40-watowy obwód statecznika elektronicznego

Proponowany 40-watowy statecznik elektroniczny jest przeznaczony do oświetlania dowolnej 40-watowej świetlówki, z wysoką wydajnością i optymalną jasnością.

Przedstawiono również układ PCB proponowanego statecznika fluorescencyjnego elektronicznego wraz z torroidem i szczegółami uzwojenia dławika buforowego.

Wprowadzenie

Nawet obiecująca i najczęściej omawiana technologia LED nie jest prawdopodobnie w stanie wyprodukować światła równego współczesnym elektronicznym statecznikom fluorescencyjnym. Omówiono tutaj obwód jednego z takich elektronicznych lamp rurowych, z wydajnością lepszą niż w przypadku lamp LED.

Jeszcze dziesięć lat temu stateczniki elektroniczne były stosunkowo nowe i ze względu na częste awarie i wysokie koszty nie były generalnie preferowane przez wszystkich. Ale z biegiem czasu urządzenie przeszło kilka poważnych ulepszeń, a wyniki były zachęcające, ponieważ zaczęły stawać się bardziej niezawodne i trwałe. Nowoczesne stateczniki elektroniczne są bardziej wydajne i odporne na awarie.

Różnica między statecznikiem elektrycznym a statecznikiem elektronicznym

Jaka jest więc dokładna zaleta używania elektronicznego statecznika fluorescencyjnego w porównaniu do starego statecznika elektrycznego? Aby poprawnie zrozumieć różnice, ważne jest, aby wiedzieć, jak działają zwykłe stateczniki elektryczne.

Statecznik elektryczny to nic innego jak zwykły wysokoprądowy cewka napięciowa wykonana przez uzwojenie wielu zwojów drutu miedzianego na laminowanym żelaznym rdzeniu.

Zasadniczo, jak wszyscy wiemy, lampa fluorescencyjna wymaga dużego początkowego ciągu prądu, aby zapalić się i spowodować przepływ elektronów między końcowymi włóknami. Po podłączeniu tego przewodzenia pobór prądu do utrzymania tego przewodzenia i oświetlenie staje się minimalne. Stateczniki elektryczne są używane tylko do „kopnięcia” tego początkowego prądu, a następnie do sterowania dostarczaniem prądu poprzez oferowanie zwiększonej impedancji po zakończeniu zapłonu.

Stosowanie rozrusznika w statecznikach elektrycznych

Rozrusznik zapewnia, że ​​początkowe „kopnięcia” są stosowane przez nieciągłe styki, podczas których zmagazynowana energia miedzianego uzwojenia jest wykorzystywana do wytworzenia wymaganych wysokich prądów.

Rozrusznik przestaje działać, gdy lampa zostanie zapalona, ​​a teraz, ponieważ statecznik jest poprowadzony przez rurkę, zaczyna otrzymywać przez nią ciągły przepływ prądu przemiennego, a dzięki swoim naturalnym właściwościom oferuje wysoką impedancję, kontrolując prąd i pomagając utrzymać optymalny blask.

Jednak ze względu na wahania napięć i brak idealnych obliczeń stateczniki elektryczne mogą stać się dość nieefektywne, rozpraszając i marnując dużo energii poprzez ciepło. Jeśli faktycznie zmierzysz, okaże się, że 40-watowy dławik elektryczny może zużywać nawet 70 watów mocy, prawie dwukrotnie więcej niż wymagana. Nie można też docenić początkowych migotań.

Stateczniki elektroniczne są bardziej wydajne

Z drugiej strony stateczniki elektroniczne są wręcz przeciwne, jeśli chodzi o wydajność. Ten, który zbudowałem, zużywał zaledwie 0,13 A prądu przy 230 V i wytwarzał natężenie światła, które wyglądało na znacznie jaśniejsze niż normalnie. Korzystają z tego układu od 3 lat bez żadnych problemów (chociaż musiałem raz wymienić lampę, ponieważ poczerniała na końcach i zaczęła emitować mniej światła.)

Sam bieżący odczyt dowodzi, jak wydajny jest obwód, pobór mocy wynosi zaledwie około 30 watów, a moc wyjściowa odpowiada 50 watów.

