ML4831 高功率因数、高效率电子镇流器控制器
ml4831 高功率因数、高效率电子镇流器控制器
ml4831是美国micro linear半导体公司生产的高集成度电子镇流器控制器。本文介绍这种电路的基本工作原理、特点及典型应用。
关键词：功率因数控制（pfc）；镇流器；过压保护（ovp）
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。
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
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。
小型气象监测站的应用/特点/组成/功能
差分对振荡器
ChatGPT在后端设计中有什么应用？
飞思卡尔与航空电子设备制造商携手合作
普渡科技创立“PUDU-X”创新基金 为机器人行业注入新活力
ML4831 高功率因数、高效率电子镇流器控制器
IBM展示了用于数字和模拟人工智能芯片的新人工智能方法
虹科技术|一文详解IO-Link Wireless技术如何影响工业无线自动化
测量时钟频率的相位噪声和相位抖动时出现的问题分析
有源音箱需要功放吗_有源音箱与电脑连接
Freescale单片机的特性和应用
我国怎样站在人工智能的制高点
物联网如何“伸手”管理城市
大国科技竞争将在三个纵深维度展开
基于远程医疗的不同情况下选择合适的无线标准的技巧
沈阳法库国际飞行大会落幕，无人机意向销售700架
ROS模型建立常见错误
华为目前有史以来颜质最高的手机：华为荣耀magic，可惜没看到多少人使用！
Socionext技术创新，推进8K普及进程
行业快讯：澳大利亚禁止华为5G、联通开启5G规模试验、紫光将量产64层128G存储器
ml4831是美国micro linear半导体公司生产的高集成度电子镇流器控制器。本文介绍这种电路的基本工作原理、特点及典型应用。
关键词：功率因数控制（pfc）；镇流器；过压保护（ovp）
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。
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
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。
小型气象监测站的应用/特点/组成/功能
差分对振荡器
ChatGPT在后端设计中有什么应用？
飞思卡尔与航空电子设备制造商携手合作
普渡科技创立“PUDU-X”创新基金 为机器人行业注入新活力
ML4831 高功率因数、高效率电子镇流器控制器
IBM展示了用于数字和模拟人工智能芯片的新人工智能方法
虹科技术|一文详解IO-Link Wireless技术如何影响工业无线自动化
测量时钟频率的相位噪声和相位抖动时出现的问题分析
有源音箱需要功放吗_有源音箱与电脑连接
Freescale单片机的特性和应用
我国怎样站在人工智能的制高点
物联网如何“伸手”管理城市
大国科技竞争将在三个纵深维度展开
基于远程医疗的不同情况下选择合适的无线标准的技巧
沈阳法库国际飞行大会落幕，无人机意向销售700架
ROS模型建立常见错误
华为目前有史以来颜质最高的手机：华为荣耀magic，可惜没看到多少人使用！
Socionext技术创新，推进8K普及进程
行业快讯：澳大利亚禁止华为5G、联通开启5G规模试验、紫光将量产64层128G存储器