Бесплатная техническая библиотека

Электронные пускорегулирующие аппараты. Электронный балласт на микросхеме UBA2021. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп

 Комментарии к статье

Рассмотрим электронный балласт, реализованный на микросхеме UBA2021. Принципиальная электрическая схема ЭПРА для люминесцентной лампы мощностью 58 Вт изображена на рис. 3.31.

"Сердцем" ЭПРА является микросхема UBA2021. Эта специализированная ИМС предназначена для работы как с обычными, так и с компактными люминесцентными лампами. В состав UBA2021 входят высоковольтный драйвер со схемой запуска, генератор и таймер, обеспечивающие управление на стадиях пуска, подогрева, зажигания и горения лампы, а также защиту от емкостного режима.

ИМС выдерживает напряжения до 390 В и кратковременные всплески напряжений (t < 0,5 с) до 570-600 В. Низковольтное напряжение питания внутренне фиксируется, что устраняет необходимость установки внешнего стабилитрона. Фиксация осуществляется при токах до 14 мА с кратковременными (t < 0,5 с) всплесками до 35 мА. Структурная схема UBA2021 показана на рис. 3.32.

Микросхема выполнена в пластиковом корпусе с 14 выводами (либо DIP-14, либо SO-14). Назначение выводов микросхемы UBA2021 приведено в табл. 3.5.

Таблица 3.5. Назначение выводов микросхемы UBA2021

Рис. 3.31. Схема электронного балласта на микросхеме UBA2021 (нажмите для увеличения)

Рис. 3.32. Структурная схема микросхемы UBA2021

ЭПРА работоспособен в диапазоне напряжений сети 185-265 В при частоте 50-60 Гц. Автоматическое управление поддерживает мощность горения лампы в пределах 47,6-50,3 Вт при изменении напряжения сети в пределах 200-260 В. UBA2021 управляет работой мощных полевых МОП- транзисторов PHX3N50E, являющихся ключами полумостового инвертора, который питается от сети с номинальным напряжением 23 В и1 частотой 50-60 Гц. При этом обеспечивается необходимый сдвиг уровней питания полевых транзисторов, осуществляющий защиту от емкостного режима работы.

Основными достоинствами этого изделия являются малое число внешних компонентов и низкая стоимость благодаря применению ИМС UBA2021, которая способна обеспечить максимальную гибкость разработки при минимальном числе периферийных элементов.

Рассмотрим работу схемы более подробно. Напряжение сети переменного тока с помощью мостового выпрямителя на четырех диодах (или диодного моста) и сглаживающего конденсатора преобразуется в напряжение постоянного тока (величиной 310 В), питающее полумостовой инвертор. Помехоподавляющий сетевой фильтр препятствует проникновению помех в сеть.

Полумостовой инвертор относится к группе высокочастотных резонансных преобразователей напряжения, которые удобны для управления газоразрядными лампами. Используемый принцип переключения двух мощных МОП-транзисторов при нулевом напряжении позволяет уменьшить потери на их переключение и обеспечивает высокий КПД балласта.

После подачи сетевого напряжения люминесцентная лампа сначала подогревается. Это называется мягким пуском и обеспечивает надежную и долговечную работу лампы. Величина тока подогрева регулируется микросхемой UBA2021. Этот ток, проходящий через нити накала лампы, разогревает электроды лампы до температуры, обеспечивающей достаточную эмиссию электронов. Прогрев позволяет уменьшить напряжение зажигания лампы, что снижает ударные электрические нагрузки на элементы схемы.

После включения выпрямленное напряжение сети поступает на буферный конденсатор С4 через резистор R1 (рис. 3.31), ограничивающий бросок тока. Конденсатор сглаживает пульсации напряжения с удвоенной частотой сети. Полученное высоковольтное напряжение VHV (310 В) постоянного тока является питающим для полумостового инвертора, в состав силовых компонентов которого входят транзисторы VT1, VT2, катушка L1, конденсаторы С5, С6, С7 и лампа EL1.