Jak działa obwód statecznika elektronicznego

Zasada działania proponowanego elektronicznego statecznika fluorescencyjnego jest raczej prosta. Sygnał AC jest najpierw prostowany i filtrowany przy użyciu konfiguracji mostka / kondensatora. Następny zawiera prosty stopień oscylatora sprzężonego krzyżowo z dwoma tranzystorami. Do tego stopnia doprowadzany jest wyprostowany prąd stały, który natychmiast zaczyna oscylować przy wymaganej wysokiej częstotliwości. Oscylacje są zwykle falami prostokątnymi, które są odpowiednio buforowane przez cewkę indukcyjną, zanim ostatecznie zostaną użyte do zapalenia i oświetlenia podłączonej rury. Schemat przedstawia wersję 110 V, którą można łatwo zmienić na model 230 V poprzez proste modyfikacje.

Poniższe ilustracje jasno wyjaśniają, jak zbudować domowy elektroniczny statecznik fluorescencyjny o mocy 40 W w domu przy użyciu zwykłych części.

Układ komponentów PCB

OSTRZEŻENIE: PROSIMY O PODŁĄCZENIE MOV I THERMISTERA NA WEJŚCIU ZASILANIA, W przeciwnym razie OBWÓD STAJE SIĘ NIEPRZEWIDYWANY I MOŻE WYBIEGĆ W KAŻDEJ CHWILI.

RÓWNIEŻ ZAMONTUJ TRANZYSTORY NA ODDZIELNYCH, 4 * 1 CALOWYCH NAGRZEWNICACH, DLA LEPSZEJ WYDAJNOŚCI I DŁUŻSZEJ ŻYWOTNOŚCI.

Układ ścieżki PCB

Cewka Torroid

Cewka indukcyjna

Lista części

• R1, R2, R5 = 330 tys. MFR 1%
• R3, R4, R6, R7 = 47 Ohm, CFR 5%
• R8 = 2,2 oma, 2 waty
• C1, C2 = 0,0047 / 400 V PPC dla 220 V, 0,047 uF / 400 V dla wejścia 110 V AC
• C3, C4 = 0,033 / 400V PPC
• C5 = 4,7 uF / 400 V elektrolityczny
• D1 = Diac DB3
• D2 …… D7 = 1N4007
• D10, D13 = B159
• D8, D9, D11, D12 = 1N4148
• T1, T2 = 13005 Motorola
• Radiator jest wymagany dla T1 i T2.

Obwód elektronicznego statecznika dla podwójnych 40-watowych świetlówek

Następna koncepcja poniżej wyjaśnia, jak zbudować prosty, ale niezwykle niezawodny obwód statecznika elektronicznego do napędzania lub obsługi dwóch 40-watowych świetlówek z aktywną korekcją mocy.

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

Główne cechy elektryczne układu scalonego

Układy scalone International Rectifier Control to monolityczne układy scalone mocy odpowiednie do obsługi tranzystorów MOSFET po stronie niskiej i wysokiej lub LGBT za pośrednictwem poziomu logicznego, w odniesieniu do przewodów wejściowych masy.

Charakteryzują się zrównoważonym napięciem wyjściowym do 600 VDC i, w przeciwieństwie do zwykłych transformatorów sterujących, mogą zapewnić super czyste kształty fal przy praktycznie każdym cyklu pracy od 0 do 99%.

Sekwencja IR215X jest w rzeczywistości niedawno dostępnym dodatkiem do rodziny układów scalonych Control i poza wspomnianymi wcześniej cechami, produkt posiada najwyższą wydajność porównywalną z układem czasowym LM 555.

Te typy chipów sterowników dają programistom możliwości samoscylacji lub skoordynowanych wahań wyłącznie za pomocą alternatywnych komponentów RT i CT Patrz rysunek poniżej

Lista części

• Ct / Rt = to samo, co podano na poniższych wykresach
• dolne diody = BA159
• Mosfety: zgodnie z zaleceniami na poniższych schematach
• C1 = 1uF / 400V PPC
• C2 = 0,01 uF / 630 V PPC
• L1 = zgodnie z zaleceniami na poniższym schemacie, może wymagać pewnych eksperymentów

Posiadają również wbudowane obwody, które zapewniają umiarkowany czas martwy 1,2 mikrosekundy pomiędzy wyjściami i przełączają komponenty strony wysokiej i niskiej do sterowania urządzeniami półmostkowymi.

