基于PSoC CY8C26233的電子調光鎮(zhèn)流器設計
關鍵詞:CY8C26233;PSoC;遙控調光;鎮(zhèn)流器
1 概述
CY8C26233是賽普拉斯微系統(tǒng)有限公司推出的電子調光鎮(zhèn)流器專用可編程系統(tǒng)級芯片(PSoC)。這種PSoC混合信號陣列帶有一個嵌入式微控制器,是一種具有數(shù)字可尋址照明接口(DALI)通信功能的單片電子調光鎮(zhèn)流器控制器。PSoC系列器件有4個型號,CY8C26233是其中的一種。在PSoC問世之前,調光電子鎮(zhèn)流器通常需用兩塊IC。其中一塊IC用于鎮(zhèn)流器控制,另一塊IC用于管理通信接口?CY8C26233的出現(xiàn)則有效地解決了這一問題。基于CY8C26233的電子鎮(zhèn)流器設計所需元件數(shù)目可較大減少,并根據(jù)DALI EN60929規(guī)范實現(xiàn)1%~100%的調光幅度,而且節(jié)電效果顯著。
2 CY8C26233的主要特點
CY8C26233的主要特點如下:
●工作電壓VCC為3~5.25V;
●工作頻率為93.7kHz~24MHz;
●帶有8k的程序存儲器和256k的數(shù)據(jù)存儲器;
●內含12個模擬PSoC塊,可用于SAR ADCs、多斜率ADCs、增益可編程放大器、可編程濾波器和DACs等;
●內含8個數(shù)字PSoC塊,其潛在應用于定時器、計數(shù)器、UARTs、CRC產(chǎn)生器和PWMs等;
●當一個指令寫進乘法器/累加器(MAC)輸入寄存器時,88的乘積和一個32位累加結果將在下一個指令周期從輸出寄存器讀出并利用;
●具有多振蕩器選擇功能??稍冢玻矗停龋膬炔恐髡袷幤?、32.768kHz的外部晶體振蕩器和用于PSoC單元及看門狗定時器時鐘的內部低速振蕩器中選擇。
3 CY8C26233內部結構和引腳功能
CY8C26233 PSoC內置高性能8位M8C哈佛(Harvard)體系結構微處理器、12個模擬PSoC塊(blocks)陣列和8個數(shù)字PSoC塊陣列,其基本結構框圖如圖1所示。
CY8C26233采用20引腳PDIP、SOIC及SSOP等三種封裝形式,其引腳排列如圖2所示。芯片各引腳的功能如下:
1腳(P0[7]):燈電流感測輸入;
2腳(P0[5]):1~10V DC控制應用模擬控制輸入;
3腳(P0[3]):溫度感測輸入;
4腳(P0[1]):備用端;
5腳(SMP):開關模式泵,該腳應懸空;
6腳(P1[7]):當鎮(zhèn)流器處于待機狀態(tài)時,該腳輸出低電平;
7腳(P1[5]):DALI接收輸入端;
8腳(P1[3]):半橋低端驅動器輸出;
9腳(P1[1]):硬開關故障輸入;
10腳(VSS):接地端?0V DC?;
11腳(P1[0]):備用端;
12腳(P1[2]):半橋高端驅動器輸出;
13腳(P1[4]):DALI TX輸出;
14腳(P1[6]):模擬驅動;
15腳(XRES):有源高電平輸入,僅在系統(tǒng)編程時使用;
16腳(P0[0]):燈存在與燈壽終檢測輸入;
17腳(P0[2]):當鎮(zhèn)流器處于待機狀態(tài)時,該腳輸出高電平;
18腳(P0[4])與19腳(P0[6]):如果任一個腳輸入檢測到邏輯高電平,則會使半橋頻率降低,燈電流增加;
20腳(VCC):電源。
圖3
4 基于CY8C26233的電子鎮(zhèn)流器
基于CY8C26233 PSoC的可調光電子鎮(zhèn)流器主要由三部分組成,即燈驅動與監(jiān)視、功率因數(shù)校正(PFC)與本機電源和控制信號接口。這種鎮(zhèn)流器符合所有相關標準規(guī)定,并可通過1~10V的DC來控制或通過DALI協(xié)議提供遙控調光,同時具有預熱啟動、完善的故障檢測與保護和待機功率管理等功能,系統(tǒng)功率因數(shù)大于0.98,THD<10%,調光幅度范圍為1~100%,待機功耗小于600mW,輸出功率從214W(雙T5管熒光燈)到258W(雙T8管熒光燈)。
4.1 燈驅動與監(jiān)控電路
