Бесплатная техническая библиотека

ЭПРА с питанием от низковольтных источников. Электронный пускорегулирующий аппарат на микросхеме КР1211ЕУ1 с питанием от бортовой сети автомобиля (11-15 В). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп

 Комментарии к статье

Одним из вариантов практической реализации ЭПРА на КР1211ЕУ1 с питанием от бортовой сети автомобиля (11-15 В) является устройство, принципиальная схема которого показана на рис. 3.67. Это устройство пригодится как дома, так и при отдыхе на природе.

Технические характеристики:

• напряжение питания - 11-15 В (типовое 14,4 В);
• ток потребления - 1 А;
• КПД - 95%;
• рекомендуемый тип лампы - 4-х выводная КЛЛ мощностью 11-15 Вт;
• размеры печатной платы - 67x45 мм.

Для подключения к питающей сети и к лампе на плате размещены клеммные колодки. Печатная плата преобразователя может быть помещена в корпус с габаритными размерами 72x50x28 мм.

Описание работы. Электронный балласт выполнен по схеме двухтактного преобразователя напряжения на базе специализированного генератора КР1211ЕУ1 (DA1). Генератор формирует две последовательности противофазных импульсов с защитным промежутком для управления парой мощных ключей (VT1), коммутирующих обмотки силового трансформатора Т1.

В качестве силовых ключей используется сборка полевых транзисторов IRF7103. Частота генерации регулируется переменным резистором R3 в диапазоне 20-30 кГц. Светодиод HL1 индицирует подачу питания на устройство.

Данная схема имеет защиту от превышения напряжения питания и защиту выходного каскада по току.

Напряжение питания подключается к контактам Х5 (+), Х6 (-).

Рис. 3.67. Принципиальная электрическая схема ЭПРА на КР1211ЕУ1

Лампа подключаются к контактам XI, Х2 и ХЗ, Х4.

Моточные узлы. Дроссель L1 индуктивностью 3,3 мГн выполнен на Ш-образном магнитопроводе из феррита М2000НМ. Типоразмер сердечника - Ш5х5 с зазором δ = 0,4 мм. Провод диаметром 0,2 мм, обмотка содержит 230-240 витков.

Импульсный трансформатор Т1 выполнен на броневом сердечнике Б22 из феррита 2000НМ; обмотки 1-2 и 2-3 содержат по 18 витков провода ПЭЛ диаметром 0,5 мм; обмотка 4-5 содержит 150-160 витков провода ПЭЛ диаметром 0,2 мм.

Конструктивно балласт выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 67x45 мм. Печатная плата показана на рис. 3.68.

Надо отметить, что вместо КР1211ЕУ1 вполне можно использовать специализированные микросхемы IR2153, IR2156, IR2520, UBA2021, которые предназначены для реализации высоковольтных балластов, учитывая, что минимальное напряжение питания у этих микросхем составляет около 9-10 В.

Еще одна конструкция электронного балласта с использованием КР1211ЕУ1 показана на рис. 3.69.

В качестве источника света используется люминесцентная лампа мощностью 18-20 Вт. Напряжение питания (8 В) поступает на контроллер DA3 от интегрального стабилизатора DA2. Сразу после включения устройства конденсатор С4 разряжен, напряжение на входе IN контроллера соответствует низкому логическому уровню. В этом режиме коэффициент деления частоты тактового генератора микросхемы имеет меньшее из двух возможных значений.

Работа по принципиальной схеме. При номиналах элементов R7 и С3 (частотозадающей цепи генератора), указанных на схеме, на затворы транзисторов VT2 и VT3 поступают противофазные импульсные последовательности частотой 44 кГц. Импульсное напряжение той же частоты на вторичной обмотке выходного трансформатора Т1 имеет размах 300 В.

Нагрузкой вторичной обмотки трансформатора Т1 служит последовательный колебательный контур L2C10C11 с резонансной частотой 32,2 кГц. Газоразрядный промежуток не зажженной пока лампы EL1 имеет близкое к бесконечному сопротивление и на работу устройства влияния не оказывает.