Obliczanie częstotliwości oscylatora

Ilekroć uwzględniono w formie samooscylacyjnej, częstotliwość oscylacji jest obliczana po prostu przez:

f = 1 / 1,4 x (Rt + 75ohm) x Ct

Trzy dostępne samoczynnie oscylujące urządzenia to IR2151, IR2152 i IR2155. Wydaje się, że IR2I55 ma bardziej znaczące bufory wyjściowe, które spowodują obciążenie pojemnościowe 1000 pF przy tr = 80 ns i tf = 40 ns.

Obejmuje minimalny rozruch i zasilanie 150 omów RT. IR2151 ma tr i tf 100 ns i 50 ns i zachowuje się podobnie jak IR2l55. IR2152 będzie nie do odróżnienia od IR2151, chociaż z fazą kambio od Rt do Lo. IR2l5l i 2152 zawierają źródło 75 omów Rt (równanie l.)

Te typy sterowników stateczników zwykle mają być wyposażone w wyprostowane napięcie wejściowe AC, w związku z czym są one przeznaczone do minimalnego prądu spoczynkowego i nadal mają wbudowany regulator bocznikowy l5V, aby zapewnić, że tylko jeden rezystor ograniczający działa wyjątkowo dobrze przez DC wyprostowane napięcie magistrali.

Konfiguracja sieci zerowej

Patrząc jeszcze raz na rysunek 2, pamiętaj o potencjale synchronizacyjnym sterownika. Obie diody połączone w linii razem z obwodem lampy są skutecznie skonfigurowane jako detektor przejścia przez zero dla prądu lampy. Przed uderzeniem lampy obwód rezonansowy obejmuje wszystkie L, Cl i C2 w strunie.

Cl jest kondensatorem blokującym prąd stały o niskiej reaktancji, aby obwód rezonansowy był z powodzeniem L i C2. Napięcie wokół C2 jest wzmacniane przez współczynnik Q L i C2 w rezonansie i uderza w lampę.

Jak określana jest częstotliwość rezonansowa

Gdy tylko lampa zapali się, C zostaje odpowiednio zwarte przez spadek potencjału lampy, a częstotliwość obwodu rezonansowego w tym miejscu jest określona przez L i Cl.

Prowadzi to do zmiany pewnej niższej częstotliwości rezonansowej w trakcie standardowych operacji, tak jak poprzednio, koordynowanych przez wykrywanie przejścia przez zero prądu przemiennego i wykorzystywanie powstałego napięcia do regulacji oscylatora sterownika.

Wraz z prądem spoczynkowym sterownika znajdziemy kilka dodatkowych elementów na prądzie zasilania DC, które są funkcjonalnością samego obwodu aplikacyjnego:

Ocena parametrów prądu i rozładowania ładunku

l) Prąd w wyniku ładowania pojemności wejściowej tranzystorów mocy FET

2) prąd wynikający z ładowania i rozładowywania pojemności izolacji złącza urządzeń sterownika bramki International Rectifier. Każdy składnik aktualnego ładunku łuku-relatcd iz tego powodu trzymaj się zasad:

• Q = CV

W związku z tym można wygodnie zauważyć, że aby móc ładować i rozładowywać pojemności wejściowe urządzenia zasilającego, oczekiwany ładunek może być iloczynem napięcia sterującego bramki i rzeczywistych pojemności wejściowych, a także zalecana moc wejściowa będzie szczególnie proporcjonalna do iloczyn ładunku, częstotliwości i kwadratu napięcia:

• Moc = QV ^ 2 x F / f

Wyżej wspomniane stowarzyszenia proponują poniższe czynniki przy tworzeniu rzeczywistego obwodu statecznika:

1) wybierz najmniejszą częstotliwość roboczą w zależności od zmniejszającego się wymiaru cewki indukcyjnej

2) wybierz najbardziej kompaktową objętość matrycy dla urządzeń zasilających niezawodnych przy zmniejszonych deficytach przewodzenia (co minimalizuje specyfikacje ładowania)

3) Zwykle wybiera się napięcie szyny DC, jeśli jednak istnieje alternatywa, należy zastosować napięcie minimalne.

UWAGA: Opłata po prostu nie jest funkcją szybkości przełączania. Przesyłany ładunek jest taki sam w odniesieniu do czasów przejścia I0 ns lub 10 mikrosekund.

