摘要:反馈调光电子镇流器控制器KA7543是Fairchild半导体公司推出的新一代控制器,具有灯预热启动、软调光、无灯和异常保护等功能。文中介绍了KA7543的内部结构、引脚功能、工作原理及应用电路。
关键词:镇流器控制器 预热启动 软调光 安全保护 KA7543
直管形荧光灯是目前工厂、机关、学校、载客列车和家庭照明的主要电光源,在美国等一些发达国家,早在上个世界90年代初就已开始限制生产和使用白炽灯和电感镇流器,这就为直管形荧光灯交流电子炽灯和电感镇流器,这就为直管形荧光灯交流电子镇流器提供了巨大的市场和发展机遇。为此,像飞利浦、ST、西门子、摩托罗拉和三星等一些半导体巨商,从未停止电子镇流器控制IC的开发与生产。本文介绍的Fairchild半导体公司生产的调光镇流器控制器KA7543是目前在电子镇流器控制方面比较先进的控制器件之一。
1 KA7543的结构、功能及特点
KA7543采用14脚DIP封装,引脚排列如图1所示。
表1列出了KA7543引脚名称及功能。
表1 KA7543引脚名称及功能
引 脚 | 名 称 | 功 能 |
1 | OUT1 | 驱动输出1 |
2 | NC | 不连接 |
3 | Vcc | 电源电压输入 |
4 | Cc | 补偿输入 |
5 | V5 | 5V电源源 |
6 | Vfb | 负反馈输入 |
7 | Vab | 异常保护输入 |
8 | Vid | 灯检测输入 |
9 | Vdm | 调光控制输入 |
10 | Cs | 软启动时间控制输入 |
11 | Cdm | 软调光控制输入 |
12 | GND | 地 |
13 | NC | 不连接 |
14 | OUT2 | 驱动输出 |
KA7543是一种先进的灯电流反馈调光控制IC,其主要特点如下:
●可通过反馈实现软启动;
●利用0~2V的调光电压,通过反馈控制,可实现宽范围的软调光(即在调光方向上使灯光柔和变化);
●具有开关关断控制、无灯保护和异常保护等比较完善的保护功能;
●启动电流仅0.2mA,工作电流不超过9mA;峰值驱动输出电流为±300mA;
●具有1.8V滞后的欠电压自锁(UVLO);
●对镇流器逆变器状态采用电流反馈控制方法是KA7543最富有吸引力的优点。
2 工作原理
KA7543内部主要包括电流放大器、振荡器、调光器、保护电路、图腾输出级及内部电源等电路,其内部结构如图2所示。
2.1 软启动
KA7543的软启动功能除了一般IC软启动的含义之外,还具有对荧光灯的预热启动。
在KA7543的脚3上的Vcc电压达到启动门限电压(8.5V)后,内部UVLO电路即为IC内的所有电路提供基准电压(Vref=2V±5%)和偏置电流。IC内的软启动电路开始对软启动电容Cs充电,IC输出一个比通常工作频率fnor高约30%的高频预热频率fpreo其最高软启动频率由脚4(Cc)上的电压决定。由于电子镇流器输出端的LC串联谐振电路中的扼流圈对高频有衰减作用,故只产生一个合适的电流对灯丝加热。随着Cs上的电压Vcs线性增加,开关频率随之线性下降。当频率降至LC串联谐振电路的固有频率(fo)时,LC电路发生串联谐振,于是在并接于灯管两端的电容(C)上产生一个约1kV的高压脉冲,将灯管南昌穿而点燃,然后,IC的输出频率达到稳压工作频率fnor 。在Vcs线性升高到2V时,软启动频率从预热频率(fpre)线性降低至通常工作频率(fnor),软启动时间为0.8~1s。在此过程中,由一个正比于Vcs的反馈参考电压控制灯灯电流。当Vsc=2V时,灯电流最大。
2.2 振荡器
KA7543的振荡器电路包含了两个比较器,振荡器充电时间与放电时间之比为7:1.振荡器低比较基准电压设定在1V,并分别用2V和4V设定高频限制和低频限制。以限制IC的最高工作频率,避免IC异常工作,同时保证在镇流器系统中的零电压开关(ZVS)操作。
2.3 调光控制
KA7543的内部调光控制电路位于脚9(Vdm)/脚11(Cdm)和脚6(Vfb)之间。调光电压范围为0~2V,在0V时为满光(Full Light),在2V时完全变蝉(Full Dimming)。当脚10(Cs)电压Vcs变为4V时,调光开始。脚11(Cdm)上的外接调光电容用于测定调光操作。
2.4 输出驱动
KA7543的脚1(OUT1)和脚14(OUT2)的输出用来驱动变压器,再利用变压器驱动镇流器电路中的半桥高/低开关(MOSFET)。在开关频率时钟周期内,输出OUT1和OUT2因为有死区时间的限制,因此,OUT1和OUT2不会同时输出高电平。在欠压锁定(UVLO)条件下,OUT1和OUT2均输出低电平,IC外部半桥中的高/低开关都载止。
2.5 检测与保护
a.检测
3V比较基准电压在KA7543内通过30kΩ的电阻连接于脚8(Vid),用于执行两支灯和一支灯的反馈。并通过调节电流(Ir)设定反馈基准电压。单灯检测功能是KA7543的特点之一。
b.保护