Рис. 3.68. Печатная плата балласта: а - рисунок печатных проводников; б - размещение элементов

Так как частота генерируемых контроллером импульсов далека от резонансной, напряжение на лампе не превышает 200 В. Этого недостаточно для поджига, но через ее нити накала течет нагревающий их ток 0,5 А.

Рис. 3.69. Схема электронного балласта с использованием КР1211ЕУ1 (нажмите для увеличения)

Спустя 1-2 с конденсатор С4 зарядится через резистор R5 до напряжения, превышающего порог срабатывания контроллера DA3 по входу IN. Коэффициент деления частоты тактового генератора возрастет, а частота выходных импульсов контроллера уменьшится до 34,2 кГц, приблизившись к резонансной частоте колебательного контура. В результате начнет нарастать амплитуда напряжения, приложенного к лампе EL1, и через несколько периодов колебаний достигнет 500 В, необходимых для возникновения газового разряда.

Так как зажженная лампа шунтирует конденсатор СИ, добротность колебательного контура уменьшится, а амплитуда напряжения между электродами лампы стабилизируется на уровне 80 В. Это рабочий режим с эффективным значением тока через лампу около 0,35 А.

Для исключения чрезмерной разрядки аккумуляторной батареи предусмотрен детектор понижения напряжения DA1 с порогом срабатывания 10 В. При напряжении между выводами 1 и 2 детектора ниже порогового открыт его внутренний n-p-n транзистор, коллектор которого соединен с выводом 3, а эмиттер - с выводом 2. В результате открыт транзистор VT1, светится, сигнализируя о недопустимой разрядке батареи, светодиод HL1, а на вход FC контроллера DA3 поступает напряжение (~5 В), запрещающее генерацию импульсов.

Лампа EL1 гаснет, а потребляемый ЭПРА ток уменьшается до нескольких миллиампер. Если детектор понижения напряжения сработал в результате отключения ЭПРА от источника питания (аккумуляторной батареи), светодиод HL1 продолжит гореть еще несколько секунд, пока не разрядятся конденсаторы С6 и С9.

Внимание! ЭПРА необходимо защитить от аварийного режима работы на холостом ходу, который возникает при нарушении контактов в арматуре лампы, при перегорании одной из ее нитей накала или при потере эмиссии электродами.

В документации микросхемы КР1211ЕУ1 отсутствуют какие-либо рекомендации по реализации такой защиты. Можно применить собственное техническое решение, подключив параллельно лампе делитель напряжения из варистора RU1 и резистора R14.

Если амплитуда напряжения на неисправной или отсутствующей лампе EL1 превышает классификационное напряжение варистора RU1, его сопротивление сравнительно невелико. Стабилитрон VD4 ограничивает положительные импульсы, поступающие с делителя RU1R14, до 6,8 В, и они через резистор R6 и диод VD3 заряжают конденсатор С2. Отрицательные импульсы, ограниченные тем же стабилитроном до амплитуды менее 1 В, не участвуют в работе устройства.

Постоянная времени цепи R6C2 выбрана такой, что за время нормального разогрева и поджига лампы (-2 с) напряжение на конденсаторе не достигает порога срабатывания контроллера по входу FC. В рабочем режиме напряжение на лампе не превышает 80 В, что меньше классификационного напряжения варистора, его сопротивление очень велико и зарядки конденсатора С2 не происходит.

Но если лампа по любой причине не зажигается слишком долго или погасла во время работы, напряжение на конденсаторе С2 приблизительно за 5 с нарастет до порогового уровйя, и работа контроллера будет заблокирована. Диоды VD1 и VD2 устраняют взаимное влияние двух узлов защиты.

На вход FV контроллера DA3 подано напряжение, пропорциональное току разряда в лампе. Оно получено с помощью датчика тока - соединенных параллельно резисторов R12, R13 и выпрямителя на диоде VD5. При указанных на схеме номиналах порог срабатывания токовой защиты - 0,7 А, что в два раза больше нормального тока горящей лампы (0,35 А) и больше тока ее накала в режиме разогрева (0,5 А).

