Універсальний ЕПРА із теплим стартом для люмінесцентних ламп Т8. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Освітлення

 Коментарі до статті

Автор пропонує конструкцію електронного пускорегулюючого апарату для люмінесцентних ламп Т8, зібрану на спеціалізованій мікросхемі ICB1FL02G. Пристрій оснащений активним коректором потужності, здійснює захист від аварійних режимів та має сім різних варіантів підключення ламп різної потужності.

ЕПРА - електронний пускорегулюючий апарат, що часто називається електронним баластом, служить для розпалювання та підтримки робочого режиму газорозрядних ламп (в даному випадку - люмінесцентних). Переваги електронного баласту перед звичайним дроселем і стартером очевидні, це відсутність мерехтіння ламп при запуску, і більш високий коефіцієнт потужності, і значно нижчий коефіцієнт пульсацій світлового потоку, а також нижча вартість і т. д.

У наш час практично кожен люмінесцентний світильник, офісний чи домашній, оснащений електронним баластом. За схемотехнікою електронні баласти, що масово випускаються промисловістю, можна поділити на дві категорії.

Перша - це напівмостовий перетворювач з автозапуском на двох потужних високовольтних транзисторах серії 13007 з пасивним коректором потужності. Баласти цього найдешевші і поширені, працюють на частоті 36...38 кГц.

Друга - дорожчі ЕПРА, зібрані на спеціалізованих мікросхемах, мають активний коректор потужності та функцію "теплого" старту. Вони зазвичай мають частоту генератора 36...48 кГц і мають дуже низький коефіцієнт пульсацій світлового потоку - 2...5 %. Для порівняння: у лампи, включеної зі звичайним дроселем і стартером, пульсації світлового потоку приблизно дорівнюють 40...60%, з дешевим електронним баластом - близько 15%.

Про варіант ЕПРА на спеціалізованій мікросхемі і йтиметься у цій статті.

Основні технічні характеристики

• Вхідна змінна напруга, В.......110...250
• Максимальний струм, що споживається (4 лампи по 18 Вт), мА .......330...350
• Коефіцієнт потужності (4 лампи по 18 Вт), щонайменше.......0,98
• Коефіцієнт пульсацій світлового потоку, %, не більше ....... 5
• ККД, не менше.......0,9
• Частота попереднього прогріву, кГц 55
• Частота розпалювання, кГц.......48
• Робоча частота, кГц .......41

Баласт зібраний на спеціалізованій мікросхемі-контролері електронного баласту люмінесцентних ламп – ICB1FL02G, розробленій фірмою Infineon. Баласти на цій мікросхемі схожі за схемотехнікою з баластами на мікросхемах фірми International Rectifier, наприклад, IR2168, IR2166, але вимагають меншої кількості зовнішніх елементів і, як показала практика, більш стабільні та надійні (це суб'єктивна думка автора).

Схема пристрою наведено на рис. 1. Основна його відмінна риса - сім конфігурацій (варіантів) підключення ламп: 1x18 (одна люмінесцентна лампа типу Т8 потужністю 18 Вт), 1x36, 1x58, 2x18, 2x36, 3x18, 4x18 (рис. 2). Детальний опис роботи мікросхеми наведено у [1]. Роботу баласту можна розділити на три етапи: попереднє прогрівання катодів лампи, розпалювання та робочий режим.

Попереднє прогрівання реалізовано так. Відразу після включення тактовий генератор мікросхеми починає працювати на частоті близько 125 кГц. Через 10 мс частота плавно зменшується до 65 кГц - це частота попереднього прогріву, яку задають резистором R22. Це значення набагато вище резонансної частоти вихідного баластного контуру L2C14, тому напруга, що прикладається до катодів ламп, буде недостатнім для їх розпалу. Починається попереднє прогрівання ламп, тривалість якого задають резистором R26 і вибирають у межах від 0 до 2 с (у нашому випадку - 1 с). Протягом цього часу частота залишається постійною. Під час попереднього прогріву катоди ламп досить прогріються високочастотним струмом, а газ у лампах почне частково іонізуватися.

У результаті наступний розпал пройде в менш "стресовому" режимі для ниток ламп і з меншими кидками струму через транзистори VT2, VT3. Функція попереднього прогріву значно, іноді кілька разів, збільшує термін служби люмінесцентної лампи.

