基于UBA2211的高效CFL驱动器设计

与传统的白炽灯相比，紧凑型荧光具有发光效率高、节能效果好、寿命长、体积小和使用方便等优点。而在市场方面，紧凑型荧光更是具有广阔的前景。根据Datapoint Research研究机构统计，全球有20%-25%的电力用于照明，到2012年，全球节能灯泡的销量将超过50亿只。同时中国发改委已经出台相关的政策，预计将在10年内禁用(禁售)白炽灯。随着白炽灯逐渐退出照明市场，人们急需一种新的节能照明方案来满足消费者的各项要求，在这种形势下，CFL和LED必将开创一个新的照明时代。不过，对于普通消费者来说，受其成本和寿命等方面的影响，LED在短时间内还无法广泛普及。在巨大的市场需求下，可以预计，CFL将会成为当下照明市场的主宰。

但如何才能让荧光灯的优点发挥到极致，这就引出了电子镇流器的概念。早期的CFL电子镇流器多采用变压器和晶体管等分离元件组成，这种驱动方式存在诸多缺点。随着半导体技术的发展，专用驱动IC逐渐兴起。本文以恩智浦半导体(NXP)的不可调光驱动IC UBA2211为例，介绍了CFL驱动IC的工作原理、电路设计，并给出了测试结果。

CFL驱动设计

UBA2211组成的CFL典型驱动电路如图1所示，镇流器输入电压为交流220V，输入功率12W。

图1：基于UBA2211的18W CFL驱动电路。

整个系统由整流滤波电路、控制电路和灯谐振电路三部分组成。

整流滤波电路由四个二极管1N4007、CBUF和LFILT组成，它能将220V交流输入整流滤波为310V左右的DC电压。输入端的RFUSE为浪涌抑制电阻，主要用于抑制启动时所产生的浪涌电流。控制电路由UBA2211组成，主要实现对灯丝的预热、点火和稳定运行时电流的控制。谐振电路由CLA和LLA组成，主要为灯丝点火提供高压脉冲。

1．芯片内部结构

UBA2211是整个电路的核心器件，为便于后文的分析，本文首先对UBA2211的一些结构和特点进行相应的介绍。UBA2211是一款CFL专用驱动IC，它采用双列直插封装(DIP8)和14脚塑料小型封装(SO14)两种封装。芯片内部结构及特点如图2所示。

2．启动阶段

上电后，电路进入启动状态，此时上桥HS关断，下桥LS导通。内部电流源(1mA)对VDD上电容CVDD和FS脚上电容进行充电，内部电路进行复位。此时，RC和SW将会进行接地处理。一旦VDD>VDD(start)(典型为11V)，而且此时未激活过温保护(OTP)电路便结束启动状态。注意：一旦VDDDD(stop)(典型为8.5V)，电路将会从任何状态返回到启动状态。

图2：芯片内部框图。

3．预热阶段

当VDD>VDD(start)且OTP未激活，电路进入预热状态，在预热状态下，VDD电源由dvdt充电泵提供(见图2)。此时SW脚上电容被Isweep充电，半桥电路开始振荡，其振荡信号如图3所示，初始振荡频率为工作频率的2.5倍，在预热过程中会逐渐下降到正常的工作频率。在预热状态下，电路对灯丝进行预热处理，以减少灯丝启动时的损耗，延长灯的使用寿命。外部电阻RSENSE用来检测预热电流，使得RSENSE的峰值电压等于内部参考电压Vref(prht)(0.5V)。预热时间由外部电容CSW来设定，一旦CSW上电压下降到VSW(prht)时，电路结束预热，如图4所示。

图3：振荡器、驱动器和输出信号。图4：预热、点火和正常工作频率变化。

4．点火阶段

灯丝预热结束后，频率开始下降，一旦频率达到谐振频率，在灯两端LC上发生串联谐振，产生一个600-1200V的高压将灯管击穿，完成对灯丝点火。正常运行下，RMS控制被激活，通过控制灯丝电流的RMS值，可以将IC损耗和IC温度控制在恒定值。

电路在运行过程中，UBA2211内部提供了一个死区时间(图3中的tno)，防止上桥和下桥功率开关同时导通。UBA2211还提供过温保护(OTP)、冷启动下最小辉光放电控制、防饱和保护和容性模式保护。 

主要参数计算

1．工作频率

由图1中ROSC和COSC可计算频率，由公式：

fnom=1/(k*ROSC*COSC)=1/(1.1*220*100)=41.3KHz

其中k=1.1

2．启动频率

fstart=2.5*fnom=2.5*41.3k=103.25k

3．灯电感

首先确定灯两端电压的有效值，设计功率为12W，有公式：

Vlamp=Plamp/Ilamp=12/0.15=80v

灯上电压与灯电压有效值关系如表1所示，查表可得Vla_eff=112V，振荡频率与灯两端电压关系为： 2，带入相应参数可得LLA=2.87mH，实际设计时取3mH，电感磁芯采用EE16，线径为采用0.19漆包线绕制。取谐振频率60kHz，由公式： ，其中LLA=3mH，fres=60kHz，带入上式可得CLA=2.34n，考虑到谐振时产生高压，实际取2.2n/1KV。