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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Universelles elektronisches Warmstart-Vorschaltgerät für T8-Leuchtstofflampen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Der Autor schlägt den Entwurf eines elektronischen Vorschaltgeräts für T8-Leuchtstofflampen vor, das auf einer speziellen ICB1FL02G-Mikroschaltung aufgebaut ist. Das Gerät ist mit einem aktiven Leistungskorrektor ausgestattet, bietet Schutz vor Notbetrieben und verfügt über sieben verschiedene Möglichkeiten zum Anschluss von Lampen unterschiedlicher Leistung. Elektronische Vorschaltgeräte – ein elektronisches Vorschaltgerät, oft auch elektronisches Vorschaltgerät genannt, dient der Zündung und Aufrechterhaltung des Betriebsmodus von Gasentladungslampen (in diesem Fall Leuchtstofflampen). Die Vorteile eines elektronischen Vorschaltgeräts gegenüber einer herkömmlichen Drosselklappe und einem Starter liegen auf der Hand: kein Flackern der Lampen beim Start, ein höherer Leistungsfaktor, ein deutlich geringerer Pulsationsfaktor des Lichtstroms sowie geringere Kosten usw. Heutzutage ist fast jede Leuchtstofflampe, egal ob Büro oder Zuhause, mit einem elektronischen Vorschaltgerät ausgestattet. Aufgrund ihres Schaltungsaufbaus lassen sich kommerziell hergestellte elektronische Vorschaltgeräte in zwei Kategorien einteilen. Der erste ist ein Halbbrückenwandler mit Autostart, der auf zwei leistungsstarken Hochspannungstransistoren der Serie 13007 mit passivem Leistungskorrektor basiert. Vorschaltgeräte dieser Art sind die kostengünstigsten und gebräuchlichsten und arbeiten mit einer Frequenz von 36 bis 38 kHz. Die zweiten – teureren elektronischen Vorschaltgeräte, die auf speziellen Mikroschaltungen aufgebaut sind, verfügen über einen aktiven Leistungskorrektor und eine „Warmstart“-Funktion. Sie haben in der Regel eine Generatorfrequenz von 36...48 kHz und zeichnen sich durch einen sehr niedrigen Pulsationskoeffizienten des Lichtstroms von 2...5 % aus. Zum Vergleich: Bei einer mit herkömmlicher Drossel und Starter eingeschalteten Lampe betragen die Pulsationen des Lichtstroms etwa 40...60 %, bei einem billigen elektronischen Vorschaltgerät etwa 15 %. Die Version des elektronischen Vorschaltgeräts auf einer speziellen Mikroschaltung wird in diesem Artikel besprochen. Wichtigste technische Merkmale
Das Vorschaltgerät ist auf einem speziellen Mikroschaltkreis-Controller für elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen montiert – ICB1FL02G, entwickelt von Infineon. Die Vorschaltgeräte dieser Mikroschaltung ähneln im Schaltungsdesign den Vorschaltgeräten der International Rectifier-Mikroschaltungen, zum Beispiel IR2168, IR2166, erfordern jedoch weniger externe Elemente und sind, wie die Praxis gezeigt hat, stabiler und zuverlässiger (dies ist die subjektive Meinung des Autors). . Das Gerätediagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Sein Hauptmerkmal sind sieben Konfigurationen (Optionen) für den Anschluss von Lampen: 1x18 (eine Leuchtstofflampe vom Typ T8 mit einer Leistung von 18 W), 1x36, 1x58, 2x18, 2x36, 3x18, 4x18 (Abb. 2). Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise der Mikroschaltung finden Sie in [1]. Der Betrieb des Vorschaltgeräts kann in drei Phasen unterteilt werden: Vorheizen der Lampenkathoden, Zündung und Betriebsmodus. Das Vorheizen wird so umgesetzt. Unmittelbar nach dem Einschalten beginnt der Taktgenerator des Chips mit einer Frequenz von etwa 125 kHz zu arbeiten. Nach 10 ms sinkt seine Frequenz sanft auf 65 kHz – dies ist die Vorheizfrequenz, die durch den Widerstand R22 eingestellt wird. Dieser Wert ist viel höher als die Resonanzfrequenz des Ausgangsvorschaltkreises L2C14, sodass die an die Kathoden der Lampen angelegte Spannung nicht ausreicht, um diese zu zünden. Es beginnt das Vorheizen der Lampen, dessen Dauer durch den Widerstand R26 eingestellt und im Bereich von 0 bis 2 s (in unserem Fall 1 s) gewählt wird. Während dieser Zeit bleibt die Frequenz unverändert. Beim Vorheizen werden die Kathoden der Lampen durch den Hochfrequenzstrom ausreichend erwärmt und das Gas in den Lampen beginnt teilweise zu ionisieren. Dadurch erfolgt die anschließende Zündung in einem für die Lampenwendeln weniger „belastenden“ Modus und mit geringeren Stromstößen durch die Transistoren VT2, VT3. Durch die Vorheizfunktion wird die Lebensdauer der Leuchtstofflampe deutlich, teilweise um ein Vielfaches, erhöht.
