基于FAN7710V的CFL鎮流器原理與設計

0 引言

緊湊型熒光燈(CFL)燈管不是直管形的，而是彎曲而成的，管徑較細。CFL與鎮流器是一體化的，一般使用與白熾燈通用的燈頭，安裝十分方便。目前被廣泛應用的2U、3U和螺旋型節能燈，都屬于CFL。CFL對鎮流器的要求之一是占位小。

國內生產(chǎn)的CFL電子鎮流器大多采用分立元器件制作，需使用磁環(huán)變壓器，一般都沒(méi)有燈絲預熱功能。采用控制IC設計CFL鎮流器，不需要磁環(huán)變壓器，并提供燈絲預熱和保護功能，能使元件數量大幅縮減，幾乎不需要調試，非常適合于大批量生產(chǎn)。

1 FAN7710V鎮流器控制IC

飛兆半導體推出新型CFL鎮流器控制器芯片FAN7710V采用符合歐盟RoHS指令的無(wú)鉛8引腳DIP封裝，引腳排列如圖1所示。

圖1 FAN7710V引腳排列

FAN7710V芯片集成了CFL鎮流器控制電路、保護電路、半橋逆變器中的高/低端驅動(dòng)器和兩個(gè)高壓(>440V)功率MOSFET。

FAN7710V引腳VDC可以承受440V以上的DC(總線(xiàn))電壓;高端懸浮通道電壓從IC引腳VB輸入，為自舉操作可達465V;芯片控制電路和低端驅動(dòng)器電源電壓從IC引腳VDD施加，內部被15.2V的齊納二極管鉗位;引腳RT連接振蕩器頻率設置電阻(RT);引腳CPH連接燈陰極預熱時(shí)間設置電容(CPH);引腳OUT為半橋輸出，同時(shí)又是高端浮置電源回復端;SGND是信號地;PGND為電源地。

FAN7 7 1 0V啟動(dòng)電流和工作電流分別低至120μA和2.6mA,運行頻率和燈絲預熱時(shí)間可調節，內含有源零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)電路，并能檢測燈開(kāi)路狀態(tài)，提供無(wú)燈(no lamp)保護和熱關(guān)閉(@165℃)保護，具有抗高dU /dt噪聲入侵能力。

2 基于FAN7710V的CFL鎮流器

基于控制器FAN7710V的典型CFL電子鎮流器電路如圖2所示。

圖2 基于FAN7710V的CFL電子鎮流器電路

1)工作原理

(1)電路啟動(dòng)與電荷泵供電電源

接通AC線(xiàn)路，橋式全波整流器(電容)濾波電路輸出DC總線(xiàn)電壓通過(guò)啟動(dòng)電阻R start對電容CVDD充電。一旦IC引腳VDD上的電壓VDD達到欠電壓鎖定(UVLO)導通門(mén)限VDDTH(ST+)電平(典型值是13.5V)，IC引腳VDD開(kāi)通，IC內振蕩器啟動(dòng)。如果V D D電壓降至關(guān)閉門(mén)限VDDTH(ST-)電平(典型值是11.6V，帶0.8V滯后)，IC則關(guān)斷。在IC引腳VDD導通后，C VDD則放電。為防止IC啟動(dòng)之后因C VDD放電使VDD低于11.6V而關(guān)斷，C VDD電容量應足夠大，以在VDD電壓降至UVLO關(guān)閉門(mén)限之前就接收電荷泵電流，對C VDD充電。

