基于控制器FAN7387的熒光燈與HID燈鎮(zhèn)流器

1 FAN7387 的結(jié)構(gòu)、特點及其功能

1. 1 FAN7387的基本結(jié)構(gòu)和引腳功能

FAN7387采用工作溫度為- 40 到125 并符合歐盟ROHS指令的8引腳SOP和D IP封裝，引腳排列如圖1所示。

圖1 FAN7387頂視圖

FAN7387芯片集成了電源電路、鎮(zhèn)流器控制電路和高端與低端（外部MOSFET ） 柵極驅(qū)動器，如圖2所示。

FAN7387各個引腳說明見表1。

圖2 FAN7387芯片電路組成框圖

表1 FAN7387引腳說明

1. 2 主要特點和功能。

FAN7387的主要特點和功能如下所述。

1. 2. 1 IC電源與欠電壓鎖定（UVLO）

FAN7387的低端和高端單元含有欠電壓鎖定（UVLO）電路。當VDD電壓達到11 V 的門限電平時，IC 啟動并正常工作。一旦VDD降至9 V 以下，IC 進入關(guān)閉狀態(tài)，僅消耗130μA 的電流。

FAN7387內(nèi)置15 V 的并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，將VDD電壓鉗位在15 V的電平上。

FAN7387的高端驅(qū)動器電源（施加在引腳VB 與VS之間） 電壓VBS啟動電平是9. 2 V。一旦電壓降至8. 6 V 以下，IC 進入UVLO 模式，高端驅(qū)動器輸出低電平，關(guān)斷IC 外部高端MOSFET。當VBS達到9. 2 V后，高端驅(qū)動器回復(fù)操作，輸出高端電平信號，驅(qū)動外部高端MOSFET 導(dǎo)通。

1. 2. 2 開關(guān)頻率由外部阻容元件（RT /CT ）設(shè)定

運行頻率由FAN7387 外部電阻RT 和電容CT 設(shè)定。振蕩器頻率定時電阻RT和電容CT的連接方法如圖3所示。電容CT的充電時間從1 /4 VDD到VDD, 決定柵極驅(qū)動器輸出LO 和HO 的頻率。

圖3 振蕩器頻率設(shè)定原件連接

圖4 FAN7387引腳RCT、LO和HO波形

圖4示出的是FAN 7387引腳RCT、LO、HO 上的波形。RCT的放電時間t可表示為：

根據(jù)（1）式可得：

IC 的運行頻率f running由（3）式給出：

式中t是RCT電壓放電時間； T fix是IC 的一個恒定值，約為450 ns。

如果選擇RT = 50 KΩ　和CT = 33 pF, 根據(jù)（3）式和（4）式可得： f running = 21. 5 kH z。如果選取RT = 50kΩ　和CT = 220 pF, f running則為32 kHz。

1. 2. 3 可編程死區(qū)時間控制與關(guān)閉

FAN 7387的引腳利用一個電阻RDT可以控制兩個驅(qū)動信號（HO /LO ）之間的死區(qū)時間。RDT連接在IC 引腳VDD 與DT /SD之間，如圖5 所示。如果RDT = 100 kΩ , 死區(qū)時間tDT = 0. 6 μs。如果電壓VDT /SD = VDD, 死區(qū)時間最短，其值tDT = 0. 4μs。

圖5 死區(qū)時間控制與關(guān)閉電路

利用IC 引腳外部開關(guān)（雙極晶體管或MOSFET） , 可對異常狀態(tài)提供保護。在圖5中，給晶體管基極加一個高電平信號，晶體管導(dǎo)通。只要引腳上的電壓低于1 V, FAN7387則進入關(guān)閉模式。在關(guān)閉模式，F(xiàn)AN7387不會產(chǎn)生輸出信號。

1. 2. 4 利用外部PWM 信號操作

FAN 7387除了利用外部RT 和CT產(chǎn)生自振蕩外，還可以利用外部的PWM 信號強制振蕩。PWM 信號施加電路如圖6所示。該電路由R 1、R 2和一個NPN型晶體管組成。在IC引腳RCT上的輸入信號范圍必須在0. 6VDD與0. 75VDD之間。外部PWM 信號能使IC在引腳HO 和LO 產(chǎn)生輸出信號，并與外部輸入信號同步化（或同相位）。

圖6 PWM 信號施加電路

2 基于FAN7387的鎮(zhèn)流器電路

2. 1 熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路

基于FAN7387的熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路如圖7所示。這種鎮(zhèn)流器電路的工作原理如下所述。