Nach Ablauf der Vorwärmzeit beginnt die Frequenz des Taktgenerators des Chips innerhalb der nächsten 40 ms wieder zu sinken. Wenn sie sich der Resonanzfrequenz des L2C14-Kreises nähert, beginnt die von den Platten des Kondensators C14 an die Kathoden der Lampen angelegte Spannung stark anzusteigen, und wenn sie 600...800 V erreicht, kommt es zur Zündung. Wenn in diesem Moment die Spannung am Stromsensor - Widerstand R27 - einen Schwellenwert von 0,8 V erreicht, was beispielsweise beim Versuch, das Vorschaltgerät ohne Last einzuschalten, oder bei einer Fehlfunktion einer der Lampen passieren kann, wird der Mikroschaltkreis-Controller dies tun Hören Sie auf, die Frequenz des Wandlers weiter zu reduzieren, und beginnen Sie, sie wieder zu erhöhen, was wiederum zu einem Abfall der Spannung am Kondensator C14 führt. Dies geschieht, um übermäßige Strom- und Spannungsstöße am Ausgang des Wandlers zu vermeiden. Wenn der Spannungsabfall am Widerstand R0,8 unter 27 V sinkt, beginnt die Frequenz wieder zu sinken. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, bis ein erfolgreiches Zündsignal empfangen wird. Dieses Signal ist das Auftreten eines sinusförmigen Stroms mit einer Amplitude von nicht mehr als 2,5 mA am LVS1-Eingang (LVS – Lampenspannungssensor, Pin 13) DA1 und einer trapezförmigen Spannung mit einem Hub von nicht mehr als 3,2 V am RES-Eingang (RESTART, Pin 12) DA1 . Die maximale Zündzeit kann 235 ms erreichen. Wenn die Lampen nicht zünden, wechselt die Mikroschaltung in den Notmodus und stoppt das Schalten der Transistoren VT2 und VT3. Bei erfolgreicher Zündung geht DA1 in den Betriebsmodus, die Frequenz des Taktgenerators sinkt auf den Betriebswert, der durch den Widerstand R18 eingestellt wird. Alle drei Phasen des Vorschaltgerätbetriebs: Aufwärmen, Zünden und Betriebsmodus werden durch das Oszillogramm in Abb. veranschaulicht. 3 (Oszilloskop angeschlossen an Pins 3, 9 des XS1-Steckers). In Abb. Abbildung 4 zeigt ein Spannungsoszillogramm im stationären Betriebsmodus mit vier angeschlossenen Lampen à 18 W.
Im Betriebsmodus werden zusätzliche Schutzfunktionen aktiviert: EOL (End Of Life) – Ende der Lampenlebensdauer, Schutz vor Betrieb im kapazitiven Modus, Schutz vor der gleichrichtenden Wirkung von Lampen. Bei einem starken Anstieg des Stroms durch die Lampe, der gegen Ende ihrer Lebensdauer auftreten kann, erhöht sich der Strom im Stromkreis auf 215 µA: plus Netzteil, R14, R16, R21, R23, R30, Lampenfaden, R17, R15, R13, R12, interner Stromsensor des DA1-Chips. Dadurch wird der EOL-Schutz ausgelöst und das Vorschaltgerät wird ausgeschaltet. Wenn die positiven und negativen Halbwellen des durch diesen Stromkreis fließenden Stroms nicht die gleiche Amplitude haben, bedeutet dies, dass die Lampe im Gleichrichtermodus arbeitet. Mit anderen Worten: In der einen Richtung fließt mehr Strom durch die Lampe als in der anderen. Dieser Effekt wird durch vorzeitigen Verschleiß einer der Lampenkathoden verursacht. In diesem Fall geht das Vorschaltgerät auch in den Notbetrieb. Wenn während des Betriebs des Vorschaltgeräts der Kontakt im Lampenstromkreis unterbrochen wird, beispielsweise aufgrund einer defekten Lampenfassung oder eines Durchbrennens einer der Glühwendel, steigt der Widerstand des Stromkreises stark an und die Endstufe schaltet auf kapazitiven Betrieb um, wodurch , wiederum kann es zu Resonanzen kommen. In diesem Fall überschreitet die Spannung am RES-Eingang den Wert von 1,6 V, was den Schutz auslöst und das Vorschaltgerät abschaltet. Darüber hinaus dienen die LVS1- und RES-Eingänge der DA1-Mikroschaltung zur Steuerung des Anschlusses von Lampen während der gesamten Betriebszeit des