Миниатюрный электронный балласт для лампы на IR51HD420

Сверхминиатюрные электронные балласты, выполненные на гибридной микросхеме IR51HD420, рассчитаны на совместную работу с одиночными лампами с рабочим током до 0,3 А и широко используются с компактными люминесцентными лампами.

Характеристики

Семейство IR51/IR53 с интегрированными силовыми транзисторами включает в себя несколько микросхем с различными параметрами, которые приведены в таблице.

Тип ИС Максимальное напряжение, В Сопротивление ключа, Ом Напряжение сети, мощность лампы
IRxxH214, HD214 250 2,0 110 В, 5.15 Вт
IRxxH224, HD224 250 1,1 110 В, 15.25 Вт
IRxxH737, HD737 300 0,75 110 В, 25.35 Вт
IRxxH310, HD310 400 3,6 220 В, 5.15 Вт
IRxxH320, HD320 400 1,8 220 В, 15.25 Вт
IRxxH420, HD420 500 3,0 220 В, 10.20 Вт

Примечание. HD - с интегрированным бутстрепным диодом; H - без диода

Структурная схема

Структурная схема IR51HD420 показана на рис.1. Основные параметры IR51HD420 аналогичны IR2151.

внешний вид IR51HD420

Структурная схема IR51HD420

Рис. 1. Структурная схема IR51HD420.

Принципиальная схема

Принципиальная электрическая схема сверхминиатюрного электронного балласта показана на рис.2. Принцип работы аналогичен электронному балласту на IR2151.

Принципиальная электрическая схема сверхминиатюрного электронного балласта

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема сверхминиатюрного электронного балласта.

Параметры интегрированных в IR51HD420 двух n-канальных транзисторов HEXFET (IRFC420):

  • Постоянный максимальный ток стока (Id)  - 1,2 А
  • Рекомендуемый долговременный (Id)  - 0,7 А
  • Максимальное напряжение "сток-исток" (Vds)  - 500 В
  • Максимальная рассеиваемая мощность (Pd)  - 2...3 Вт
  • Сопротивление канала силовых ключей в открытом состоянии (Rds - 3 Ом.

Дроссель сетевого фильтра L1 намотан на ферритовом кольце К20х12х6 М2000НМ двухжильным сетевым проводом (или сложенным вдвое МГТФ) до полного заполнения окна.

Хорошие результаты помехоподавления в сочетании с миниатюрными размерами дают специализированные фильтры EPCOS: B84110-B-A14, B84110-A-A5, B84110-A-A10, B84110-A-A20.

Дроссель электронного балласта L2 выполнен на Ш-образ-ном магнитопроводе из феррита М2000НМ. Типоразмер сердечника Ш5х5 с зазором 8=0,4 мм. Величина зазора в нашем случае - это толщина прокладки между рабочими поверхностями половинок магнитопровода.

Для изготовления зазора необходимо подложить прокладки из немагнитного материала (нефольгированный стеклотекстолит или гетинакс) толщиной 0,4 мм (для Ш5х5) между рабочими поверхностями половинок магнитопровода и скрепить эпоксидным клеем.

От величины немагнитного зазора зависит величина индуктивности дросселя (при постоянном количестве витков). При уменьшении зазора индуктивность возрастает, при увеличении - уменьшается.

Уменьшать величину зазора 8 не рекомендуется, так как это приводит к насыщению сердечника. При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности.

Снижение индуктивности вызывает ускоренный рост тока через дроссель, его нагрев и выход из строя. Ускоренно нарастающий ток через дроссель также вызывает ударные токовые перегрузки силовых ключей, повышенные омические потери в ключах, их перегрев и преждевременный выход из строя.

Обмотка L2 содержит 180 витков провода ПЭВ-2 00,31 мм. Межслойная изоляция - лакоткань. Намотка - виток к витку.

Диодный мост VD1 - импортный RS207, допустимый прямой ток 2 А, обратное напряжение 1000 В. Можно заменить четырьмя диодами с соответствующими параметрами.

Гибридную микросхему IR51 HD420 можно заменить IR53HD420, IR51H420, IR53H420. При использовании IR51H420, IR53H420 нужно учесть, что у этих микросхем отсутствует встроенный бутстрепный диод (между выводами 1 и 6), поэтому его следует установить.

Используемый при этом диод должен быть класса ultra-fast, то есть сверхбыстрый (обратное напряжение 400 В, допустимый прямой постоянный ток 1 А, время обратного восстановления 35 нс). Подойдут 11DF4, BYV26B/C/D, HER156/157, HER105-108, HER205-208, SF18, SF28, SF106-109. Диод должен располагаться как можно ближе к микросхеме.

