Силовой ключ на полевом транзисторе

Типовая схема использования микросхемы UBA2000T совместно с силовым ключом на полевом транзисторе приведена на рис. 2.6, б. В этом случае резистивный делитель подключается к общему проводу. Выходной буфер микросхемы работает аналогично предыдущему случаю. Импульс выходного тока заряжает затвор полевого транзистора. В результате транзистор открывается. Для удержания транзистора в проводящем состоянии используется высокоомный резистор, включенный между затвором транзистора и буферным конденсатором С1. Необходимость этого резистора вызвана тем, что выходной ток носит импульсный, а не непрерывный характер. Необходимо отметить, что использование резистора приводит к увеличению тока разряда буферной емкости С1.

Внутренний стабилитрон ограничивает напряжение на выходе микросхемы, а, следовательно, и на затворе полевого транзистора на уровне приблизительно 6,8 В.

Обе схемы применения требуют использования силового ключа с напряжением пробоя F(br)ac или F(br)ds, превышающим напряжение поджига люминесцентной лампы.

В табл. 2.1 приведены предельные значения параметров микросхемы UBA2000T.

Предельные значения параметров микросхемы UBA2000T

Таблица 2.1

Примечания. 1. Вывод подключен к внутреннему стабилитрону с напряжением пробоя около 6,8 В.

2. Вывод подключен к внутреннему стабилитрону с напряжением пробоя 130.. .230 В. Ток через вывод должен быть ограничен на уровне 10 мА.

3. Импульсное значение при длительности импульса 2 мс.

Набор микросхем EFS STARLIGHT KIT фирмы STMicroelectronics (www.st.com) по своим функциональным возможностям и принципу работы схож с рассмотренной ранее UBA2000T.

Разработчики из STMicroelectronics разделили электронный стартер следующим образом: в микросхеме EFS2A-CD разместили все функциональные низковольтные узлы (генератор, детектор, счетчик, компаратор), а в микросхеме EFS21-TL5 - все силовые высоковольтные узлы (выходной буфер, высоковольтный коммутатор с цепочкой защиты) и источник питания для низковольтной EFS2A-CD (рис. 2.11, 2.12).

В отличие от UBA2000T электронный стартер, реализованный на EFS2A-CD и EFS21-TL5, работает только с индуктивным балластом.

В зависимости от использования микросхемы EFS2A-CD или EFS2B-CD будут доступны следующие интервалы прогрева электродов ЛЛ:

• для EFS2A-CD: если вывод 2 микросхемы на земле - 1,5 с, если на Fee-2,65 с;

• для EFS2B-CD: если вывод 2 микросхемы на земле - 0,74 с, если на Fee-1.24 с.

SO-14

DRIVER: EFS2A-CD and : EFS2B-CD

Pentawatt HV

ASD™:EFS21-TL5

Рис. 2.11. Назначение выводов микросхем EFS2A-CD

hEfJs21-

Индую-ивный балласт Дроссель

-220 В 50 Гц

Люмлампа = 18-70 Вт С1

2,2 мк

0,39 8,10,11

3,5,6.7

160 к

12 12 1±

22 мк 16В

Рис. 2.12. Типовая схема включения EFS2A-CD и EFS21-TL5

Электронный стартер, являясь составной частью электромагнитного ПРА, позволяет улучшить и облегчить процесс поджига ЛЛ, но решить все проблемы с питанием ЛЛ возможно только с помошью электронного высокочастотного ПРА.

2.3. электронный пра - балласт, с которым не утонешь

Широкое использование электронных ПРА (они же ЭПРА, они же электронные балласты) связано с рядом их сушественных достоинств и преимушеств по сравнению с электромагнитными ПРА.

Разделим их на четыре группы.

1. Влияние на здоровье:

• приятный немерцаюший свет без стробоскопических эффектов и отсутствие шума благодаря работе в высокочастотном диапазоне (30...100 кГц);

• слабое электромагнитное поле.

2. Комфортность:

• надежное и быстрое (без мигания) зажигание ламп;

• стабильность освещения независимо от колебаний сетевого напряжения;

• возможность регулировки светового потока;

• отключение по истечении срока службы лампы.

3. Экономичность:

• высокое качество потребляемой электроэнергии - близкий к единице коэффициент мощности благодаря потреблению синусоидального тока с нулевым фазовым сдвигом (при использовании активного корректора мощности);

• уменьшенное на 20% энергопотребление (при сохранении светового потока) за счет повышения светоотдачи лампы на повышенной частоте и более высокий КПД ЭПРА по сравнению с классическими электромагнитным ПРА;

• увеличенный на 50% срок службы ламп благодаря щадящему режиму работы и пуска;

• снижение эксплуатационных расходов за счет сокращения числа заменяемых ламп и отсутствия необходимости замены стартеров;

• дополнительное энергосбережение до 80% при работе в системах управления светом.

