先進(jìn)的燈電流反饋調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器KA7543及其應(yīng)用電路

摘要：反饋調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制器KA7543是Fairchild半導(dǎo)體公司推出的新一代控制器，具有燈預(yù)熱啟動(dòng)、軟調(diào)光、無燈和異常保護(hù)等功能。文中介紹了KA7543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作原理及應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：鎮(zhèn)流器控制器 預(yù)熱啟動(dòng) 軟調(diào)光 安全保護(hù) KA7543

直管形熒光燈是目前工廠、機(jī)關(guān)、學(xué)校、載客列車和家庭照明的主要電光源，在美國等一些發(fā)達(dá)國家，早在上個(gè)世界90年代初就已開始限制生產(chǎn)和使用白熾燈和電感鎮(zhèn)流器，這就為直管形熒光燈交流電子熾燈和電感鎮(zhèn)流器，這就為直管形熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器提供了巨大的市場和發(fā)展機(jī)遇。為此，像飛利浦、ST、西門子、摩托羅拉和三星等一些半導(dǎo)體巨商，從未停止電子鎮(zhèn)流器控制IC的開發(fā)與生產(chǎn)。本文介紹的Fairchild半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器KA7543是目前在電子鎮(zhèn)流器控制方面比較先進(jìn)的控制器件之一。

1 KA7543的結(jié)構(gòu)、功能及特點(diǎn)

KA7543采用14腳DIP封裝，引腳排列如圖1所示。

表1列出了KA7543引腳名稱及功能。

表1 KA7543引腳名稱及功能

KA7543是一種先進(jìn)的燈電流反饋調(diào)光控制IC，其主要特點(diǎn)如下：

●可通過反饋實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；

●利用0~2V的調(diào)光電壓，通過反饋控制，可實(shí)現(xiàn)寬范圍的軟調(diào)光（即在調(diào)光方向上使燈光柔和變化）；

●具有開關(guān)關(guān)斷控制、無燈保護(hù)和異常保護(hù)等比較完善的保護(hù)功能；

●啟動(dòng)電流僅0.2mA，工作電流不超過9mA；峰值驅(qū)動(dòng)輸出電流為±300mA；

●具有1.8V滯后的欠電壓自鎖（UVLO）；

●對(duì)鎮(zhèn)流器逆變器狀態(tài)采用電流反饋控制方法是KA7543最富有吸引力的優(yōu)點(diǎn)。

2 工作原理

KA7543內(nèi)部主要包括電流放大器、振蕩器、調(diào)光器、保護(hù)電路、圖騰輸出級(jí)及內(nèi)部電源等電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 軟啟動(dòng)

KA7543的軟啟動(dòng)功能除了一般IC軟啟動(dòng)的含義之外，還具有對(duì)熒光燈的預(yù)熱啟動(dòng)。

在KA7543的腳3上的Vcc電壓達(dá)到啟動(dòng)門限電壓（8.5V）后，內(nèi)部UVLO電路即為IC內(nèi)的所有電路提供基準(zhǔn)電壓（Vref=2V±5%）和偏置電流。IC內(nèi)的軟啟動(dòng)電路開始對(duì)軟啟動(dòng)電容Cs充電，IC輸出一個(gè)比通常工作頻率fnor高約30%的高頻預(yù)熱頻率fpreo其最高軟啟動(dòng)頻率由腳4（Cc）上的電壓決定。由于電子鎮(zhèn)流器輸出端的LC串聯(lián)諧振電路中的扼流圈對(duì)高頻有衰減作用，故只產(chǎn)生一個(gè)合適的電流對(duì)燈絲加熱。隨著Cs上的電壓Vcs線性增加，開關(guān)頻率隨之線性下降。當(dāng)頻率降至LC串聯(lián)諧振電路的固有頻率（fo）時(shí)，LC電路發(fā)生串聯(lián)諧振，于是在并接于燈管兩端的電容（C）上產(chǎn)生一個(gè)約1kV的高壓脈沖，將燈管南昌穿而點(diǎn)燃，然后，IC的輸出頻率達(dá)到穩(wěn)壓工作頻率fnor 。在Vcs線性升高到2V時(shí)，軟啟動(dòng)頻率從預(yù)熱頻率（fpre）線性降低至通常工作頻率（fnor），軟啟動(dòng)時(shí)間為0.8~1s。在此過程中，由一個(gè)正比于Vcs的反饋參考電壓控制燈燈電流。當(dāng)Vsc=2V時(shí)，燈電流最大。

2.2 振蕩器

KA7543的振蕩器電路包含了兩個(gè)比較器，振蕩器充電時(shí)間與放電時(shí)間之比為7：1.振蕩器低比較基準(zhǔn)電壓設(shè)定在1V，并分別用2V和4V設(shè)定高頻限制和低頻限制。以限制IC的最高工作頻率，避免IC異常工作，同時(shí)保證在鎮(zhèn)流器系統(tǒng)中的零電壓開關(guān)（ZVS）操作。

