ST AN2708 APPLICATION NOTE

AN2708

Application note

2X36 W digital dimmable ballast with L6574 and ST7FDALI

Introduction

This document describes a high-efficiency, high power factor, low THD and digital dimming electronic ballast designed to drive 2X36 W T8 tube lamps.

The system consists of three main blocks:

The high-frequency ballast includes an active power factor correction circuit based on the L6562 for universal input voltage as well as a ballast control circuit based on the L6574. The digital dimming is performed by interfacing the ST7FDALI microcontroller with the analog half-bridge driver.

The DALI control unit is dedicated to address the slaves, to display the lamp status and to send the dimming commands. This unit is provided with a keyboard which allows setting different dimming scenes over a wide range (5-100%) as well as putting in standby and restarting the ballast. The DALI communication protocol includes single and group mode, as well as broadcast mode to address the slaves.

The AC-DC adapter is based on the VIPer12A-E. This is an offline double-output isolated power supply in DCM flyback configuration. The outputs are set for 20 V to supply the communication bus and for 5 V to supply the MASTER microcontroller.

The three blocks are described in detail and their performances are shown. In addition some of DALI basics are explained.

March 2008

Rev 1

1/42

www.st.com

Contents

AN2708

 

 

Contents

1

Block diagram and system operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . .

. 5

2

High-frequency ballast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

 

2.1

PFC converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

 

2.2

Half-bridge inverter and ballast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2.2.1 Lamp dimming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.2 Supply section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.3 Lamp turn-on and lamp turn-off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.4 Verification of lamp status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2.5 Ballast performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3

DALI master unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

 

3.1

Master unit schematic and bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

4

Basics of DALI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5

DALI master AC-DC adapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

 

5.1

Adapter description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

 

5.2

Adapter bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

 

5.3

Adapter performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

5.3.1 Steady state tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.3.2 Startup behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.3.3 Dynamic load tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.3.4 Line regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.3.5 Load regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.3.6 Efficiency variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.3.7 Conducted emissions test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

7

Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

2/42

AN2708

List of tables

 

 

List of tables

Table 1. System operating conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 2. Ballast-slave communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 3. Ballast bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 4. PFC operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Table 5. Power stage design equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Table 6. L6562 biasing circuitry design equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Table 7. Lamp parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Table 8. L6574 biasing circuitry design equations for operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 9. Ballast performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Table 10. Master unit bill of material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Table 11. SMPS operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Table 12. Adapter bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Table 13. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3/42

List of figures

AN2708

 

 

List of figures

Figure 1. System block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 2. 2X36 W digital dimmable ballast with L6574 and ST7FDALI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 3. Ballast schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Figure 4. PFC performances at 230 Vac-50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 5. Lamp ballast model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Figure 6. Ballast transfer functions (magnitude) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 7. DALI protocol brightness values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Figure 8. Ballast controls timing chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Figure 9. Idle state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Figure 10. Turn-on procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Figure 11. Turn-off procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Figure 12. Forward frame timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Figure 13. Backward frame timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Figure 14. Ballast startup at 230 Vac-full power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Figure 15. Lamps turn-on at 230 Vac-full power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Figure 16. Lamps running at 230 Vac - full power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Figure 17. Polling keyboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figure 18. Pressed button event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Figure 19. Master unit schematic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Figure 20. Cable wiring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Figure 21. Master flowchart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Figure 22. Slave flowchart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Figure 23. Adapter schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Figure 24. Adapter PCB layout - top side -silkscreen (to scale). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Figure 25. Adapter PCB layout - bottom side - copper tracks (to scale) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Figure 26. Flyback transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Figure 27. VIPer12A-E steady state behavior at full load at 110 Vac - 60 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Figure 28. VIPer12A-E steady state behavior at full load at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Figure 29. VIPer12A-E steady state behavior at minimum load at 110 Vac - 60 Hz . . . . . . . . . . . . . . 36

Figure 30. VIPer12A-E steady state behavior at minimum load at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . 36

