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電子安定器。 UBA2021チップ上の電子安定器。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
微小回路に実装された電子バラストを考えてみましょう ウバ2021。 58 Wの電力を持つ蛍光灯用の電子安定器の概略図を図に示します。 3.31。 電子安定器の「心臓部」は UBA2021 チップです。 この特殊な IC は、従来の蛍光灯とコンパクトな蛍光灯の両方で動作するように設計されています。 UBA2021 には、トリガー回路を備えた高電圧ドライバー、発電機、タイマーが含まれており、ランプの始動、加熱、点火、燃焼の段階で制御を行うだけでなく、容量性モードに対する保護も提供します。 この IC は、最大 390 V の電圧と、最大 0,5 ～ 570 V の短期電圧スパイク (t < 600 秒) に耐えます。低電圧電源電圧は内部で固定されているため、外付けのツェナー ダイオードを取り付ける必要がありません。 固定は最大 14 mA の電流で実行され、最大 0,5 mA の短期 (t < 35 秒) バーストが行われます。 UBA2021のブロック図を図に示します。 3.32。 超小型回路は、14 ピン (DIP-14 または SO-14) を備えたプラスチック ケース内に作られています。 UBA2021 チップのピン割り当て を表に示します。 3.5。 表3.5。 UBA2021チップのピン割り当て
電子安定器は、185 ～ 265 V の主電源電圧範囲、50 ～ 60 Hz の周波数で動作可能です。 自動制御により、主電源電圧が 47,6 ～ 50,3 V の範囲で変化する場合でも、ランプの燃焼電力が 200 ～ 260 W 以内に維持されます。UBA2021 は、主電源から電力が供給されるハーフブリッジ インバータの鍵となる強力な PHX3N50E MOSFET の動作を制御します。定格電圧 23 In i1、周波数 50 ～ 60 Hz。 これにより、電界効果トランジスタの電力レベルに必要なシフトが提供され、容量性動作に対する保護が提供されます。 この製品の主な利点は、UBA2021 IC の使用による外付け部品の数が少なく、コストが低いことであり、最小限の周辺素子で最大限の設計の柔軟性を提供できます。 回路の動作をより詳細に検討する。 AC 主電源電圧は、310 ダイオード ブリッジ整流器 (またはダイオード ブリッジ) と平滑コンデンサによって、ハーフブリッジ インバーターに供給される DC 電圧 (XNUMX V) に変換されます。 ノイズ抑制主電源フィルターは、ネットワークへの干渉の侵入を防ぎます。 ハーフブリッジ インバータは、ガス放電ランプの駆動に便利な高周波共振電圧コンバータのグループに属します。 XNUMX つの強力な MOSFET のゼロ電圧スイッチング原理を適用することで、スイッチング損失を低減し、安定器の高効率を確保します。 主電源電圧が印加された後、まず蛍光灯が予熱されます。 これはソフトスタートと呼ばれ、信頼性と耐久性のあるランプ動作を保証します。 加熱電流の値はUBA2021チップによって調整されます。 ランプのフィラメントを流れるこの電流により、ランプの電極が電子を放出するのに十分な温度まで加熱されます。 ウォーミングアップによりランプの点火電圧が低下し、回路要素への衝撃電気負荷が軽減されます。 スイッチをオンにすると、整流された主電源電圧が抵抗 R4 (図 1) を介してバッファ コンデンサ C3.31 に供給され、サージ電流が制限されます。 コンデンサは、主電源周波数の 310 倍の電圧リップルを平滑化します。 結果として得られる高電圧 VHV (1 V) DC は、ハーフブリッジ インバータの電源であり、その電源コンポーネントには、トランジスタ VT2、VT1、コイル L5、コンデンサ C6、C7、C1、およびランプ ELXNUMX が含まれます。 起動段階では、高電圧コンデンサ C4 からの電流は、起動期間中に相互に接続された抵抗 R2、ランプ フィラメント、抵抗 R7、UBA13 チップの端子 5 と 2021 を通過します。内部キーを使用し、低電圧電力コンデンサ C9、C11、C13 を充電します。 C13 の電源電圧 VS が 5,5 V の値に達するとすぐに、UBA2021 が切り替わり、その結果、トランジスタ VT2 が開き、トランジスタ VT1 が閉じます。 これにより、始動コンデンサ C12 がマイクロ回路の内部回路を通じて充電されることが可能になります。 電源電圧 VS は増加し続け、VS > 12 V でマイクロ回路の内部発振器が生成され始めます。 IC の消費電流は内部で約 14mA に固定されています。 次はへの移行です 加熱段階。 ランプがない場合、始動コンデンサの充電回路が壊れているため、始動は自動的にブロックされます。 