W tym miejscu weźmiemy pod uwagę kilka użytecznych obwodów statecznika, które można uzyskać za pomocą samoscylujących sterowników. Prawdopodobnie najbardziej lubianą oprawą świetlówkową może być tak zwany typ „Double 40”, który często wykorzystuje kilka typowych lamp Tl2 lub TS w ramach wspólnego reflektora.

Na poniższych rysunkach przedstawiono parę zalecanych obwodów stateczników. Pierwszy to obwód o minimalnym współczynniku mocy, a drugi działa z nowatorskimi ustawieniami diody / kondensatora, aby osiągnąć współczynnik mocy> 0,95. Obwód o niższym współczynniku mocy pokazany na rysunku 3 obsługuje wejścia 115 VAC lub 230 VAC 50/60/400 Hz do generowania umiarkowanej szyny DC o napięciu 320 VDC.

Schemat obwodu statecznika Twin 40 W

Biorąc pod uwagę, że prostowniki wejściowe działają tuż przy szczytach napięcia wejściowego AC, współczynnik mocy wejściowej wynosi około 0,6 opóźnienia przy niesinusoidalnym kształcie fali prądu.

Tego typu prostownik po prostu nie jest zalecany do niczego poza obwodem oceny lub kompaktową świetlówką kompaktową o zmniejszonej mocy i bez wątpienia mógłby stać się niepożądany, ponieważ prądy harmoniczne w urządzeniach zasilających są dodatkowo zmniejszane przez ograniczenia jakości energii.

Układ scalony używa rezystora ograniczającego tylko do działania

Zwróć uwagę, że układ IC sterowania International Rectifier IR2151 działa bezpośrednio z szyny DC za pośrednictwem rezystora ograniczającego i obraca się z częstotliwością bliską 45 kHz zgodnie z podaną zależnością:

• f = 1 / 1,4 x (Rt + 75ohm) x Ct

Moc napędu bramki przełącznika strony z wysokim napięciem pochodzi z kondensatora rozruchowego o wartości 0,1 pF i jest ładowany do około 14 V za każdym razem, gdy V5 (przewód 6) jest przeciągany nisko w przewodzeniu przełącznika zasilania po stronie niskiego napięcia.

Dioda bootstrap l IDF4 zapobiega napięciu szyny DC, gdy tylko przewodzi zmiana strony wysokiego napięcia.

Dioda szybkiego odzyskiwania (<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.

Wyjście o wysokiej częstotliwości w półmostku jest w rzeczywistości falą prostokątną z niezwykle szybkimi okresami przełączania (około 50 ns). Aby uniknąć nienormalnych, wydłużonych szumów przez czoła fal szybkich, zastosowano tłumik o mocy 0,5 W przy 10 omach i 0,001 pF, aby zminimalizować okresy przełączania do zaledwie około 0,5 ps.

Zawiera wbudowany Dead Time Facility

Zwróć uwagę, że mamy wbudowany czas martwy 1,2 ps w sterowniku IR2151, aby zatrzymać prądy przebijające w półmostku. 40-watowe świetlówki są sterowane równolegle, każda przy użyciu własnego obwodu rezonansowego L-C. Około czterech obwodów lamp może być obsługiwanych z jednego zestawu dwóch tranzystorów MOSFET mierzonych w celu dopasowania poziomu mocy.

Wartości reaktancji dla obwodu lampy pobierane są z tablic reaktancji L-C lub poprzez wzór na rezonans szeregowy:

• f = 1 / 2pi x pierwiastek kwadratowy z LC

Wartość Q obwodów lamp jest dość mała po prostu ze względu na zalety działania ze stałą częstością nawrotów, która zwykle, oczywiście, może się różnić ze względu na tolerancje RT i CT.

Świetlówki zwykle nie wymagają ekstremalnie wysokich napięć zapłonu, dlatego Q 2 lub 3 jest wystarczające. „Płaskie krzywe Q” często wywodzą się z większych cewek i małych współczynników kondensatorów, w których:

Q = 2pi x fL / R, gdzie R jest często większe, ponieważ stosuje się dużo więcej zwojów.

Łagodny rozruch podczas wstępnego nagrzewania żarnika rury może być niedrogo powstrzymany przez zastosowanie PTC. termistory wokół każdej lampy.

W ten sposób napięcie wzdłuż lampy stale rośnie jako zegar czasu rzeczywistego. nagrzewa się samoczynnie, aż w końcu zostanie osiągnięte napięcie zapłonu wraz z gorącymi włóknami i lampa zapali się.