Figure 31. Startup waveforms at full load at 110 Vac - 60 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Figure 32. Startup waveforms at full load at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Figure 33. Startup waveforms at minimum load at 110 Vac - 60 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Figure 34. Startup waveforms at minimum load at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Figure 35. Dynamic load waveforms at 110 Vac - 60 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Figure 36. Dynamic load waveforms at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Figure 37. Line regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Figure 38. Load regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Figure 39. Efficiency variations vs. input voltage at full load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Figure 40. Conducted emissions at 110 Vac 60 Hz - full load - line 1 peak detector . . . . . . . . . . . . . . 40 Figure 41. Conducted emissions at 110 Vac 60 Hz - full load - line 2 peak detector . . . . . . . . . . . . . 40 Figure 42. Conducted emissions at 230 Vac 50 Hz - full load - line 1 peak detector . . . . . . . . . . . . . . 41 Figure 43. Conducted emissions at 230 Vac 50 Hz - full load - line 2 peak detector . . . . . . . . . . . . . 41

4/42

AN2708

Block diagram and system operating conditions

 

 

1 Block diagram and system operating conditions

Figure 1 shows the block diagram of the system.

Figure 1. System block diagram

HIGH

 

 

FREQUENCY

 

 

BALLAST

 

 

ACíDC ADAPTER

MASTER UNIT

SCI

Communication

 

 

Option

SCI communication is considered as an option.

5/42

Block diagram and system operating conditions

AN2708

 

 

The present system has been designed according to the following specifications:

Table 1.

System operating conditions

 

 

Parameter

Value

 

 

 

 

Input voltage range

176-265 Vac/50 Hz; 90-140 Vac/60 Hz

 

 

 

 

Lamp type

2X36 W T8 tube lamps

 

 

 

 

Circuit power (max)

80 W

 

 

 

 

Lamp power (max)

72 W

 

 

 

 

Dimming range

5% to 100%

 

 

 

 

Power factor

> 0.99

 

 

 

 

Current THD

< 10%

 

 

 

 

Warm start

< 1.5 sec

 

 

 

 

Standby mode power

< 0. 6 W

 

 

 

In addition to the previous specs, the DALI communications are optically isolated, the digital dimming is performed with high precision, and the lamp filament preheating time is programmable as well as the ignition time.

Figure 2. 2X36 W digital dimmable ballast with L6574 and ST7FDALI

HIGH FREQUENCY BALLAST

MASTER UNIT

ACíDC

ADAPTER

6/42

ST AN2708 APPLICATION NOTE

J1

FUSE 4A/250V

3

Line

2

Neutral

1

CON3

7/42

 

4

 

+

1

 

NTC

-

2

15E@25° 3A

BRIDGE

W08G

3

D2

 

 

4T1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STTH1L06

 

 

 

 

 

R14

 

 

 

R17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

R4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R9

 

 

 

On Air

10E

 

On Air

22E 1W C11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

750K

180K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

750K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

 

 

 

C10

 

 

1nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TRANSFORMER

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D3

DZ1

 

4.7nF

 

Rs= max 5 ohm @100kHz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1N4148

15V

 

 

 

 

630V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

R5

68K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R10

 

 

 

0.5W

 

 

 

 

C14

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

750K

180K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

750K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100nF

 

 

 

 

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8mH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C5

 

C7

 

 

 

100nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

L1

1

C17

 

 

C21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100n

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C4

 

R8

 

 

 

 

 

 

4.7uF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8mH R30_1

100nF

R30_2

 

100nF

 

 

 

 

 

 

 

 

1000n

 

12K

 

 

 

 

 

 

50V

 

 

 

 

 

 

 

12

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

100K

250V

100K

 

250V

 

 

 

 

 

 

PB2

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

 

 

 

 

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1W

 

1W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

IC_GND

 

VS

 

VBOOT

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10E

 

2

 

 

R26_1

 

R26_2A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R12

 

 

 

 

STP8NM50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

2

C3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120K

2

 

15

 

 

 

1

 

 

 

750K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

330n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RPRE

 

HVG

 

 

 

 

 

 

 

 

R26_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

VCC ZCD

COMP

 

 

INV

 

33E

2

 

 

+ C6

 

 

IC_GND

R15

 

7

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

750K

180K

1

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SIGN

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

 

 

GD

7

 

 

1

Q1

 

47uF

 

 

 

 

 

 

OPIN+

U2

14

 

 

 

 

 

 

 

R27_1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STP8NM50

 

400V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

MULT

L6562

GND

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L6574

OUT

 

 

 

 

 

 

 

750K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OPIN-

 

 

 

 

 

Q3

2

 

 

 

 

Lamp1

 

Lamp2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C9

 

 

6

 

 