При снижении тока до номинального значения работа контроллера возобновляется автоматически. Конденсатор С7 подавляет импульсные помехи, предотвращая ложные срабатывания защиты, в том числе при одиночных вспышках лампы.

Разработчик схемы преднамеренно отказался от демпфирования обмоток трансформатора RC-цепями, что обычно делают для снижения уровня создаваемых ЭПРА помех. Автономное питание и экранирование устройства металлической арматурой светильника эффективно подавляют маломощные паразитные электромагнитные излучения, делая их практически неощутимыми.

Печатная плата и монтаж. Все элементы ЭПРА смонтированы на односторонней печатной плате, чертеж которой приведен на рис. 3.70. Диод VD3 и резистор R6 установлены перпендикулярно плате, их "верхние" выводы соединены. Полевые транзисторы снабжены ребристыми или штыревыми радиаторами с охлаждающей поверхностью примерно 50 см2. Радиаторы с помощью крепежных втулок подняты над платой на 8-10 мм. При этом теплоотводящая поверхность транзистора VT2 расположена параллельно плате, a VT3 - перпендикулярно ей. Эти транзисторы желательно подобрать идентичными по пороговому.

Замена элементов. Транзистор КТ3107Б можно заменить любым маломощном кремниевым структуры p-n-p. Варистор RU1 может быть отечественным СН1-2 180 или импортным TVR 10 181.

О дросселях. Дроссель L1 индуктивностью 100 мкГн взят из неисправного компьютерного блока питания. Он намотан на магнитопроводе "гантель" и опрессован термоусадочной трубкой. Дроссель можно изготовить самостоятельно, намотав на подходящем ферритовом стержне изолированным проводом диаметром 0,5-0,7 мм обмотку индуктивностью не менее 40 мкГн либо применить готовый серии ДМ-2. Обмотка дросселя L2 (магнитопровод Б26 из феррита 2000НМ1 с немагнитным зазором 1 мм) состоит из 160 витков провода ПЭВ-2 0,43.

Рис. 3.70. Печатная плата ЭПРА

Трансформатор. Магнитопровод трансформатора Т1 - броневой БЗО из феррита 2000НМ1, собранный без зазора. Обмотку I (две секции по 12 витков) наматывают сложенным вдвое проводом ПЭВ-2 0,74 и надежно изолируют лакотканью от обмотки II, состоящей из 160 витков провода ПЭВ-2 0,35.

Через каждые два слоя обмоток трансформатора Т1 и дросселя L2 также прокладывают изоляцию - слой лакоткани. Конец одной из секций обмотки I трансформатора Т1 соединяют с началом другой ее секции - это средний вывод.

Трансформатор и дроссель L2 крепят к печатной плате винтами М2,5 через центральные отверстия магнитопроводов.

Проверка ЭПРА. При проверке ЭПРА отмечен повышенный нагрев конденсатора С9, поэтому его желательно выбрать с предельной рабочей температурой 105 °С. Конденсаторы СЮ и СИ - пленочные, соответственно К73-17 и К78-2, на указанное на схеме напряжение. Остальные (кроме оксидных) - любые керамические или пленочные. Диоды КД522Б можно заменить 1N4148 или другими маломощными кремниевыми.

Детектор понижения напряжения КР1171СП10 можно заменить другим с меньшим пороговым напряжением. Но вход детектора в этом случае должен быть подключен к аккумуляторной батарее через резистивный делитель напряжения. При подборе замены учтите, что некоторые детекторы (например, МС34064Р) отличаются назначением выводов. Отечественный стабилизатор напряжения КР1157ЕН802 аналогичен импортному 78L08.

Наладка. Налаживание ЭПРА начинают, разорвав цепь питания полевых транзисторов VT2 и VT3, например, не монтируя на плату дроссель L1. Напряжение питания на остальные узлы ЭПРА можно временно подать от какого-либо маломощного источника постоянного напряжения 12 В. Прежде всего, устанавливают (грубо - подбирая конденсатор C3, точно - подбирая резистор R7) требуемую частоту тактового генератора f_T = 616 кГц, что соответствует выходной частоте в рабочем режиме

616/18 =34,2 (кГц).

