簡單可靠的兩片式電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

摘要：FAN7527和KA7541分別是Fairchild Semiconductor公司生產(chǎn)的高效低功耗PFC控制器和電子鎮(zhèn)流器控制器。文中介紹了它們的主要特點(diǎn)和引腳功能，給出了用FAN7527進(jìn)行功率因數(shù)校正，并選用KA7541作為熒光燈電子鎮(zhèn)流器件器設(shè)計(jì)的、簡單、可靠且成本低廉的新型電子鎮(zhèn)流器的電路設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：功率因數(shù)校正 電子鎮(zhèn)流器 低功耗 低成本 KA7541 FAN7527

1 引言

白熾燈的照明效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熒光燈早已是不爭的事實(shí)，而對于早期的電感式熒光燈鎮(zhèn)流器來說，除了其功率因數(shù)較低以外，恐怕不少人都有過站在條凳、桌子、木床或其它可以抬高身體的鋪墊物上來回?cái)Q動(dòng)啟輝器的經(jīng)歷。因此，美國等一些發(fā)達(dá)國家，早在20世紀(jì)90年代就已開始限制生產(chǎn)和使用白熾燈和電感式鎮(zhèn)流器，這就為電子鎮(zhèn)流器的研制、生產(chǎn)、創(chuàng)新和發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的空間。實(shí)際上，像IR、三星、ST、西門子、摩托羅拉、飛利浦這樣的半導(dǎo)體巨商，都沒有停止過對電子鎮(zhèn)流器控制IC的開發(fā)和生產(chǎn)。本文將給出選用Fairchild半導(dǎo)體公司的FAN7527作為功率因數(shù)校正控制器，而用KA7541作為熒光燈電子鎮(zhèn)流器控制器設(shè)計(jì)的簡單、可靠且成本低廉的新型電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)方案。

2 PFC控制器FAN7527簡介

2.1 FAN7527的主要特點(diǎn)

FAN7527是Fairchild Semiconductor公司為在臨界傳導(dǎo)模式中進(jìn)行PFC應(yīng)用操作而專門生產(chǎn)的一種簡單高效的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正控制器。同時(shí)也是一種低功耗的PFC控制器。該器件中的誤差放大器和乘法器的內(nèi)部門限可在電路出現(xiàn)過載時(shí)打開輸出以進(jìn)行限流操作，同時(shí)也可以防止負(fù)載斷開。由于這種輸出驅(qū)動(dòng)限制電路限制了功率MOSFET門極驅(qū)動(dòng)電路在電源電壓中點(diǎn)處的過載，因而可大大提高整個(gè)電子鎮(zhèn)流器的可靠性。FAN7527型PFC控制器的主要特點(diǎn)如下：

*內(nèi)含啟動(dòng)定時(shí)器；

*內(nèi)含過壓比較器，可有效防止輸出電壓的跑飛；

*具有零電流檢測功能；

*帶有經(jīng)過精密調(diào)整的內(nèi)部參考； *在高鉗位狀態(tài)，器件采用騰圖柱輸出形式；

*器件的啟動(dòng)和工作電流很低；

*具有8腳DIP和8腳SOP兩種封裝形式。

圖2 FAN7527內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖

2.2 FAN7527的功能結(jié)構(gòu)

FAN7527有8個(gè)引腳，圖1所示是它的引腳排列。各引腳的功能如下：

INV（1腳）：片內(nèi)誤差放大器的轉(zhuǎn)換輸入，在該端接一個(gè)電阻分壓器可將該端電壓設(shè)定在2.5V；

EA OUT（2腳）：片內(nèi)誤差放大器輸出，設(shè)計(jì)時(shí)通常在該端和INV端連接一個(gè)反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；

MULT（3腳）：片內(nèi)乘法器輸入端，通過連接在全波整流輸出和地間的電阻分壓器可將該端的電壓限定在3.8V以下；

CS（4腳）：PWM比較器輸入，可通過連接在芯片外部MOSFET源極上的一個(gè)電流檢測電阻來檢測器件在升壓過程中的操作電流；由于該器件內(nèi)含上升沿間隔電路，因而可以濾除電流波形上的高頻噪聲；