 

R22

 

 

 

 

 

 

R27_2

 

 

C18

 

 

C20

 

 

R3

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STP8NM50

 

 

 

 

 

T8 36W

 

 

 

 

6

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100nF

 

 

 

11

 

10E

 

 

 

 

750K

T8 36W

8.2nF

8.2nF

 

 

10K

10nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1600V

 

 

1600V

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

LVG

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OPOUT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

 

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D4

 

 

 

 

8

EN1

 

 

 

3

 

D5

BAT46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R13

RS1

RS2

R11

 

 

 

 

 

1N4148

 

 

 

EN1

 

D11

 

R23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47K

0.82E

0.82E

9.53K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1W

1W

1%

 

 

 

 

 

 

R16 68K

4

 

9

EN2

1N4148

330E

 

D7

BAT46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RING

CPRE

EN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CF

GND

 

 

 

R20

 

 

 

 

 

R28_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

R18

3

1

10

 

C15

+

1K

 

 

 

R28_1

 

R29_1

 

 

R29_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68K

 

 

 

 

 

 

4.7K

 

4.7K

15K

 

 

15K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

330uF 25V

 

RS_1

RS_2

 

 

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C13

IC_GND

 

 

 

1E

1E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1: Boost Inductor Spec (ITACOIL E2543/E)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

470pF

 

 

 

 

0.6W

0.6W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- E25x13x7 core, 3C85 f errite

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000nF 25V

 

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 1.5mm gap f or 0.7mH primary inductance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

R24_1

R24_2

 

 

 

 

 

 

 

 

- Primary : 105 turns (20 x 0.1mm)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

680K

680K

 

 

 

 

 

 

 

 

- Secondary : 11 turns (0.1mm)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D14

 

 

 

 

 

 

 

Rup

 

Rf

 

R19 10K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STTH1L06

 

 

 

 

 

 

 

120K

 

15K

 

 

 

D8

 

 

 

 

D6

BAT46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

600V 1A

 

 

 

C8

 

 

 

 

 

PWM0

 

 

1N4148

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DZ2

 

 

 

 

 

100nF

 

Rlow

Cf

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D9

BAT46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7K

4.7uF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15V 0.5W

 

+ CVdd

 

 

 

 

 

 

 

50V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L4

 

 

 

 

 

 

Cf b

 

10uF 25V

 

 

 

IC_GND

IC_GND

IC_GND

 

 

J2

C16

 

 

D10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

470E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

680uH

 

 

 

4

3

22nF 25V

 

L3

 

U7

LE50CZ

 

 

 

 

 

 

1

10nF 25V

 

 

BAT46

 

 

 

L1&L2: Choke Inductor

 

 

 

 

 

 

 

D15

 

240mA

 

5

 

 

 

 

1

 

1.8mH 95mA

 

3

 

 

1

 

 

 

 

EN1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- E25x13x7 core

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

Vdd

FB

S

 

 

 

GND

VOUT

5VDD

 

 

 

EN2

3

 

 

 

 

 

68K

 

 

 

- 2.62mm gap f or 1.8mH inductance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

D

 

 

2

 

 

 

VIN

 

 

 

5VDD

4

 

 

 

 

 

R100

 

 

D61

 

 

 

 

 

 

1N4007 1A 1000V

 

 

7

D

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

BAT46

- 267 turns (AWG 40)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

D

 

 

 

 

 

 

Cout

 

 

 

 

 

 

 

PB2

 

6

 

IC_GND

 

PB1

 

 

SIGN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

 

2

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D12

 

+

C42

 

 

SIGN

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cin1

Cin2

 

 

 

 

 

 

 

D13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3uF 450V

3.3uF 450V U8

Viper12A

 

 

STTH1L06

10uF 25V

18V 0.5W

 

 

 

2.2uF16V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C73

C72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

600V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CON7

 

 

 

 

68pF

33nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1A

 

 

 

 

 

 

 

Vss_STDALI IC_GND

 

 

 

 

 

 

50V

50V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vss_ST7DALI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

IC_GND

 

 

 

 

5VDD

5VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J3

 

1

 

 

 

 

J4

 

 

 

 

5VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LD1

 

LD2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PWM0

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RED

 

GREEN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CON2

1

4 +

D16

- 3

 

EN1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

+

 

 

HSMS-C670HE

 

HSMG-C670

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

MB2S

 

 

EN2

 

4

 

