Електронний баласт на мікросхемі UBA2021. Схема, опис

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Електрику

Електронні пускорегулюючі апарати. Електронний баласт на мікросхемі UBA2021 Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Пускорегулюючі апарати люмінесцентних ламп

Коментарі до статті

Розглянемо електронний баласт, реалізований на мікросхемі UBA2021. Принципова електрична схема ЕПРА для лампи люмінесцентної потужністю 58 Вт зображена на рис. 3.31.

"Серцем" ЕПРА є мікросхема UBA2021. Ця спеціалізована ІМС призначена для роботи як зі звичайними, так і компактними люмінесцентними лампами. До складу UBA2021 входять високовольтний драйвер зі схемою запуску, генератор та таймер, що забезпечують керування на стадіях пуску, підігріву, запалення та горіння лампи, а також захист від ємнісного режиму.

ІМС витримує напруги до 390 В та короткочасні сплески напруг (t < 0,5 с) до 570-600 В. Низьковольтна напруга живлення внутрішньо фіксується, що усуває необхідність встановлення зовнішнього стабілітрона. Фіксація здійснюється при струмах до 14 мА з короткочасними (t < 0,5 с) сплесками до 35 мА. Структурна схема UBA2021 показано на рис. 3.32.

Мікросхема виконана у пластиковому корпусі з 14 висновками (або DIP-14, або SO-14). Призначення висновків мікросхеми UBA2021 наведено у табл. 3.5.

Таблиця 3.5. Призначення висновків мікросхеми UBA2021

Електронний баласт на мікросхемі UBA2021

Мал. 3.31. Схема електронного баласту на мікросхемі UBA2021 (натисніть , щоб збільшити)

Електронний баласт на мікросхемі UBA2021
Рис. 3.32. Структурна схема мікросхеми UBA2021

ЕПРА працездатний в діапазоні напруг мережі 185-265 при частоті 50-60 Гц. Автоматичне управління підтримує потужність горіння лампи в межах 47,6-50,3 Вт при зміні напруги мережі в межах 200-260 В. В і2021 частотою 3-50 Гц. При цьому забезпечується необхідне зсув рівнів живлення польових транзисторів, що здійснює захист від ємнісного режиму роботи.

Основними перевагами цього виробу є мала кількість зовнішніх компонентів та низька вартість завдяки застосуванню ІМС UBA2021, яка здатна забезпечити максимальну гнучкість розробки за мінімальної кількості периферійних елементів.

Розглянемо роботу схеми докладніше. Напруга мережі змінного струму за допомогою мостового випрямляча на чотирьох діодах (або діодного мосту) і конденсатора, що згладжує, перетворюється в напругу постійного струму (величиною 310 В), що живить напівмостовий інвертор. Перешкодний тиск мережевий фільтр перешкоджає проникненню перешкод у мережу.

Напівмостовий інвертор відноситься до групи високочастотних резонансних перетворювачів напруги, які зручні для керування газорозрядними лампами. Використовуваний принцип перемикання двох потужних МОП-транзисторів при нульовій напрузі дозволяє зменшити втрати на їхнє перемикання та забезпечує високий ККД баласту.

Після подачі напруги люмінесцентна лампа спочатку підігрівається. Це називається м'яким пуском та забезпечує надійну та довговічну роботу лампи. Величина струму підігріву регулюється мікросхемою UBA2021. Цей струм, що проходить через нитки розжарювання лампи, розігріває електроди лампи до температури, що забезпечує достатню емісію електронів. Прогрів дозволяє зменшити напругу запалювання лампи, що знижує ударні електричні навантаження на елементи схеми.

Після включення випрямлена напруга мережі надходить на буферний конденсатор С4 через резистор R1 (рис. 3.31), що обмежує кидок струму. Конденсатор згладжує пульсацію напруги з подвоєною частотою мережі. Отримана високовольтна напруга VHV (310) постійного струму є живильним для напівмостового інвертора, до складу силових компонентів якого входять транзистори VT1, VT2, котушка L1, конденсатори С5, С6, С7 і лампа EL1.