加熱段階では、MOSFET VT1 と VT2 が交互に導通状態に移行します。 これにより、ハーフブリッジの中点付近に振幅 VHV の方形波 AC 電圧が生成されます。 起動発振周波数は98kHzです。 これらの条件下では、C8、VD5、VD6、C9、SU で構成される回路は、起動時に IC のピン 13 を流れる電流によって供給される低電圧電源の機能を実行できます。 約 1,8 秒に等しい時間間隔 (加熱時間 tPRE）、その期間はC16とR8の値によって決定され、システムは加熱モードになります。 同時に、制御された電流* がランプのフィラメントを通過し、ランプの両方の電極を最適に加熱することができます。 加熱された電極はランプ内に大量の電子を放出（放射）し、この状態では点火に必要な電圧ははるかに低くなり、点火時の回路素子やランプへの衝撃電気負荷が最小限に抑えられます。 電極の加熱は、ランプの長い寿命 (約 20 時間) を確保するために非常に重要です。 生成の開始後、小さな交流がハーフブリッジの中間点からランプのフィラメント L1 と C7 を通って流れ始めます。 発振周波数は徐々に減少し、それに応じて電流の大きさも増加します。 周波数の低下率はコンデンサC14の容量とIC内部の電流源によって決まります。 加熱電流センサーである抵抗器 R5 と R6 の両端の AC 電圧が特定の値に達すると、周波数の低下はすぐに止まります。 加熱段階全体を通じて、ハーフブリッジ インバータの周波数は L1C7 回路の共振周波数 (55,6 kHz) より高いままであり、このため、C7 の電圧はランプを点火するにはまだ小さいです。 協議会。 時期尚早の、いわゆるコールド点火はランプ電極の急速な摩耗につながるため、この電圧を十分に低く保つことが非常に重要です。 バラストコイルＬ１のインダクタンスの値は、ランプを流れる必要な電流、点火コンデンサＣ７の静電容量、および燃焼モードでの動作周波数によって決定される。 最小静電容量 C1 は、インダクタンス L7、所定の加熱電流での点火に至らないランプの電圧、および最小主電源電圧によって決まります。 その結果、7 nF に等しい容量 C1 の値が加熱に最適であることがわかります。 ウォームアップ段階の終了後、UBA2021 はハーフブリッジ スイッチング周波数のさらなる低下を再開し、最低周波数 fb (39 kHz) まで下げます。 ただし、周波数の低下はウォームアップ段階よりもはるかにゆっくりと実行されます。 スイッチング周波数は、インダクタンス L1 とコンデンサ C7 とランプ電極の合計静電容量で構成される直列回路の共振周波数 (55,6 kHz) にシフトされ、DC 阻止コンデンサ C5 と C6 の抵抗は非常に小さくなります。 。 低温での TL-D 58W ランプの最悪の場合（照明器具と電子安定器回路の両方がネットワークの保護アースに接続されている場合）の点弧電圧の最大値は約 600 V です。 バラストインダクタ L1 と点火コンデンサ C7 の組み合わせは、ランプの電圧が確実な点火に必要な 600 V を超えることができるように選択されます。点火電圧値によって、特定のインダクタンス L7 に対する静電容量 C1 の最大値が決まります。 、より低い周波数 fv UBA2021 に基づいて選択されます。 低い周波数 fv は値 R8、C15 によって設定されます。 点火段階の可能な最大継続時間 tIGN 1,7 秒に等しい (t の 15/16 です)PRE); C16 と R8 を選択することで設定されます。 周波数を下げる途中でランプが点灯したとします。 その後、周波数は最小値 /v まで減少します。 UBA2021は燃焼フェーズに移行できる ふたつのやり方:
燃焼段階では、回路内の発振周波数は通常 f まで低下します。в (39 kHz)、公称動作周波数として使用できます。 ただし、電子安定器では自動制御が使用されているため、発振周波数はUBA13 ICのピン2021 (RHVピン)を流れる電流量に依存します。 fに達すると自動制御が働き始めます。в。 自動制御により、広範囲の電源電圧変動においてランプから放射される光束が大幅に安定します。 起動フェーズ中、低電圧供給コンデンサ C9、C10、C13 は、高電圧コンデンサ C4 から R2、ランプ フィラメント、R7、UBA13 の内部接続端子 5 と 2021 を通って流れる電流によって充電されます。 燃焼段階では再スイッチングが発生します。 ピン 5 の代わりに、ピン 13 がピン 8 に接続されていることがわかります。抵抗 R2 と R7 を流れる電流は、電力インバータのスイッチング周波数自動制御システムの情報パラメータとして使用されます。これは、この電流の強さが次の値に比例するためです。整流された主電源電圧のレベル。 電源周波数の 100 倍 (120 ～ 16 Hz) のリップルは、コンデンサ C200 によってフィルタされます。 