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無線電子工学および電気工学の百科事典 T8 蛍光灯用のユニバーサル ウォーム スタート電子安定器。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
著者は、特殊な ICB8FL1G マイクロ回路上に組み立てられた、T02 蛍光ランプ用の電子安定器の設計を提案しています。 このデバイスには有効電力補正装置が装備されており、緊急モードに対する保護を提供し、異なる電力のランプを接続するための XNUMX つの異なるオプションがあります。 電子安定器 - 電子安定器は、電子安定器とも呼ばれ、ガス放電ランプ (この場合は蛍光灯) の点火と動作モードの維持に使用されます。 従来のチョークやスターターに対する電子安定器の利点は明らかです。たとえば、始動時のランプのちらつきがないこと、力率が高いこと、光束リップル率が大幅に低いこと、さらにはコストが低いことなどです。 現在、オフィスであれ家庭であれ、ほぼすべての蛍光灯には電子安定器が装備されています。 回路の観点から、量産電子安定器は XNUMX つのカテゴリに分類できます。 13007 つ目は、パッシブ電力補正器を備えた 36 シリーズの 38 つの強力な高電圧トランジスタの自動起動機能を備えたハーフブリッジ コンバータです。 このタイプの安定器は最も安価で一般的で、XNUMX ～ XNUMX kHz の周波数で動作します。 36 つ目は、特殊なマイクロ回路に組み立てられたより高価な電子安定器で、有効電力補正装置と「ウォーム」スタート機能を備えています。 通常、発振周波数は 48 ～ 2 kHz で、光束脈動係数が 5 ～ 40% と非常に低いことが特徴です。 比較のために：従来のチョークとスターターでスイッチを入れたランプの場合、光束脈動は約 60 ～ 15% ですが、安価な電子安定器では約 XNUMX% です。 この記事では、特殊なマイクロ回路上の電子バラストのバージョンについて説明します。 主な技術的特徴
この安定器は、インフィニオンが開発した蛍光灯用電子安定器の特殊なマイクロ回路コントローラー、ICB1FL02G に組み込まれています。 このチップの安定器は、IR2168、IR2166 などの International Rectifier チップの安定器と回路的には似ていますが、必要な外部要素が少なく、実践で示されているように、より安定性と信頼性が高くなります (これは著者の主観的な意見です)。 デバイスのスキームを図に示します。 1. その主な特徴は、ランプを接続するための 1 つの構成 (オプション) です: 18x8 (出力 18 W の T1 蛍光灯 36 つ)、1x58、2x18、2x36、3x18、4x18、2x1 (図 XNUMX)。 マイクロ回路の動作の詳細な説明は[XNUMX]に記載されています。 安定器の動作は、ランプ陰極の予熱、点火、動作モードの XNUMX つの段階に分けることができます。 予熱は次のように実施されます。 スイッチを入れるとすぐに、超小型回路のクロック発生器が約 125 kHz の周波数で動作し始めます。 10 ms 後、その周波数は 65 kHz まで滑らかに減少します。これは、抵抗 R22 によって設定される予熱周波数です。 この値は、L2C14 出力安定器回路の共振周波数よりもはるかに高いため、ランプのカソードに印加される電圧はランプを点火するには十分ではありません。 ランプの予熱が開始され、その継続時間は抵抗器 R26 によって設定され、0 ～ 2 秒 (この場合は 1 秒) の範囲で選択されます。 この間、周波数は変化しません。 予熱期間中、ランプの陰極は高周波電流によって十分に加熱され、ランプ内のガスが部分的にイオン化し始めます。 その結果、その後の点火は、ランプのフィラメントに対する「ストレスの少ない」モードで、トランジスタＶＴ２、ＶＴ３を流れる電流サージがより少なく行われることになる。 予熱機能により、蛍光灯の寿命が大幅に、場合によっては数倍に延長されます。
次の 40 ミリ秒の予熱時間の後、マイクロ回路のクロック周波数は再び減少し始めます。 L2C14 回路の共振周波数に近づくと、コンデンサ C14 のプレートからランプのカソードに印加される電圧が急激に増加し始め、600 ～ 800 V に達すると点火が発生します。 この時点で、電流センサー - 抵抗器 R27 の電圧が 0,8 V のしきい値に達すると、これは、たとえば、無負荷で安定器をオンにしようとしたとき、またはランプの 14 つが故障したときに発生する可能性があり、超小型回路コントローラーはコンバーターの周波数のさらなる低下を停止し、再び周波数を上げ始めます。これにより、コンデンサ CXNUMX の両端の電圧が低下します。 これは、コンバータ出力での過剰な電流と電圧サージを回避するために行われます。 抵抗 R0,8 の両端の電圧降下が 27 V 未満に減少すると、周波数は再び減少します。 このプロセスは、点火成功信号が受信されるまで数回繰り返される場合があります。 