Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп высокого давления (стр. 5 из 7)
Схемы с автотрансформатором применяют для ламп, у которых напряжение горения больше 0,7 номинального напряжения сети. Автотрансформаторные схемы включения газоразрядных ламп находят применение в сетях напряжением 100
110 В.Лампы типа ДРИ мощностью 400 Вт включаются с дросселем от ламп типа ДРЛ и универсальным зажигающим устройством типа УИЗУ.
Для включения газоразрядных ламп могут быть использованы также резонансные схемы, аналогичные схемам для ЛЛ. Зажигание ламп высокого давления с холодными электродами, т. е. по схеме мгновенного зажигания, существенно облегчает возможность согласования пускового н рабочего режимов резонансного ПРА, в результате чего можно получить достаточно высокие значения напряжения холостого хода, в 2,5
3 раза превышающие напряжение питающей сети.5. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ
Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) обеспечивает работу трубчатых люминесцентных ламп со щадящими режимами пуска. ЭПРА с полумостовым инвертором разработан для управления стандартной лампой Philips TLD58W или лампами аналогичных типов. Схема оптимизирована для ламп мощностью 50 Вт при номинальном напряжении сети 230 В и частоте 50...60 Гц. Щадящий режим пуска увеличивает срок службы лампы. Постоянство мощности лампы обеспечено автоматическим управлением. Предусмотрены защита от емкостного режима работы и защита от удаления лампы.
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. Одним из основных компонентов является высоковольтная ИМС UBA2021, предназначенная для управления, как компактными люминесцентными лампами, так и трубчатыми лампами. Микросхема UBA2021, включающая высоковольтный драйвер со схемой запуска, генератор и таймер, обеспечивает управление режимами пуска, подогрева, зажигания и горения лампы, а также защиту от емкостного режима и удаления лампы. UBA2021 управляет работой мощных полевых МОП-транзисторов PHX3N50E, являющихся ключами полумостового инвертора, который питается от сети с номинальным напряжением 230 В и 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 компонентов и низкая стоимость, что достигнуто благодаря применению ИМС UBA2021, которая способна обеспечить максимальную гибкость разработки при минимальном числе периферийных элементов.
Блок-схема устройства приведена на рис.18, полная электрическая схема - на рис.19. Напряжение сети переменного тока преобразуется в питающее полумостовой инвертор напряжение постоянного тока с помощью мостового выпрямителя на четырех диодах и сглаживающего конденсатора. Помехоподавляющий сетевой фильтр (рис.18) 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 аппарата.
Рисунок18 Блок схема устройства
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. Достаточный подогрев позволяет уменьшить напряжение зажигания лампы, что снижает ударные электрические нагрузки на элементы схемы. Автоматическое управление в значительной степени стабилизирует излучаемый лампой световой поток в широком диапазоне вариаций напряжения сети.
Рисунок 19 Полная электрическая схема устройства
После включения выпрямленное напряжение сети поступает на буферный конденсатор С4 через резистор R1 (рис.19), ограничивающий бросок тока. Конденсатор сглаживает пульсации напряжения с удвоенной частотой сети. Полученное высоковольтное напряжение UHV постоянного тока является питающим для полумостового инвертора, в состав силовых компонентов которого входят транзисторы VT1, VT2, катушка L1, конденсаторы С5, С6, С7 и лампа, подключаемая к разъемам Р2 и РЗ.
На этапе пуска ток от высоковольтного конденсатора С4 проходит через резистор R2, нить накала лампы, резистор R4, выводы 13 и 5 микросхемы UBA2021, соединенные между собой в период пуска внутренним ключом, и заряжает конденсаторы низковольтного питания С9, СЮ 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 схема 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 tPRE), продолжительность которого определяется номиналами С17 и R7, система находится в режиме подогрева, когда через нити накала лампы проходит ток контролируемой величины. Это позволяет оптимальным образом разогреть оба электрода лампы. Нагретые электроды эмиттируют в лампу большое число электронов, и в этом 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.
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. Это происходит примерно через 3 мс после включения. UBA2021 стабилизирует ток через нити накала, отслеживая величину падения напряжения на R5 и R6.
В течение всего этапа подогрева частота работы полумостового инвертора остается выше резонансной частоты цепочки L1, С7 (55,6 кГц), и в силу этого напряжение на С7 еще мало для зажигания лампы. Весьма важно удержать это напряжение достаточно малым: ведь преждевременное, так называемое холодное, зажигание приводит к потемнению концов 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 не приводящего к зажиганию напряжения на лампе 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 fн (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 TLD58W 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 fн UBA2021. Нижняя частота fн задается величинами R7, С15 и С16. Максимально возможная продолжительность этапа зажигания TIGN равна 1,7 с (15/16-ых от TPRE), она устанавливается подбором С17 и R7.