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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Elektronisches Lampenvorschaltgerät LB-20. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Der Hauptnachteil von Glühlampen ist ihr geringer Wirkungsgrad und dementsprechend hoher Verbrauch an elektrischer Energie. Durch den Einsatz von Leuchtstofflampen mit höherer Effizienz können Sie den Verbrauch elektrischer Energie bei der Beleuchtung von Räumen reduzieren. Mittlerweile sind elektronische Vorschaltgeräte im Ausland weit verbreitet und sorgen für „sanftes“, nicht pulsierendes Licht. Die flächendeckende Einführung elektronischer Vorschaltgeräte in der Industrie wurde bisher durch hohe Kosten der Komponenten, unzureichend hohe Schaltgeschwindigkeiten der Transistoren und eine teure Produktion erschwert. Alle diese Mängel wurden nach der Veröffentlichung der neuen wirtschaftlichen IR2151-MOS-Gate-Treiber von International Rectifier und ähnlichen anderen Unternehmen behoben. Bei diesen Treibern handelt es sich um monolithische integrierte Leistungsschaltkreise, die zwei Transistoren, MOSFETs oder IGBT-Halbbrückenwandler ansteuern können. Sie können mit Versorgungsspannungen bis zu 600 V betrieben werden und verfügen über klare Ausgangsimpulsformen mit einem Tastverhältnis von 0 bis 99 %. Das Funktionsdiagramm des IR 2151-Treibers ist in Abbildung 1 dargestellt.
Der Treiber enthält einen auf Operationsverstärkern basierenden Eingangsteil, der im Selbstoszillatormodus arbeiten kann. Die Frequenz wird durch zusätzliche Hängeelemente bestimmt, die an die Klemmen Ct, Rt angeschlossen sind. Pausengeneratoren auf Null sorgen für eine Verzögerung beim Einschalten des Ausgangstransistors um 1 μs, nachdem der vorherige Transistor ausgeschaltet wurde. Im oberen Seitenkanal erfolgt eine galvanische Trennung, anschließend wird die Spannung durch einen Leistungsverstärker mit Feldeffekttransistoren verstärkt und die Ausgangsspannung vom HO-Ausgang an das Gate des Leistungstransistors angelegt. Der untere Arm arbeitet von einem Hauptoszillator über einen Pausengenerator bei Null und ein Verzögerungsgerät. Um einen stabilen Betrieb des Treibers zu gewährleisten, befindet sich im Inneren eine Zenerdiode, die die Spannung auf 15 V begrenzt. Das Schema des elektronischen Vorschaltgeräts ist in Abb. 2 dargestellt.
Die Frequenz des Wandlers wird durch die Schaltung R2C5 bestimmt fg = 1/(1,4R2C5) = 40 kHz. Der Treiber wird über den Widerstand R1 mit Strom versorgt, durch eine interne Zenerdiode auf 15 V stabilisiert und durch den Kondensator C4 gefiltert. Der High-Side-Gate-Verstärker wird über eine Lade-„Pumpenschaltung“ mit Strom versorgt, d. h. über Widerstand R3 und Diode VD5. Die den Leuchtstofflampen zugeführte Ausgangsspannung des Wandlers vom Kondensator C7 hat eine rechteckige Form. Die Lampen sind in einem Serienresonanzkreis so geschaltet, dass die Lampenströme durch die Glühfäden fließen; nach dem Einschalten erwärmen sich die Glühfäden und die Lampen werden gezündet. Die Resonanzfrequenzen der Kreise C9, L2 und C10, L3 betragen 40 kHz. Um den Spitzenfaktor für den elektrischen Energieverbrauch zu reduzieren, wird die Gleichrichterlast induktiv gewählt (Induktivität L1 und Kondensator C2, parallel geschalteter Kondensator C3 dienen zur Reduzierung der Amplitude des hochfrequenten variablen Anteils). In diesem Fall ist kein Eingangsrauschfilter erforderlich und eine „weiche“ Anbindung an das Netzwerk ist gewährleistet (der Crest-Faktor ist das Verhältnis der Amplitude des verbrauchten Stroms zum Effektivwert desselben Stroms). ). Um die Schaltgeschwindigkeiten von Transistoren auf 40-50 ns zu begrenzen, sind in den Gates der Transistoren Widerstände R4 und R5 mit einem Widerstandswert von 24 Ohm enthalten. Eine Begrenzung der Schaltgeschwindigkeit ist notwendig, um den Einfluss parasitärer Induktivitäten und Leiterplattenkapazitäten zu reduzieren. Die Begrenzung der Schaltgeschwindigkeiten auf diesem Niveau ermöglicht ein zuverlässig funktionierendes Design. Beim Aufbau einer Schaltung ist es notwendig, den Widerstandswert des Begrenzungswiderstands R1 richtig zu wählen; dabei sollten alle durch ihn fließenden Ströme berücksichtigt werden: I0 - Ruhestrom der Mikroschaltung IR2151; I2 ist der Strom, der zum Einschalten des Gates VT2 erforderlich ist; Iв – Strom des Zeitwiderstands R2; In – Strom der Lade-„Pumpe“ zur Stromversorgung des