先进的灯电流反馈调光镇流器控制器KA7543及其应用电路

    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

    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

表3 非通用元件选取

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。