2.3 調(diào)光控制

KA7543的內(nèi)部調(diào)光控制電路位于腳9（Vdm）/腳11（Cdm）和腳6（Vfb）之間。調(diào)光電壓范圍為0~2V，在0V時(shí)為滿光（Full Light）,在2V時(shí)完全變蟬（Full Dimming）。當(dāng)腳10（Cs）電壓Vcs變?yōu)?V時(shí)，調(diào)光開始。腳11（Cdm）上的外接調(diào)光電容用于測(cè)定調(diào)光操作。

2.4 輸出驅(qū)動(dòng)

KA7543的腳1（OUT1）和腳14(OUT2)的輸出用來驅(qū)動(dòng)變壓器，再利用變壓器驅(qū)動(dòng)鎮(zhèn)流器電路中的半橋高/低開關(guān)（MOSFET）。在開關(guān)頻率時(shí)鐘周期內(nèi)，輸出OUT1和OUT2因?yàn)橛兴绤^(qū)時(shí)間的限制，因此，OUT1和OUT2不會(huì)同時(shí)輸出高電平。在欠壓鎖定（UVLO）條件下，OUT1和OUT2均輸出低電平，IC外部半橋中的高/低開關(guān)都載止。

2.5 檢測(cè)與保護(hù)

a.檢測(cè)

3V比較基準(zhǔn)電壓在KA7543內(nèi)通過30kΩ的電阻連接于腳8（Vid），用于執(zhí)行兩支燈和一支燈的反饋。并通過調(diào)節(jié)電流（Ir）設(shè)定反饋基準(zhǔn)電壓。單燈檢測(cè)功能是KA7543的特點(diǎn)之一。

b.保護(hù)

為防止系統(tǒng)損壞，KA7543采用直接檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)無燈保護(hù)。

IC的異常保護(hù)類似于過電流保護(hù)，用于檢測(cè)燈的異常連接，檢測(cè)電壓為2V，工作時(shí)，異常保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)鎖存器并停止輸出低電平。當(dāng)保護(hù)復(fù)位電路輸入電壓低于0.7V時(shí)，鎖存器復(fù)位。

3.1 電路組成及原理

在圖2所示的KA7543應(yīng)用電路中，由L1、C1、C2、C3、C4組成電磁干擾（EMI）濾波器。V1為抑制瞬態(tài)過電壓用壓敏電阻，NTC熱敏電阻用作抑制接電瞬間浪涌電流沖擊。功率因數(shù)控制器KA7526及磁性元件T1、D5和開關(guān)Q1等組成了有源PFC升壓型預(yù)變換器，置于橋式整流器D1~D4與平滑濾濾電容C9之間。圖中KA7543與T1、Q2與Q3和L2、C15及L3、C6等組成半橋逆變串聯(lián)諧振式鎮(zhèn)流器電路。

該電路的AC輸入電壓范圍為100~265V，線路功率因數(shù)PF≥0.99，總電流諧波畸變THD10%，可滿足IEC100-3-2和IEC929（1990）以及GB/T15144（1994）等標(biāo)準(zhǔn)的要求。

以KA7526為中心的有源PFC升壓變換器的功能是在橋式整流器輸入端產(chǎn)生一個(gè)與AC輸入電壓同相位的正弦電流，其作用是使負(fù)載呈純電阻性，使輸入功率因數(shù)近似于1，由時(shí)在100~265V的國際供電電網(wǎng)線路下，能在PFC變換器輸出端產(chǎn)生400V的恒定電壓。

KA7543和KA7526的啟動(dòng)是通過R3和C6實(shí)現(xiàn)的。一旦KA7543驅(qū)動(dòng)半橋開半Q2、Q3工作，即可在Q2和Q3的中點(diǎn)輸出高頻方波脈沖電壓。關(guān)斷阻尼電容C14和二極管D6、D7組成的輔助電流源，可使C14的充電電流流入KA7526的腳8和KA7543的腳3（Vcc），同時(shí)也將對(duì)啟動(dòng)電容C6充電。

KA7543腳1和腳14上的輸出經(jīng)T1耦合后用于驅(qū)動(dòng)Q2和Q3開關(guān)。鎮(zhèn)流器首先輸出fpre對(duì)燈絲加熱，爾后頻率下降，使L2、L15、L3和C16發(fā)生LC串聯(lián)諧振，在C15和C16上產(chǎn)生高壓將燈啟動(dòng)，爾后開關(guān)頻率降至穩(wěn)壓工作頻率fnor。由R14、R15、R18、R19和R14、R16、R17與R19組成檢測(cè)電路。R10為電流檢測(cè)電阻，C22為軟啟動(dòng)電容。KA7543的腳9為調(diào)光電壓輸入端，當(dāng)Vdm=0V時(shí)，煤在額定狀態(tài)下工作，產(chǎn)生“滿光”輸出。當(dāng)遙控器發(fā)生控制信號(hào)使KA7543腳9上的輸入控制電壓增加時(shí)，開關(guān)頻率升高，燈電流減?。ㄓ蒐2、L3阻抗增加所致），燈光變暗。

表2 通用元件的選取參數(shù)

表3 非通用元件選取

3.3 元件的選取

鎮(zhèn)流器輸出端可配接32W、36W或40雙管熒光燈。燈功率不同，個(gè)別元件參數(shù)略有差異。表2和表3分別列出了通用元件和非通用元件的電氣參數(shù)。