Sterownik inwertera LX1692

Układ scalony LX1692 firmy Microsemi.

Układ jest stosowany w inwerterach z lampami CCFL do monitorów i telewizorów LCD.

Układ LX1692 pracuje jako sterownik inwertera rezonansowego typu Fuli Bridge. Napięcie wyjściowe z inwertera ma kształt zbliżony do sinusoidy. Inwerter wyposażony jest w układ ściemniania “dimming” sterowany analogowo lub cyfrowo, zabezpieczenie przed uszkodzeniem lampy i zwarciem na wyjściu. Układ LX1692 dostępny jest w obudowach TSSOP 20 i SOIC 20.

Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy układu LX1692.

schemat blokowy układu lx1962

W tablicy 1 zamieszczono opis wyprowadzeń układu LX1692.

Tablica 1.   Opis wyprowadzeń układu LX1692
Nazwa wyprowadzenia Opis
C_R Kondensator ustalający częstotliwość pracy lampy.

Częstotliwość ustalana jest przez kombinację elementów przyłączonych do wyprowadzeń C_R i l_R. Wyprowadzenie C_R może być wykorzystane również jako wejście zewnętrznego sygnału synchronizacji . Minimalna szerokość impulsów synchronizacji wynosi i |js, maksymalny współczynnik wypełnienia 50%.

l_R Rezystor ustalający prąd odniesienia.

Napięcie referencyjne na wyprowadzeniu l_R wynosi 1V. Przez rezystor przyłączony do wyprowadzenia l_R ładowany

jest kondensator przyłączony do wyprowadzenia C_R. Rezystor może mieć wartość z zakresu 20k -10Ok. Częstotliwość

pracy lampy Fiamp określona jest wzorem:

Fiamp= (240 x 103)/(CC Rx Ri R), gdzie Cc R wyrażone jest pF, R| Rw kiloomach, F|amp w kHz.

Prąd odniesienia określony przez rezystor na wyprowadzeniu l_R w układzie scalonym wykorzystywany jest przez układ

ściemniania i układ zapłonu lampy.

C_BST Kondensator ustalający częstotliwość pracy układu ściemniania “burst dimming modę frequency”.

Prąd odniesienia ustalony przez rezystor na wyprowadzeniu l_R ładuje i rozładowuje kondensator na wyprowadzeniu

C_BST. Napięcie na wyprowadzeniu C_BST jest napięciem piłokształtnym i zmienia się w zakresie 0.5V-2.5V.

Częstotliwość FD|M pracy układu PWM w trybie ściemniania jest ustalana przez elementy przyłączone do wyprowadzeń

C_BST, l_R i wyraża się wzorem:

FDim= 98039/(Cc_bst x Ri_r), gdzie CCBst wyrażone jest nF, RLR w kiloomach, Fiamp w Hz.

Wyprowadzenie C_BST może być wykorzystane również jako wejście zewnętrznego sygnału kluczującego układem

ściemniania.

C_TO Kondensator ustalający czas zapłonu lampy.

Kondensator ładowany jest prądem z wewnętrznego źródła prądowego.

Jeżeli napięcie na wyprowadzeniu C_TO nie przekracza poziomu 3.5V, układ zabezpieczający przed za dużym

napięciem na wyjściu jest zablokowany. Jeżeli napięcie C_TO przekroczy wewnętrzny poziom odniesienia, kondensator

zaczyna być rozładowywany do wartości 0V. Układ wykrywający zwarcie lampy jest blokowany, gdy napięcie C_TO nie

przekracza wartości 0.5V. Czas zapłonu lampy wyraża się wzorem:

t= 0.035 x Ccto x Ri_r, gdzie CCTo wyrażone jest |jF, Rlr w kiloomach, t w sekundach.

Czas blokowania układu wykrywającego zwarcie lampy wyraża się wzorem:

t= 0.005 x Ccto x Ri_r, gdzie CCTo wyrażone jest |jF, Rlr w kiloomach, t w sekundach.

VDDA Wyjście wewnętrznego stabilizatora LDO (Low Drop Out) napięcia zasilania.