На етапі пуску струм від високовольтного конденсатора С4 проходить через резистор R2, нитка розжарення лампи, резистор R7, висновки 13 і 5 мікросхеми UBA2021, з'єднані між собою в період пуску внутрішнім ключем, і заряджає конденсатори низьковольтного живлення С9, С11 і С13. Як тільки напруга живлення VS на С13 досягне величини 5,5, відбувається перемикання UBA2021, в результаті якого транзистор VT2 відкривається, а транзистор VT1 замикається.

Це дозволяє зарядитися пусковому конденсатору С12 через внутрішній ланцюг мікросхеми. Напруга живлення VS продовжує збільшуватися, і при VS > 12 внутрішній генератор мікросхеми починає генерувати. Розмір струму споживання ІМС внутрішньо фіксується лише на рівні близько 14 мА.

Далі відбувається перехід до етапу підігріву. За відсутності лампи пуск автоматично блокується, тому що в цьому випадку виявляється розірваний ланцюг заряджання пускового конденсатора.

На етапі підігріву МОП-транзистори VT1 і VT2 по черзі переводяться в провідний стан. Це генерує змінну напругу прямокутної форми щодо середньої точки напівмосту з амплітудою VHV. Стартова частота коливань становить 98 кГц. У цих умовах ланцюг, що складається із С8, VD5, VD6, С9 і СЮ, виявляється здатним виконати функцію джерела низьковольтного живлення, яка під час пуску забезпечувалася струмом через висновок 13 ІМС.

Протягом інтервалу часу приблизно дорівнює 1,8 с (час підігріву t_PRE), тривалість якого визначається номіналами С16 та R8, система знаходиться в режимі підігріву. При цьому через нитки розжарення лампи проходить струм контрольованої величини, що дозволяє оптимальним чином розігріти обидва електроди лампи. Нагріті електроди емітують (випускають) у лампу велику кількість електронів, і в такому стані для її запалення потрібні значно менші напруги, що мінімізує ударні електричні навантаження на елементи схеми та лампу в момент запалювання. Підігрів електродів дуже важливий для забезпечення великого терміну служби лампи (близько 20 тис. год).

Після виникнення генерації невеликий змінний струм починає протікати від середньої точки напівмосту через нитки розжарювання лампи, L1 та С7. Частота коливань поступово знижується, що призводить до відповідного зростання величини струму. Швидкість зниження частоти визначається ємністю конденсатора С14 та внутрішнім джерелом струму ІМС. Частота припиняє падати, коли буде досягнуто певне значення напруги змінного струму на резисторах R5 і R6, що є датчиками струму підігріву.

Протягом всього етапу підігріву частота роботи напівмостового інвертора залишається вищою за резонансну частоту ланцюжка L1C7 (55,6 кГц), і через це напруга на С7 ще мало для запалювання лампи.

Порада. Дуже важливо утримати цю напругу досить невеликою: адже передчасне, так зване холодне запалювання призводить до швидкого зносу електродів лампи.

Величина індуктивності баластної котушки L1 визначається необхідним струмом через лампу, ємністю конденсатора підпалу С7 та робочою частотою в режимі горіння. Мінімальна величина ємності С7 визначається індуктивністю L1, величиною напруги на лампі, що не призводить до запалювання, при даному струмі підігріву та мінімальною напругою мережі. В результаті оптимальним для підігріву виявляється значення ємності С7, що дорівнює 8,2 нФ.

Після закінчення етапу підігріву UBA2021 відновлює подальше зниження частоти перемикань напівмосту до нижчої частоти fв (39 кГц). Однак тепер зниження частоти здійснюється набагато повільніше, ніж це відбувалося на стадії підігріву. Частота перемикань зміщується до резонансної частоти послідовного ланцюжка, що складається з індуктивності L1 і сумарної ємності конденсатора С7 і електродів лампи (55,6 кГц), причому опори блокуючих блоків постійний струм конденсаторів С5 і С6 досить малі.

Максимальна величина напруги запалювання у найгіршому випадку (коли і світильник, і схема ЕПРА підключені до захисного заземлення мережі) для лампи TL-D 58W за низьких температур становить приблизно 600 В.

Поєднання баластної котушки індуктивності L1 і конденсатора підпалу С7 підібрано таким чином, щоб напруга на лампі могла перевищити ці необхідні для надійного запалювання 600 В. Величина напруги запалювання визначає максимальне значення ємності С7 при заданій індуктивності L1, обраної виходячи з нижчої. Нижня частота fв визначається величинами R2021, С8. Максимально можлива тривалість етапу запалення t_IGN дорівнює 1,7 с (становить 15/16 від t_PRE); вона встановлюється підбором С16 та R8.