 

 

 

 

 

C43

C44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DALI Bus

 

 

 

 

5VDD

 

5

 

 

 

 

 

 

1uF

100nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5VDD

 

 

 

 

R60

 

 

 

PB2

 

6

 

 

 

 

 

 

16V

50V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

SIGN

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

CON7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R63

R64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U9

 

BAS16

R61

 

U10

 

 

 

 

 

 

 

 

U11

 

 

 

 

2K49 2K49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

4

 

 

 

1

4

 

 

 

Reset

 

 

 

 

 

 

 

1%

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

11K

1

4

 

 

 

 

 

 

IC_GND

1

VSS

 

OSC1/CLKIN

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R62

 

 

 

2

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

3

 

 

1%

2

3

 

5VDD

 

 

 

 

3

VDD

 

 

OSC2

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

2

3

 

4K7

 

 

 

4

RESET

 

PA0(HS)/LTIC

17

 

 

 

 

 

5VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SFH6156-2

 

 

 

SFH6156-2

 

 

 

C45

PB1

5

SS/AIN0/PB0

 

PA1(HS)/ATIC

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

SCK/AIN1/PB1

 

PA2(HS)/ATPWM0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100nF

 

6

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R65

R66

 

 

PIN3 SFH6156-2

 

 

 

50V

 

PB2

7

MISO/AIN2/PB2

PA3(HS)/ATPWM1

14

PWM0

 

J5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

332R

4R7

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

EN1

8

MOSI/AIN3/PB3

PA4(HS)/ATPWM2

13

 

10

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EN2

9

CLKIN/AIN4/PB4PA5(HS)/ATPWM3/ICCDATA

12

 

Reset

8

+

+

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

AIN5/PB5

PA6/MC0/ICCCLK/BREAK

11

 

 

6

+

+

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DALIIN/AIN6/PB6

PA7/DALIOUT

 

 

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D18

 

 

 

R67

 

R68

 

 

 

 

 

4

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

1

Q4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+

+

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C46

 

 

BC817-25

BZX284C 2V7

 

 

 

 

 

0

R69

R70

 

 

 

ST7FDALIF2M6

 

 

 

 

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22uF

 

2

 

0.5W

 

 

 

 

 

 

1k 1%

1k 1%

 

 

 

 

 

 

 

ICP Connector

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R71

 

20V

R72

 

 

 

 

 

IC_GND 10K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC_GND

 

 

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1K21

 

3K16

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1%

 

 

1%

 

 

 

 

 

 

 

PIN3 SFH6156-2

IC_GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

schematic Ballast .3 Figure

the and stage output the circuitry, driving inverter bridge-half the stage, correction .3 Figure in shown is board the of schematic The .unit slave

power the includes which board ballast frequency-high the describes section This

 

DALI

factor

2

ballast frequency-High

AN2708

ballast frequency-High

High-frequency ballast

AN2708

 

 

This block is essentially a "double board" as the DALI slave board and its external circuitry are mounted on a small separated board which is connected to the bottom side by means of a 7-pin connector. Table 2 shows the ballast-slave communication.

Table 2.

Ballast-slave communication

 

 

 

 

 

 

 

 

Pin ref.

Description

Analog stage

 

 

 

 

 

 

Microcontroller

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

PWM0 (ref op-amp)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Disable L6574 EN1 & disconnected lamp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

Enable L6574 EN2 & not ignited lamp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

GND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

5 VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

PB2 disable PFC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

SIGN (lamp failure)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 3.

Ballast bill of material

 

Reference

 

Value

Description

 

 

 

 

Bridge

 

W08G 1.5 A 800 V

Bridge rectifier

 

 

 

 

Cout, CVdd

 

10 µF 25 V

Electrolytic cap

 

 

 

 

C7,Cf

 

4.7 µF 50 V

Electrolytic cap

 

 

 

 

Cfb

 

22 nF 25 V

Ceramic cap

 

 

 

 

Cin1,Cin2

 

3.3 µF 450 V

Electrolytic cap

 

 

 

 

C1

 

100 nF 400 V

Polyester cap

 

 

 

 

C2

 

10 nF 50 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C3

 

330 nF 50 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C4

 

1000 nF 50 V

Ceramic cap

 

 

 

C5,C8,C9,C1

100 nF 50 V

Ceramic cap

9

 

 

 

 

 

 

 

 

C6

 