Służy do przyłączenia zewnętrznego kondensatora filtrującego (1 OOnF, kondensator ceramiczny). Napięciem wejściowym dla stabilizatora jest napięcie zasilające z wejścia VDDP. Napięcie wyjściowe ze stabilizatora VDDA wynosi 4V i zasila wszystkie układy wewnętrzne LX1692 oprócz wyjściowych stopni sterujących. Napięcie z wyjścia VDDA może zasilać zewnętrzne układy – maksymalny pobór prądu 5mA.

ENABLE Wejście sygnału ENABLE.

Poziom wysoki na wejściu załącza wszystkie układy wewnętrzne, poziom niski blokuje wszystkie układy wewnętrzne poprzez odłączenie napięcia VDDP. Jeżeli funkcja ENABLE nie jest używana, wejście ENABLE może być podłączone bezpośrednio do zasilania VDDP.

BRITE_D Wejście sygnału regulacji jasności dla cyfrowego ściemniania.

Sygnał wejściowy może być napięciem stałym lub sygnałem PWM niskiej częstotliwości. Zakres napięć DC: 0.5V – 2.5V. Napięcie większe niż 2.5V wymusza pracę ciągłą. Napięcia z zakresu 0.5V – 2.5V wymuszają cyfrowe ściemnianie. Szerokość impulsów PWM może zmieniać się od 100% na poziomie 2.5V do 0% na poziomie 0V. Możliwe jest również podanie sygnałów logicznych o częstotliwości do 1kHz na poziomie 3.3V lub 5V.

ICOMP Wyjście wzmacniacza błędu układu regulacji prądu lampy.

Zewnętrzny kondensator przyłączony pomiędzy to wyprowadzenie a masę służy do stabilizacji układu sprzężenia

zwrotnego. Wartość kondensatora od 0.1nF do 33nF (w zależności do aplikacji układu scalonego).

VCOMP Wyprowadzenie do przyłączenia elementów kompensacji układu regulacji napięcia wyjściowego. Zewnętrzny kondensator przyłączony pomiędzy to wyprowadzenie a masę służy do stabilizacji układu regulacji napięcia wyjściowego. Zewnętrzny dzielnik ogranicza maksymalny współczynnik wypełnienia napięcia wyjściowego w czasie zapłonu lampy. Zalecane wartości rezystorów dzielnika: 100k do VDDA i 300k do masy.
BRITE_A Wejście napięcia regulacji jasności dla ściemniania analogowego.

Sygnał wejściowy może być napięciem stałym lub sygnałem PWM podanym do tego wejścia poprzez zewnętrzny filtr.

Zakres napięć: 0V- 2V. Napięcia powyżej 2V i poniżej 0.45V nie zmieniają amplitudy prądu lampy.

VIN_SNS Wejście napięcia sprzężenia zwrotnego.

Elementy zewnętrzne RC przyłączone do tego wyprowadzenia służą do regulacji częstotliwości wewnętrznego oscylatora

śledzącego częstotliwość rezonansową i ustalenia czasu reakcji układu zabezpieczającego na brak lampy.

OC_SNS Wejście układu wykrywającego przekroczenie prądu lampy.

Napięcie z wejścia OC_SNS jest porównywane z napięciem referencyjnym 2V. Komparator wyłącza układ PWM w przypadku, gdy prąd lampy jest za duży. Normalny zakres napięć na tym wejściu: VDDP ±0.5V. W przypadku przekroczenia prądu lampy napięcie na tym wejściu może być na poziomie ±7V.

OV_SNS Wejście układu wykrywającego za duże napięcie lampy.

Napięcie wejściowe pochodzi z dzielnika 1000:1 umieszczonego równolegle do lampy. W czasie zapłonu oscylator śledzący częstotliwość rezonansową wykorzystuje napięcie z wejścia OV_SNS do określenia częstotliwości rezonansowej, układ regulacji napięcia wyjściowego wykorzystuje to napięcie do ustalenia poziomu napięcia wyjściowego. W czasie normalnej pracy i zapłonu komparator wykrywający uszkodzenia wykorzystuje to napięcie do określenia stanu układu – brak lampy / zwarcie na wyjściu. Zakres częstotliwości sygnału wejściowego: 30kHz – 150kHz.