Припустимо, що лампа запалилася під час зниження частоти; тоді частота зменшується до мінімального значення/в. UBA2021 може здійснити перехід до етапу горіння двома шляхами:

при зниженні частоти до f_в;
якщо частота f_в не досягнуто, але перехід відбувається після максимально можливої тривалості етапу запалення t_IGN.

На етапі горіння частота коливань у схемі зазвичай знижується до f_в (39 кГц), яка може використовуватися як номінальна робоча частота. Однак, через застосування в ЕПРА автоматичного управління, частота коливань залежить від величини струму, що протікає через висновок 13 (висновок RHV) ІМС UBA2021. Автоматичне керування починає функціонувати після досягнення f_в. Автоматичне управління значною мірою стабілізує світловий потік, що випромінюється лампою, в широкому діапазоні варіацій напруги мережі.

Під час етапу пуску конденсатори низьковольтного живлення С9, С10 і С13 заряджаються струмом, що протікає від високовольтного конденсатора С4 через R2, нитка розжарення лампи, R7 і внутрішньо з'єднані висновки 13 і 5 UBA2021.

На етапі горіння відбувається перекомутація. Замість виведення 5 до висновку 13 виявляється підключеним висновок 8. Тепер струм, що протікає через резистори R2 і R7, використовується як інформаційний параметр в системі автоматичного управління частотою перемикань силового інвертора, так як сила цього струму пропорційна рівню випрямленої напруги мережі. Пульсації з подвоєною частотою мережі (100-120 Гц) фільтруються конденсатором С16. В результаті світловий потік, що випромінюється лампою, залишається майже постійним при зміні напруги мережі в межах від 200 до 260 В.

На частотах вище 10 кгц лампа може розглядатися як резистивне навантаження. Світловіддача збуджуваних на частотах вище 10 кГц трубчастих ламп значно краще, ніж за їх живленні з частотою 50-60 Гц. Це означає, що лампа TL-D 58W при високочастотному живленні потужністю 50 Вт випромінює такий самий світловий потік, як і TL-D 58W при потужності живлення 58 Вт на частоті 50-60 Гц. Робоча точка стану для підключеної до ЕПРА TL-D 58W характеризується напругою на лампі 110 В і струмом через неї 455 мА, що відповідає потужності живлення 50 Вт. Величина індуктивності баластної котушки L1 визначається робочою точкою лампи, ємністю конденсатора підпалу С7 і робочою частотою, яка дорівнює приблизно 45 кГц при номінальній напрузі мережі 230 В.

Бажана потужність збудження лампи може бути досягнута при різних поєднаннях величин індуктивності L1 та ємності С7. Вибір конкретного поєднання залежить від таких факторів як режим підігріву, мінімально необхідна напруга запалювання та допуски на параметри компонентів схеми. Найчастіше оптимальним є поєднання дросельної котушки L1 індуктивністю 1 мГн і конденсатора підпалу С7 ємністю 8200 пФ.

Для запобігання елементам силового ланцюга від значних перевантажень у мікросхему вбудована функція захисту від ємнісного режиму роботи, яка активна на етапах запалення та горіння. Мікросхема UBA2021 перевіряє величину падіння напруги на R5 та R6 під час включення транзистора VT2 у кожному циклі роботи інвертора.

Якщо ця напруга виявляється меншою за 20 мВ, що означає, що схема працює в ємнісному режимі, UBA2021 починає підвищувати частоту перемикань із значно більшою швидкістю, ніж вона її знижувала на етапах підігріву та запалювання. Через війну частота перемикань перевищить резонансну частоту. При зникненні ознак ємнісного режиму частота перемикань знову зменшується до необхідної.

Захист при видаленні лампи забезпечений способом отримання низьковольтної напруги живлення UBA2021. При видаленні лампи стає нульовою напруга змінного струму на конденсаторі С6, що призводить до зникнення низьковольтного живлення ІМС. Після заміни лампи без відключення ЕПРА робота схеми відновиться з етапу запуску. І, нарешті, пуск ЕПРА неможливий за відсутності лампи – адже в цьому випадку пусковий резистор R7 виявляється відключеним від високовольтної напруги.

