摘要：FAN7710V是一种将镇流器控制电路和半桥高、低端功率MOSFET集成在同一芯片上的新型IC。基于FAN7710V的节能灯镇流器，仅有20个元件，具有灯丝预热时间、预热频率、正常运行频率可编程和有源零电压开关（ZVS）控制及过热和灯开路保护等特点。文中简要介绍了FAN7710V的主要特点，详细介绍了基于FAN7710V的节能灯镇流器原理与设计。

关键词：FAN7710V；节能灯；镇流器；预热；ZVS；无灯/过热保护

　　引言

　　目前电子节能灯已在世界范围内得到广泛应用。在我国，早就把推广应用电子节能灯作为一项节能减排的重大举措。在最近几年中，我国政府为了进一步推广应用电子节能灯，像家电下乡一样，采取了财政补贴政策，使消费者从中受益。

　　所谓电子节能灯，主要是指采用电子镇流器的紧凑型荧光灯（CFL）。镇流器和节能灯是一体化的，安装和更换像白炽灯灯泡一样方便。电子节能灯对镇流器的基本要求是：电路尽可能简单，元件数量少，成本低，性能稳定，安全可靠，使用寿命长。最近飞兆（Fairchild）半导体推出的FAN7710V新型镇流器控制IC，就是为满足上述这些要求而专门设计的。

　　1 关于FAN7710V的一般介绍

　　FAN7710V芯片集成了频率可编程振荡器、灯丝预热控制电路、死区时间（即高/低端驱动信号之间的非交迭时间，旨在防止半桥高/低端MOSFET同时导通）控制电路、自适应零电压开关（ZVS）控制器、高/低端MOSFET栅极驱动器和高/低端功率MOSFET等。其中，每个功率MOSFET的耐压达440V以上，导通态电阻RON典型值是4.6Ω（@V_GS=10V，I_D=190mA）。MOSFET漏-源极之间续流二极管正向压降≤1.4V（@380mA），正向电流为380mA（正向脉冲电流达3.04A）。

　　FAN7710V采用温度范围为-40℃~125℃的8引脚DIP封装，符合欧盟RoHS指令。FAN7710V引脚排列如图1所示。

　　FAN7710V的启动电流仅约150μA，工作电流约2.6mA，在220V的AC电压下能输出20W的功率。这种控制IC的VDD启动门限为13.4V，欠压关闭门限是11.6V，内部齐纳二极管的箝位电压是15V。FAN7710V的预热时间、预热频率和正常操作运行频率均可由外部阻容元件设定，并提供有源ZVS控制和过温度及灯开路保护。

2 基于FAN7710V的节能灯电子镇流器

　　由FAN7710V控制IC组成的CFL节能灯电子镇流器电路如图2所示。

　　2.1 电路组成

　　图2中，L_F是EMI滤波电感器，RF是可熔电阻（起保险丝作用），D₁~D₄和C₁组成桥式全波整流滤波电路，Rstart为启动电阻，C_VDD为启动和退耦电容，R_T为预热和运行频率设定电阻，C_PH为预热时间设置电容，DB和CB分别为自举操作二极管和电容，D_P1、D_P2和C_CP组成的电荷泵辅助电源电路，L、C_P和C_S组成LCC谐振输出级。

　　2.2 电路启动

　　接通AC电源，220V的AC电压经D₁~D₄全波整流和电容C₁滤波，产生约310V的DC电压加至IC（FAN7710V）的引脚V_DC。同时，V_DC电压经启动电阻Rstart对电容C_VDD充电，如图3所示。当IC引脚VDD上的电压V_DD因C_VDD充电达到导通门限电平V_DDTH(ST+)后（约13.4V），IC启动，如图4所示。IC引脚VDD导通后，C_VDD放电，V_DD电压降低，在VDD降至欠电压，关闭门限V_DDTH(ST-)之前（约11.6V），电荷泵对C_VDD充电，V_DD电压被箝位在V_CL（15V）电平上。

　　2.3 自举操作

　　FAN7710V启动后，振荡器产生振荡，IC内低端功率MOSFET首先导通，VDD通过二极管DB对电容充电，充电电流路径是D_B→C_B→IC内低端MOSFET→地，如图5所示。

　随自举电容C_B充电，C_B上电压升高。一旦C_B上电压（V_B-V_OUT）达到9.2V的门限，IC内高端MOSFET导通，低端MOSFET关断。一旦IC中高端MOSFET导通，C_B放电。只要C_B上电压降至8.6V以下，IC中高端MOSFET关断，低端MOSFET导通。如此周而复始，IC中高端和低端MOSFET轮流导通，半桥在IC引脚OUT上输出占空比为50%的高频方波电压。