Рис. 1. Схема пристрою (натисніть , щоб збільшити)

Рис. 2. Схема пристрою

Після закінчення часу попереднього прогріву в наступні 40 мс частота тактового генератора мікросхеми знову буде знижуватися. У міру її наближення до резонансної частоти контуру L2C14 напруга, що прикладається з обкладок конденсатора С14 до катодів ламп, почне різко зростати і при досягненні 600...800 станеться розпал. Якщо в цей момент напруга на датчику струму - резистори R27 досягне порога 0,8 В, а це може статися, наприклад, при спробі включити баласт без навантаження або при несправності однієї з ламп, контролер мікросхеми припинить подальше зниження частоти перетворювача і знову почне її підвищувати , Що, у свою чергу, викличе зменшення напруги на конденсаторі С14. Це робиться з метою уникнути надмірного стрибка струму та напруги на виході перетворювача.

При зменшенні падіння напруги нижче 0,8 на резисторі R27 частота знову буде знижуватися. Цей процес може повторитися кілька разів, доки не буде отримано сигнал про успішне розпалювання. Цим сигналом служить поява синусоїдального струму амплітудою не більше 2,5 мА на вході LVS1 (LVS - Lamp Voltage Sense, вив. 13) DA1 і напруги трапецеїдальної форми розмахом не більше 3,2 на вході RES (RESTART, вив. 12) DA1 . Максимальний час розпалювання може досягати 235 мс.

У разі невдалого розпалювання лампа мікросхема перейде в аварійний режим і припинить комутацію транзисторів VT2 і VT3. При успішному розпалі DA1 перейде в робочий режим частота тактового генератора зменшиться до робочого значення, яке задається резистором R18. Усі три етапи роботи баласту: прогрів, розпалювання та робочий режим ілюструє осцилограма на рис. 3 (осцилограф підключений до контактів 3, 9 роз'єму XS1). На рис. 4 наведена осцилограма напруги в робочому режимі з підключеними чотирма лампами потужністю 18 Вт кожна.

Рис. 3. Осцилограма прогріву, розпалювання та робочого режиму

Рис. 4. Осцилограма напруги в робочому режимі з підключеними лампами

У робочому режимі активуються додаткові захисні функції: EOL(End Of Life) - закінчення терміну служби лампи, захист від роботи в ємнісному режимі, захист від ефекту випрямлення ламп. У разі різкого збільшення струму через лампу, що може статися до закінчення терміну її служби, збільшиться до 215 мкА струм у ланцюгу: плюс джерела живлення, R14, R16, R21, R23, R30, нитка лампи, R17, R15, R13, R12, внутрішній датчик струму мікросхеми DA1 Це спричинить спрацювання захисту EOL, і баласт відключиться. Якщо позитивний і негативний напівперіоди струму, поточного цього ланцюга, не рівні по амплітуді, це означає, що лампа працює в випрямлячому режимі. Іншими словами, струм через лампу в один бік більший, ніж в інший.

Такий ефект викликається передчасним зношуванням одного з катодів лампи. І тут баласт також перетворюється на аварійний режим. Якщо під час роботи баласту порушиться контакт у ланцюгу ламп, наприклад, внаслідок несправного лампоутримувача або перегорання однієї з ниток, опір ланцюга різко зросте і вихідний каскад перейде в ємнісний режим роботи, що, своєю чергою, може викликати резонанс. У цьому випадку напруга на вході RES перевищить рівень 1,6 В, що спрацьовує захист і відключення баласту. Крім того, входи LVS1 та RES мікросхеми DA1 служать для контролю підключення ламп протягом усього часу роботи баласту. Якщо під час роботи баласту вийняти одну з ламп, баласт вимкнеться.

Активний коректор потужності зібраний на трансформаторі T1, транзисторі VT1, діоді VD2 та конденсаторі C5. Його призначення - максимально наблизити форму споживаного струму до форми напруги, зменшити зсув фаз між струмом та напругою, тим самим звести до мінімуму реактивну потужність. Детально принцип його роботи описаний у [1] та [2]. Особливість цього коректора - можливість роботи як у режимі критичної провідності (Critical Conduction Mode - CCM), і у режимі переривчастої провідності (Discontinuous Conduction Mode - DCM). Дільник R8-R11C6 служить для контролю миттєвого значення напруги живлення та визначення часу закриття транзистора VT1.

Вторинна обмотка трансформатора Т1, підключена через струмообмежуючий резистор R3 до входу PFCZCD (вив. 7) DA1, необхідна для визначення моменту, коли струм через первинну обмотку трансформатора досягне нульового значення. Як тільки це станеться, на затвор транзистора VT1 буде поданий імпульс. Обидві обмотки трансформатора Т1 повинні бути обов'язково синфазними.

