高功率因数、高效率电子镇流器控制器ML4831

2017-03-23 11:34

1. 概述

  ML4831是一种亮度可调的高功率因数、高效率电子镇流器控制器。它主要由功率因数控制器、振荡器、预热关断时序、控制选通逻辑、输出驱动器及过压、过热保护等部分组成(参见图1)。重新启动和灯管再输出由外部时序控制,并且考虑到对不同灯管特性的综合控制,镇流器控制装置可通过频率调制(FM)来调整灯管的功率,通过补偿编程调整灯管的功率,通过补偿编程来调整压控振荡器(VCO)的工作频率。这些功能集成在一块芯片上,它可以在不同的场合下使用。

高功率因数、高效率电子镇流器控制器ML4831
  芯片的主要特点如下:

  ●功率因数校正和功率调节功能由一块集成电路完成。

  ●低失真,高效率,连续升压,平均电流检测功率因数。

  ●快速启动或瞬时启动,启动时间可调。

  ●灯管电流反馈控制亮度。

  ●变频调光和启动。

  ●灯管熄灭情况下,可调再启动,以避免镇流器发热。

  ●内部超温关断保护代替了外部传感保护,保证了设备的安全。

  ●PFC中过压比较器可以消除因负载开路引起的失控。

  ●采用大幅度振荡器和标准电流乘法器,提高了抗噪力。

2. 引脚功能
高功率因数、高效率电子镇流器控制器ML4831

  ML4831采用双列直插18引脚封装,引脚排列如图2所示。各引脚功能说明如下:

  ●EA OUT:PC误差放大器输出和校正端。

  ●IA OUT:PFC平均电流互导放大器的输出和调整节点。

  ●I(SINE):PFC电流乘法器输入。

  ●IA :PFC平均电流互导放大器同相输入和PFC逐周限流比较器峰值电流检测点。

  ●LAMP F.B:灯管起弧电流取样(或调节)误差放大器的反相输入端,也是亮度控制输入节点。

●LFB OUT:灯管电流误差跨导放大器输出。

●R(SET):外接电阻,它设定振荡器的最高频率Fmax和R(X)/C(x)充电电流。

●INTERRUPT:用于灯管的熄灭检测和再起动。当该脚的时间间隔后再起动。

●R(X)/C(X):预热定时,亮度锁定和中断。

●GND:地

●P GND:芯片功率接地端。

●OUT B:镇流器的MOSFET驱动输出端B。

●OUT A:镇流器的MOSFET驱动输出端A。

●PFC OUT:PFC MOSFET驱动输出端。

●VCC:芯片正电源。

●VREF:7.5V参考电压缓冲输出端。

●EA_/OVP:PFC误差放大器反相输入和OVP比较器输入端。

3. 主要参数

●电源ICC:75mA

●输出电流。流入或流出13、14、15脚的直流电流:250mA

●3脚的乘法器输入I(SINE):10mA

●引脚5、9、18输入电压:0.3VCC~-2V;

●引脚4输入电压:-3~ 2V;

●引脚1、6最大过载电压:-0.3~ 7.7V;

●引脚1、2、3最大过载电流:±20mA;

●引脚2最大过载电压:-0.3~ 6V;

●工作温度范围:-65~ 150℃

4. ML4831主要单元功能介绍

图1为ML4831的内部原理框图,其中几个主要单元的功能如下:

4.1 功率因数部分

ML4831中的功率因数修正电路采用平均电流检测升压型功率因数控制电路。该电路的工作原理可参考有关资料。

4.2 乘法器

ML4831的乘法器是一个线性电流输入的乘法器,是功率因数控制器的一个部分。它对大功率转换引起的干扰有很强的抑制能力。输入正弦波电压经整流后的直流电压,通过降压电阻转换成电流,这样,很小的接地噪声在PWM(脉宽调制)比较器的基准上产生微小。乘法器的输出电压加在电流放大器正相输入端,形成电流误差放大器的基准。其傎按下式计算。

VMUL≈[I(SINE)×(VEA-1.1V)]/4.17mA

其中,I(SINE)为降压电阻上的电流;VEA为误差放大器的输出电压。乘法器的最高输出电压为1V。

4.3 平均电流和输出电压的稳定

PFC控制部分的脉宽调制器(PWM)可抑制乘法器输出引起的正电压干扰和接在4脚的电流取样电阻上的负电压干扰和接在4脚的电流取样电阻上的负电压干扰。逐周限流用于高速电流瞬变时,保护MOSFET。当管脚4的电压低于-1V时,脉宽调制器的周期终止。

4.4 过压保护(OVP)

过压保护(OVP)用于负载突变(灯管损坏开路)时避免电源电路承受过高的电压。直流高压经分压后过压保护值。当18脚的电压高于2.75V时,PFC晶体管关断,而镇流器将继续工作。过压保护值必须设置在既能使电源部分安全运行,又不能过低而影响升校正回路。

4.5 振荡器

振荡器控制原理如图3所示。振荡器的振荡频率范围由LFB(灯管反馈)放大器输出(6脚)控制。当灯管电流减小时,6脚电压升高,控制信号增大,电容C(T)充电电流减小,从而使振荡频率降低。由于镇流器输出网络衰减较高的频率,因此灯管功率提高。

4.6 欠压封锁和超温关断

集成电路(IC)内部包含一个并联调节,它能将电压VCC限制在13.5V(VCCZ)。IC需要很小的电源电流,这个电流主要由镇流变压器的辅助组供给。当VCC低于VCCZ-0.7V时,IC的静态工作电流低于1.7mA,此时输出关断。这里,IC可由交流市电整流后通过降压电阻直接供电。图4为欠压封锁及电源电流波形图。

