CN102036457A - 基于电子镇流器的可编程vco电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子镇流器的可编程VCO电路，包括：时序控制逻辑单元，用于对灯的工作状态进行采样并将其转化为控制信号输出；电流控制单元，与所述时序控制逻辑单元连接，用于根据所述时序控制逻辑单元输出的控制信号调节输出电流；以及VCO单元，与所述电流控制单元连接，用于根据所述电流控制单元的输出电流的大小调节其振荡频率并输出方波信号提供给后续电路。本发明的可编程VCO电路的工作频率可通过片外的外接电阻进行调节，通过选择片外电阻阻值的大小，即可获得与电路参数所匹配的时间常数，因而可根据不同的实际情况选择不同的电阻阻值设定不同VCO振荡频率常数，更好的保护电子镇流器。

Description

基于电子镇流器的可编程VCO电路

技术领域

本发明涉及一种荧光灯电子镇流器的工作频率产生电路，尤其涉及一种基于电子镇流器的可编程VCO电路。

背景技术

VCO(压控振荡器)电路作为电子镇流器的核心部分，越来越得到设计者的重视，当镇流器工作于国标GB19510.4中所规定的异常状态时，很可能严重发热，导致内部元件被烧毁。因此有“省电不省钱”的“美誉”，从经济角度考虑极不划算。

现有技术中有一些的VCO设计电路，都是基于对RC充放电基础上发展起来的，电子镇流器中用Sense FET(采样管)对灯管的输出电压进行采样，然后送入比较器中进行比较，并将比较信号送入时序逻辑控制单元进行处理，并作为VCO电路输入的控制信号。但其电路复杂，容易触发等因素，导致电子镇流器工作极不稳定，极大地消耗了功耗。同时设计VCO电流频率不可调节，当其应用于不同灯管时，灯的工作效率也会有很大差异。

发明内容

本发明的目的在于针对上述电子镇流器VCO电路设计复杂且频率调节单一的问题，提供一种能够简单易行的可编程VCO电路。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于电子镇流器的可编程VCO电路，包括：时序控制逻辑单元，用于对灯的工作状态进行采样并将其转化为控制信号输出；电流控制单元，与所述时序控制逻辑单元连接，用于根据所述时序控制逻辑单元输出的控制信号调节输出电流；以及VCO单元，与所述电流控制单元连接，用于根据所述电流控制单元的输出电流的大小调节其振荡频率并输出方波信号提供给后续电路。

本发明所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其中，所述时序逻辑控制单元通过对处于不同工作状态时灯管的电压的采样来转化为相应为灯工作状态时输出控制信号，为电流控制单元提供控制信号。

本发明所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其中，所述电流控制单元通过不同的控制信号来控制各支路开关管的通断，从而调节输出电流。

本发明所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其中，所述开关管为MOS管。

本发明所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其中，所述VCO单元通过所述电流控制单元的输出电流，镜像出不同的工作电流，对其内部的电容单元进行充放电；所述工作电流的大小决定了电容充电的时间长短，从而改变VCO单元的工作频率。

本发明所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其中，所述电流控制单元可以通过调整外接电阻的阻值大小来调节输出电流，从而设定VCO单元的振荡频率。

通过上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明的可编程VCO电路的工作频率可通过片外的外接电阻进行调节，通过选择片外电阻阻值的大小，即可获得与电路参数所匹配的时间常数，因而可根据不同的实际情况选择不同的电阻阻值设定不同VCO振荡频率常数，更好的保护电子镇流器。本发明提供的可编程VCO电路和已有的功率因数校正电路、振荡电路、半桥逆变电路共同组成的电子镇流器，当灯管处于不同的工作状态时，VCO电路都可为后面电路提供比较可靠的方波频率，以保证灯可以正常的工作。

附图说明

图1为IR提出的电子镇流器输出方波的频率变化曲线；

图2为本发明可编程VCO电路的结构框图；

图3为本发明可编程VCO电路一实施例的电路图；

图4为图3实施例的仿真时序图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例详细说明本发明的实施方式。

参见图1，其为IR(国际整流器公司)提出的电子镇流器输出方波的频率变化曲线，当灯正常工作时，电子镇流器须给后续电路提供的方波频率。日光灯正常启动须经历预热(Preheat)、点火(Ignition)、运行(Run)3阶段。每一阶段电子镇流器所提供给日光灯工作的信号频率均不一致。因此，VCO电路需考虑不同工作状态时日光灯所需信号的工作频率的变化。