В ЕПРА встановлено електролітичний конденсатор С4 типу ASH-ELB 043. Ці конденсатори, спеціально розроблені для застосування в електронних схемах живлення люмінесцентних ламп, характеризуються великим терміном служби (15000 год) при температурах до 85 ° С і витримують значні пульсації струму.

Силовими ключами в інвертор є польові МОП-транзистори типу PHX3N50E (індекс Е свідчить про підвищену надійність приладу). Завдяки використанню принципу перемикання при нульовій напрузі втрати на перемикання МОП-транзисторів мінімізовані. Нагрів кожного з транзисторів викликається лише втратами у провідному стані, і ступінь підвищення температури залежить від опору відкритого каналу "стік-витік" R_DS on та теплового опору корпусу R_tn.

Тривалості етапів підігріву та запалювання досить малі, внаслідок чого вибір типу МОП-транзистора був обумовлений величиною струму, що протікає через баластну котушку індуктивності у режимі горіння лампи. PHX3N50E характеризуються максимальною постійною напругою "стік-витік" 500 В і опором відкритого каналу менше 3 Ом.

Конструкція баластної котушки L1 з індуктивністю 1 мГн, що витримує пікові струми запалення до 2,5 А, дозволяє застосовувати її в схемах без заземлення. Підпалює в ЕПРА є конденсатор С7 з ємністю 8200 пФ типу КР/ММКР376. Цей тип конденсаторів розроблений для застосування в ланцюгах з високими швидкостями наростання напруги та великою частотою повторення. Встановлений конденсатор здатний витримати розмах напруги до 1700 (600 В діючого значення синусоїдальної напруги). Конденсатор можна замінити поліпропіленовим К78-2 на 1600 В. Типи електронних компонентів ЕПРА, що рекомендуються наведено у табл. 3.6. На табл. 3.7 наведено енергетичні характеристики ЕПРА на мікросхемі UBA2021.

Таблиця 3.6. Рекомендовані типи електронних компонентів ЕПР

Електронний баласт на мікросхемі UBA2021

Таблиця 3.7. Енергетичні характеристики ЕПРА

Електронний баласт на мікросхемі UBA2021

Автор: Корякін-Черняк С.Л.

Дивіться інші статті розділу Пускорегулюючі апарати люмінесцентних ламп.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Вплив соціальної поведінки на ризик ігроманії 06.01.2024

Група американських психологів провела дослідження, спрямоване на виявлення впливу комп'ютерних ігор на підлітків та визначення факторів ризику розвитку ігрової залежності. Батькам надані рекомендації щодо запобігання цій проблемі.

Підтверджено значущість соціальних аспектів у профілактиці ігрової залежності у підлітків. Фокус на вихованні позитивної взаємодії з навколишнім світом може стати ключем до зменшення ризику цього негативного явища.

Шестирічний експеримент включав спостереження за 385 добровольцями, які починають свій досвід у світі комп'ютерних ігор, але ще не стикаються з ігровою залежністю. Підлітки регулярно відповідали питання дослідників протягом усього цього періоду.

Результати дослідження показали, що 90% підлітків не схильні до ризику розвитку ігрової залежності. Проте в 10% молодих людей спостерігався цей негативний тренд.

Парадоксально, ці 10% не відрізнялися за рівнем життя чи доступності ігор, але їх поєднувала низька просоціальна поведінка. Іншими словами, ці підлітки не виявляли прагнення приносити користь оточуючим, що розмивало кордон між реальним та віртуальним світами.

Дослідники рекомендують батькам приділяти увагу формуванню позитивної соціальної поведінки. Підліток, який усвідомлює важливість своїх дій для оточуючих, має захист від ризику ігрової залежності.

Інші цікаві новини:

▪ Світяться рослини

▪ Оперувати краще вдень

▪ Можливо, у центрі Сонця є темна матерія

▪ Здоров'я та забобони

▪ Багатоканальний аудіокодек ADAV400

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Альтернативні джерела енергії. Добірка статей

▪ стаття Крок вперед, два кроки тому. Крилатий вислів

▪ стаття Як народжуються мухи? Детальна відповідь

▪ стаття Ступінчастий вузол. Поради туристу