Idet(5腳)：零電流檢測輸入，用于檢測電感電流，以防止升壓電感輔助繞組上的電壓跌至1.8V以下;

GND（6腳）：接地端；

OUT（7腳）：大電流功率驅(qū)動(dòng)輸出，使用時(shí)應(yīng)通過一個(gè)限流電阻連至功率MOSFET的門極；

Vcc（8腳）：電源端。

圖3 KA7541的內(nèi)部功能圖

FAN7527型動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正控制器可用于設(shè)計(jì)高可靠、低功耗和高功率密度的電子鎮(zhèn)流器。它是一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)PFC控制器。圖2所示是FAN7527的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖。

3 電子鎮(zhèn)流器控制器KA7541簡介

3.1 KA7541的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖3所示是KA7541的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。它也是Fairchild半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種簡單可靠的電子鎮(zhèn)流器專用控制芯片，同時(shí)也是最優(yōu)化、低功耗、高可靠電子鎮(zhèn)流器的最小控制單元。KA7541內(nèi)部帶有軟起動(dòng)功能，因而無需再設(shè)計(jì)外部軟起動(dòng)電路。采用KA7541設(shè)計(jì)的電子鎮(zhèn)流器電路的軟起動(dòng)開關(guān)頻率和軟起動(dòng)時(shí)間可以根據(jù)熒光燈類型的不同來進(jìn)行調(diào)整。由于KA7541內(nèi)部帶有無燈保護(hù)電路，因而可防目無燈條件下開關(guān)輸出電流過大對電路造成的損壞。另外，電路中的輸出門極驅(qū)動(dòng)電路可對功率MOSFET的門極電壓進(jìn)行鉗位，因而該門極電壓與電源電壓無關(guān)。

KA7541的主要特點(diǎn)如下：

*器件內(nèi)部帶有軟起動(dòng)功能；

*軟起動(dòng)頻率可根據(jù)熒光燈類型的不同進(jìn)行調(diào)整；

*具有無燈保護(hù)功能；

*5%的片內(nèi)帶隙參考已經(jīng)過調(diào)整；

*帶有欠壓鎖定輸出功能；

*可采用高端鉗位方式實(shí)現(xiàn)騰圖柱式輸出；

*具有很低的啟動(dòng)和工作電流。

3.2 KA7541的引腳功能

KA7541采用的是8腳DIP或SOP封裝形式，其引腳排列如圖4所示，各引腳的具體功能如下：

CS（1腳）：電路軟起動(dòng)電容連接端口。在正常工作模式，該腳上的電壓可用來確定電路的軟起動(dòng)相位。

CT（2腳）：定時(shí)電容連接端口。利用該電容的充電和放電所產(chǎn)生的鋸齒波可以決定器件內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率。

RS（3腳）：軟起動(dòng)電阻連接端口。該電阻的組織可在軟起動(dòng)模式時(shí)用來確定電路的初始開關(guān)頻率。

Ldet（4腳）：電路保護(hù)輸入。如果該腳電壓低于2V，電路的門極驅(qū)動(dòng)器輸出將被禁止。

GND（5腳）：接地引腳。

OUT2，OUT1（6，7腳）：大電流功率驅(qū)動(dòng)輸出，用于驅(qū)動(dòng)外部功率MOSFET的門極。

VCC（8腳）：器件電路引腳。

圖5 雙管熒光燈電子鎮(zhèn)流器的具體電路

4 簡單可靠的電子鎮(zhèn)流器電路 圖5所示是選用FAN7527進(jìn)行功率因數(shù)校正，并選用KA7541作電子鎮(zhèn)流器控制器的雙管熒光燈電子鎮(zhèn)流器的具體電路。圖中，L1和C1～C4組成電磁干擾（EMI鋁箔器），壓敏電阻V1用來擬制瞬態(tài)過電壓，熱敏電阻NTC用作擬制在電路接通瞬間出現(xiàn)的浪涌電流沖擊。FAN7527和L2、D5以及開關(guān)管Q1一起組成升壓型有源功率因數(shù)校正預(yù)變換器。而KA7541則與T1、Q2、Q3、L3和C15、L4和C16等組成半橋逆變串聯(lián)諧振式電子鎮(zhèn)流器電路。