先进的灯电流反馈调光镇流器控制器KA7543及其应用电路

2006-05-07 15:49:46来源: 国外电子元器件

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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