　　2.4 电荷泵电路操作

　　一旦半桥产生输出，在输出电压斜升沿上，电荷泵电路充电，充电电流经C_CP、D_P1到C_VDD，如图6中的（1）所示。在输出脉冲电压斜降沿上，电荷泵放电，放电电流如图6中的（2）所示。图7为电荷泵充电和放电操作示图。

　　在图7中，t_DT为死区时间。

　　设置了由D_CP1、D_CP2和C_CP组成的电荷泵电路后，可以使用低功率（0.25W）的启动电阻Rstart，减小其功率损耗，有助于提高系统效率。

2.5 工作模式

　　FAN7710V有4种工作模式，即预热模式、点火（点灯）模式、运行与ZVS模式及关闭模式，如图8所示。

　　2.5.1 预热模式A（t0~t1）

　　FAN7710V上电启动后，振荡器在最高频率上振荡，IC进入预热模式。在预热模式，预热频率f_PH为正常运行（振荡）频率fosc的1.6倍，即

　　f_PH=1.6f_OSC=1.6f_RUN　　（1）

　　一个2μA的电流源I_CH从IC引脚CPH流出对电容C_PH充电，如图9所示。C_PH上的充电电压达到3V时，预热时间tPH结束。预热时间t_PH由C_PH决定，计算公式是：

　　　　（2）

　　对荧光灯灯丝预热的目的有二：一是延长灯管使用寿命；二是降低灯触发（启动）电压。

　　2.5.2 点火（触发）模式B（t1~t2）

　　预热结束后，对CPH的充电电流增加到I_IG(12μA)，振荡器频率向运行频率f_RUN偏移。C_PH上的电压从3V增加到5V的过程，即为点火时间t_IG，计算公式为：

　　　　（3）

　　在频率下偏扫描过程中，当频率接近LCC谐振电路的固有频率时，将发生串联谐振，在电容C_P上产生一个足够高的电压（600~1200V）将灯管点燃。

　　2.5.3 运行模式（>t2）和有源ZVS模式（>t3）

　　当电压V_CPH超过5V时，IC进入运行模式，频率f_RUN被R_T固定在一个不变值上，计算公式为：

　　f_RUN=4×10⁹/R_T（4）

　　V_CPH从5V到6V（t2~t3）这段时间，为有源ZVS作准备。一旦V_CPH达到6V，有源ZVS被触发，GQX死区时间t_DT最短（仅1μs）。IC内部功率MOSFET工作在ZVS，有最小的功率损耗。如果ZVS失效，V_CPH将降低，以增加死区时间，来满足ZVS条件。

　　从预热到有源ZVS模式的瞬态波形如图10所示。图11为LCC谐振槽路的传输特性。从图11可知，LCC传输函数依据灯阻抗（RL）变化，并且预热频率f_PH>点火频率f_IG>运行频率f_RUN。

　　2.5.4 关闭模式

　　FAN7710V的热关闭电路感测IC的结温。只要芯片温度超过约160℃，热关闭电路将会使IC操作停止。

　　如果IC引脚CPH上的电压V_CPH>2-1V，IC也将进入关闭模式。图12为外部关闭电路。

　　FAN7710V在关闭模式，仅消耗约250μA的电流。

2.6 灯开路检测

　　FAN7710V能够自动检测灯开路故障并自动关闭。图13为灯开路和重新启动时的相关电压波形。

　　2.7 元件选择

　　对于图2所示的节能灯电子镇流器电路，如果AC输入电压是220V，灯管功率是20W，灯丝预热时间t_PH=1s，正常运行频率f_RUN=49KHz，主要元件的选择如下：

　　（1）频率设置电阻R_T选择

　　根据（5）式可得：

　　选择R_T=82kΩ，额定功率为1/4W。

　　根据（1）式，预热频率为：

　　。

　　（2）预热电容C_PH选择

　　从（3）式可得：

　　C_PH选择0.68μF/25V的标准电容器。

　　根据（4）式，点灯时间为：

　　（3）其它元件的选择

　　图2电路中其它元件的选择如表2所示。

表2 其它元件的选择

　　3 结束语

　　采用控制器FAN7710V的节能灯镇流器，仅使用20个元器件（含IC在内），其预热时间、预热频率、点灯时间、运行频率可编程，并提供有源ZVS控制、灯开路检测和热关闭保护，是目前优选方案之一。