FAN7544高性能双管荧光灯电子镇流器
共用一个灯罩并列在一起的双管直管形荧光灯,被广泛应用于办公室、教室和车间等场所的照明。这种双管荧光灯在采用笨重的电感式镇流器时,每支灯管各需要一只。若使用半桥输出带两路LC串联谐振网络的电子镇流器,两支灯管可共用一只。当两支灯管并列在一起使用时,每支灯管的功率大多为30~40W。对这种功率的双管荧光灯电子镇流器,要求具有预热启动、低电流谐波失真和异常状态保护等性能和安全性。
基本方案
双管直管形荧光灯电子镇流器对性能和可靠性比较苛求,因此不宜采用简单电路和分立元件制作。这种类型的电子镇流器电路通常由电磁干扰(EMI)滤波器、桥式整流器、基于控制器IC的功率因数校正(PFC)预变换器和基于控制器IC的镇流器电路等单元组成,其框图如图1所示。PFC预调节器几乎全部为升压变换器,镇流器电路大多采用半桥逆变拓扑结构,输出通常采用LC串联谐振网络。RFC控制IC和半桥镇流器控制IC已有许多型号可供选择,其中飞兆半导体公司最近推出的FAN7544半桥镇流器控制器,尤其适合用作驱动双管直管形荧光灯。
32W双管荧光灯高性能电子镇流器
基于PFC控制器FAN7527B和半桥镇流器控制器FAN7544的32W双管荧光灯电子镇流器电路如图2所示。
1.EMI滤波器
在桥式整流器输入端(参见图2(a)),CX1、CX2和CY1、CY2及LF1组成EMI滤波器电路。其作用是抑制来自电网的电磁干扰,同时对电子镇流器自身产生的电磁干扰起衰减作用,以保证不对电网造成污染。并接于AC线路输入端的RV1,是过电压保护元件。串联于AC线路上的NTC热敏电阻RT1(10D09型),对接通AC电源时产生的浪涌电流起限制作用。
2.有源PFC升压变换器
有源PFC升压变换器电路被置于桥式整流器(BR1)和大容量高压电容C2之间,采用FAN7527B作为控制器。设置PFC预变换器的目的是使镇流器符合IEC929与GB/T15144等产品标准规定的AC输入电流谐波含量限制要求。
传统全波整流和大电容滤波电路,只是在AC输入瞬时电压幅度高于滤波电容上的电压时,整流二极管才会因正向偏置而导通。因此,只有在AC电压峰值附近,整流二极管中才会有电流通过,致使AC输入电流发生失真,不再是正弦波形,而呈高幅度的尖峰脉冲,线路功率因数仅约0.6。
在以FAN7527B为核心的PFC电路中,L1为升压电感器,VT1是PFC开关,D1是升压二极管,R12和C3是IC1(FAN7527B)的启动元件。一旦IC1驱动VT1开始工作,L1的副绕组、R13、D3及C3、C4组成的辅助电源为IC1供电。R1、R2和R3组成的分压器,用作输入电压取样。R8、R9与R10、VR1组成的分压器,用作输出电压采样。R7是电流感测元件,L1的副线圈作为IC1内零电流检测器的传感器使用。小电容C1用作高频旁路,C2是PFC输出电容。
当IC1驱动VT1导通时,D1截止,通过桥式整流二极管和L1的电流全部流过VT1;当VT1截止时,L1中的储能使D1正偏而导通。在AC线路电压的每个半周期内,整流二极管中的电流连续流动,使AC电流时刻追踪AC电压的瞬时变化轨迹,从而产生与AC电压同相位的正弦电流,致使线路功率因数几乎等于1。这种有源PFC升压变换器,适用于85~265V的通用AC供电线路,在输出端提供400V的DC稳定电压,输出功率不低于64W(2×32W)。
VT1选用500V、5A的MOSFET,如FQP5N500C、FQPF5N50C等。L1采用EI2820磁芯,用φ0.35mm的绝缘铜导线绕80匝,电感值是0.9mH;L1副绕组为6匝,线径为φ0.1mm。
3.用FAN7544作控制器的半桥镇流器电路
图2(b)示出的32W双管荧光灯半桥镇流器电路,400V的DC干线电压由PFC变换器输出提供。为减小IC2(FAN7544)启动电阻R14的功率消耗,将其连接到桥式整流输出,而不是PFC输出。
FAN7544采用8引脚DIP和SOP封装,工作电流约为6.5mA,峰值驱动输出电流达±600mA,内置门限温度是150℃的热关闭电路。该半桥镇流器控制IC是有预热、点火和运行三种工作模式,而且预热频率、预热时间和运行频率均可通过外部阻容元件来编程。
在接通AC线路后,通过R14的电流(仅约140μA)对IC2脚8上的电容C8充电。当C8上的电压达到典型值是11.6V的门限电平时,IC2脚Vcc导通,在脚6和脚7上产生的脉冲驱动功率开关VT2和VT3交替导通。一旦半桥开始工作,IC2则由C11、D5、R19、D6及C8、C9组成的辅助电源供电。
在IC2脚8上的Vcc电压超过启动门限Vth(st)后,则进入预热模式。IC2内部1.6μA的电流源对4脚上的电容CPH充电,CPH上的电压从0V开始线性升高,如图3所示。在Vcph达到2.9V时,预热结束。预热时间由CPH决定,计算公式是tpre=CPH×2.9V/1.6μA。由于CPH=0.47μF,故预热时间为0.85秒。预热频率fpre由IC2脚1上的电阻RPH和脚2上的电容CT共同决定。在CT=470pF和RPH=51kΩ条件下,预热频率为78kHz。在CT一定时,fpre随RpH增加而减小。在预热期间,镇流器输出高频电流对灯丝加热到热电子发射温度,以延长灯寿命,同时能降低灯点火电压。
在预热结束后,进入点火模式。在该模式下,Vcph从2.9V增加到5V,开关频率线性降低。当扫描频率与L2和C14及L3和C15(由于C12>>C14,C13>>C15,故C12和C13的影响可以忽略)组成的LC串联电路的固有频率时,则发生谐振,在C14和C15上分别产生高压脉冲施加到各自相连的灯管两端,使灯管击穿而点亮。灯点火时间主要由CPH决定,计算公式是:tign=CPH×(5V-2.9V)/10μA。由于选择CPH=0.47μF,故点火时间约为99ms。点火频率则由CT、RPH和RT共同设置。灯一旦成功点火,L2和L3仅起稳流作用。
当CPH上的电压超过5V后,IC2进入运行模式。运行频率frun由RT和CT决定。在RT=82kΩ和CT=470pF下,frun≈52kHz。在CT一定时,运行频率随RT增加而降低。
为提高镇流器的可靠性,还设置了灯开路检测电路及灯点火失效检测电路。在故障条件下,灯管上会产生一个高电压将ZD3或ZD4击穿,致使VT4或VT5导通,将IC2脚1上的电压拉低到2V的保护门限电平以下,IC2脚6和脚7上的栅极驱动输出截止,开关VT2和VT3停止工作。
变压器T1采用EE1614磁芯和0.15mm的绝缘铜线绕制,初、次级均为50匝。扼流圈L2和L3均采用EE2820磁芯,线圈共120匝(线径为0.35mm)。VT2和VT3与VT1一样,选用500V、5A的功率MOSFET。
只要改变部分元件参数,则可以配接不同功率的灯管。信息来源:照明工程师社区