Живлення мікросхеми перший після включення момент здійснюється від ланцюга R1, R2, R5. Надалі - від вихідного каскаду через стабілізатор С12С13R28VD5VD6C10.

Для підключення до баласту чотирьох ламп виробник мікросхеми рекомендує використовувати два вихідні баластові контури, включених паралельно, в кожному контурі по дві послідовно з'єднані лампи [1]. Але тоді виникає така проблема. Навіть при незначному розкиданні параметрів вихідного LC-контуру пари ламп можуть розпалюватись неодночасно, що не дуже приємно для сприйняття. З іншого боку, чотири послідовно з'єднані лампи розпалити досить проблематично, оскільки вони не встигають достатньо прогрітися під час попереднього прогріву, і для розпалу буде потрібна набагато більша енергія. До того ж не можна забувати і про втрати на сполучних дротах. Рішенням стало залишити один вихідний контур, але додати малопотужний допоміжний трансформатор Т2, що знижує. Він компенсує втрати у місцях з'єднання ламп, покращує прогрів ламп та полегшує їх розпалювання.

Експериментально встановлено, що потужність трансформатора Т2 повинна бути 8...10 % від загальної потужності ламп, коефіцієнт трансформації - 20.30. При підключенні до баласту ламп 1x18, 2x18, 1x36 трансформатор Т2 та розділові конденсатори С11, С16 та С18 необхідно видалити, щоб уникнути підведення до ламп зайвої потужності.

У документації [1] наводиться розрахунок всіх основних елементів баласту, крім вихідного контуру L2C14. Індуктивність дроселя L2 та ємність конденсатора С14 розраховують так. Максимальна потужність ламп (4x18 або 2x36) P=72 Вт, робоча частота обрана f=41 кГц, частота розпалювання f_{запалити}=48 кГц [1], з використанням "теплого" старту оптимальна напруга розпалу U_{запалити}≈700 В. Зі співвідношення енергії отримаємо

E = P/f = C U²/ 2,

звідси

C14 = 2P/(f_{запалити}·У_{запалити}²) = 2 · 72 / (48 · 10³· 700²) ≈ 6,1 нФ.

З наявних було обрано конденсатор ємністю 6,8 нФ. Тепер визначаємо індуктивність дроселя L2. Частота дорівнює

f = 1/(2π√LC),

звідси

L2 = 1/(4π²В·f²) = 1/(4π²· 6,8 · 41²· 10⁶) = 2,2 мГн.

З іншого боку, індуктивність баластного дроселя має відповідати умові

L2 = (U_піт - У_л)·t_відкр/I_л ,

де U_піт - напруга живлення; U_л - робоча напруга на лампах (робоча напруга лампи потужністю 18 Вт приблизно дорівнює близько 56 В, отже, U_л= 4 · 56 = 224 B); t_відкр - час відкритого стану транзистора при f=41 кГц, t_відкр ≈11,5 мкс (відповідно до [1]); I_л≈0,33 A - робочий струм ламп. Звідси

L2 = (290 - 224) · 11/330 = 2,2 мГн.

Визначаємо максимальний струм дроселя L2, він дорівнюватиме струму конденсатора С14 в момент резонансу

I_L2 = У_різ·2π·f_різ· C = 700 · 2π · 48 · 10³· 6,8 · 10^-9 = 1,4 А.

Вибираємо відповідний за габаритною потужністю магнітопровід, наприклад, EV25/13/13.

Оцінимо необхідний зазор g:

g = (4 · 10^-4·π· L·I_Макс²)/(S·B²),

де S - площа поперечного перерізу магнітопроводу, м (для EV25/13/13 S=75 мм²); В – максимальна індукція, Тл; L – індуктивність, Гн; I_Макс - максимальний струм А.

Приймемо індукцію = 0,22 Тл. Отримаємо

g = (4 · 10^-4·π·2,2·10^-3· 1,4²)/(75·10^-6· 0,22²) = 1,5 мм.

Розрахуємо число витків N дроселя L2:

L = N²· A_L,

звідси

N = √(L/A_L); A_L = (А_L0·λ)/(μ_e· g)

де A_L - індуктивність на виток (магнітопровід із зазором), Гн; A_L0 - індуктивність на виток (магнітопровід без зазору, інформація з довідника), Гн; λ - довжина середньої силової лінії магнітопроводу, мм; μ_e - Початкова магнітна проникність матеріалу магнітопроводу (інформація з довідника). Для магнітопроводу EV25/13/13, матеріал N87 - A_L0=2400 нГн, =59 мм, μ_e= 1520. Звідси

A_L = (2400 · 10^-9· 59 · 10^-3)/(152·1,5·10^-3) = 6,7 · 10^-8 Гн,

N = √(2,2 · 10^-3/6,7 10^-8) = 181 виток.

