Схема электронного балласта на 40 Вт

Предлагаемый электронный балласт на 40 Вт разработан для освещения любой люминесцентной лампы мощностью 40 Вт с высокой эффективностью и оптимальной яркостью.

Компоновка печатной платы предлагаемого электронного люминесцентного балласта также предусмотрена вместе с тороидом и деталями обмотки буферного дросселя.

Вступление

Даже многообещающие и наиболее обсуждаемые светодиодные технологии, возможно, не в состоянии производить лампы, равные современным электронным люминесцентным балластным лампам. Здесь обсуждается схема одного такого электронного лампового светильника, эффективность которого выше, чем у светодиодных ламп.

Всего десять лет назад электронные балласты были относительно новыми и из-за частых отказов и высокой стоимости не все предпочитали. Но со временем устройство претерпело серьезные улучшения, и результаты были обнадеживающими, поскольку они стали более надежными и долговечными. Современные электронные балласты более эффективны и отказоустойчивы.

Разница между электрическим балластом и электронным балластом

Так в чем же преимущество использования электронного люминесцентного балласта по сравнению со старым электрическим балластом? Чтобы правильно понимать различия, важно знать, как работают обычные электрические балласты.

Электрический балласт - это не что иное, как простой сильноточный индуктор сетевого напряжения, состоящий из намотки нескольких витков медной проволоки на многослойный железный сердечник.

В принципе, как мы все знаем, люминесцентная лампа требует большого начального тока, чтобы зажечься и заставить поток электронов соединиться между ее концевыми нитями. Как только эта проводимость подключена, потребление тока для поддержания этой проводимости и освещения становится минимальным. Электрические балласты используются только для того, чтобы «поднять» этот начальный ток, а затем контролировать подачу тока, предлагая увеличенное сопротивление после завершения зажигания.

Использование стартера в электрических балластах

Пускатель гарантирует, что начальные «толчки» применяются через прерывистые контакты, во время которых накопленная энергия медной обмотки используется для создания требуемых высоких токов.

Стартер перестает функционировать, как только трубка воспламеняется, и теперь, когда балласт проходит через трубку, начинает получать через нее непрерывный поток переменного тока и благодаря своим естественным свойствам обеспечивает высокое сопротивление, контролируя ток и помогая поддерживать оптимальное свечение.

Однако из-за колебаний напряжений и отсутствия идеального расчета электрические балласты могут стать весьма неэффективными, рассеивая и теряя много энергии за счет тепла. Если вы действительно произведете измерения, то обнаружите, что 40-ваттный электрический дроссель может потреблять до 70 ватт мощности, что почти вдвое больше, чем требуется. Кроме того, нельзя оценить начальные мерцания.

Электронные балласты более эффективны

С другой стороны, электронные балласты прямо противоположны в том, что касается эффективности. Тот, который я построил, потреблял всего 0,13 А тока при 230 вольтах и ​​давал силу света, которая выглядела намного ярче, чем обычно. Они использовали эту схему последние 3 года без каких-либо проблем (хотя мне пришлось однажды заменить лампу, так как она почернела на концах и начала давать меньше света).

Текущее значение само по себе доказывает, насколько эффективна схема: потребляемая мощность составляет всего около 30 Вт, а выходной световой поток эквивалентен 50 Вт.

Как работает схема электронного балласта

Принцип работы предлагаемого электронного люминесцентного балласта довольно прост. Сигнал переменного тока сначала выпрямляется и фильтруется с использованием конфигурации мост / конденсатор. Следующая ступень состоит из простого двухтранзисторного генератора с перекрестной связью. Выпрямленный постоянный ток подается на этот каскад, который немедленно начинает колебаться с необходимой высокой частотой. Колебания, как правило, представляют собой прямоугольную волну, которая надлежащим образом буферизуется с помощью индуктора, прежде чем она, наконец, используется для зажигания и освещения подключенной трубки. На схеме показана версия на 110 В, которую можно легко преобразовать в модель на 230 В путем простых изменений.

На следующих рисунках ясно показано, как построить самодельную схему электронного балласта для люминесцентных ламп мощностью 40 Вт в домашних условиях с использованием обычных деталей.

Компоновка компонентов печатной платы

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ПОЖАЛУЙСТА, ВКЛЮЧИТЕ ДВИГАТЕЛЬ И ТЕРМИСТЕР НА ВХОДЕ ПИТАНИЯ, В противном случае ЦЕПЬ СТАНЕТ НЕПРЕДСКАЗУЕМОЙ И В ЛЮБОЙ МОМЕНТ МОЖЕТ ОТКРЫТЬСЯ.

ТАКЖЕ УСТАНАВЛИВАЙТЕ ТРАНЗИСТОРЫ НА ОТДЕЛЬНЫХ НАГРЕВАТЕЛЯХ 4 * 1 ДЮЙМА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СЛУЖБЫ.