基于CY8C26233的鎮(zhèn)流器驅動與監(jiān)控電路如圖3所示。圖中IC2?CY8C26233?是鎮(zhèn)流器主控制器。IC3?IR2101S?是柵極驅動器。V2和V3是半橋功率MOSFET?工作在零電壓開關CZVS模式?。L4、C20和C21組成的諧振電路用于產(chǎn)生燈點火高壓。L5是燈?A燈和B燈?平衡電感器,T2和T3分別為A燈和B燈的燈絲驅動變壓器。IC7(LM358)為運算放大器,可用于放大燈電流感測信號。IC10是AC光耦合器,V6和V7組成燈功率電平檢測和放大電路。
表1 燈驅動電路元件選擇
214W T5 | 254W T5 | 236W T8 | 258W T8 | 218W TC-DEL | 211W 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初次級匝數(shù)比 | 14:1 | 14:1 | 8:1 | 8:1 | tbd | tbd |
一般情況下,鎮(zhèn)流器所驅動的燈管型號和功率不同,其關鍵元件的選擇也不相同,表1列出了部分元件的推薦值?,F(xiàn)將半橋變換器中磁性元件的選擇方法介紹如下:
燈電感器L4應采用EVD25磁芯,對于214W?T5管?,線圈匝數(shù)為108T?使用40.16mm或100.1mm絞合線?,直流電阻為1.25Ω,電感值為2.15mH。燈功率增加時,L4的電感值應相應減小。
燈平衡耦合電感器L5應選用EF20磁芯?N67材料?和0.32~0.36mm銅絕緣線,各繞100匝?匝數(shù)比為1∶1?,電感值各為15mH。
燈絲驅動變壓器T2/T3可選用EE16V磁芯(N87低損耗材料),初級210匝?線徑0.1mm?,兩個次級繞組各15匝(線徑0.28mm),無氣隙。此情況適用于214W或254W雙T5管。對于雙T8燈管(236W和258W),初、次級匝數(shù)比應從14∶1變?yōu)椋浮茫薄?/P>
4.2 PFC升壓變換器與本機電源電路
PFC升壓變換器和本機電源電路如圖4所示?;冢停茫常常玻叮玻牡挠性矗校疲妙A調節(jié)器在燈點火期間的DC輸出電壓是425V,在燈正常燃點期間的DC總線電壓總是保持在400V的電平上。在燈關斷期間,為了減小待機功率,IC2腳17輸出高電平,以使IC1?MC33262D?腳1上的電壓升高。同時PSoC固件迫使PFC進入截止狀態(tài),并使本機電源電壓?B點?從15V變?yōu)椋保埃?。這樣,在任何輸出功率電平上,PFC電路均可提供0.98以上的線路功率因數(shù)和小于10%的總電流諧波失真(THD)。
圖4
圖4中的升壓電感器L2可采用EF20/11磁芯,初、次級繞組匝數(shù)比為5∶1。當總負載功率不大于100W時,L2的電感值可選1.25mH,直流電阻RDC小于1Ω,中心氣隙長度為1mm。PFC開關V1可選擇IRF820?214W,T5管?或IRF830?254W,T5管或236W、258W,T8管?。
通過IC4?TNY253G?、D3、L3、C10、D4和IC5?PC357?等組成的回掃式降壓變換器,可將400V的DC電壓轉換為15V?B點?。這樣,在待機狀態(tài),IC2的6腳將為低電平。而如將D5短路,B點上的電壓可由15V變?yōu)椋保埃诌@樣可以減小待機損耗。
通過三端穩(wěn)壓器IC6?78L05?可將15V的輸入轉換成5V并施加到IC2的20腳,為IC2提供工作電壓?VCC?。
降壓電感L3可采用EF12.6/3.7磁芯和0.14~0.16mm的鈾銅絕緣線繞制,線圈匝數(shù)約240T,電感值為3.6mH。
4.3 控制信號選擇
PSoC一般通過1~10V DC模擬控制或DALI協(xié)議提供遙控調光。圖5為CY8C26233的控制信號接口電路。圖中的IC2可用DALI指令使能,而1~10V模擬控制則僅在其被檢測時才被使能。
圖5
IC2的腳7為DALI數(shù)字接收輸入引腳,該引腳的內部帶有一個小的上拉電阻。IC2腳13是DALI TX輸出,在任何模式下,該腳都呈現(xiàn)為低電平的空閑狀態(tài),而腳7僅當鎮(zhèn)流器為DALI模式時,空閑狀態(tài)才為低電平。
模擬接口變壓器T1可采用EF12.6/3.7磁芯繞制,線徑0.10~0.14mm,初級100匝,次級40匝。
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