一旦IC啟動(dòng)，半橋低端驅動(dòng)器首先被激活，驅動(dòng)低端MOSFET導通，VDD電壓則通過(guò)自舉二極管VDB對自舉電容C B充電，充電電流流經(jīng)C B和IC引腳OUT內的低端MOSFET到地。當IC高端驅動(dòng)器電路電壓(U B-U OUT)因C B充電達到導通門(mén)限VDDTH(ST+)電平(典型值是9.2V)時(shí)，高端MOSFET則導通，而IC內低端MOSFET截止。在IC高端MOSFET導通后，C B放電。當高端驅動(dòng)器電壓降至門(mén)限VDDTH(ST-)電平(典型值是8.6V)時(shí)，高端MOSFET關(guān)斷，而低端MOSFET導通。如此周而始，IC內半橋高、低端MOSFET輪流導通，從而在IC引腳OUT上產(chǎn)生半橋高壓高速電壓輸出。

半橋產(chǎn)生高頻輸出后，則由C C P、V D P 1和VDP2組成的電荷泵為IC引腳VDD提供工作電流，這樣就可以使用額定功率較小的啟動(dòng)電阻R start。

當半橋輸出U OUT為高電平時(shí)，電感器電流和C CP產(chǎn)生一個(gè)帶斜率dU /dt 的輸出轉換，輸出上升沿充電C CP，通過(guò)C CP的電流為：I≈C CP·(dU /dt )。

充電電流經(jīng)VDP1對CVDD充電，如圖3中的電流流動(dòng)路徑(1)所示。當輸出U OUT從高電平轉換到低電平時(shí)，C CP通過(guò)VDP2放電，電流流動(dòng)路徑如圖3中(2)所示。

圖3 電荷泵電路產(chǎn)生一個(gè)附加電源

(2)工作模式

FAN7710V有4種工作模式，即①預熱模式、②點(diǎn)火(即觸發(fā))模式、③運行和有源ZVS模式和④關(guān)閉模式，如圖4所示。

圖4 不同工作模式FAN7710V引腳CPH的電壓、頻率和死區時(shí)間

①預熱模式(t 0～t 1)

一旦I C開(kāi)始工作，內部一個(gè)2 μA的電流源(I PH)對引腳CPH上的外接電容C PH充電。C PH上的電壓從0V開(kāi)始線(xiàn)性增加到3V的這個(gè)過(guò)程，即為預熱模式。在該模式，燈管阻抗R L非常大，預熱電流經(jīng)過(guò)燈絲、C S和C P到地。對燈絲預熱可以降低燈點(diǎn)火電壓，并延長(cháng)燈管壽命。預熱頻率fPH為燈點(diǎn)亮后的運行頻率fRUN的1.6倍，即：

預熱時(shí)間t PH是U CPH從0V增加到3V所需要的時(shí)間，計算公式為：

在預熱期間，死區時(shí)間t DT被固定在最大值3.1μs上。

②點(diǎn)火模式(t 1～t 2)

在預熱模式結束后，對C PH的充電電流I IGN為I PH的6倍(即12μA)，U CPH上升速度增大，振蕩器頻率衰減。當頻率偏移至接近LCC諧振槽路的固有頻率時(shí)，則發(fā)生諧振，在電容C P上產(chǎn)生一個(gè)高電壓將燈管擊穿而點(diǎn)亮。U CPH從3V增加到5V的時(shí)間為點(diǎn)火時(shí)間t IGN,計算公式為：

點(diǎn)火頻率為：

在點(diǎn)火模式結束時(shí)，U CPH=5V，從式(4)可知，此式fIGN=fRUN，這意味著(zhù)進(jìn)入運行模式。

③運行模式和有源ZVS模式

當U CPH>5V時(shí)，工作頻率被固定再由R T決定的運行頻率fRUN上，其值為：

一旦U CPH達到6V(即t =t 3)以上，有源ZVS則被激活。FAN7710V通過(guò)控制死區時(shí)間來(lái)滿(mǎn)足ZVS條件。如果ZVS失效，IC將減小U CPH以延長(cháng)死區時(shí)間。

圖5 所示L C C諧振槽路依據燈阻抗R L的傳輸特性，圖6為從預熱到有源ZVS模式的瞬態(tài)波形。

圖5 LCC諧振槽路傳輸特性