На этапе пуска ток от высоковольтного конденсатора С4 проходит через резистор R2, нить накала лампы, резистор R7, выводы 13 и 5 микросхемы UBA2021, соединенные между собой в период пуска внутренним ключом, и заряжает конденсаторы низковольтного питания С9, C11 и С13. Как только напряжение питания VS на С13 достигнет величины 5,5 В, происходит переключение UBA2021, в результате которого транзистор VT2 открывается, а транзистор VT1 запирается.

Это позволяет зарядиться пусковому конденсатору С12 через внутреннюю цепь микросхемы. Напряжение питания VS продолжает увеличиваться, и при VS > 12 В внутренний генератор микросхемы начинает генерировать. Величина тока потребления ИМС внутренне фиксируется на уровне порядка 14 мА.

Далее происходит переход к этапу подогрева. При отсутствии лампы пуск автоматически блокируется, т. к. в этом случае оказывается разорванной цепь зарядки пускового конденсатора.

На этапе подогрева МОП-транзисторы VT1 и VT2 поочередно переводятся в проводящее состояние. Это генерирует переменное напряжение прямоугольной формы относительно средней точки полумоста с амплитудой VHV. Стартовая частота колебаний составляет 98 кГц. В этих условиях цепь, состоящая из С8, VD5, VD6, С9 и СЮ, оказывается способной выполнить функцию источника низковольтного питания, которая во время пуска обеспечивалась током через вывод 13 ИМС.

В течение интервала времени, примерно равного 1,8 с (время подогрева t_PRE), продолжительность которого определяется номиналами С16 и R8, система находится в режиме подогрева. При этом через нити накала лампы проходит ток контролируемой величины* что позволяет оптимальным образом разогреть оба электрода лампы. Нагретые электроды эмитируют (испускают) в лампу большое число электронов, и в таком состоянии для ее зажигания требуются значительно меньшие напряжения, что минимизирует ударные электрические нагрузки на элементы схемы и лампу в момент зажигания. Подогрев электродов весьма важен для обеспечения большого срока службы лампы (порядка 20 тыс. ч).

После возникновения генерации небольшой переменный ток начинает протекать от средней точки полумоста через нити накала лампы, L1 и С7. Частота колебаний постепенно снижается, что приводит к соответствующему росту величины тока. Скорость снижения частоты определяется емкостью конденсатора С14 и внутренним источником тока ИМС. Частота прекращает падать, как только будет достигнуто определенное значение напряжения переменного тока на резисторах R5 и R6, являющихся датчиками тока подогрева.

В течение всего этапа подогрева частота работы полумостового инвертора остается выше резонансной частоты цепочки L1C7 (55,6 кГц), и в силу этого напряжение на С7 еще мало для зажигания лампы.

Совет. Весьма важно удержать это напряжение достаточно небольшим: ведь преждевременное, так называемое холодное, зажигание приводит к быстрому износу электродов лампы.

Величина индуктивности балластной катушки L1 определяется необходимым током через лампу, емкостью конденсатора поджига С7 и рабочей частотой в режиме горения. Минимальная величина емкости С7 определяется индуктивностью L1, величиной напряжения на лампе, не приводящего к зажиганию, при данном токе подогрева и минимальным напряжением сети. В результате оптимальным для подогрева оказывается значение емкости С7, равное 8,2 нФ.

После окончания этапа подогрева UBA2021 возобновляет дальнейшее снижение частоты переключений полумоста вплоть до низшей частоты fв (39 кГц). Однако теперь понижение частоты осуществляется гораздо медленнее, чем это происходило в стадии подогрева. Частота переключений смещается к резонансной частоте последовательной цепочки, состоящей из индуктивности L1 и суммарной емкости конденсатора С7 и электродов лампы (55,6 кГц), причем сопротивления блокирующих постоянный ток конденсаторов С5 и С6 достаточно малы.

Максимальная величина напряжения зажигания в наихудшем случае (когда и светильник, и схема ЭПРА подключены к защитному заземлению сети) для лампы TL-D 58W при низких температурах составляет примерно 600 В.

