd 8.2nF/1kV tbd tbd tbd C21 6.8nF/630V 100nF/630V 100nF/630V 100nF/630V tbd tbd C19 680pF/630V 1nF/630V 680pF/630V 1nF/630V 680pF/630V 470pF/630V V2,V3 IRF820 IRF830 IRF830 IRF830 IRF820 IRF820 R26 1.8Ω/0.6W 0.3Ω/0.6W 0.5Ω/0.6W 0.3Ω/0.6W 1.5Ω/0.6W 2.2Ω/0.6W R35,R37 470Ω tbd 220Ω tbd tbd tbd T2、T3初次级匝数比 14:1 14:1 8:1 8:1 tbd tbd 一般情况下,镇流器所驱动的灯管型号和功率不同,其关键元件的选择也不相同,表1列出了部分元件的推荐值。现将半桥变换器中磁性元件的选择方法介绍如下: 灯电感器L4应采用EVD25磁芯,对于2%26;#215;14WT5管,线圈匝数为108T使用4%26;#215;0.16mm或10%26;#215;0.1mm绞合线,直流电阻为1.25Ω,电感值为2.15mH。灯功率增加时,L4的电感值应相应减小。 灯平衡耦合电感器L5应选用EF20磁芯N67材料和0.32~0.36mm铜绝缘线,各绕100匝匝数比为1∶1,电感值各为15mH。 灯丝驱动变压器T2/T3可选用EE16V磁芯(N87低损耗材料),初级210匝线径0.1mm,两个次级绕组各15匝(线径0.28mm),无气隙。此情况适用于2%26;#215;14W或2%26;#215;54W双T5管。对于双T8灯管(2%26;#215;36W和2%26;#215;58W),初、次级匝数比应从14∶1变为8∶1。 4.2 PFC升压变换器与本机电源电路 PFC升压变换器和本机电源电路如图4所示。基于MC33262D的有源PFC预调节器在灯点火期间的DC输出电压是425V,在灯正常燃点期间的DC总线电压总是保持在400V的电平上。在灯关断期间,为了减小待机功率,IC2脚17输出高电平,以使IC1MC33262D脚1上的电压升高。同时PSoC固件迫使PFC进入截止状态,并使本机电源电压B点从15V变为10V。这样,在任何输出功率电平上,PFC电路均可提供0.98以上的线路功率因数和小于10%的总电流谐波失真(THD)。 图4 图4中的升压电感器L2可采用EF20/11磁芯,初、次级绕组匝数比为5∶1。当总负载功率不大于100W时,L2的电感值可选1.25mH,直流电阻RDC小于1Ω,中心气隙长度为1mm。PFC开关V1可选择IRF8202%26;#215;14W,T5管或IRF8302%26;#215;54W,T5管或2%26;#215;36W、2%26;#215;58W,T8管。 通过IC4TNY253G、D3、L3、C10、D4和IC5PC357等组成的回扫式降压变换器,可将400V的DC电压转换为15VB点。这样,在待机状态,IC2的6脚将为低电平。而如将D5短路,B点上的电压可由15V变为10V这样可以减小待机损耗。 通过三端稳压器IC678L05可将15V的输入转换成5V并施加到IC2的20脚,为IC2提供工作电压VCC。 降压电感L3可采用EF12.6/3.7磁芯和0.14~0.16mm的铀铜绝缘线绕制,线圈匝数约240T,电感值为3.6mH。 4.3 控制信号选择 PSoC一般通过1~10V DC模拟控制或DALI协议提供遥控调光。图5为CY8C26233的控制信号接口电路。图中的IC2可用DALI指令使能,而1~10V模拟控制则仅在其被检测时才被使能。 图5 将IC2的14脚连到VCC可禁止1~10V模拟控制。而当14脚检测到逻辑低电平时,电路将被配置为强驱动数字输出,并振荡于14.4kHz,此时占空比约为10%。R13可用于限制故障条件下通过模拟接口隔离变压器T1的电流量,同时也可提供一个通过二极管D8反射回控制输入的电压降。IC2脚2为模拟输入,电压分辨率是10位。该脚电压低于0.6V时将作为0读出;而该脚电压超过3.6V,则将作为100%读出。如果模拟控制功能不用,可将IC2的2脚悬空。 IC2的脚7为DALI数字接收输入引脚,该引脚的内部带有一个小的上拉电阻。IC2脚13是DALI TX输出,在任何模式下,该脚都呈现为低电平的空闲状态,而脚7仅当镇流器为DALI模式时,空闲状态才为低电平。 模拟接口变压器T1可采用EF12.6/3.7磁芯绕制,线径0.10~0.14mm,初级100匝,次级40匝。
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