その結果、主電源電圧が 260 ～ XNUMX V の範囲で変化しても、ランプから放射される光束はほぼ一定のままになります。 10 kHz を超える周波数では、ランプは抵抗負荷と見なすことができます。 10 kHz を超える周波数で励起された管状ランプの光出力は、50 ～ 60 Hz の周波数で駆動された場合よりも大幅に優れています。 これは、58W 高周波電源を備えた TL-D 50W ランプは、58W 電源を備えた TL-D 58W ランプと同じ光束を 50 ～ 60 Hz の周波数で放射することを意味します。 安定器に接続された TL-D 58W の定常状態動作点は、ランプ電圧 110 V とランプ電流 455 mA によって特徴付けられ、これは 50 W の電源に相当します。 バラストコイル L1 のインダクタンスの値は、ランプの動作点、点火コンデンサ C7 の静電容量、および公称主電源電圧 45 V で 230 kHz にほぼ等しい動作周波数によって決まります。 所望のランプ駆動電力は、インダクタンス L1 とキャパシタンス C7 のさまざまな組み合わせによって実現できます。 特定の組み合わせの選択は、加熱モード、最小必要点火電圧、回路コンポーネントのパラメーターの許容差などの要因によって異なります。 多くの場合、インダクタンス 1 mH のチョークコイル L1 と容量 7 pF の点火コンデンサ C8200 の組み合わせが最適です。 電源回路の要素を重大な過負荷から保護するために、マイクロ回路には、点火および燃焼の段階でアクティブになる容量性動作モードからの保護機能が組み込まれています。 UBA2021 チップは、インバータの各サイクルでトランジスタ VT5 がオンになっている間の R6 と R2 の両端の電圧降下をチェックします。 この電圧が 20 mV 未満の場合、これは回路が容量モードで動作していることを意味し、UBA2021 はウォームアップおよび点火段階でスイッチング周波数を下げるよりもはるかに高いレートでスイッチング周波数を上げ始めます。 その結果、スイッチング周波数が共振周波数を超えます。 容量性モードの兆候が消えると、スイッチング周波数は再び必要な周波数まで低下します。 UBA2021 の低電圧供給方式により、ランプ取り外し保護が提供されます。 ランプが取り外されると、コンデンサ C6 の交流電圧がゼロになり、IC の低電圧電源が失われます。 電子安定器のスイッチを切らずにランプを交換した後、回路の動作は起動段階から再開されます。 そして最後に、ランプがないと電子安定器を起動することは不可能です。結局のところ、この場合、起動抵抗R7は高電圧から切り離されています。 電子安定器には、電解コンデンサ C4 タイプ ASH-ELB 043 が装備されています。これらのコンデンサは、蛍光灯に電力を供給する電子回路で使用するために特別に設計されており、最大 15000 °C の温度で長い耐用年数 (85 時間) が特徴です。大きな電流リップルに耐えます。 インバーターの電源スイッチは、PHX3N50E タイプの MOSFET です (E インデックスはデバイスの信頼性の向上を示します)。 ゼロ電圧スイッチング原理を使用することにより、MOSFET のスイッチング損失が最小限に抑えられます。 各トランジスタの加熱は導通状態の損失によってのみ引き起こされ、温度上昇の程度はオープンチャネルの「ドレイン-ソース」R の抵抗に依存します。DS オンおよびケース熱抵抗 Rtn. 加熱および点火段階の継続時間はかなり短いため、MOSFET のタイプの選択は、ランプ点灯モードでバラスト インダクタを流れる電流の大きさによって決定されます。 PHX3N50E は、最大ドレイン-ソース間電圧が 500V で、オン抵抗が 3 オーム未満であることが特徴です。 インダクタンスが 1 mH の L1 バラスト コイルの設計は、最大 2,5 A のピーク点火電流に耐えることができるため、保護アースなしの回路でも使用できます。 電子安定器のイグナイタは、KR / MMKR7 タイプの容量 8200 pF のコンデンサ C376 です。 このタイプのコンデンサは、スルーレートと繰り返し率が高い回路で使用するように設計されています。 取り付けられたコンデンサは、最大 1700 V (600 V RMS 正弦波電圧) の電圧振幅に耐えることができます。 コンデンサは78V用のポリプロピレンK2-1600に置き換えることができます。 電子バラスト部品の推奨タイプ を表に示します。 3.6. そして表には3.7が与えられます UBA2021チップ上の電子安定器のエネルギー特性. 表3.6. 推奨される EPR 電子部品の種類
表3.7。 電子バラストのエネルギー特性
著者: Koryakin-Chernyak S.L.
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