47 µF 450 V

Electrolytic cap

 

 

 

 

C14

 

100 nF 100 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C10

 

4.7 nF 100 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C11

 

1 nF 630 V

Evox Rifa polypropylene cap Rsmax = 5 Ω at 100 kHz

C12

 

470 pF 50 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C13

 

1 µF 50 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C15

 

330 µF 25 V

Electrolytic cap

 

 

 

 

C16

 

10 nF 25 V

Ceramic cap

 

 

 

 

C17, C21

 

100 nF 250 V

Polyester cap

 

 

 

 

C18,C20

 

8.2 nF 1600 V

Polyester cap

 

 

 

 

C42

 

2.2 µF16 V

Electrolytic cap

 

 

 

 

8/42

AN2708

 

 

High-frequency ballast

 

 

 

 

 

 

Table 3.

Ballast bill of material (continued)

 

 

 

 

 

 

Reference

 

Value

Description

 

 

 

 

 

 

C43

 

1 µF 20 V

SMD tantalum cap

 

 

 

 

 

 

C44,C45

 

100 nF 50 V

0805 SMD cap

 

 

 

 

 

 

C46

 

22 µF 20 V

SMD tantalum cap

 

 

 

 

 

 

C72

 

33 nF 50 V

0805 SMD cap

 

 

 

 

 

 

C73

 

68 pF 50 V

0805 SMD cap

 

 

 

 

 

 

DZ1,DZ2

 

15 V 0.5 W

Zener diode

 

 

 

 

 

 

D2,D13,D14

 

STTH1L06

STMicroelectronics ultrafast high voltage rectifier 1 A 600

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D3,D4,D8,D1

1N4148

Small signal rectifier 200 mA 100 V

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D5,D6,D7,D9

BAT46 DO 35

STMicroelectronics small signal Schottky diode

 

, D10,D61

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D12

 

18 V 0.5 W

Zener diode

 

 

 

 

 

 

D15

 

1N4007 1 A 1000 V

General purpose rectifier

 

 

 

 

 

 

D16

 

MB2S 0.5 A 200 V

SMD bridge rectifier

 

 

 

 

 

 

D17

 

BAS16

Small signal diode

 

 

 

 

 

 

D18

 

BZX284C 2V7

0.5 W Zener diode

 

 

 

 

 

 

FUSE

 

4 A 250 V

Radial fuse

 

 

 

 

 

 

J1

 

Input 250 V connector

3-way PCB screw terminal, 5.08 mm

 

 

 

 

 

 

J2

 

Ballast-slave connector

7-way strip line socket

 

 

 

 

 

 

J3

 

Dali Bus

2-way vertical PCB header, 3.81 mm pitch

 

 

 

 

 

 

J4

 

Ballast-slave connector

7-way strip line connector

 

 

 

 

 

 

J5

 

ICP connector

10-way 2-row vertical through-hole boxed header

 

 

 

 

 

 

J13

 

 

4-way strip line socket

 

 

 

 

 

 

J14

 

 

4-way strip line connector

 

 

 

 

 

 

Lamp 1

 

Lamp connector

4-way PCB screw terminal, 5.08 mm

 

 

 

 

 

 

Lamp 2

 

Lamp connector

4-way PCB screw terminal, 5.08 mm

 

 

 

 

 

 

LD1

 

LS M67K-H2L1-1

2 mA red LED SMD 0805

 

 

 

 

 

 

LD2

 

LG M67K-G1J2-24

2 mA green LED SMD 0805

 

 

 

 

 

 

L1,L2

 

1.8 mH

Choke inductor 2.62 mm gap, 267 turns (AWG40);

 

 

E25x13x7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L3

 

1.8 mH 95 mA

Epcos BC series Axial inductor

 

 

 

 

 

 

L4

 

680 µH 240 mA

Epcos LBC series Axial inductor

 

 

 

 

 

 

NTC

 

15 Ω at 25 °C 3 A

Inrush current suppressor

 

 

 

 

 

 

Q1,Q2,Q3

 

STP8NM50 TO220

STMicroelectronics N-CHANNEL 550 V 0.7 Ω - 8 A

 

 

MDmesh MOSFET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9/42

High-frequency ballast

 

 

 

AN2708

 

 

 

 

 

 

 

Table 3.