Обратите внимание, что коэффициент деления частоты (18) принят вдвое большим коэффициента, указанного в даташите. Дело в том, что в приводимых там табличных значениях этого коэффициента не учтено деление частоты на два в выходном формирователе микросхемы КР1211ЕУ1. Имеется ошибка (лишний ноль после запятой в числителе) и в рекомендуемой этими источниками формуле расчета элементов частотозадающей цепи тактового генератора микросхемы. Правильная формула выглядит так

Ft = 0,7 / R7 C3

Установив дроссель L1 на место, подключают ЭПРА с лампой EL1 к аккумуляторной батарее (можно применить герметичную свинцово-кислотную на 12 В емкостью 7 А-ч) через амперметр и измеряют потребляемый ток.

Он должен быть:

• 1,1 А - в режиме подогрева;
• 2,5-4 А - приподжиге;
• 1,7 А - в рабочем режиме.

Амперметр нужен с низким внутренним сопротивлением. Например, при попытке измерить ток мультиметром M-890D после единичной вспышки лампы ЭПРА отключался, так как при повышенном в момент поджига потребляемом токе падение напряжения на измерительном приборе приводило к срабатыванию детектора понижения напряжения.

Совет. Правильность работы защиты от пониженного напряжения желательно проверить, включив последовательно с исправной и заряженной аккумуляторной батареей вспомогательный реостат с максимальным сопротивлением несколько омов. ЭПРА включают при нулевом сопротивлении реостата, а затем, контролируя напряжение питания устройства вольтметром, постепенно, до срабатывания защиты, увеличивают сопротивление. При напряжении 10-10,5 В лампа должна погаснуть, а светодиод HL1 - включиться.

Далее ЭПРА отключают от аккумулятора, извлекают из арматуры лампу EL1 и, вновь подав на ЭПРА номинальное напряжение, немедленно проверяют осциллографом наличие импульсов на стоке (теплоотводе) одного из полевыхтранзисторов. Через 5. с после включения импульсы должны прекратиться. Повторную проверку можно проводить только после саморазрядки конденсатора С2 (на что требуется не менее минуты), либо разрядив этот конденсатор принудительно.

После установки лампы устройство готово к эксплуатации. Этот ЭПРА может работать с любыми люминесцентными лампами мощностью не более 20 Вт, в том числе импортными. Как правило, достаточно изменить индуктивность дросселя L2.

Расчет в Ballast Designer. Чтобы найти требуемое значение, воспользуйтесь программой автоматизированного проектирования Ballast Designer. На первом после ее запуска шаге проектирования укажите питающее напряжение "80 to 140VAC/300VDC".

Этот вариант наиболее близок к режиму работы лампы в нашем ЭПРА. На втором шаге выберите из предлагаемого программой списка лампу используемого типа или ее близкий аналог. Третий шаг - выбор любого из предлагаемых контроллеров, например, IR21571. Интересующие нас параметры от типа контроллера не зависят. Схему включения лампы "Single lamp/current-mode heating" укажите на четвертом шаге, в завершение (пятый шаг) подайте команду "Design Ballast".

Из полученных программой результатов нас интересуют:

• L_RES - индуктивность дросселя;
• f_RES - резонансная частота колебательного контура;
• fpniN - частота подаваемого на лампу в рабочем режиме напряжения.

Как правило, расчетная емкость конденсатора СИ остается равной 0,01 мкФ, поэтому приходится заменить лишь дроссель L2. Немагнитный зазор между половинами магнитопровода в большинстве случаев можно оставить равным 1 мм, что эквивалентно зазору 2 мм на его центральном стержне. С таким зазором насыщение магнитопровода дросселя даже в момент поджига маловероятно, что связано с повышенным внутренним сопротивлением трансформаторного источника напряжения по сравнению с сетевым полумостовым.