4. Экологичность:

• меньшее количество отходов ламп (на 30%) за счет увеличения срока службы ЛЛ.

Добавим, что ЭПРА высоконадежны и служат так же долго, как и светильники. Например, по данным, полученным за время эксплуатации с 1983 года системы освещения франкфуртского аэропорта, где используются светильники с ЭПРА производства OSRAM, после 130 тыс. ч эксплуатации вышли из строя всего 4% из 50 тыс. ЭПРА. (При этом реальный срок службы ламп оставил 30 тыс. ч.) Это значит, что фактический срок службы ЭПРА намного выше заявленного.

Среди объектов, освещенных с применением электроники OSRAM в прежние годы, следует упомянуть также крупнейшее промышленное предприятие - завод фирмы Bayer AG, где установлено 150 тыс. ЭПРА для люминесцентных ламп.

Все это оборудование работает исключительно надежно в тяжелых производственных условиях. Новые системы освещения с использованием ЭПРА ассоциируются с лампами Т5. К числу наиболее крупных объектов относятся магазины IKEA в Европе (100 тыс. ЭПРА), комплекс Treptowers в Берлине (30 тыс. ЭПРА), филиал «С&А in Еигора» в Зальцбурге (15 тыс. ЭПРА). Последний проект позволил снизить энергозатраты в полтора раза, одновременно на 20% увеличив количество света.

На данный момент в США 55% всех балластов - электронные (что не удивительно в свете вступающего в силу с 2005 года закона), в Японии таковых 42%, в Германии-40%, а в Европе столько же, сколько в Китае, - по 25%. Россия и страны СНГ, понятно, отстают (довольно сильно) и от западных, и от восточных соседей. - j

Попробуем устранить отставание и пробел знаний в этойобласти.

Рис. 2.13. Вид завода Bayer АС ночью

Рассмотрим принципы работы, проектирования и изготовления электронных балластов.

Простой электронный балласт на IR2153

Рассмотрим принцип работы простого электронного балласта на IR2153. На структурной схеме электронного балласта (рис. 2.14) точка «А» подключается с помощью ключей Кл] и Кл2 то к напряжению питания ([/п = -t-310 В), то к общему проводу. В результате в точке «А» возникают однополярные высокочастотные импульсы напряжения (частота коммутации обычно находится в пределах 30...100 кГц), которые, во-первых, зажигают лампу, а во-вторых, не дают газу деионизироваться (отсутствие мерцания). При таком методе пуска и управления полностью исключен фальстарт, поскольку лампа гарантированно коммутируется на постоянное напряжение, провалы которого принципиально отсутствуют. Сокращаются размеры индуктивного элемента. Регулировкой скважности (или фазы) импульсов коммутации можно добиться изменения яркости свечения. Чтобы зажечь лампу, нужно разогреть ее электроды. Поскольку в схеме электронного балласта отсутствует стартер, необходимо каким-то образом первоначально замкнуть силовую цепь, чтобы протекающий ток разогрел электроды, а затем схему пуска отключить. В

лампах небольщой мощности (единицы ватт) первоначальное замыкание цепи можно осуществить при помощи конденсатора С. Однако этот путь достаточно противоречив, поскольку для разогрева желательно иметь как можно большее значение емкости, в то время как для возникновения хорошего резонансного эффекта выбирать эту емкость слишком большой нельзя.

<-

-220 В 50 Гц

Помвхо-подавля-

Ю1ДИЙ

фильтр

Выпрямитель

Фильтр

Высоковольтный коммутатор

Рис. 2.14. Структурная схема электронного балласта

Разработчики поступили следующим образом. Они включили параллельно конденсатору термистор с положительным температурным коэффициентом РТС - позистор. В холодном состоянии сопротивление позистора мало, и ток разогревает электроды лампы. Вместе с электродами разогревается и позистор. При определенной температуре сопротивление позистора резко повышается, цепь разрывается, и индуктивный выброс зажигает лампу. Позистор шунтируется низким сопротивлением горящей лампы. Использование позистора позволяет лампе зажигаться плавно и снижает износ электродов, что продлевает срок службы лампы до 20 тыс. ч.

Существует также метод (более прогрессивный) предварительного прогрева катодов, заключающийся в том, что при прогреве частота драйвера выше резонансной частоты питания лампы. В результате лампа сначала прогревается и только после того, как частота драйвера снижается до резонансной, - поджигается.

Наиболее дешевые (китайско-польские) электронные балласты работают в автогенераторном режиме и собираются из дискретных элементов. Отсюда наличие нескольких сложных намоточных элементов - трансформаторов, большие габариты печатных плат, низкая надежность, сложность настройки.

Ведущие фирмы-разработчики выпускают довольно широкий перечень микросхем управления балластами. Существуют как микросхемы, требующие наличия внешних силовых транзисторов, так и модификации, в которых силовые ключи интегрированы в один корпус со схемой управления. Такие балласты довольно миниатюрны. , >