Ballast bill of material (continued)

 

 

 

 

 

 

 

 

Reference

 

Value

 

Description

 

 

 

 

 

 

 

Q4

 

BC817-25

 

NPN small signal bipolar

 

 

 

 

 

 

 

RS_1,RS_2

 

1 Ω

 

0.6 W 1% metal film resistor

 

 

 

 

 

 

 

RS1,RS2

 

0.82 Ω

 

1 W resistor

 

 

 

 

 

 

 

R29_1,

 

15 kΩ

 

Resistor

 

R29_2,Rf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R28_1,

 

4.7 kΩ

 

Resistor

 

R28_2,Rlow

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R12,Rup

 

120 kΩ

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R1,R2,R9,

 

 

 

 

 

R10, R26_1,

 

750 kΩ

 

 

 

R26_2,

 

 

0.6 W 1% resistor

 

R27_1,

 

 

 

 

 

R27_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R15,R19

 

10 kΩ

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

10 kΩ

 

0.6 W 1% resistor

 

 

 

 

 

 

 

R4,R5,

 

180 kΩ

 

Resistor

 

R26_2A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R6,R16,R18

 

68 kΩ

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R7

 

33 Ω

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R8

 

12 kΩ

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R11

 

9.53 kΩ

 

1% Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R13

 

47 kΩ

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

R14,R21,R22

10 Ω

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R17

 

22 Ω

 

1 W resistor

 

 

 

 

 

 

 

R20

 

1 kΩ

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R23

 

330 Ω

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R25

 

470 Ω

 

Resistor

 

 

 

 

 

 

 

R60,R68

 

0 Ω

 

SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R61

 

11 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R62

 

4.7 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R63,R64

 

1 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R65

 

330 Ω

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R66

 

4.7 Ω

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R67

 

10 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R69,R70

 

1 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R71

 

1.2 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

 

R72

 

3 kΩ

 

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

10/42

AN2708

 

 

 

High-frequency ballast

 

 

 

 

 

 

Table 3.

Ballast bill of material (continued)

 

 

 

 

 

 

Reference

 

Value

Description

 

 

 

 

 

 

R100

 

68 kΩ

1% SMD resistor 0805

 

 

 

 

 

 

R24_1,R24_

 

680 kΩ

Resistor

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R30_1,R30_

 

100 kΩ

2 W resistor

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

Transformer

Choke boost inductor (ITACOIL E2543/E)

 

 

 

 

 

 

U1

 

L6562N

STMicroelectronics transition-mode PFC controller

 

 

 

 

 

 

U2

 

L6574

STMicroelectronics ballast driver

 

 

 

 

 

 

U7

 

LE50CZ TO-92

STMicroelectronics very low drop voltage regulators

 

 

 

 

 

 

U8

 

VIPer12A-E DIP8

STMicroelectronics offline SMPS primary IC 730 V 0.4 A

 

 

27R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U9,U10

 

SFH6156-2

Optocoupler

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STMicroelectronics

 

U11

 

ST7FDALIF2M6 SO20

8-bit MCU with single voltage Flash memory, data

 

 

 

 

EEPROM, ADC, timers, SPI, DALI

 

 

 

 

Note:

Resistors are 0.25 W unless specified. Q1, Q2 &Q3 are mounted with 8 °C/W heatsink.

2.1 PFC converter

This block allows drawing a quasi-sinusoidal current from the mains, in phase with the line voltage in order to get a PF very close to 1 (more than 0.99).

To achieve such high PF the boost topology is implemented because of the advantages it offers:

Minimum number of external components, thus making it a low-cost solution

Low input di/dt thus minimizing the noise generated at the input and, therefore, the requirements on the input EMI filter

The switch is source-grounded, therefore is easy to drive

However, boost topology requires the DC output voltage (400 Vdc) to be higher than the maximum expected line peak voltage.

ST's L6562 has been used as the driver. It implements a transition mode control (fixed ON time, variable frequency), that, for such output power, is preferred to the fixed frequency average current mode being simpler and cheaper. The circuit operates on the boundary between continuous and discontinuous current mode.

Besides providing good results in terms of power factor, this IC considerably reduces the Total Harmonic Distortion (THD) as it reduces the conduction dead-angle that occurs to the AC input current near the zero-crossings of the line voltage.

11/42

High-frequency ballast

AN2708

 

 

The basic design specifications are listed in Table 4.

Table 4.