R3, C5, C6 - SMD-элементы для поверхностного монтажа (конденсатор C6 на напряжение 60 В). Конденсаторы С1, С2, С7 типа К73-17 на напряжение 400 или 630 В; С3 - электролитический (два по 10 мкФ), импортный на номинальное напряжение не менее 350 В; С4 - электролитический на напряжение 25 В; С8 - полипропиленовый К78-2 на напряжение 1000 В. Варистор RU1 фирмы EPCOS типа S14K275, S20K275 заменим TVR (FNR) 14 431, TVR (FNR) 20 431 или отечественным СH2-1а-430В.

Резистор R1 - проволочный сопротивлением 2,2... 4,7 Ом на мощность 2 Вт. Его можно заменить терморезистором (термистором) с отрицательным температурным коэффициентом (NTC - Negative Temperature Coefficient) типа SCK 105 (10 Ом, 5 А) или фирмы EPCOS B57234 S10-M, B57364 S100-M.

RK2 - термистор РТС с положительным температурным коэффициентом (позистор). Разработчики рекомендуют использовать позистор фирмы Vishay Cera-Mite типа 307C1260.

Если люминесцентную лампу предполагается использовать в режиме нечастого включения-выключения, то позистор можно исключить.

Основные параметры позистора фирмы Vishay Cera-Mite типа 307C1260:

  • Hоминальное сопротивление при +25°С - 850 Ом
  • Мгновенное (максимально допустимое) среднеквадратическое напряжение, прилагаемое к позистору при зажигании лампы - 520 В
  • Постоянное (максимально допустимое) среднеквадратическое напряжение, прилагаемое к позистору при нормальной работе лампы - 175 В
  • Максимальный допустимый ток переключения (переводящий позистор в высокоомное состояние)  - 190 мА
  • Диаметр позистора - 7 мм
  • Возможная замена - импульсные позисторы фирмы EPCOS (число циклов переключения 50000-100000) типов B59339-A1801-P20, B59339-A1501-P20, B59320-J120-A20, B59339-A1321-P20.

Балласт собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита и помещен в алюминиевый экранирующий кожух. Печатная плата и расположение элементов показаны на рис.3. Еще один вариант миниатюрного электронного балласта, выполненного на гибридной микросхеме IR51HD420, показан на рис.4. Схема построена по полумостовому принципу.

Она имеет дополнительные возможности: установку времени прогрева накальных электродов лампы; наличие защитного режима работы электронного балласта при перегорании накальных электродов и отсутствии лампы.

Схема двухступенчатого прогрева накальных электродов образована элементами R3, R4, R5, C5, C7, VD2-VD4, VT1, VT2. Время прогрева задается элементами R3, C5, VD2, VD3. Работает схема следующим образом. В начальный момент транзисторы VT1, VT2 закрыты - частота работы драйвера и прогрева определяется элементами R6, C6, C7, Cvd4. Эта частота выше резонансной - напряжение на лампе недостаточно для ее зажигания.

По мере заряда конденсатора C5 напряжение на нем возрастает. Открывается первый пороговый элемент - стабилитрон VD3, что приводит к открытию ключевого элемента - VT1. После этого частота драйвера определяется элементами R6, C6, C7.

Процесс прогрева электродов продолжается. Далее с ростом напряжения на C5 открывается второй пороговый элемент - стабилитрон VD2, что приводит к открытию ключевого элемента - VT2. Частота драйвера уменьшается (определяется элементами R6, C6) и становится равной резонансной частоте. Процесс прогрева электродов заканчивается, индуктивный резонансный выброс напряжения зажигает лампу.

Печатная плата для схемы балласта

Рис. 3. Печатная плата для схемы балласта.

Транзисторы VT1, VT2 - это N-канальные MOSFET в корпусе SOT-23 с параметрами:

  • Максимальный ток стока (Id)  - 1,2 А
  • Импульсный максимальный ток стока (Idm)  - 7,4 А
  • Максимальное напряжение "сток-исток" (Vds)  - 20 В
  • Максимальная рассеиваемая мощность (Pd)  - 540 мВт
  • Сопротивление в открытом состоянии - 0,25 Ом.

Схема электронного балласта, выполненного на гибридной микросхеме IR51HD420

Рис. 4. Схема электронного балласта, выполненного на гибридной микросхеме IR51HD420.

