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基于FAN7710V的CFL镇流器原理与设计

发布时间:2020-06-30 19:35:52 阅读: 来源:机箱厂家

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本文引用地址:紧凑型荧光灯(CFL)灯管不是直管形的,而是弯曲而成的,管径较细。CFL与镇流器是一体化的,一般使用与白炽灯通用的灯头,安装十分方便。目前被广泛应用的2U、3U和螺旋型节能灯,都属于CFL。CFL对镇流器的要求之一是占位小。

国内生产的CFL电子镇流器大多采用分立元器件制作,需使用磁环变压器,一般都没有灯丝预热功能。采用控制IC设计CFL镇流器,不需要磁环变压器,并提供灯丝预热和保护功能,能使元件数量大幅缩减,几乎不需要调试,非常适合于大批量生产。

1 FAN7710V镇流器控制IC

飞兆半导体推出新型CFL镇流器控制器芯片FAN7710V采用符合欧盟RoHS指令的无铅8引脚DIP封装,引脚排列如图1所示。

图1 FAN7710V引脚排列

FAN7710V芯片集成了CFL镇流器控制电路、保护电路、半桥逆变器中的高/低端驱动器和两个高压(>440V)功率MOSFET。

FAN7710V引脚VDC可以承受440V以上的DC(总线)电压;高端悬浮通道电压从IC引脚VB输入,为自举操作可达465V;芯片控制电路和低端驱动器电源电压从IC引脚VDD施加,内部被15.2V的齐纳二极管钳位;引脚RT连接振荡器频率设置电阻(RT);引脚CPH连接灯阴极预热时间设置电容(CPH);引脚OUT为半桥输出,同时又是高端浮置电源回复端;SGND是信号地;PGND为电源地。

FAN7 7 1 0V启动电流和工作电流分别低至120μA和2.6mA,运行频率和灯丝预热时间可调节,内含有源零电压开关(ZVS)电路,并能检测灯开路状态,提供无灯(no lamp)保护和热关闭(@165℃)保护,具有抗高dU /dt噪声入侵能力。

2 基于FAN7710V的CFL镇流器

基于控制器FAN7710V的典型CFL电子镇流器电路如图2所示。

图2 基于FAN7710V的CFL电子镇流器电路

1)工作原理

(1)电路启动与电荷泵供电电源

接通AC线路,桥式全波整流器(电容)滤波电路输出DC总线电压通过启动电阻R start对电容CVDD充电。一旦IC引脚VDD上的电压VDD达到欠电压锁定(UVLO)导通门限VDDTH(ST+)电平(典型值是13.5V),IC引脚VDD开通,IC内振荡器启动。如果V D D电压降至关闭门限VDDTH(ST-)电平(典型值是11.6V,带0.8V滞后),IC则关断。在IC引脚VDD导通后,C VDD则放电。为防止IC启动之后因C VDD放电使VDD低于11.6V而关断,C VDD电容量应足够大,以在VDD电压降至UVLO关闭门限之前就接收电荷泵电流,对C VDD充电。

一旦IC启动,半桥低端驱动器首先被激活,驱动低端MOSFET导通,VDD电压则通过自举二极管VDB对自举电容C B充电,充电电流流经C B和IC引脚OUT内的低端MOSFET到地。当IC高端驱动器电路电压(U B-U OUT)因C B充电达到导通门限VDDTH(ST+)电平(典型值是9.2V)时,高端MOSFET则导通,而IC内低端MOSFET截止。在IC高端MOSFET导通后,C B放电。当高端驱动器电压降至门限VDDTH(ST-)电平(典型值是8.6V)时,高端MOSFET关断,而低端MOSFET导通。如此周而始,IC内半桥高、低端MOSFET轮流导通,从而在IC引脚OUT上产生半桥高压高速电压输出。

半桥产生高频输出后,则由C C P、V D P 1和VDP2组成的电荷泵为IC引脚VDD提供工作电流,这样就可以使用额定功率较小的启动电阻R start。

当半桥输出U OUT为高电平时,电感器电流和C CP产生一个带斜率dU /dt 的输出转换,输出上升沿充电C CP,通过C CP的电流为:I≈C CP·(dU /dt )。

充电电流经VDP1对CVDD充电,如图3中的电流流动路径(1)所示。当输出U OUT从高电平转换到低电平时,C CP通过VDP2放电,电流流动路径如图3中(2)所示。

图3 电荷泵电路产生一个附加电源

(2)工作模式

FAN7710V有4种工作模式,即①预热模式、②点火(即触发)模式、③运行和有源ZVS模式和④关闭模式,如图4所示。

图4 不同工作模式FAN7710V引脚CPH的电压、频率和死区时间

①预热模式(t 0~t 1)

一旦I C开始工作,内部一个2 μA的电流源(I PH)对引脚CPH上的外接电容C PH充电。C PH上的电压从0V开始线性增加到3V的这个过程,即为预热模式。在该模式,灯管阻抗R L非常大,预热电流经过灯丝、C S和C P到地。对灯丝预热可以降低灯点火电压,并延长灯管寿命。预热频率fPH为灯点亮后的运行频率fRUN的1.6倍,即:

预热时间t PH是U CPH从0V增加到3V所需要的时间,计算公式为:

在预热期间,死区时间t DT被固定在最大值3.1μs上。

②点火模式(t 1~t 2)

在预热模式结束后,对C PH的充电电流I IGN为I PH的6倍(即12μA),U CPH上升速度增大,振荡器频率衰减。当频率偏移至接近LCC谐振槽路的固有频率时,则发生谐振,在电容C P上产生一个高电压将灯管击穿而点亮。U CPH从3V增加到5V的时间为点火时间t IGN,计算公式为:

点火频率为:

在点火模式结束时,U CPH=5V,从式(4)可知,此式fIGN=fRUN,这意味着进入运行模式。

③运行模式和有源ZVS模式

当U CPH>5V时,工作频率被固定再由R T决定的运行频率fRUN上,其值为:

一旦U CPH达到6V(即t =t 3)以上,有源ZVS则被激活。FAN7710V通过控制死区时间来满足ZVS条件。如果ZVS失效,IC将减小U CPH以延长死区时间。

图5 所示L C C谐振槽路依据灯阻抗R L的传输特性,图6为从预热到有源ZVS模式的瞬态波形。

图5 LCC谐振槽路传输特性电子镇流器相关文章:电子镇流器工作原理

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