PFC operating conditions

 

 

Parameter

Value

 

 

Mains voltage range: Virms(min) - Virms(max)

90 – 265 Vac

 

 

Regulated DC output voltage: Vo

400 Vdc

 

 

 

 

Rated output power: Po

75 W

 

 

Minimum switching frequency: fsw

35 kHz

Maximum output voltage ripple: ∆Vo

< ± 10 V

 

 

Maximum overvoltage admitted: ∆VOVP

60 V

 

Expected efficiency: η

> 90 V

 

PFC

 

For reference, it is useful to define also the following quantities:

Input power: Pi (= Po / η ) ≈ 80 W

Maximum mains RMS current: Iirms (= Pi/Virms(min)) ≈ 1 A

Rated output current: Io (= Po/Vo) ≈ 0.2 A

The design guidelines are deeply explained in AN966 ("L6561, enhanced transition mode power factor corrector"), AN1757 ("Switching from the L6561 to the L6562) and AN1089 ("control loop model of L6561-based TM PFC"). The main design formulas are summarized as follows inTable 5.

Table 5.

Power stage design equations

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Input capacitor (C1)

 

Boost inductor

 

 

 

Power MOSFET (Q1)

 

 

 

Boost diode (D1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1 = 2π fsw

Irms

Volume 4K

L

 

2

 

VDSS = Vo + ∆ VOVP + Vm argin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r Vinrmsmin-

I

irms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pon = I2Qrms R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r = 0.01 0.1

L =

V2irms

( Vo

2 Virms)

 

DS( on)

 

 

 

 

 

 

VRRM = 1.2 Vo

 

-----------------------------------------------------------------------------2

 

fsw

Pi

Vo -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Output capacitor (C6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

14

10

3

 

Ie

I

 

=

2 2

Iirms

1

4 2

Virms

 

 

 

 

IF =

3 Io

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Igap------------

Qrms

-- – ----------

----------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

9π

Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Po

 

4

I

2

 

 

Rcu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pcu = --

irms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-------------------------------------------------

 

3

 

 

 

 

 

Pcross = Vo

Iirms tfall

fsw

 

 

 

 

 

 

Plosses = VT

IDC + Rd

2

C6 4π f

Vo Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I rms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pcap =

 

3.3Coss V

1.5

 

1

 

2

drain

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

drain + --Cd V

 

sw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12/42

AN2708

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

High-frequency ballast

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 6.

 

L6562 biasing circuitry design equations

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pin 1 (INV)

Pin 2 (COMP)

Pin 3 MULT

 

Pin 4 (CS)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A RC-C network is

VMULTpkx

 

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

placed between this

 

 

 

 

2.5

 

 

 

OVP = R

 

 

40 106

Rlow = -------------------------------

6-=

250-----------------------------10

6-

1.65

 

--------------------------------Vinrmsmin

 

 

 

 

high

 

 

pin and pin 1, leading

250

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rsense

 

 

2

Vinrmsmax

 

 

 

 

 

 

 

to a low crossover

 

 

 

 

 

2

Iinrms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

(Rhigh + Rlow)

frequency (some tens

Rlow

= 2

 

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

= 2.5

 

of hertz) as well as to

R-------------------------------------low + Rhigh

V

inrmsmax

 

 

 

 

 

 

 

out

 

 

 

Rlow

an adequate phase

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A small capacitor of 10 nF

Pd = Rs

I2Qrms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

margin.

filters the signal on MULT pin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pin 5 (ZCD)

Pin 6 (GND)

Pin 7 (GD)

 

Pin 8 Vcc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC ground. As a layout

Gate driver.

 

 

 

 

The supply voltage is

 

 

(Vout

 

2

Vinrmsmax)

 

 

 

 

provided by a capacitive

 

m =

 

hint, this pin has to be

A "bleeder" resistor between

power supply connected to

 

 

 

2.1

1.15

kept separated from

the gate and the source is

the half-bridge inverter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

power ground. All the

used to avoid undesired

 

 

 

 

 

 

 

 

R6

(Vout

 

2

Vinrmsmin)

IC signals have to be

switch-on, without affecting

V

inrmsmin

2

 

----------------------------------------------------------------------

m

3

 

3

referred to this pin.

the power consumption.

 

Rstart =

 

 

 

 

 

10

 

 

 

Istartup

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The PFC preregulator performances are shown in the following graphs:

Figure 4. PFC performances at 230 Vac-50 Hz

CH1 (yellow): rectified input voltage

CH2 (blue): input current

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