Осциллограмма защитного режима работы

Рис. 5. Осциллограмма защитного режима работы.

Осциллограмма напряжения на катоде люминесцентной лампы

Рис. 6. Осциллограмма напряжения на катоде люминесцентной лампы.

Осциллограмма тока через катод лампы

Рис. 7. Осциллограмма тока через катод лампы.

Осциллограмма напряжения на лампе

Рис. 8. Осциллограмма напряжения на лампе.

Осциллограмма тока лампы

Рис. 9. Осциллограмма тока лампы.

Защитный режим работы электронного балласта при перегорании накальных электродов и отсутствии лампы реализован на особом способе питания IR51HD420.

Элементы C10, VD5, VD6 образуют своеобразную цепь подпитки драйвера. Резистор R2 подбирают таким образом, что при установленной и исправной лампе совместно со схемой подпитки образуется достаточный ток для нормальной работы драйвера.

Но при обрыве электродов или отсутствии лампы процесс подпитки нарушается, напряжение на питающем выводе 1 падает, IR51HD420 переходит в защитный режим работы, характеризующийся периодической блокировкой схемы управления силовыми ключами.

Дроссель электронного балласта L2 выполнен на Ш-образном магнитопроводе из феррита М2000НМ. Типоразмер сердечника Ш5х5 с зазором 6=0,4 мм. Обмотка L2 - 205 витков провода ПЭВ-2 00,31 мм. Межслойная изоляция - лакоткань. Намотка - виток к витку.

Осциллограмма защитного режима работы показана на рис.5 - напряжение на выходе полумостового ключа при отключенной (неисправной) лампе.

Осциллограммы напряжения на электродах и лампе во время прогрева, зажигания и свечения:

  • осциллограмма напряжения на катоде люминесцентной лампы показана на рис.6;
  • осциллограмма тока через катод лампы - рис.7;
  • осциллограмма напряжения на лампе - рис.8;
  • осциллограмма тока лампы -рис.9.

Данный электронный балласт рассчитан на работу с компактной люминесцентной лампой на мощность 13 Вт, ток 0,165 А, с сопротивлением накальных электродов в холодном состоянии 4 Ом.

Схема электронного балласта на микросхеме IR51HD42

На рис.10 показан вариант миниатюрного электронного балласта на микросхеме IR51HD420 с одноступенчатым частотным прогревом электродов и с обычной схемой питания.

Миниатюрный электронный балласт для лампы на IR51HD420

Рис. 10. Схема миниатюрного электронного балласта на микросхеме IR51HD420 с одноступенчатым частотным прогревом электродов.

Транзистор VT1 типа BS170 - это N-канальный транзистор в корпусе T0-92 с параметрами:

  • Максимальный ток стока (Id)  - 0,7 А
  • Максимальное напряжение "сток-исток" (Vds)  - 60 В
  • Максимальная рассеиваемая мощность (Pd)  - 800 мВт
  • Сопротивление в открытом состоянии Rds - 1,2 Ом
  • Можно заменить КП501, BSS89, BST76, VN2401 или любыми другими со схожими параметрами.

Печатная плата и расположение элементов показаны на рис.11 .

Печатная плата и расположение элементов

Рис. 11. Печатная плата и расположение элементов.

Схемотехнические решения, использованные в электронных балластах на IR51HD420, применимы и к электронным балластам на IR215x.

Внимание! Конструкции гальванически связаны с электрической сетью. Потенциально опасны для жизни из-за возможного поражения электрическим током.

Поэтому при изготовлении, проверке, налаживании и эксплуатации следует помнить о строгом соблюдении мер электробезопасности.

Конструкции должны быть выполнены так, чтобы исключить случайное касание оголенных выводов проводников или деталей. Проверяя работу конструкций, не следует касаться руками никаких ее деталей или цепей, а заменяемые детали перепаивать только при полном отключении от электрической сети (вынутой из розетки сетевой вилке).

Ю.Н. Лавиденко. г. Луганск, Украина. Электрик-2004-11.

Литература:

  1. www.irf.com
  2. www.irf.com/technical-info/designtp/irplcfl1.pdf
  3. Семенов Б. Силовая электроника для любителей и профессионалов. - М.: Солон-Р, 2001
  4. Хрусталев Д. Электронные балласты для люминесцентных ламп. - М.: Схемотехника, 2001. - №2. - С.35.
2 1379 Освещение
освещение преобразователь напряжения
Написать комментарий:

cashback