Vorschaltgeräts. Wenn eine der Lampen entfernt wird, während das Vorschaltgerät in Betrieb ist, schaltet sich das Vorschaltgerät aus. Der Wirkleistungskorrektor besteht aus Transformator T1, Transistor VT1, Diode VD2 und Kondensator C5. Sein Zweck besteht darin, die Form des verbrauchten Stroms so nah wie möglich an die Form der Spannung zu bringen, um die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung zu verringern und dadurch die Blindleistung zu minimieren. Das Funktionsprinzip ist in [1] und [2] ausführlich beschrieben. Ein besonderes Merkmal dieses Korrektors ist die Fähigkeit, sowohl im Critical Conduction Mode (CCM) als auch im Discontinuous Conduction Mode (DCM) zu arbeiten. Der Teiler R8-R11C6 dient zur Steuerung des Momentanwerts der Versorgungsspannung und zur Bestimmung der Schließzeit des Transistors VT1. Die Sekundärwicklung des Transformators T1, die über einen Strombegrenzungswiderstand R3 mit dem PFCZCD-Eingang (Pin 7) von DA1 verbunden ist, ist erforderlich, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Strom durch die Primärwicklung des Transformators Null erreicht. Sobald dies geschieht, wird ein Öffnungsimpuls an das Gate des Transistors VT1 angelegt. Beide Wicklungen des Transformators T1 müssen in Phase sein. Die Mikroschaltung wird im ersten Moment nach dem Einschalten über die Schaltung R1, R2, R5 mit Strom versorgt. Zukünftig - von der Endstufe bis zum Stabilisator C12C13R28VD5VD6C10. Um vier Lampen an das Vorschaltgerät anzuschließen, empfiehlt der Chiphersteller die Verwendung von zwei parallel geschalteten Ausgangs-Vorschaltkreisen, wobei in jedem Stromkreis zwei Lampen in Reihe geschaltet sind [1]. Doch dann taucht das nächste Problem auf. Selbst bei einer geringfügigen Streuung der Parameter des LC-Ausgangskreises kann es vorkommen, dass Lampenpaare nicht gleichzeitig aufleuchten, was nicht sehr angenehm zu empfinden ist. Andererseits ist das Anzünden von vier in Reihe geschalteten Lampen recht problematisch, da diese beim Vorheizen keine Zeit zum ausreichenden Aufwärmen haben und zum Zünden viel mehr Energie benötigt wird. Darüber hinaus dürfen wir die Verluste an Verbindungskabeln nicht vergessen. Die Lösung bestand darin, einen Ausgangskreis beizubehalten, aber einen Hilfsabwärtstransformator T2 mit geringer Leistung hinzuzufügen. Es gleicht Verluste an den Verbindungspunkten der Lampen aus, verbessert die Erwärmung der Lampen und erleichtert deren Zündung. Es wurde experimentell festgestellt, dass die Leistung des Transformators T2 8...10 % der Gesamtleistung der Lampen betragen sollte, das Übersetzungsverhältnis sollte 20.30 betragen. Beim Anschluss von 1x18, 2x18, 1x36 Lampen an das Vorschaltgerät müssen der Transformator T2 und die Trennkondensatoren C11, C16 und C18 entfernt werden, um eine übermäßige Stromversorgung der Lampen zu vermeiden. Die Dokumentation [1] liefert die Berechnung aller Hauptelemente des Vorschaltgeräts, mit Ausnahme des Ausgangskreises L2C14. Die Induktivität der Induktivität L2 und die Kapazität des Kondensators C14 werden wie folgt berechnet. Maximale Lampenleistung (4x18 oder 2x36) P=72 W, gewählte Betriebsfrequenz f=41 kHz, Zündfrequenz fign=48 kHz [1], bei „Warmstart“ die optimale Zündspannung Uign≈700 V. Aus dem Energieverhältnis erhalten wir E = P/f = CU2/ 2, daher C14 = 2P/(fignUign2) = 2 72/(48 103· 7002) ≈ 6,1 nF. Aus den verfügbaren wurde ein Kondensator mit einer Kapazität von 6,8 nF ausgewählt. Jetzt bestimmen wir die Induktivität der Induktivität L2. Die Frequenz ist f = 1/(2π√LC), daher L2 = 1/(4π2C f2) = 1/(4π26,8 412· 106) = 2,2 mH. Andererseits muss die Induktivität der Vorschaltdrossel die Bedingung