Сочетание балластной катушки индуктивности L1 и конденсатора поджига С7 подобрано таким образом, чтобы напряжение на лампе могло превысить эти необходимые для надежного зажигания 600 В. Величина напряжения зажигания определяет максимальное значение емкости С7 при заданной индуктивности L1, выбранной исходя из нижней частоты fв UBA2021. Нижняя частота fв задается величинами R8, С15. Максимально возможная продолжительность этапа зажигания t_IGN равна 1,7 с (составляет 15/16 от t_PRE); она устанавливается подбором С16 и R8.

Предположим, что лампа зажглась в ходе понижения частоты; тогда частота уменьшается до минимального значения /в. UBA2021 может осуществить переход к этапу горения двумя путями:

• при снижении частоты до f_в;
• если частота f_в не достигнута, но переход происходит по истечении максимально возможной продолжительности этапа зажигания t_IGN.

На этапе горения частота колебаний в схеме обычно снижается до f_в (39 кГц), которая может использоваться в качестве номинальной рабочей частоты. Однако, в силу применения в ЭПРА автоматического управления, частота колебаний зависит от величины тока, протекающего через вывод 13 (вывод RHV) ИМС UBA2021. Автоматическое управление начинает функционировать после достижения f_в. Автоматическое управление в значительной степени стабилизирует излучаемый лампой световой поток в широком диапазоне вариаций напряжения сети.

Во время этапа пуска конденсаторы низковольтного питания С9, C10 и С13 заряжаются током, протекающим от высоковольтного конденсатора С4 через R2, нить накала лампы, R7 и внутренне соединенные выводы 13 и 5 UBA2021.

На этапе горения происходит перекоммутация. Вместо вывода 5 к выводу 13 оказывается подключенным вывод 8. Теперь ток, протекающий через резисторы R2 и R7, используется в качестве информационного параметра в системе автоматического управления частотой переключений силового инвертора, так как сила этого тока пропорциональна уровню выпрямленного напряжения сети. Пульсации с удвоенной частотой сети (100-120 Гц) фильтруются конденсатором С16. В результате излучаемый лампой световой поток остается почти постоянным при изменении напряжения сети в пределах от 200 до 260 В.

На частотах выше 10 кГц лампа может рассматриваться как резистивная нагрузка. Светоотдача возбуждаемых на частотах выше 10 кГц трубчатых ламп существенно лучше, чем при их питании с частотой 50-60 Гц. Это означает, что лампа TL-D 58W при высокочастотном питании мощностью 50 Вт излучает такой же световой поток, как и TL-D 58W при мощности питания 58 Вт на частоте 50-60 Гц. Рабочая точка установившегося состояния для подключенной к ЭПРА TL-D 58W характеризуется напряжением на лампе 110 В и током через нее 455 мА, что соответствует мощности питания 50 Вт. Величина индуктивности балластной катушки L1 определяется рабочей точкой лампы, емкостью конденсатора поджига С7 и рабочей частотой, которая примерно равна 45 кГц при номинальном напряжении сети 230 В.

Желаемая мощность возбуждения лампы может быть достигнута при различных сочетаниях величин индуктивности L1 и емкости С7. Выбор конкретного сочетания зависит от таких факторов, как режим подогрева, минимально необходимое напряжение зажигания и допуски на параметры компонентов схемы. В большинстве случаев оптимальным является сочетание дроссельной катушки L1 индуктивностью 1 мГн и конденсатора поджига С7 емкостью 8200 пФ.

Для предохранения элементов силовой цепи от значительных перегрузок в микросхему встроена функция защиты от емкостного режима работы, которая активна на этапах зажигания и горения. Микросхема UBA2021 проверяет величину падения напряжения на R5 и R6 во время включения транзистора VT2 в каждом цикле работы инвертора.

Если это напряжение оказывается меньше 20 мВ, что означает, что схема работает в емкостном режиме, UBA2021 начинает повышать частоту переключений с гораздо большей скоростью, чем она ее снижала на этапах подогрева и зажигания. В итоге частота переключений превысит резонансную частоту. При исчезновении признаков емкостного режима частота переключений вновь уменьшается до необходимой.