为防止系统损坏,KA7543采用直接检测方式实现无灯保护。
IC的异常保护类似于过电流保护,用于检测灯的异常连接,检测电压为2V,工作时,异常保护电路驱动锁存器并停止输出低电平。当保护复位电路输入电压低于0.7V时,锁存器复位。
3.1 电路组成及原理
在图2所示的KA7543应用电路中,由L1、C1、C2、C3、C4组成电磁干扰(EMI)滤波器。V1为抑制瞬态过电压用压敏电阻,NTC热敏电阻用作抑制接电瞬间浪涌电流冲击。功率因数控制器KA7526及磁性元件T1、D5和开关Q1等组成了有源PFC升压型预变换器,置于桥式整流器D1~D4与平滑滤滤电容C9之间。图中KA7543与T1、Q2与Q3和L2、C15及L3、C6等组成半桥逆变串联谐振式镇流器电路。
该电路的AC输入电压范围为100~265V,线路功率因数PF≥0.99,总电流谐波畸变THD<10%,可满足IEC100-3-2和IEC929(1990)以及GB/T15144(1994)等标准的要求。
以KA7526为中心的有源PFC升压变换器的功能是在桥式整流器输入端产生一个与AC输入电压同相位的正弦电流,其作用是使负载呈纯电阻性,使输入功率因数近似于1,由时在100~265V的国际供电电网线路下,能在PFC变换器输出端产生400V的恒定电压。
KA7543和KA7526的启动是通过R3和C6实现的。一旦KA7543驱动半桥开半Q2、Q3工作,即可在Q2和Q3的中点输出高频方波脉冲电压。关断阻尼电容C14和二极管D6、D7组成的辅助电流源,可使C14的充电电流流入KA7526的脚8和KA7543的脚3(Vcc),同时也将对启动电容C6充电。
KA7543脚1和脚14上的输出经T1耦合后用于驱动Q2和Q3开关。镇流器首先输出fpre对灯丝加热,尔后频率下降,使L2、L15、L3和C16发生LC串联谐振,在C15和C16上产生高压将灯启动,尔后开关频率降至稳压工作频率fnor。由R14、R15、R18、R19和R14、R16、R17与R19组成检测电路。R10为电流检测电阻,C22为软启动电容。KA7543的脚9为调光电压输入端,当Vdm=0V时,煤在额定状态下工作,产生“满光”输出。当遥控器发生控制信号使KA7543脚9上的输入控制电压增加时,开关频率升高,灯电流减小(由L2、L3阻抗增加所致),灯光变暗。
表2 通用元件的选取参数
元 件 | 数值与型号 | 元 件 |
数值与型号 |
R1 | 2.2MΩ,1.4W | C10 | 0.22μF,630V |
R2,R4,R11 | 22kΩ,1/4W | C11,C12,C13 | 0.1μF,25V |
R3 | 150kΩ-J,1/2W | C14 | 1nF,630V |
R5,R12,R13 | 47Ω-J,1/4W | C15,C16 | 4700pF,1000V |
R6 | 1Ω-J,1W | C17,C19 | 4700pF,630V |
R7 | 1.2MΩ,1/4W | C21 | 0.1μF,25V |
R8 | 7kΩ,1/4W | C22 | 4.7μF,35V |
R9 | 1kΩ可调 | C23 | 22μF,35V |
R10 | 6.2Ω-J,1W | D1D4 | 1000V/1A,1N4007 |
R15,R16 | 330kΩ-J,1/4W | D5 | FRD(25ns),BYC26C |
R17,R18 | 680kΩ-J,1/4W | D6,7 | 100V/1.5A,1N4937 |
R19 | 8.2kΩ-J,1/4W | L1 | 80mH,BSF2125 |
C1,C2 | 0.15μF,630V | T1 | 1.2mH(Hp=100T,Ns=5T),EI2820 |
C3,C4 | 2200pF,3000V | T2 | 1.2mH(35T:24T:24T),EI1614 |
C5 | 0.1μF,630V | Fuse | 52NM250V,3A |
C6 | 47μF,35V | V1 | 430V,1NR140,431 |
C7 | 0.1μF,25V | Z1 | 15V,1W |
C8 | 0.01μF,25V | Q1Q3 | 500V,6A,QFP6N50 |
C9 | 47μF,450V |
表3 非通用元件选取
元 件 | 数 值 | ||
32W2 | 36W2 | 40W2 | |
L2,L3 | 3.1mH,EI2820型磁芯 | 2.8mH,EI2820型磁芯 | 2.75mH,EI2820型磁芯 |
C18,C20 | 6800pF,630V | 4700pF,630V | 4700pF,630V |
3.3 元件的选取
镇流器输出端可配接32W、36W或40双管荧光灯。灯功率不同,个别元件参数略有差异。表2和表3分别列出了通用元件和非通用元件的电气参数。
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