При пересчете ЭПРА на работу с лампой TC-EL мощностью 7 Вт (это наиболее близкий аналог имевшейся лампы F6T5/54) с прежней емкостью конденсатора СИ индуктивность дросселя L2 увеличилась до 3,7 мГн. Расчетное значение рабочей частоты для этой лампы - 34,8 кГц, что всего на 0,6 кГц больше ранее установленной 34,2 кГц. Было решено не менять частотозадающую цепь контроллера, ограничившись заменой дросселя.

На магнитопроводе, аналогичном примененному в трансформаторе Т1, были намотаны 170 витков провода ПЭВ-2 0,35. Измеренная индуктивность дросселя оказалась равной 4,1 мкГн (больше расчетной). Однако до проверки работоспособности ЭПРА было решено дроссель не перематывать. Без каких-либо изменений были оставлены все другие элементы ЭПРА.

Пробное включение. Пробное включение показало эффективный прогрев и уверенный поджиг лампы, четкое срабатывание защиты при имитации неисправностей, а также достаточно хорошее совпадение рабочего режима с номинальным (отклонение - не более 10 %). Потребляемый от аккумуляторной батареи ток - приблизительно 0,7 А, что позволяет оставлять дежурное освещение включенным на всю ночь, не опасаясь полной разрядки батареи.

Плата. Изготовленный ЭПРА размещен в спаянном из фольгированного стеклотекстолита корпусе размерами 155x67,5x40 мм, служащим одновременно подставкой для аккумуляторной батареи.

Автор: Косенко С.И.

Смотрите другие статьи раздела Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Беспокойство передается через глаза 06.06.2016 Психологи из Упсальского университета и Вашингтонского университета в Сент-Луисе выяснили, что передача беспокойства может происходить через глаза. Эксперименты ставили с младенцами 6 и 9 месяцев от роду - им показывали черный кружок разного диаметра на белом фоне. Кружок имитировал зрачок, широкий или узкий, и вот, как оказалось, если ребенку показывали широкий "зрачок", то и его зрачки расширялись в ответ. Для сравнения использовали черный квадратик, но на него детские зрачки не реагировали. Известно, что зрачки реагируют на эмоциональное состояние: страх, беспокойство, вообще любое эмоциональное возбуждение заставляет их расширяться. Конечно, кружок на белом фоне - все-таки не настоящий зрачок, однако исследователям было важно иметь возможность точно контролировать диаметр зрачка, поэтому и выбрали вот такой суррогат. И, конечно, с уверенностью говорить именно о беспокойстве тут вряд ли тоже стоит: с одной стороны, как мы сказали, зрачки расширяются на любое эмоциональное возбуждение, с другой - исследователей интересовала ответная реакция сама по себе, то есть смогут ли зрачки детей скопировать чужие (пусть и ненастоящие). Однако стресс действительно может быть заразен. Сары Уотерс (Sara Waters) и ее коллеги из Нью-Йоркского университета и Калифорнийского университета в Сан-Франциско ставили следующий опыт: женщин, у которых были дети 12 и 14 месяцев, подвергали стрессу - разумеется, с их согласия. Стрессовую ситуацию организовывали как обычно: просили сделать сообщение перед аудиторией, которая затем должна была оценить докладчицу, и оценки могли быть или отрицательными, или нейтральными, или положительными. Затем спустя какое-то время мамы возвращались к детям - и, как оказалось, ввергали их в беспокойство: у детей повышался сердечный ритм, проявлялись и другие физиологические показатели стресса, и они начинали избегать незнакомцев. А вот те младенцы, чьи матери не проходили через стрессовое испытание, незнакомых людей воспринимали более спокойно и никаким стрессом не заражались.

Другие интересные новости:

▪ Экологический и медицинский вред от крабовых палочек

▪ Пчелы-защитницы

▪ ДНК превратили в логические вентили

▪ Гибкие светодиодные ленты Phanteks Neon

▪ Кошки способны лечить людей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья Микрофоны. Справочник

▪ статья Что едят бобры? Подробный ответ

▪ статья Монтажник наружных трубопроводов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Автомат включения освещения в прихожей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электронные компоненты для поверхностного монтажа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025