Защита при удалении лампы обеспечена способом получения низковольтного напряжения питания для UBA2021. При удалении лампы становится нулевым напряжение переменного тока на конденсаторе С6, что приводит к исчезновению низковольтного питания ИМС. После замены лампы без отключения ЭПРА работа схемы возобновится с этапа пуска. И, наконец, пуск ЭПРА невозможен при отсутствии лампы - ведь в этом случае пусковой резистор R7 оказывается отключенным от высоковольтного напряжения.

В ЭПРА установлен электролитический конденсатор С4 типа ASH-ELB 043. Эти конденсаторы, специально разработанные для применения в электронных схемах питания люминесцентных ламп, характеризуются большим сроком службы (15000 ч) при температурах до 85 °С и выдерживают значительные пульсации тока.

Силовыми ключами в инверторе являются полевые МОП-транзисторы типа PHX3N50E (индекс Е свидетельствует о повышенной надежности прибора). Благодаря использованию принципа переключения при нулевом напряжении потери на переключение МОП-транзисторов минимизированы. Нагрев каждого из транзисторов вызывается только потерями в проводящем состоянии, и степень повышения температуры зависит от сопротивления открытого канала "сток-исток" R_DS on и теплового сопротивления корпуса R_tn.

Продолжительности этапов подогрева и зажигания достаточно малы, в силу чего выбор типа МОП-транзистора был обусловлен величиной тока, протекающего через балластную катушку индуктивности в режиме горения лампы. PHX3N50E характеризуются максимальным постоянным напряжением "сток-исток" 500 В и сопротивлением открытого канала менее 3 Ом.

Конструкция балластной катушки L1 с индуктивностью 1 мГн, выдерживающей пиковые токи зажигания до 2,5 А, позволяет применять ее в схемах без защитного заземления. Поджигающим в ЭПРА является конденсатор С7 с емкостью 8200 пФ типа КР/ММКР376. Этот тип конденсаторов разработан для применения в цепях с высокими скоростями нарастания напряжения и большой частотой повторения. Установленный конденсатор способен выдержать размах напряжения до 1700 В (600 В действующего значения синусоидального напряжения). Конденсатор можно заменить на полипропиленовый К78-2 на 1600 В. Рекомендуемые типы электронных компонентов ЭПРА приведены в табл. 3.6. А в табл. 3.7 приведены энергетические характеристики ЭПРА на микросхеме UBA2021.

Таблица 3.6. Рекомендуемые типы электронных компонентов ЭПР

Таблица 3.7. Энергетические характеристики ЭПРА

Автор: Корякин-Черняк С.Л.

Смотрите другие статьи раздела Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива На Марсе найдены органические молекулы 24.12.2014 Теперь ученые имеют больше оснований предполагать, что на Марсе когда-то существовала жизнь. По данным NASA, марсоход обнаружил органические молекулы, содержащие углерод и водород, в образцах породы, извлеченных из скалы Камберленд. Конечно, наличие органических молекул не может являться однозначным доказательством наличия на Марсе микроорганизмов, но указывает на благоприятные условия для возникновения жизни. Также Curiosity удалось зафиксировать временное увеличение количества метана в кратере Гейл, что свидетельствует о существовании на Марсе относительно локализованных источников газа. Команда ученых, управляющих марсоходом, пока не может определить его источник - для этого понадобятся дополнительные исследования. Он может быть как биологического, так и небиологического характера, однако на Земле 95% метана поступает именно от микроорганизмов.

Другие интересные новости:

▪ Высотомеры MS5611 и MS5607

▪ 200-Мп датчик изображения ISOCELL HP1

▪ LG с ее смартфонами уличили во лжи

▪ Имплант для измерения уровня кислорода в организме

▪ Энтомология проездом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Чудеса в решете. Крылатое выражение

▪ статья Когда можно искупаться у самого края водопада Виктория без опасения быть унесенным вниз? Подробный ответ

▪ статья Герань. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Основы булевой алгебры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Реле напряжение со звуковой сигнализацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026