Перевіримо максимальну індукцію

B = (I_Макс·μ₀·N)/g, де μ₀ = 4π·10^-7 Гн/м;

B = (1,4 · 4 · 10^-7· 181) / (1,5 · 10^-3) = 0,212 Тл

Дросель намотаний дротом 4x0,2 мм (чотири дроти діаметром по 0,2 мм). За можливості обмотку бажано розділити на секції.

Пристрій зібрано на друкованій платі із фольгованого з одного боку склотекстоліту. Креслення друкованої плати наведено на рис. 5. Усі елементи для поверхневого монтажу розміщені з боку друкарських провідників, всі похідні елементи – на протилежному боці. Розташування елементів показано на рис. 6. Фотографії зібраного пристрою наведено на рис. 7 та рис. 8. Конденсатор С14 - металлопленочный, на напряжение 1600 В, конденсаторы С11-С13 - металлопленочные или дисковые керамические на напряжение 1000 В, конденсаторы С16, С18 - 100 В. Диоды VD2, VD4 - быстродействующие с допустимым обратным напряжением не менее 600 В. Транзисторы FQD5N50 (VT1-VT3) можна замінити на SPP03N60C3 або аналогічні. Трансформатор Т1 намотаний на магнітопроводі Е25/13/7, матеріал N27, немагнітний зазор 1,6 мм. Первинна обмотка містить 184 витки дроту 4x0,2 мм, вторинна - 14 витків дроту діаметром 0,3 мм. Трансформатор Т2 намотаний на магнітопроводі Е16/8/5, матеріал N27, без зазору. Обмотка 1-2 містить 208 витків, обмотки 11 - 14, 6 - 7, 10 -13 - по 24 витки, обмотки 4 - 5, 8 - 9 - по 12 витків. Діаметр дроту всіх обмоток – 0,18 мм. Частотоздаваючі резистори R18, R22, R26 бажано вибрати з допуском 0,5-1%. Правильно зібраний пристрій починає працювати відразу і налагодження не вимагає.

Рис. 5. Креслення друкованої плати

Рис. 6. Розташування елементів

Рис. 7. Пристрій у зборі

Рис. 8. Пристрій у зборі

література

1. ICB1FL02G. Smart Ballast Control IC для Fluorescent Lamp Ballasts. - URL: infineon.com/dgdl/Infineon-ICB1FL02G-DS-v02_01-en.pdf?fileId=db3a 304412b407950112b436658d6610.
2. IR2166(S) & (PbF). PFC & BALLAST CONTROL IC. - URL: irf.com/product-info/datasheets/data/ir2166.pdf.

Автор: В. Лазарєв

Дивіться інші статті розділу Освітлення.

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 Дитяча залежність від соцмереж веде до переїдання 11.03.2021 Діти дев'яти-десяти років, які багато часу проводять у соцмережах, починають надто багато їсти. Вчені проаналізували поведінку більш ніж 11 тисяч дітей, за якими спостерігали у 2016-2019 роках. Дослідники аналізували час, який проводять діти у соціальних мережах та перед телевізорами, скільки переписуються у месенджерах тощо. Також про поведінку своїх дітей запитували батьків. Згідно з дослідженнями, щогодини, проведені в соцмережах, підвищують на 62% ймовірність того, що дитина об'їдатиметься наступного року. Йдеться про короткі проміжки, коли людина зазнає нападу об'їдання. Перегляд відео підвищує ризик на 39%. Такий розлад харчової поведінки може призвести до діабету та серцево-судинних хвороб. Вчені зазначають, що причини цього можуть бути різні: реклама їжі в інтернеті, відсутність контролю під час перебування в соцмережах або перегляд кіно і т.д.

Інші цікаві новини:

▪ Мідний магнетизм для пам'яті атомарного рівня

▪ Виявлено найдавніший викопний ембріон

▪ Sega відмовляється від блокчейн-ігор на користь класичних

▪ Зафіксовано загадковий ефект води

▪ Танки-хамелеони

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Електробезпека, пожежна безпека. Добірка статей

▪ стаття Для камердинера немає героя. Крилатий вислів

▪ статья Який фільм зазнав атаки оспіваних ним героїв? Детальна відповідь

▪ стаття Черемха Маака. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття ВЧ підсилювачі потужності Довідник

▪ стаття Несподівана поява годинника. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024