ISNS Wejście układu regulacji prądu lampy.

Napięcie z wejścia ISNS jest filtrowane i podawane do wejścia nieodwracającego wzmacniacza błędu. Zakres

częstotliwości sygnału wejściowego: 0 – 200kHz. Napięcie ISNS wykorzystywane jest do określenia czy nastąpił zapłon

lampy.

DOUT (15) Wyjście stopnia sterującego.

Wewnętrzny rezystor przyłączony jest pomiędzy wyprowadzenie i zasilanie ma wartość 20k.

COUT (16) Wyjście stopnia sterującego.

Wewnętrzny rezystor przyłączony jest pomiędzy wyprowadzenie i zasilanie ma wartość 20k.

BOUT (18) Wyjście stopnia sterującego.

Wewnętrzny rezystor przyłączony jest pomiędzy wyprowadzenie i masę ma wartość 20k.

AOUT (19) Wyjście stopnia sterującego.

Wewnętrzny rezystor przyłączony jest pomiędzy wyprowadzenie i masę ma wartość 20k.

GND (17) Masa
VDDP (20) Wejście napięcia zasilającego: 4.5V – 5.5V.

Napięcie VDDP jest przełączane wyprowadzeniem ENABLE. Stabilizator wewnętrzny układu scalonego wytwarza napięcie 4V. Stopnie sterujące tranzystorami zasilane są bezpośrednio z napięcia na wyprowadzeniu VDDP. Kondensator ceramiczny filtrujący przyłączony do wejścia VDDP powinien mieć wartość większą niż 1 uF.

Na rysunku 2 przedstawiono schemat inwertera z układem LX1692.

schemat inwertera lx1962

Tryby pracy

Układ LX1692 pracuje w dwóch trybach: w trybie zapłonu lampy i w trybie normalnej pracy. W momencie włączenia inwertera, gdy napięcie zasilające narasta lub do wejścia ENABLE podane jest napięcie zasilające VDDP (stan wysoki), układ pracuje w trybie zapłonu. Gdy nastąpi zapłon lampy, układ przechodzi w tryb pracy normalnej.

W przypadku, gdy nie nastąpi zapłon lub lampa jest uszkodzona, układ wyłącza się.

Oscylator

Wewnętrzny oscylator ma dwie pętle regulacji częstotliwości: pętlę ustalającą częstotliwość rezonansową i pętlę ustalającą stałą częstotliwość. Stała częstotliwość ustalana jest elementami RC przyłączonymi do wyprowadzeń l_R i C_R. Pętla ustalająca częstotliwość rezonansową śledzi częstotliwość rezonansową obciążenia (lampa, uzwojenie wtórne transformatora, kondensator wyjściowy).

Zapłon lampy

Zapłon lampy jest określany poprzez monitorowanie napięcia na wejściu ISNS. Jeżeli w czasie zapłonu napięcie ISNS jest mniejsze niż 1V, tryb zapłonu trwa do momentu wykrycia zapłonu, ale nie dłużej niż 1 – 2 sekund (jest to maksymalny czas zapłonu). Gdy na wejściu ISNS pojawi się napięcie większe niż 1V, oznacza to, że nastąpił zapłon lampy. Od tego momentu układ pracuje w normalnym trybie pracy. Poziom wykrywania zapłonu zostaje zmniejszony do 0.3V, aby umożliwić uzyskanie minimum analogowej regulacji ściemniania lampy w zakresie 3:1.

W czasie zapłonu częstotliwość pracy lampy jest monitorowana przez pętlę śledzącą częstotliwość rezonansową. W momencie startu układu, gdy nie nastąpił jeszcze zapłon, naturalna częstotliwość rezonansowa jest 1.3 – 1.5 razy większa niż częstotliwość pracy układu po zapłonie. Gdy wyjściowy układ rezonansowy jest nieobciążony (przed zapłonem lampy), jego tłumienie jest małe i napięcie wyjściowe na zaciskach lampy osiąga duże wartości. Dzięki temu nie ma potrzeby stosowania transformatora o dużej przekładni.