参见图2，其为本发明可编程VCO电路的结构框图，包括VCO单元、电流控制单元和时序控制逻辑单元。时序控制逻辑单元主要对灯等效电路两端的电压进行采样的信号进行处理，并根据灯不同的工作状态，输出不同的控制逻辑信号。不同的输出控制逻辑信号控制电流控制单元中各支路开关管的通断。电流控制单元中各开关管工作状态改变引起VCO单元输入电流发生相应的改变；所述开关管可以为MOS管。VCO单元根据输入电流镜像出不同的工作电流，对其内部的电容单元进行充放电；所述工作电流的大小决定了电容充电的时间长短，从而改变VCO单元的工作频率。所述电流控制单元可以通过调整外接电阻的阻值大小来调节输出电流，从而设定VCO单元的振荡频率。

参见图3，其为本发明可编程VCO电路一实施例的电路图。在本实施例中，可编程VCO电路由VCO单元1、电流控制单元2、时序控制逻辑单元3所组成。时序控制逻辑单元3的两个输出端分别与电流控制单元2中两个支路M5、M6的栅极(G)联接。MOS管M5、M6的源极(S)、基极(B)与地联接，漏极(D)则一起联接至R1的一端。电流控制单元2由比较器I0、PMOS管M0、NMOS管M3、三个支路(R1-M5、R1-M4、R0)组成。比较器I0的正向输入端联接2.0V的参考电源，其负向输入端与R1的一端、R0的一端、MOS管M3的源极(S)、基极(B)联接，相应的I0输出端与MOS管M3的栅极联接。MOS管M3的漏极(D)与MOS管M0的漏极(D)、栅极(G)联接。MOS管M0的源级(S)、基极(B)均接电路的最高电位(vddh！)。VCO单元1由两个信号比较单元、RS触发器I3组成。两个信号比较单元的偏置电路结构类似。MOS管M1、M6和电容C0构成第一个信号比较单元的偏置电路。MOS管M2、M7和电容C1构成第二个信号比较单元的偏置电路。MOS管M1、M2的栅极(G)均与电流控制单元2中MOS管M0的源极(S)、漏极(D)联接，其源极(S)、基极(B)均联接最高电位(vddh！)。MOS管M1的漏极(D)则与比较器I1的正向输入端、电容C0的正极板、MOS管M6的漏极(D)联接。MOS管M2的漏极(D)则与比较器I2的负向输入端、电容C1的正极板、MOS管M7的漏极(D)联接。MOS管M6、M7的源极(S)、基极(B)均联接最低电位(gnd！)，其栅极(G)均与RS触发器I3的输出Q端联接。比较器I1的正向输入端除与M1的漏极(D)联接之外，其负向输入端则与3.7V的参考电源联接。I1的输出端与RS触发器I3的置位端(S)联接。比较器I2的负向输入端除与M2的漏极(D)联接之外，其正向输入端则与0.9V的参考电源联接。I1的输出端与RS触发器I3的复位端(R)联接。

本发明该实施例的可编程VCO电路的工作原理：

(1)当灯工作在预热阶段(Preheat Phase)时，时序控制逻辑单元3的一输出端(out1)输出接近5V的高电平，与其所联接MOS管M4开启，支路R1-M4被接入电路，此时电流控制单元2中的电流由支路R1-M4的等效电阻与外接的编程电阻R0共同决定。因MOS开关管M4的宽长比(W/L)很大(100左右)，故导通时电阻较小(其电阻阻值范围为200～300

Ω)。较电阻R1(65KΩ)的阻值，其值相对可以忽略，总电阻实际上由R1与R2的并联有效电阻确定。VCO单元1中两比较器单元I1、I2偏置电路是基于镜像电流源基础上的电路结构。当电流控制单元2中的电流一定，故VCO单元的中各支路电流也可精确的确定下来。且设定各PMOS管的宽长比(W/L)相等，于是VCO单元中两支路电流相等。VCO单元正常工作时，两支路电流相应的对各支路电容C0、C1进行充电。当C0、C1上的电压均被充至3.7V以上时，比较器I1输出高电平“1”，RS的触发器的置位端(S)被置“1”，相应的输出端Q输出高电平“1”，偏置电路中MOS管M6、M7相应的开启。电容C0、C1因M6、M7被接入电路开始进行放电。当C0、C1上的电压被泄放至0.7V以下时，比较器I2输出为高电平“1”，RS触发器的复位端(R)被置“1”，相应的输出端Q输出低电平“0”，偏置电路中MOS管M6、M7被相应的从电路中断开。VCO单元开始继续对C0、C1进行充电，VCO单元重新开始新的一个充放电周期。

