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引言 在照明技術中，電子節能燈已經日益成為人們的首選，因為其應用范圍廣，節能環保性能好，是政府和企業節能減排的重要舉措之一。在近幾年中，我國為了推廣電子節能燈的應用，采取了財政補貼政策，就像家電下鄉一樣，惠及全國百姓和消費者。 所謂電子節能燈，主要是指采用電子鎮流器的緊湊型熒光燈(CFL)。鎮流器和節能燈是一體化的，安裝和更換像白熾燈燈泡一樣方便。電子節能燈對鎮流器的基本要求是：電路盡可能簡單，元件數量少，成本低，性能穩定，安全可靠，使用壽命長。本文以飛兆半導體推出的FAN7710V新型鎮流器控制IC為例。 1 關于FAN7710V的簡介 FAN7710V芯片集成了頻率可編程振蕩器、燈絲預熱控制電路、死區時間(即高/低端驅動信號之間的非交迭時間，旨在防止半橋高/低端MOSFET同時導通)控制電路、自適應零電壓開關(ZVS)控制器、高/低端MOSFET柵極驅動器和高/低端功率MOSFET等。其中，每個功率MOSFET的耐壓達440V以上，導通態電阻RON典型值是4.6Ω(@VGS=10V，ID=190mA)。MOSFET漏-源極之間續流二極管正向壓降≤1.4V(@380mA)，正向電流為380mA(正向脈沖電流達3.04A)。 FAN7710V采用溫度范圍為-40℃~125℃的8引腳DIP封裝，符合歐盟RoHS指令。 FAN7710V各個引腳功能見表1。 表1 FAN7710V引腳功能 FAN7710V的啟動電流僅約150μA，工作電流約2.6mA，在220V的AC電壓下能輸出20W的功率。這種控制IC的VDD啟動門限為13.4V，欠壓關閉門限是11.6V，內部齊納二極管的箝位電壓是15V。FAN7710V的預熱時間、預熱頻率和正常操作運行頻率均可由外部阻容元件設定，并提供有源ZVS控制和過溫度及燈開路保護。 2 基于FAN7710V的節能燈電子鎮流器 2.1 電路組成 LF是EMI濾波電感器，RF是可熔電阻(起保險絲作用)，D1~D4和C1組成橋式全波整流濾波電路，Rstart為啟動電阻，CVDD為啟動和退耦電容，RT為預熱和運行頻率設定電阻，CPH為預熱時間設置電容，DB和CB分別為自舉操作二極管和電容，DP1、DP2和CCP組成的電荷泵輔助電源電路，L、CP和CS組成LCC諧振輸出級。 2.2 電路啟動 接通AC電源，220V的AC電壓經D1~D4全波整流和電容C1濾波，產生約310V的DC電壓加至IC(FAN7710V)的引腳VDC。同時，VDC電壓經啟動電阻Rstart對電容CVDD充電，如圖3所示。當IC引腳VDD上的電壓VDD因CVDD充電達到導通門限電平VDDTH(ST+)后(約13.4V)，IC啟動。IC引腳VDD導通后，CVDD放電，VDD電壓降低，在VDD降至欠電壓，關閉門限VDDTH(ST-)之前(約11.6V)，電荷泵對CVDD充電，VDD電壓被箝位在VCL(15V)電平上。 2.3 自舉操作 FAN7710V啟動后，振蕩器產生振蕩，IC內低端功率MOSFET首先導通，VDD通過二極管DB對電容充電，充電電流路徑是DB→CB→IC內低端MOSFET→地。 隨自舉電容CB充電，CB上電壓升高。一旦CB上電壓(VB-VOUT)達到9.2V的門限，IC內高端MOSFET導通，低端MOSFET關斷。一旦IC中高端MOSFET導通，CB放電。只要CB上電壓降至8.6V以下，IC中高端MOSFET關斷，低端MOSFET導通。如此周而復始，IC中高端和低端MOSFET輪流導通，半橋在IC引腳OUT上輸出占空比為50%的高頻方波電壓。 2.4 電荷泵電路操作 一旦半橋產生輸出，在輸出電壓斜升沿上，電荷泵電路充電，充電電流經CCP、DP1到CVDD。在輸出脈沖電壓斜降沿上，電荷泵放電。 設置了由DCP1、DCP2和CCP組成的電荷泵電路后，可以使用低功率(0.25W)的啟動電阻Rstart，減小其功率損耗，有助于提高系統效率。 2.5 工作模式 FAN7710V有4種工作模式，即預熱模式、點火(點燈)模式、運行與ZVS模式及關閉模式。 2.5.1 預熱模式A(t0~t1) FAN7710V上電啟動后，振蕩器在最高頻率上振蕩，IC進入預熱模式。在預熱模式，預熱頻率fPH為正常運行(振蕩)頻率fosc的1.6倍，即： 一個2μA的電流源ICH從IC引腳CPH流出對電容CPH充電。CPH上的充電電壓達到3V時，預熱時間tPH結束。預熱時間tPH由CPH決定，計算公式是： 對熒光燈燈絲預熱的目的有二：一是延長燈管使用壽命;二是降低燈觸發(啟動)電壓。 2.5.2 點火(觸發)模式B(t1~t2) 預熱結束后，對CPH的充電電流增加到IIG(12μA)，振蕩器頻率向運行頻率fRUN偏移。CPH上的電壓從3V增加到5V的過程，即為點火時間tIG，計算公式為： 在頻率下偏掃描過程中，當頻率接近LCC諧振電路的固有頻率時，將發生串聯諧振，在電容CP上產生一個足夠高的電壓(600~1200V)將燈管點燃。 2.5.3 運行模式(>t2)和有源ZVS模式(>t3) 當電壓VCPH超過5V時，IC進入運行模式，頻率fRUN被RT固定在一個不變值上，計算公式為： VCPH從5V到6V(t2~t3)這段時間，為有源ZVS作準備。一旦VCPH達到6V，有源ZVS被觸發，GQX死區時間tDT最短(僅1μs)。IC內部功率MOSFET工作在ZVS，有最小的功率損耗。如果ZVS失效，VCPH將降低，以增加死區時間，來滿足ZVS條件。 2.5.4 關閉模式 FAN7710V的熱關閉電路感測IC的結溫。只要芯片溫度超過約160℃，熱關閉電路將會使IC操作停止。 如果IC引腳CPH上的電壓VCPH>2-1V，IC也將進入關閉模式。 FAN7710V在關閉模式，僅消耗約250μA的電流。 2.6 燈開路檢測 FAN7710V能夠自動檢測燈開路故障并自動關閉。 2.7 元件選擇 對于節能燈電子鎮流器電路，如果AC輸入電壓是220V，燈管功率是20W，燈絲預熱時間tPH=1s，正常運行頻率fRUN=49KHz，主要元件的選擇如下： (1)頻率設置電阻RT選擇 根據(5)式可得： 選擇RT=82kΩ，額定功率為1/4W。 根據(1)式，預熱頻率為： (2)預熱電容CPH選擇 從(3)式可得： CPH選擇0.68μF/25V的標準電容器。 根據(4)式，點燈時間為： (3)其它元件的選擇 電路中其它元件的選擇如表2所示。 表2 其它元件的選擇 3 結語 采用控制器FAN7710V的節能燈鎮流器，依據上述的介紹，其預熱時間、預熱頻率、點燈時間、運行頻率可編程，并提供有源ZVS控制、燈開路檢測和熱關閉保護，是目前優選方案之一。 |