erfüllen L2 = (UGrube - Uл) töffnen/Iл , wo bist duGrube - Versorgungsspannung; Uл - Betriebsspannung an den Lampen (die Betriebsspannung einer 18-W-Lampe beträgt ungefähr etwa 56 V, also Uл=4 56=224 V); töffnen - Offenzeit des Transistors bei f=41 kHz, töffnen ≈11,5 μs (nach [1]); ICHл≈0,33 A - Lampenbetriebsstrom. Von hier L2 = (290 - 224) 11/330 = 2,2 mH. Wir bestimmen den maximalen Strom der Induktivität L2, er ist gleich dem Strom des Kondensators C14 im Moment der Resonanz IL2 = U.Niveau2π fNiveau·C = 700·2π·48·1036,8 10-9 = 1,4A. Wir wählen einen für die Gesamtleistung geeigneten Magnetkreis aus, zum Beispiel EV25/13/13. Lassen Sie uns den erforderlichen Spalt g abschätzen: g = (4 10-4π L Imax2)/(S B2), wobei S die Querschnittsfläche des Magnetkreises ist, m (für EV25/13/13 S=75 mm2); B – maximale Induktion, T; L - Induktivität, H; ICHmax - maximaler Strom, A. Nehmen wir die Induktion B = 0,22 T. Erhalten g = (4 10-4π 2,2 10-3· 1,42)/(75 10-6· 0,222) = 1,5 mm. Berechnen Sie die Windungszahl N der Induktivität L2: L=N2·EINL, daher N = √(L/AL) ; EINL = (A.L0λ)/(μeg) wo einL - Induktivität pro Windung (Magnetkern mit Lücke), H; AL0 - Induktivität pro Windung (Magnetkern ohne Lücke, Angaben aus dem Nachschlagewerk), H; λ - Länge der durchschnittlichen Feldlinie des Magnetkreises, mm; μe - anfängliche magnetische Permeabilität des Magnetkernmaterials (Informationen aus dem Nachschlagewerk). Für Magnetkern EV25/13/13, Material N87 - AL0=2400 nH, λ=59 mm, μe= 1520. Daher AL = (2400 10-959 10-3)/(152 1,5 10-3) = 6,7 10-8 Gn, N = √(2,2-3/6,7 10-8) = 181 Umdrehungen. Lassen Sie uns die maximale Induktion überprüfen B = (Imaxμ0·N)/g, wobei μ0 = 4π 10-7 Gn/m ; B = (1,4 4π 10-7181)/(1,5 10-3) = 0,212 T Die Drossel ist mit einem 4x0,2 mm Draht (vier Drähte mit einem Durchmesser von 0,2 mm) umwickelt. Wenn möglich, empfiehlt es sich, die Wicklung in Abschnitte zu unterteilen. Das Gerät ist auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert. Die Leiterplattenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 5. Alle Elemente zur Aufputzmontage befinden sich auf der Seite der Leiterbahnen, alle Abtriebselemente auf der gegenüberliegenden Seite. Die Anordnung der Elemente ist in Abb. dargestellt. 6. Fotos des zusammengebauten Geräts sind in Abb. dargestellt. 7 und Abb. 8. Kondensator C14 – Metallfolie, für eine Spannung von 1600 V, Kondensatoren C11-C13 – Metallfolie oder Scheibenkeramik für eine Spannung von 1000 V, Kondensatoren C16, C18 – 100 V. Dioden VD2, VD4 – flink mit a zulässige Sperrspannung von mindestens 600 V. Transistoren FQD5N50 (VT1-VT3) können durch SPP03N60C3 oder ähnliches ersetzt werden. Der Transformator T1 ist auf einen Magnetkern E25/13/7, Material N27, nichtmagnetischer Spalt 1,6 mm gewickelt. Die Primärwicklung enthält 184 Drahtwindungen 4x0,2 mm, die Sekundärwicklung enthält 14 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,3 mm. Der Transformator T2 ist lückenlos auf einen Magnetkern E16/8/5, Material N27, gewickelt. Wicklung 1-2 enthält 208 Windungen, Wicklungen 11 - 14, 6 - 7, 10 - 13 - jeweils 24 Windungen, Wicklungen 4 - 5, 8 - 9 - jeweils 12 Windungen. Der Drahtdurchmesser aller Wicklungen beträgt 0,18 mm. Es empfiehlt sich, die Frequenzeinstellwiderstände R18, R22, R26 mit einer Toleranz von 0,5-1 % auszuwählen. Ein korrekt zusammengebautes Gerät ist in der Regel sofort funktionsfähig und erfordert keine Einrichtung.
Literatur
Autor: V. Lazarev
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02.05.2024 Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop
02.05.2024 Luftfalle für Insekten
01.05.2024
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