(2)当灯工作在点燃阶段时(Ignition Phase)，时序控制逻辑单元3的另一输出端(out2)输出接近8mV-15mV的低电平，同时输出端(out1)被置“0”，支路R1-M5被接入电路。MOS管M5此时工作在线性区，其导通电阻的量级几十KΩ。此时电流控制单元2中的电流由支路R1-M5的等效电阻与外接的编程电阻R0共同决定。因MOS开关管M5工作在线性区，其电阻不可忽略，总电阻实际上由支路R1-M5的电阻与R2的并联电阻共同确定。与预热阶段的有效总电阻比较，此阶段的有效电阻有很大程度的增大，故VCO单元1中的充电电流有较大程度上的减小，相应的VCO的振荡频率有很大的减小。VCO单元在此电流下开始对继续对C0、C1进行充电，从而开始新的一个充放电周期。

(3)当灯工作在运行阶段时(Run Phase)，时序控制逻辑单元3的另一输出端(out2)输出接近15mV稳定的的低电平，同时输出端(out1)被置“0”，支路R1-M5仍被接入电路。MOS管M5此时工作在线性区，其导通电阻的量级几十KΩ。电流控制单元2中的电流由支路R1-M5的等效电阻与外接的编程电阻R0共同决定。因MOS开关管M5工作在线性区，其电阻不可忽略，总电阻实际上由支路R1-M5的电阻与R2的并联电阻共同确定。与点燃阶段相比，此时的MOS管的M5导通电阻有一定程度的减小，于是此阶段的有效电阻有较小程度上的减小，故VCO单元1中的充电电流有较小程度上的增大，相应的VCO的振荡频率有较小程度上的增大。VCO单元在此电流下开始对继续对C0、C1进行充电，从而开始新的一个充放电周期。

参见图4，其为图3实施例的仿真时序图。灯正常启动时，VCO电路输出方波时序图。灯启动、预热时间的量级维持在秒的范围，为了获得快速的仿真结果，选定较小的预热时间T(180us)和点火时间T(100us)。且该电路需满足VCO振荡频率与电流控制单元各支路导通时电阻的阻值成反比。当灯处于预热(Ignition)阶段时，时序控制逻辑单元1的输出端(vout1)输出5V左右的高电平，MOS管M4栅极信号电平(Preheat_Phase_Control_G)为高电平，电阻R1、MOS管M4所组成的支路有电流流过。因MOS开关管M4的宽长比(W/L)较大，相应的导通电阻较小。忽略MOS管M4导通电阻，支路电阻可近似为电阻R1的阻值，此时的有效电阻为R0与R1的并联。当灯处于点火、运行阶段时，MOS管M4从电路中断开，MOS管M5被接入电路，电阻R1、MOS管M5所组成的支路有电流流过。从仿真波形可以知道，MOS管M5的栅压电平范围在1.654-2.039V之间。因MOS管M5的宽长比(W/L)较MOS管M3小很多，且工作在线性区，故M5管的电阻阻值量级在几十KΩ之间。支路电阻的阻值为M5管的有效电阻与R1的阻值之和。相比于预热阶段，支路电阻的阻值有了很大程度增加，于是VCO单元的振荡频率会有较大程度上减小。鉴于点火阶段MOS管M5的有效电阻较大于运行阶段有效电阻，故VCO单元在运行阶段的频率较预热阶段的频率有小幅度的增加。为了获得精确的仿真结果，增大预热时间、点火时间，使其接近为秒的数量级，此时能够真实反映VCO单元输出频率所作出的反映。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非局限本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所做的等同结构变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于电子镇流器的可编程VCO电路，其特征在于，包括：

时序控制逻辑单元，用于对灯的工作状态进行采样并将其转化为控制信号输出；

电流控制单元，与所述时序控制逻辑单元连接，用于根据所述时序控制逻辑单元输出的控制信号调节输出电流；以及

VCO单元，与所述电流控制单元连接，用于根据所述电流控制单元的输出电流的大小调节其振荡频率并输出方波信号提供给后续电路。

2.根据权利要求1所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其特征在于，所述时序逻辑控制单元通过对处于不同工作状态时灯管的电压的采样来转化为相应为灯工作状态时输出控制信号，为电流控制单元提供控制信号。

3.根据权利要求1所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其特征在于，所述电流控制单元通过不同的控制信号来控制各支路开关管的通断，从而调节输出电流。

4.根据权利要求3所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其特征在于，所述开关管为MOS管。

5.根据权利要求1所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其特征在于，所述VCO单元通过所述电流控制单元的输出电流，镜像出不同的工作电流，对其内部的电容单元进行充放电；所述工作电流的大小决定了电容充电的时间长短，从而改变VCO单元的工作频率。

6.根据权利要求1所述的基于电子镇流器的可编程VCO电路，其特征在于，所述电流控制单元通过调整外接电阻的阻值大小来调节输出电流，从而设定VCO单元的振荡频率。

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