この信号は、入力 LVS2,5 (LVS - ランプ電圧検出、ピン 1) DA13 での振幅が 1 mA 以下の正弦波電流と、入力 RES (RESTART、ピン 3,2) DA12 での 1 V 以下の台形電圧振幅の出現です。 最大点火時間は最大 235ms です。 ランプの点火が失敗した場合、マイクロ回路は緊急モードに入り、スイッチング トランジスタ VT2 と VT3 を停止します。 点火が成功すると、DA1 は動作モードに切り替わり、クロック ジェネレータの周波数は抵抗 R18 によって設定された動作値まで低下します。 バラスト動作の 3 つの段階すべて (暖機、点火、動作モード) を図のオシログラムで示します。 3 (オシロスコープはコネクタ XS9 のピン 1、4 に接続されています)。 図上。 図４は、それぞれ接続された４つの１８Ｗランプによる動作定常状態における電圧波形を示す。
動作モードでは、追加の保護機能がアクティブになります。EOL (End Of Life) - ランプの寿命の終わり、容量性モードでの動作に対する保護、ランプの整流効果に対する保護。 ランプを流れる電流が急激に増加した場合（耐用年数の終わりまでに発生する可能性があります）、回路内の電流は 215 μA に増加します。プラス電源、R14、R16、R21、R23、R30、ランプ フィラメント、R17、R15、R13、R12、DA1 マイクロ回路の内部電流センサーです。 これにより EOL 保護が作動し、安定器がオフになります。 この回路を流れる電流の正と負の半サイクルの振幅が等しくない場合、これはランプが整流モードで動作していることを意味します。 言い換えれば、ランプを流れる一方向の電流が他の方向よりも多くなります。 この影響は、ランプの陰極の 1,6 つが早期に摩耗することによって引き起こされます。 この場合、バラストも緊急モードになります。 安定器の動作中に、たとえばランプホルダーの故障やフィラメントの 1 つの焼損などによりランプ回路の接点が壊れた場合、回路の抵抗が急激に増加し、出力段が容量性動作に切り替わり、共振が発生する可能性があります。 この場合、RES 入力の電圧は 1 V のレベルを超え、保護が作動して安定器がオフになります。 さらに、DAXNUMX チップの LVSXNUMX および RES 入力は、安定器の動作中ずっとランプの接続を制御するのに役立ちます。 安定器の動作中にランプの XNUMX つが取り外されると、安定器はオフになります。 有効電力補正器は、変圧器 T1、トランジスタ VT1、ダイオード VD2、およびコンデンサ C5 に組み込まれています。 その目的は、消費電流の形状を電圧の形状にできるだけ近づけることで、電流と電圧の間の位相シフトを低減し、それによって無効電力を最小限に抑えることです。 その動作原理については [1] および [2] で詳しく説明されています。 この補正器の特徴は、臨界伝導モード (CCM) と不連続伝導モード (DCM) の両方で動作できることです。 分圧器 R8 ～ R11C6 は、電源電圧の瞬時値を制御し、トランジスタ VT1 の閉成時間を決定するために使用されます。 変圧器 T1 の二次巻線は、電流制限抵抗 R3 を介して PFCZCD 入力 (ピン 7) DA1 に接続されており、変圧器の一次巻線を流れる電流がゼロに達する瞬間を判断するために必要です。 これが起こるとすぐに、開放パルスがトランジスタ VT1 のゲートに印加されます。 変圧器 T1 の両方の巻線は同相である必要があります。 マイクロ回路は、回路R1、R2、R5からスイッチを入れた直後に電力が供給されます。 将来的には、出力段からスタビライザーC12C13R28VD5VD6C10まで。 1 つのランプを安定器に接続するために、超小型回路メーカーは、並列に接続された 2 つの出力安定器回路を使用することを推奨しています。各回路には XNUMX つのランプが直列に接続されています [XNUMX]。 しかし、その後、次の問題が発生します。 出力 LC 回路のパラメータにわずかなばらつきがある場合でも、ランプのペアが同時に点火されない可能性があり、これは知覚にとってあまり快適ではありません。 一方、直列に接続された XNUMX つのランプは、予熱中に十分に暖まる時間がなく、点火にさらに多くのエネルギーが必要となるため、点火には非常に問題があります。 さらに、接続線での損失も忘れてはなりません。 解決策は、出力回路を XNUMX つ残し、低電力の補助降圧トランス TXNUMX を追加することでした。 ランプの接合部での損失を補償し、ランプの加熱を改善し、点火を促進します。 変圧器 T2 の電力はランプの総電力の 8 ～ 10% でなければならず、変圧比は 20.30 であることが実験的に確立されています。 1x18、2x18、1x36 ランプを安定器に接続する場合、ランプへの過剰な電力の供給を避けるために、T2 トランスとカップリング コンデンサ C11、C16、C18 を取り外す必要があります。 ドキュメント [1] には、出力回路 L2C14 を除く、安定器のすべての主要要素の計算が記載されています。 インダクタＬ２のインダクタンスとコンデンサＣ１４の静電容量は次のように計算される。 