Схема расположения дорожек на печатной плате

Индуктор Torroid

Дроссель Индуктор

Список деталей

• R1, R2, R5 = 330K MFR 1%
• R3, R4, R6, R7 = 47 Ом, CFR 5%
• R8 = 2,2 Ом, 2 Вт
• C1, C2 = 0,0047 / 400 В PPC для 220 В, 0,047 мкФ / 400 В для 110 В переменного тока
• C3, C4 = 0,033 / 400 В PPC
• C5 = 4,7 мкФ / 400 В, электролитический
• D1 = Diac DB3
• D2 …… D7 = 1N4007
• D10, D13 = B159
• D8, D9, D11, D12 = 1N4148
• T1, T2 = 13005 Motorola
• Радиатор необходим для T1 и T2.

Схема электронного балласта для сдвоенных люминесцентных ламп мощностью 40 Вт

Следующая концепция, представленная ниже, объясняет, как построить простую, но чрезвычайно надежную схему электронного балласта для управления двумя люминесцентными лампами мощностью 40 Вт с коррекцией активной мощности.

Предоставлено: https://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-995a.pdf.

Основные электрические характеристики ИС

ИС управления выпрямителями International Rectifier Control ICs - это монолитные силовые интегральные схемы, подходящие для управления полевыми МОП-транзисторами с низким и высоким напряжением или lGBT через логический уровень, привязанный к проводам заземления.

Они обеспечивают сбалансированное напряжение до 600 В постоянного тока и, в отличие от обычных трансформаторов, могут создавать сверхчистые формы волны практически с любым рабочим циклом от 0 до 99%.

Последовательность IR215X на самом деле является недавно доступным аксессуаром к семейству управляющих ИС, и, помимо ранее упомянутых характеристик, в продукте используется верхний предел, сопоставимый по производительности с ИС таймера LM 555.

Эти типы микросхем драйвера предоставляют разработчику возможности автоколебания или скоординированных колебаний исключительно с помощью альтернативных компонентов RT и CT См. Рисунок ниже

Список деталей

• Ct / Rt = то же, что указано на приведенных ниже диаграммах
• нижние диоды = BA159
• МОП-транзисторы: как рекомендовано на схемах ниже
• C1 = 1 мкФ / 400 В PPC
• C2 = 0,01 мкФ / 630 В PPC
• L1 = Как рекомендовано на диаграмме ниже, могут потребоваться эксперименты.

Они также имеют встроенную схему, которая обеспечивает умеренное мертвое время 1,2 микросекунды между выходами и переключением компонентов высокого и низкого уровня для управления силовыми полумостовыми устройствами.

Расчет частоты осциллятора

При включении в автоколебательную форму частота колебаний вычисляется просто:

f = 1 / 1,4 x (Rt + 75 Ом) x Ct

Три доступных автоколебательных устройства: IR2151, IR2152 и IR2155. IR2I55, похоже, имеет более мощные выходные буферы, которые будут включать емкостную нагрузку 1000 пФ с tr = 80 нс и tf = 40 нс.

Он включает в себя минимальную мощность запуска и питание 150 Ом RT. IR2151 имеет tr и tf, равные 100 нс и 50 нс, и работает так же, как IR2l55. IR2152 будет неотличим от IR2151, хотя с фазой камбио от Rt до Lo. IR2l5l и 2152 включают источник Rt с сопротивлением 75 Ом (уравнение 1.)

Эти типы балластных драйверов обычно предназначены для обеспечения выпрямленного входного напряжения переменного тока и, следовательно, они предназначены для минимального тока покоя и все еще имеют встроенный шунтирующий стабилизатор на 15 В, чтобы гарантировать, что только один ограничивающий резистор отлично работает через постоянный ток. выпрямленное напряжение на шине.

Настройка сети Zero Crossing

Еще раз посмотрев на рисунок 2, помните о синхронизирующем потенциале драйвера. Оба встречных диода, включенные в линию вместе со схемой лампы, эффективно сконфигурированы как детектор перехода через ноль для тока лампы. Перед зажиганием лампы резонансный контур включает L, Cl и C2 в цепочку.

Cl представляет собой блокирующий конденсатор постоянного тока, имеющий низкое реактивное сопротивление, чтобы резонансный контур успешно работал с L и C2. Напряжение вокруг C2 усиливается за счет добротности L и C2 при резонансе и попадает в лампу.

Как определяется резонансная частота

Как только лампа загорается, C соответственно замыкается накоротко из-за падения потенциала лампы, и частота резонансного контура в этой точке определяется L и Cl.

Это приводит к переходу на некоторую более низкую резонансную частоту в ходе стандартных операций, точно так же, как и раньше, координируемое путем определения перехода переменного тока через нуль и использования получаемого напряжения для регулирования задающего генератора.

Наряду с током покоя драйвера вы найдете пару дополнительных элементов постоянного тока питания, которые являются функциональными возможностями самой схемы приложения:

Оценка параметров тока и разрядки

l) Ток в результате зарядки входной емкости силовых полевых транзисторов.