High-Side-Verstärkers; Iс ist der Strom der internen Zenerdiode des Mikroschaltkreises für einen stabilen Betrieb des Stabilisators. Der Ruhestrom des IR2151-Chips beträgt bei normaler Temperatur 1 mA und verringert sich um 10 %, wenn die Temperatur um 100 °C steigt. Wir gehen von I0=1,1 mA aus. Der zum Einschalten des Gates VT2 erforderliche Strom wird durch die Formel I2 = 2Qgfpr bestimmt, wobei Qg die Gate-Ladung des IRF730-Transistors ist (Qg = 18 nC); fpr - Konvertierungsfrequenz gleich 40 kHz, d.h. I2 = 1,4 mA. Der Strom des Zeitwiderstands R2 Iв = 0,25 Ucc/R2 = 0,25 15/18·103 = 0,21 mA. Der Lade-Pumpstrom besteht aus zwei Komponenten: 1) Wenn ein Schaltsignal an das Gate des Transistors VT1 angelegt wird, ist die Spannung im ersten Moment niedrig und die Stromamplitude beträgt ungefähr 10 mA mit einer Dauer von 200 ns; 2) Wenn ein Schaltsignal an das Gate des Transistors VT1 angelegt wird, bleibt die Spannung im ersten Moment ungefähr gleich der Versorgungsspannung des Ausgangsverstärkers der oberen Ebene der Mikroschaltung, die Stromamplitude beträgt ungefähr 20 mA mit einer Dauer von 200 ns, dann der Strom der Lade-„Pumpe“ Iн=(10•10-3+20•10-3)200•10-9•40•103=0,24мА. Der Strom der internen Zenerdiode der Mikroschaltung kann zwischen 0,1 und 5 mA liegen. Unter Berücksichtigung der Änderung der Versorgungsspannung wählen wir den internen Zenerdiodenstrom Iс = 0,5 mA. Lassen Sie uns den Gesamtstrom bestimmen, der durch den Widerstand R1 fließt, IR1 = I0 + I2 + Iv + In + Ic = 1,1 + 1,4 + 0,21 + +0,24 + 0,5 = 3,45 mA Widerstand R1 R1 \u190d (15 - 3,45) / 10 * 3-50 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Wir wählen den Standardwert von 47 kOhm. Strukturell ist das elektronische Vorschaltgerät auf zwei Platinen aufgebaut. Der Eingangsteil (Kondensator C1, Dioden VD1...VD4, Induktivität L1, Kondensator C2) ist mittels einer Scharnierbefestigung montiert. Beim Anschluss an ein Industrienetzwerk muss eine 0,5-A-Sicherung in Reihe geschaltet werden. Der Rest der Schaltung befindet sich auf der Leiterplatte. Die Platzierung der Elemente darauf ist in Abb. 3 dargestellt.
Als Gleichrichterdioden VD1...VD4 können Sie beliebige Niederfrequenzdioden mit einem durchschnittlichen Durchlassstrom von mehr als 0,2 A und einer maximalen Sperrspannung von mehr als 350 V verwenden (z. B. D226, D237B, V, ZH, KD109V). , KD209A, KD209B oder Brückengleichrichter KTs405) . Anstelle des IR2151-Treibers können Sie ohne Änderungen in der Schaltung IR2152, IR2153, IR2154, IR2155 verwenden. Anstelle der Feldeffekttransistoren IRF730 können Sie ähnliche IRF720, IRF740 verwenden. Strahler für Transistoren sind nicht erforderlich. Alle Schaltkreiswiderstände sind vom Typ MLT-0,125, Widerstand R1 ist MLT-1, R6 ist MLT-0,5. Als Induktivität L1 können Sie eine ähnliche mit einer Induktivität von 1,3-2,0 H für einen Strom von 0,20,25 A verwenden; auch eine Drossel von Schwarz-Weiß-Röhrenfernsehern DR2,3-0,21 ist geeignet. Kondensatoren C8, C9, C10 Typ K31U-3E-5, Sie können Kondensatoren Typ KSO, K73-17 verwenden. Kondensator C2 Typ K50-7; C5, C6 – KM5; C1, C3, C7 Typ K73-17 für Spannung 400 V. Die Leiterplatte ist so konzipiert, dass die Werte von Widerstand R1 und Kondensatoren C9, C10 durch Parallelschaltung wählbar sind. Die Induktoren L2 und L3 sind auf Ringe aus Alsifer-Marke VC-32R mit einem Durchmesser von 29 mm gewickelt und enthalten jeweils 320 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,3 mm. Als Kern kann Ferrit Ø7x7 µ2000NM mit einem Spalt von 0,5 mm verwendet werden. Ohne Änderungen in der Schaltung können Sie anstelle der LB-20-Lampen die derzeit weit verbreiteten 18-W-Lampen verwenden. Zu beachten ist auch, dass bei elektronischen Vorschaltgeräten Lampen mit ausgefallenen Glühwendeln gezündet und durchgebrannt werden (in diesem Fall müssen die Lampenwendeln kurzgeschlossen werden). Ein normal betriebenes Vorschaltgerät entlang eines 190-V-Stromkreises sollte einen Strom von 0,2 - 0,21 A verbrauchen (die Messung kann zwischen zwei Platinen der Struktur durchgeführt werden). Der fertige Illuminator hat derzeit 5 Monate funktioniert, bietet eine höhere Ausleuchtung als eine 100-W-Glühlampe, schaltet ohne Stromstöße ein, die Zündung der Lampen erfolgt fast augenblicklich und, was besonders wichtig ist, bei der Arbeit mit Literatur, viel weniger Augenermüdung wird bemerkt. Autor: D. P. Afanasiev
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