最大ランプ電力 (2x14 または 4x18) P=2 W、選択された動作周波数 f=36 kHz、点火周波数 fIGN=48 kHz [1]、「ウォーム」スタートを使用、最適点火電圧 UIGN≈700 V。エネルギー比から得られるもの E = P / f = C U2/ 2、 故に C14 = 2P/(fIGN・uIGN2) = 2 72/(48 103・7002) ≈ 6,1 nF。 利用可能なコンデンサのうち、6,8 nF コンデンサが選択されました。 ここで、インダクタ L2 のインダクタンスを決定します。 周波数は f = 1/(2π√LC), 故に L2 = 1/(4π2C f2) = 1/(4π2・6,8・412・106) = 2,2 mH。 一方、バラストチョークのインダクタンスは次の条件を満たす必要があります。 L2 =（Uピート -Uл) t開いた/Iл , どこでピート - 供給電圧; うл - ランプの動作電圧 (18 W ランプの動作電圧は約 56 V にほぼ等しいため、Uл=4 56=224 V); t開いた - f=41 kHz、t でのトランジスタのオープン時間開いた ≈11,5 μs ([1] による)。 私л≈0,33 A - ランプ動作電流。 ここから L2 = (290 - 224) 11/330 = 2,2mH。 インダクタL2の最大電流を決定します。それは共振時のコンデンサC14の電流と等しくなります。 IL2 =Uレズ2π fレズC = 700 2π 48 103・6,8・10-9 = 1,4A。 全体の出力に適した磁気コア (EV25/13/13 など) を選択します。 必要なクリアランスgを見積もりましょう： g = (4 10-4π L Iマックス2)/(S B2), ここで、S は磁気回路の断面積、m (EV25/13/13 の場合 S=75 mm2); B - 最大誘導、T; L - インダクタンス、H; 私マックス - 最大電流、A. 帰納法 B = 0,22 T を取りましょう。 得る g = (4 10-4π 2,2 10-3・1,42)/(75 10-6・0,222) = 1,5 mm。 インダクタL2の巻数Nを計算します。 L=N2・AL, 故に N = √(L/AL) ; あL =（AL0λ)/(μeg） ここでL - XNUMX ターンあたりのインダクタンス (ギャップのある磁気回路)、H; あL0 - XNUMX ターンあたりのインダクタンス (ギャップのない磁気回路、参考書からの情報)、H; λは磁気回路の平均電力線の長さ、mmです。 μe - 磁気回路の材料の初透磁率 (参考書からの情報)。 磁心EV25/13/13用、材質N87-AL0=2400nH、λ=59mm、μe= 1520. したがって AL =（2400 10-9・59・10-3)/(152 1,5 10-3）= 6,7 10-8 おやすみなさい、 N = √(2,2 10-3/6,7 10-8) = 181 ターン。 最大誘導を確認しよう B = (私はマックス・μ0N)/g、ここでμ0 = 4π 10-7 H/m ; B = (1,4 4π 10-7181)/(1,5 10-3) = 0,212 T インダクタはワイヤ 4x0,2 mm (直径 0,2 mm のワイヤ XNUMX 本) で巻かれています。 可能であれば、巻線を複数のセクションに分割することが望ましい。 このデバイスは、片面にラミネートされたグラスファイバー製のプリント基板上に組み立てられます。 プリント基板の図面を図に示します。 5. 表面実装用のすべての要素はプリント導体の側に配置され、すべての出力要素は反対側にあります。 要素の位置は図に示されています。 6. 組み立てられたデバイスの写真を図に示します。 7と図。 8. コンデンサ C14 - 金属フィルム、電圧 1600 V 用、コンデンサ C11 ～ C13 - 電圧 1000 V 用の金属フィルムまたはディスク セラミック、コンデンサ C16、C18 - 100 V。ダイオード VD2、VD4 - 許容逆電圧が少なくとも 600 V の高速。トランジスタ FQD5N50 (VT1 ～ VT3) は SPP03 で置き換えることができます。 N60C3など。 トランス T1 は、E25/13/7 磁気コア、材質 N27、非磁性ギャップ 1,6 mm に巻かれています。 一次巻線には 184x4 mm のワイヤが 0,2 回巻かれ、二次巻線には直径 14 mm のワイヤが 0,3 回巻かれます。 トランス T2 は E16/8/5 磁気回路、材料 N27 に隙間なく巻かれています。 巻線 1 ～ 2 には 208 ターン、巻線 11 ～ 14、6 ～ 7、10 ～ 13 ～ 24 ターンはそれぞれ、巻線 4 ～ 5、8 ～ 9 ～ 12 ターンが含まれます。 すべての巻線の線径は 0,18 mm です。 周波数設定抵抗 R18、R22、R26 は 0,5 ～ 1% の許容差を持って選択することが望ましいです。 正しく組み立てられたデバイスは通常、すぐに動作を開始し、調整の必要はありません。
文学
著者：V。ラザレフ
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