引言

在照明技術(shù)中，電子節能燈已經(jīng)日益成為人們的首選，因為其應用范圍廣，節能環(huán)保性能好，是政府和企業(yè)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(jiǎn)單，元件數量少，成本低，性能穩定，安全可靠，使用壽命長(cháng)。本文以飛兆半導體推出的FAN7710V新型鎮流器控制IC為例。

1  關(guān)于FAN7710V的簡(jiǎn)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(shí)間（即高/低端驅動(dòng)信號之間的非交迭時(shí)間，旨在防止半橋高/低端MOSFET同時(shí)導通）控制電路、自適應零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）控制器、高/低端MOSFET柵極驅動(dòng)器和高/低端功率MOSFET等。其中，每個(gè)功率MOSFET的耐壓達440V以上，導通態(tài)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(gè)引腳功能見(jiàn)表1。

表1  FAN7710V引腳功能


FAN7710V的啟動(dòng)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(dòng)門(mén)限為13.4V，欠壓關(guān)閉門(mén)限是11.6V，內部齊納二極管的箝位電壓是15V。FAN7710V的預熱時(shí)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(guò)溫度及燈開(kāi)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(dòng)電阻，CVDD為啟動(dòng)和退耦電容，RT為預熱和運行頻率設定電阻，CPH為預熱時(shí)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(dòng)

接通AC電源，220V的AC電壓經(jīng)D1~D4全波整流和電容C1濾波，產(chǎn)生約310V的DC電壓加至IC（FAN7710V）的引腳VDC。同時(shí)，VDC電壓經(jīng)啟動(dòng)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(mén)限電平VDDTH（ST+）后（約13.4V），IC啟動(dòng)。IC引腳VDD導通后，CVDD放電，VDD電壓降低，在VDD降至欠電壓，關(guān)閉門(mén)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(dòng)后，振蕩器產(chǎn)生振蕩，IC內低端功率MOSFET首先導通，VDD通過(guò)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(mén)限，IC內高端MOSFET導通，低端MOSFET關(guān)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(guān)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(chǎn)生輸出，在輸出電壓斜升沿上，電荷泵電路充電，充電電流經(jīng)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(dòng)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(diǎn)火（點(diǎn)燈）模式、運行與ZVS模式及關(guān)閉模式。

2.5.1  預熱模式A（t0~t1）

FAN7710V上電啟動(dòng)后，振蕩器在最高頻率上振蕩，IC進(jìn)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(gè)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(shí)，預熱時(shí)間tPH結束。預熱時(shí)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(cháng)燈管使用壽命；二是降低燈觸發(fā)（啟動(dòng)）電壓。

2.5.2  點(diǎn)火（觸發(fā)）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(guò)程，即為點(diǎn)火時(shí)間tIG，計算公式為：



在頻率下偏掃描過(guò)程中，當頻率接近LCC諧振電路的固有頻率時(shí)，將發(fā)生串聯(lián)諧振，在電容CP上產(chǎn)生一個(gè)足夠高的電壓（600~1200V）將燈管點(diǎn)燃。

2.5.3  運行模式（>t2）和有源ZVS模式（>t3）

當電壓VCPH超過(guò)5V時(shí)，IC進(jìn)入運行模式，頻率fRUN被RT固定在一個(gè)不變值上，計算公式為：



VCPH從5V到6V（t2~t3）這段時(shí)間，為有源ZVS作準備。一旦VCPH達到6V，有源ZVS被觸發(fā)，GQX死區時(shí)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(shí)間，來(lái)滿(mǎn)足ZVS條件。

2.5.4  關(guān)閉模式

FAN7710V的熱關(guān)閉電路感測IC的結溫。只要芯片溫度超過(guò)約160℃，熱關(guān)閉電路將會(huì )使IC操作停止。

如果IC引腳CPH上的電壓VCPH>2-1V，IC也將進(jìn)入關(guān)閉模式。

FAN7710V在關(guān)閉模式，僅消耗約250μA的電流。

2.6  燈開(kāi)路檢測

FAN7710V能夠自動(dòng)檢測燈開(kāi)路故障并自動(dòng)關(guān)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(shí)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(diǎn)燈時(shí)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(yǔ)

采用控制器FAN7710V的節能燈鎮流器，依據上述的介紹，其預熱時(shí)間、預熱頻率、點(diǎn)燈時(shí)間、運行頻率可編程，并提供有源ZVS控制、燈開(kāi)路檢測和熱關(guān)閉保護，是目前優(yōu)選方案之一。