W czasie zapłonu lampy napięcie na wyjściu ICOMP wzmacniacza błędu układu regulacji prądu lampy jest ograniczone do poziomu 2.5V. Kiedy rozpoczyna się zapłon, układ pracuje na ustalonej częstotliwości pracy. Gdy komparator OV_SNS (układ zabezpieczający przed za wysokim napięciem lampy) wykrywa przejście przez zero, oscylator śledzący zmienia częstotliwość pracy aż do momentu osiągnięcia częstotliwości bliskiej częstotliwości rezonansowej. W momencie zapłonu lampy częstotliwość pracy natychmiast przełącza się na zaprogramowaną częstotliwość stałą pracy ustaloną przez generator przebiegu piłokształtnego. Prąd lampy jest wykrywany przez detektor zapłonu, który uruchamia układ PWM sterujący oscylatorem.

Układy zabezpieczeń

Układ LX1692 jest wyłączany w następujących przypadkach:

  • brak lampy lub uszkodzenie lampy,
  • przebicie w uzwojeniu wtórnym transformatora,
  • zwarcie na wyprowadzeniach lampy,
  • zwarcie wyprowadzenia napięcia wysokiego lampy do masy,
  • zwarcie wyprowadzenia napięcia niskiego lampy do masy (oznacza to zwarcie rezystora, przez który zamyka się do masy prąd lampy).

Do wykrywania stanów uszkodzenia służą trzy wejścia układu scalonego: ISNS, OV_SNS i OC_SNS.

Ponowne włączenie układu po wykryciu uszkodzenia możliwe jest po zmianie stanu na wejściu ENABLE lub odłączeniu i ponownym załączeniu napięcia zasilającego VDDP

Brak lampy lub uszkodzenie lampy

Gdy układ LX1692 zostanie włączony, napięcie na wyjściu inwertera musi być znacznie wyższe niż w czasie normalnej pracy, aby możliwy był zapłon lampy. Układ scalony generuje wysokie napięcie na wyjściu pracując na częstotliwości rezonansowej określonej przez indukcyjność i pojemność wyjściową inwertera. Wyjściowy układ rezonansowy bez pracującej lampy ma dużą dobroć (małe tłumienie) i napięcie na zaciskach lampy osiąga duże wartości powodując przebicie lampy.

Przebicie lampy może nie wystąpić natychmiast po pojawieniu się wysokiego napięcia na zaciskach lampy. Wysokie napięcie na wyjściu inwertera powinno być utrzymywane przez czas 0.3s -3s. Taki przedział czasowy jest wystarczający na zapłon lampy w najbardziej krytycznych warunkach (lampa jest zimna, lampa jest już zużyta). Czas zapłonu lampy jest programowany wartością pojemności przyłączonej do wejścia C_TO. Napięcie wyjściowe na zaciskach lampy jest monitorowane przez wejście OV_SNS. Jeżeli zapłon lampy nie wystąpi w określonym czasie, układ LX1692 wykrywa błąd i wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone.

Przebicie w uzwojeniu wtórnym transformatora

Jeżeli w układzie inwertera wystąpi przebicie uzwojenia wtórnego transformatora, napięcie na wejściu OV_SNS narasta powyżej 3.2VDC. Wzrost napięcia na wejściu OV_SNS generuje impuls zwiększający stan 4-bitowego licznika. Gdy licznik zliczy 16 impulsów, układ LX1692 traktuje to jako stan przebicia na wyjściu inwertera i wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone.

Licznik resetowany jest przez sygnał C_BST o częstotliwości od 100Hz do 300Hz.