2) ток, возникающий в результате зарядки и разрядки изолирующей емкости перехода устройств драйвера затвора International Rectifier. Все компоненты текущей дуги связаны с зарядом и по этой причине придерживаются следующих правил:

• Q = CV

Следовательно, можно легко заметить, что для возможности зарядки и разрядки входных емкостей силового устройства ожидаемый заряд может быть произведением напряжения управления затвором и истинных входных емкостей, а также рекомендуемая входная мощность будет конкретно пропорциональна произведение заряда на частоту и напряжение в квадрате:

• Мощность = QV ^ 2 x F / f

Вышеупомянутые ассоциации предлагают следующие факторы при создании схемы реального балласта:

1) выберите наименьшую рабочую частоту в соответствии с уменьшающимся размером индуктора

2) выберите наиболее компактный объем кристалла для надежных силовых устройств с пониженным дефицитом проводимости (что минимизирует требования к заряду)

3) Обычно выбирается напряжение шины постоянного тока, однако, если есть альтернатива, используйте минимальное напряжение.

ПРИМЕЧАНИЕ. Заряд - это просто не функция скорости переключения. Передаваемый заряд тот же самый, что касается времени перехода I0 нс или 10 микросекунд.

На этом этапе мы рассмотрим несколько полезных схем балласта, которые могут быть реализованы с помощью автоколебательных драйверов. Вероятно, наиболее популярным люминесцентным светильником может быть так называемый тип «Double 40», в котором часто используется пара типичных ламп Tl2 или TS в общем отражателе.

Пара рекомендуемых схем балласта показана на следующих рисунках. Первая - это схема с минимальным коэффициентом мощности, а другая работает с новыми настройками диодов / конденсаторов для достижения коэффициента мощности> 0,95. Схема с более низким коэффициентом мощности, показанная на рисунке 3, рассчитана на входы 115 В переменного тока или 230 В переменного тока 50/60/400 Гц для создания средней шины постоянного тока 320 В постоянного тока.

Схема двойного балласта мощностью 40 Вт

Принимая во внимание, что входные выпрямители работают очень близко к пикам входного переменного напряжения, коэффициент входной мощности составляет около 0,6 с запаздыванием с несинусоидальной формой волны тока.

Такой тип выпрямителя просто не рекомендуется для чего-либо, кроме схемы оценки или компактных люминесцентных ламп пониженной мощности, и, без сомнения, может стать нежелательным, поскольку гармонические токи в устройствах питания дополнительно уменьшаются из-за ограничений по качеству электроэнергии.

IC использует ограничительный резистор только для работы

Обратите внимание, что управляющая микросхема International Rectifier IR2151 работает напрямую от шины постоянного тока посредством ограничительного резистора и вращается на частоте около 45 кГц в соответствии с заданным соотношением:

• f = 1 / 1,4 x (Rt + 75 Ом) x Ct

Электропитание для управления затвором переключателя высокой стороны происходит от конденсатора начальной загрузки 0,1 пФ, который заряжается примерно до 14 В каждый раз, когда V5 (вывод 6) опускается на низкий уровень в пределах проводимости переключателя мощности на низкой стороне.

Диод начальной загрузки IDF4 предотвращает возникновение напряжения на шине постоянного тока, как только происходит изменение стороны высокого напряжения.

Диод быстрого восстановления (<100 ns) is necessary to be certain that the bootstrap capacitor will not be moderately discharged since the diode comes back and obstructs the high voltage bus.

Высокочастотный выход полумоста представляет собой прямоугольную волну с очень быстрыми периодами переключения (около 50 нс). Чтобы избежать аномальных протяженных шумов на фронтах быстрых волн, используется демпфер 0,5 Вт с сопротивлением 10 Ом и 0,001 пФ, чтобы минимизировать периоды переключения до примерно 0,5 пс.

Имеет встроенный механизм мертвого времени

Обратите внимание на то, что в драйвере IR2151 есть встроенное мертвое время 1,2 пс для предотвращения сквозных токов в полумосте. Люминесцентные лампы мощностью 40 Вт управляются параллельно, каждая из которых использует свой собственный LC-резонансный контур. Приблизительно четыре ламповые схемы могут работать от одного набора из двух полевых МОП-транзисторов, измеренных для соответствия уровню мощности.

Значения реактивного сопротивления для цепи лампы выбираются из таблиц реактивного сопротивления L-C или по формуле для последовательного резонанса:

• f = 1 / 2pi x квадратный корень из LC

Добротность цепей лампы довольно мала просто из-за преимуществ работы с фиксированной частотой повторения, которая обычно, очевидно, может отличаться из-за допусков RT и CT.

Люминесцентные лампы, как правило, не нуждаются в чрезвычайно высоких напряжениях зажигания, поэтому добротности 2 или 3 достаточно. Кривые «плоской добротности» часто возникают из-за больших катушек индуктивности и небольших соотношений конденсаторов, в которых:

Q = 2pi x fL / R, где R часто больше, потому что используется намного больше витков.

Мягкий пуск во время предварительного нагрева нити трубки можно недорого сдержать за счет использования PTC. термисторы вокруг каждой лампы.

Таким образом, напряжение вдоль лампы постоянно увеличивается по мере того, как RTC. самонагревается до тех пор, пока в конечном итоге не будет достигнуто напряжение зажигания вместе с горячими нитями нити и лампа не загорится.