为了降低成本,ML4831内含有一个温度传感器,当IC的结温高于12℃时,镇流器将停止工作。为使内部传感器安全代替外部传感器,必须将IC设置在镇流器中的适当位置,以确保准确地检测镇流器的温度。ML4831芯片的温度(Tj)可由下面的经验公式计算:

(Tj)=TA PD×65℃/W

其中,TA为环境温度;PD为芯片的耗散功率。

4.7 起动、重新启动、预热和关断

采用ML4831后,日光灯启动不影响灯管寿命,并且在日光灯熄灭时镇流器产生的热量很小。

日光灯预热和中断定时器电路如图5。C(X)以电流IR(set)/4译电,然后通过R(X)放电。C(X)两端的初始电压为0.7V(VBE),由0.7V上升到3.4V所需的时间为灯丝预热时间。在这段时间内,振荡器的充电电流(ICHG)为2.5V/R(set)。这将为灯丝预热产生一个高电流,但又不会产生使灯管起动的高压。

阴极灯丝预热以后,逆变器的频率降低到Fmin,并产生一个高电压来启动灯管。灯管启动后,两商电压不再降低。加到9脚的灯管反馈电压上升到高于参考电压Vref时,C(X)的充电电流中断并且逆变器封锁。此时,C(X)通过R(X)放电,一直到C(X)两端电压下降到门限值1.2V时,逆变器又开始工作。用这种方式关断逆变器,可以防止逆变器产生过大的热量。

选择较大阻值的R(X)可以使预热时间足够长。在C(X)两端电压达到6.8V门限值以前,LFB OUT对于振荡器不起作用,所以,全部功率加到灯管上。然后调节亮度,C(X)两端电压被箝位在7.5V。

各种状态下逆变器工作频率如右表所列。

5. 典型应用

图6是一个采用ML4831实现的高功率因数,高效率日光灯镇流器原理电路。输入交流电压(120V)经整流后获得直流高压。通过开关管Q2、Q3和开关变压器T2B、C1、C2获得三组输出,可启动控制三路日光(荧光)灯,且亮度可调。由R16~R19,D10,D11、C16、C17构成整流取样电路,将灯管的反馈信号及亮度控制电压送到芯片的5脚,通过控制13、14脚输出脉冲频率,以实现亮度调节及自动稳定控制。Q2、Q3交替导通,Q3起续流作用,从而提高电源效率。

由R1及D10、D11组成主回路电流取样电路,取样电流信号加到芯片4脚作为PFC输入信号。R12、R13及D19~D22组成过压保护取样电路,取样信号加到芯片18脚。通过15脚输出驱动Q1,以实现功率因数校正和过压保护。功率因数校正电路主要由Q1、L3、C7、D7组成。

附图6元件参数:

C1、13、33:0.22μF、50V、10%;

C2、3:3.3nF、125VAC、10%;

C4:0.33μF、250VAC;

C28:2.2nF、50V、10%;

C6:47μF、25V、10%;

C9:10nF、25V、10%;

C7:120μF、250V、20%;

C10、5:1.5nF、50V、2.5%;

C11、16:0.0047μF、50V、10%;

C12、20:220pF、2kV、10%;

C14:0.068μF、160V、5%;

C15:4.7μF、50V、20%;

C17:2.2nF、50V、2%;

C18:0.22μF、63V、10%;

C19:0.068μF、250V、5%;

C21:6.8nF、630V、5%;

C22:22nF、630V、5%;

C23:330pF、50V、10%;

C26:0.1μF、250V、5%;

C29:1μF、25V、10%;

C30:0.1μF、25V、10%;

C32:4.7nF、25V、10%;

R1:0.5Ω、5%、1W;

R2:36kΩ、1/2W、5%;

R3:33Ω、1/4W、5%;

R4:360kΩ、1/4W、5%;

R5:17.8kΩ、1/4W、1%;

R6:35.7kΩ、1/4;

R7:110kΩ、1/4W、1%;

R8:51.1kΩ、1/4W、1%;

R9:1.96kΩ 、1/4W、1%;

R10:681kΩ、1/4W、5%;

R12:5.49kΩ、1/4W、1%;

R16:100kΩ、1/4W、1%;

R17:412kΩ、1/4W、1%;

R28:100kΩ、1/4W、5%;

R19:9.09kΩ、1/4W、1%;

R21、22:22Ω、1/4W、1%;

R23:475kΩ、1/4W、1%;

R27:100Ω、1/4W;

R29:100kΩ;

R30:12kΩ、1/4W、5%;

R31:4.3kΩ、1/4W、1%;

D1-4:1A、600V;

D19-22:1A、600V、快速二极管;

D6:20V、5%、1W;

D7:3A、400V、快速二极管;

D10-13:0.1A、75V;

D15、18:0.1A、75V;

D16、17:1A、50V;

Q1-3:5.5A、400V;

T1:电感20mH,抽头1、4间150匝;抽头2、3间75匝。

T2A:电感3.87mH,抽头1、3间200匝,抽头5、6间200匝。

T2B:电感1.66mH,抽头1、2间200匝,抽头5、6间3匝,抽头7、8间3匝。

L3:电感1mH,抽头1、4间195匝。

T4:电感1.38mH,抽头1、3间190匝,抽头4、6间70匝。

L1、L2电感600μH,直流电阻0.45Ω。

F1:2A。

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