Kontrola napięcia wyjściowego przy braku lampy

Układ kontrolujący napięcie wyjściowe przy braku lampy (open lamp voltage regulator) reguluje napięcie szczytowe tak, aby napięcie na wejściu OV_SNS było w zakresie ±1.97V z przesunięciem +0.2V z maksymalną tolerancją ±8% (±158mV). Zakładając tolerancję rezystorów dzielnika napięcia wyjściowego na poziomie ±5% maksymalna tolerancja napięcia wyjściowego wynosi ±18%. Zatem maksymalne napięcie na wejściu OV_SNS może być na poziomie +2.42V, minimalne na poziomie +1.914V.

Uszkodzenie lampy po zapłonie

W trybie normalnej pracy uszkodzenie lampy jest wykrywane poprzez monitorowanie wejścia ISNS. Po zapłonie szczytowe napięcie na wejściu ISNS zależy od prądu lampy i napięcia na wejściu BRITE_A. Komparator śledzi napięcie ISNS i generuje impuls przy przekroczeniu poziomu 0.3V na wejściu ISNS. Impulsy z komparatora zliczane są przez 9-bitowy licznik, który jest zerowany w każdym cyklu napięcia ISNS. Jeżeli prąd płynący przez rezystor, z którego pobierane jest napięcie ISNS jest za mały napięcie na rezystorze jest mniejsze niż 0.3Vpk, impuls zerowania licznika nie jest generowany, licznik przepełnia się co powoduje, że wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone.

Zwarcie na zaciskach lampy i zwarcie wysokiego napięcia do masy

Jeżeli na wyjściu układu wystąpi zwarcie i napięcie na wejściu OV_SNS będzie mniejsze niż 0.7V, układ zerujący licznik 7-bitowy zostaje zablokowany i licznik przepełnia się. W efekcie tego wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone. Układ wykrywania zwarcia na wyjściu jest włączony przy zapłonie i w czasie normalnej pracy. Układ jest wyłączony dopóki napięcie na wejściu C_TO nie osiągnie poziomu 0.5V.

Licznik jest blokowany w trybie normalnej pracy z cyfrowym ściemnianiem lampy.

Zwarcie napięcia niskiego do masy

Zwarcie napięcia niskiego do masy oznacza zwarcie rezystora monitorującego prąd lampy i brak napięcia sprzężenia zwrotnego w układzie regulacji prądu lampy. Zwarcie jest wykrywane jako wzrost napięcia na wejściu OC_SNS. Komparator wykrywa napięcie OC_SNS większe niż 2VDC. Wyjście komparatora generuje impuls zliczany przez licznik 4-bitowy. Jeżeli licznik zliczy 16 impulsów, wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają zablokowane.

Stabilizator napięcia zasilającego

Napięcie wyjściowe wewnętrznego stabilizatora jest na poziomie 4V ±5%. Napięcie to zasila wszystkie układy wewnętrzne LX1692 z wyjątkiem stopni sterujących tranzystorami MOSFET.

Układ blokujący pracę przy zbyt niskim napięciu zasilania wyłącza układy wewnętrzne LX1692 do momentu, gdy napięcie VDDA osiąga poziom odpowiedni dla prawidłowej pracy układu.

Tryby ściemniania lampy

Układ LX1692 ma dwa oddzielne wyprowadzenia, które służą do sterowania ściemnianiem: wyprowadzenie BRITE_A- regulacja ściemniania analogowa i BRITE_D regulacja ściemniania cyfrowa.

W tablicy 2 przedstawiono tryby ściemniania.

Tablica 2.   Tryby ściemniania w układzie LX1692
Tryb BRITE_A BRITE_D ISNS CBST Zakres
Napięcie regulacyjne analogowe DC 0 – 2V VDDA kondensator 3:1
Napięcie regulacyjne analogowe DC – kierunek odwrotny VDDA VDDA 0 – 2V kondensator 1:3
Zewnętrzny sygnał PWM VDDA PWM kondensator 60:1
Napięcie regulacyjne analogowe DC VDDA 0.5V- 2.5V kondensator 30:1
Napięcie regulacyjne analogowe i cyfrowe 0 – 2V 0.5V- 2.5V kondensator 60:1

 

Sterownik inwertera LX1692
5 (100%) 1 vote

Porównywarka cen sprzętu RTV