基于FAN7711的电子镇流器原理与设计

1 引言

目前在20 W以下的节能灯中，电子镇流器已全部取代了电感镇流器。但是在20 W以上尤其是32 W以上的荧光灯中，电子镇流器并没有完全替代电感镇流器。飞兆(Fairchild)半导体公司推出的FAN7711是新型镇流器控制IC中的一种代表性器件。FAN7711为设计简单的高性能荧光灯电子镇流器提供了新的解决方案。

2 FAN7711的结构及其特点

FAN7711的工作温度范围为-25℃～125℃，可提供8引脚DIP封装和SOP封装。FAN7711内部集成了振荡器、预热和死区时间控制电路、自适应零电压开关(ZVS)控制器、上桥与下桥MOSFET栅极驱动器等电路。

FAN7711的引脚VDD为供电电源，RT引脚连接振荡频率设置电阻(RT)，CPH引脚连接预热时间设置电容(CPH)，引脚GND为接地端，引脚HO和LO分别为上桥和下桥驱动器输出端，VB和VS分别是上桥浮动电源输入端和返回端。

FAN7711的主要特性如下：

为自举操作浮动通道电压达600 V;

低启动电流(仅120μA)和工作电流(仅3.2 mA);

VDD欠电压锁定(UVLO)门限电平为11.6 V，相对于13.4 V的导通门限具有1.8 V的滞后;

正常工作频率和预热时间均由外部电阻和电容设置;

内置有源自适应ZVS控制电路;

灯开路检测无需外部电路;

VDD内部并联一只15.2 V的齐纳箝位二极管;

当引脚CPH上的电压被拉低至2.6 V以下或IC结温超过160℃时，FAN7711进入关闭模式。

3 工作原理与设计

基于FAN7711的荧光灯镇流器谐振逆变器电路如图2所示。在图2中，VDC为经桥式整流滤波的DC电压(约300 V)或有源PFC升压变换器输出电压(约400 V)，RST为启动电阻，DB和CB分别为半桥高端驱动器自举二极管和自举电容，CSNUB和DCP1、DCP2组成电荷泵(辅助电源)电路，L、CS、CP及灯等效电阻RL组成LCC谐振槽路。

3.1 电路工作原理

3.1.1 启动电路

系统加电后，VDC通过RST给CVDD充电。当IC引脚VDD上的电压达到13.4 V的门限，FAN7711启动，振荡器开始工作。半桥一旦产生高频输出，由CSNUB、DCP1和DCP2组成的电荷泵为VDD引脚提供工作电流，因而在IC启动后，RST的功耗很小，因此RST采用低成本0.25 W的电阻。

3.1.2 预热模式

FAN7711开始工作，引脚CPH内部2μA电流源对电容CPH充电，CPH上的电压从零开始线性增加。当VCPH达到3 V时，预热结束。预热时间tPH为

tPH=3CPH/IPH=3CPH/2×10-6 (1)

在预热模式，振荡器频率最高，是正常工作频率fRUN的1.6倍，即

fPH=1.6fRUN (2)

在预热期间，HO和LO端输出信号的死区时间(即非交迭时间)tDT最长(3.1μs)。

3.1.3 能发启动(即点火)模式

预热时间结束，FAN7711进入点火模式。在点火模式下，CPH引脚上的电流源变为IIGN(12μA)，CPH上的电压上升速率增加。当VCPH达到5 V时(即t2时刻)，点火模式结束。在点火模式时，频率从fPH线性降低至工作频率fRUN，死区时间从最大值逐步缩短。在频率扫描通过LCC谐振槽路的固有频率时，与灯管并联的启动电容CP产生一个800 V～1 500 V的高压脉冲使灯管内气体电离而点亮。灯一旦被点亮，可等效为电阻RL。点火时间tIGN(即t2-t1)为：

tICN=[(5 V-3 V)CPH]/IIGN=2 V×CPH/12×10-6A (3)

点火频率fIGN是VCPH的函数，可表示为：

fIGN=[0.3(5 V-VCPH)+1]fRUN (4)

很显然，fPH>fIGN>fRUN。

3.1.4 工作模式和有源ZVS模式

当CPH上的电压VCPH超过5 V，仍持续升高，工作频率由RT固定为fRUN。fRUN计算公式为：

fRUN=(4×109)/RT (5)

当VCPH达到6 V时(即在t3时刻)，有源自适应ZVS被激活。为满足ZVS工作条件，FAN7711检测引脚VS上的输出渡越信息。如果满足ZVS，FAN7711将缓慢增加CPH引脚上的电压，缩短死区时间。选择最佳值，以提高逆变器效率、减小热损耗和EMI;如果ZVS失效，FAN7711降低引脚CPH的电压，延长死区时间，实现ZVS工作最优化。

3.1.5 灯开路自动检测

FAN7711无需外部电路，可自动检测灯开路故障。当灯开路时，输出谐振槽路异常，不能满足ZVS条件，可使引脚VS的(半桥输出)电流充电，电荷泵电容CSNUB放电。在电容性负载驱动条件下，FAN7711的功耗PD为：

PD=(V2DCCSNUBfSW)/2 (6)

若VDC=310 V，CSNUB=1 nF，开关频率fSW=50 kHz，FAN7711的功耗达2.4 W，致使结温急剧升高。如果温度超过160℃，热关闭电路将使IC停止工作。在脱离ZVS时，VCPH低于2 V，FAN7711进入关闭模式。

3.2 设计举例

如果电子镇流器AC输入电压VAC=220 V，采用全波整流电容滤波电路，灯丝预热时间tpH=1 s，正常工作频率fRUN=53 kHz，根据这些条件可以确定电路中的主要元件。

3.2.1 启动元件的选择

由于VAC=220 V，VDC为桥式整流滤波输出电压，其值为