接通交流市電（220 V /50H z）電源，由D1~ D4和電容C1組成的橋式整流濾波電路產(chǎn)生約300 V 的DC總線電壓VBU S。DC 高壓經(jīng)啟動電阻R 1 對電容C 2充電，當C 2上的電壓增加到11 V 的門限電平時，IC 引腳VDD 導(dǎo)通，振蕩器開始振蕩。晶體管Q2 及C 3、R 2、R 3、RT3組成預(yù)熱電路。在初始振蕩階段，Q2導(dǎo)通，開關(guān)頻率較高，對燈絲加熱。預(yù)熱結(jié)束，Q2 關(guān)斷，頻率降低。當頻率達到鎮(zhèn)流器輸出電路L 和C 7諧振頻率時，在C 7 上產(chǎn)生一個高壓將燈管點亮。燈點亮后，在RT1、RT2和CT設(shè)定的頻率上工作。

半橋上、下兩個MOSFET （M1、M2）開始開關(guān)后，IC 引腳VDD 由C 5、D6、D7等組成的電荷泵輔助電源供電，這樣就可以使用低功率的啟動電阻R 1。

圖7 基于FAN7387的熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路

半橋開關(guān)M1關(guān)斷到M2導(dǎo)通之間的死區(qū)時間，由連接在IC引腳VDD與引腳之間的電阻RDT設(shè)定。引腳上的接地電容C 6, 可以使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

D5和C 4組成自舉電路。當下部MOSFET（M 2）導(dǎo)通時，VDD經(jīng)D5 對C 4充電。一旦引腳VB 上的電壓達到9. 2 V 的門限，M1則導(dǎo)通，M 2關(guān)斷。當M1導(dǎo)通時，C 4放電。只要引腳VB 上的電壓因C 4放電降至8. 6 V 以下，M1則關(guān)斷，M 2又會導(dǎo)通。如此周而復(fù)始，M1和M2交替導(dǎo)通，半橋輸出占空比約為50%的方波電壓。

與燈管并聯(lián)的R 6、R 7和C 8、ZD1及Q1, 組成過電壓保護（Over Voltage ProtectiON, OVP ）電路。一旦出現(xiàn)過電壓，在R 7 上的檢測電壓會使穩(wěn)壓二極管ZD1擊穿，導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，使IC關(guān)閉。當過電壓消除后，鎮(zhèn)流器將恢復(fù)正常工作。

2. 2 H ID燈全橋轉(zhuǎn)換器

由兩塊FAN7387組成的HID 燈全橋轉(zhuǎn)換器電路如圖8所示。

圖8 由兩片F(xiàn)AN7387組成的HID燈全橋轉(zhuǎn)換器電路

全橋的轉(zhuǎn)換頻率由左邊IC 引腳RTC 外部RT和CT設(shè)定。為防止HID燈在高頻上產(chǎn)生聲共振，引起燈弧抖動或者熄弧，對燈造成危害，一般是讓HID 燈在100~ 400H z的低頻下工作，若頻率低于100H z, 易產(chǎn)生燈閃爍。

左面IC引腳LO上的驅(qū)動輸出經(jīng)R 2連接到右邊IC 的引腳RCT。采用這種方法，在M1和M4導(dǎo)通時，M3和M2關(guān)斷； 當M1和M4關(guān)斷時，M2和M3導(dǎo)通。

于是在H ID 燈中通過交變電流。

DC 總線電壓VDC一般為400 V, 來自前級有源功率因數(shù)校正（PFC）升壓變換器輸出。晶體管Q 1和Q2用于關(guān)閉IC。IC 一旦關(guān)閉，則不會產(chǎn)生任何輸出。

3 小結(jié)

美國飛兆（Fairchild）半導(dǎo)體生產(chǎn)的FAN7387 自振蕩高壓MOSFET柵極驅(qū)動器，振蕩器頻率可由阻容（RT /CT ） 元件設(shè)定，也可用外部的PWM 信號強制振蕩。兩個輸出驅(qū)動信號之間的死區(qū)時間可由外部單個電阻設(shè)置，可獲得最佳死區(qū)時間，減少外部MOSFET的功率損耗。FAN 7387還提供關(guān)閉功能，用于過電壓保護。FAN7387不僅可作為熒光燈或H ID 燈鎮(zhèn)流器控制器，而且還可以用作開關(guān)電源（SMPS）控制器（本文不再提供應(yīng)用電路）。