40 Watt elektronischer Vorschaltgerät

Das vorgeschlagene elektronische Vorschaltgerät mit 40 Watt dient zur Beleuchtung jeder 40-Watt-Leuchtstoffröhre mit hoher Effizienz und optimaler Helligkeit.

Das PCB-Layout des vorgeschlagenen elektronischen fluoreszierenden Vorschaltgeräts wird zusammen mit den Details der Torroid- und der Pufferdrosselwicklung bereitgestellt.

Einführung

Selbst die vielversprechende und am meisten diskutierte LED-Technologie ist möglicherweise nicht in der Lage, Leuchten zu produzieren, die den modernen elektronischen Leuchtstofflampen entsprechen. Die Schaltung eines solchen elektronischen Röhrenlichts wird hier diskutiert, wobei der Wirkungsgrad besser ist als bei LED-Lichtern.

Noch vor einem Jahrzehnt waren elektronische Vorschaltgeräte relativ neu und wurden aufgrund häufiger Ausfälle und hoher Kosten im Allgemeinen nicht von allen bevorzugt. Mit der Zeit wurden jedoch einige ernsthafte Verbesserungen am Gerät vorgenommen, und die Ergebnisse waren ermutigend, da sie zuverlässiger und langlebiger wurden. Die modernen elektronischen Vorschaltgeräte sind effizienter und ausfallsicher.

Unterschied zwischen elektrischem Vorschaltgerät und elektronischem Vorschaltgerät

Was ist der genaue Vorteil der Verwendung eines elektronischen Vorschaltgeräts gegenüber dem uralten elektrischen Vorschaltgerät? Um die Unterschiede richtig zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie normale elektrische Vorschaltgeräte funktionieren.

Elektrisches Vorschaltgerät ist nichts anderes als ein einfacher Hochstrom-Netzspannungsinduktor, der durch Wickeln einer Anzahl von Windungen aus Kupferdraht über einen laminierten Eisenkern hergestellt wird.

Wie wir alle wissen, benötigt eine Leuchtstoffröhre einen hohen Anfangsstromschub, um sich zu entzünden und den Elektronenfluss zwischen ihren Endfilamenten zu verbinden. Sobald diese Leitung angeschlossen ist, wird der Stromverbrauch, um diese Leitung aufrechtzuerhalten, und die Beleuchtung wird minimal. Elektrische Vorschaltgeräte werden nur verwendet, um diesen Anfangsstrom zu „kicken“ und dann die Stromversorgung zu steuern, indem nach Abschluss der Zündung eine erhöhte Impedanz angeboten wird.

Verwendung eines Anlassers in elektrischen Vorschaltgeräten

Ein Starter stellt sicher, dass die anfänglichen „Tritte“ über intermittierende Kontakte erfolgen, bei denen die gespeicherte Energie der Kupferwicklung zur Erzeugung der erforderlichen hohen Ströme verwendet wird.

Der Anlasser funktioniert nicht mehr, sobald die Röhre gezündet wird. Da das Vorschaltgerät nun über die Röhre geleitet wird, wird ein kontinuierlicher Wechselstrom durch die Röhre geleitet. Aufgrund seiner natürlichen Eigenschaften bietet er eine hohe Impedanz, steuert den Strom und trägt zur Aufrechterhaltung eines optimalen Glühens bei.

Aufgrund von Spannungsschwankungen und dem Fehlen einer idealen Berechnung können elektrische Vorschaltgeräte jedoch recht ineffizient werden und viel Energie durch Wärme abgeben und verschwenden. Wenn Sie tatsächlich messen, werden Sie feststellen, dass eine elektrische 40-Watt-Drosselvorrichtung bis zu 70 Watt Leistung verbrauchen kann, fast doppelt so viel wie erforderlich. Auch das anfängliche Flackern kann nicht erkannt werden.

Elektronische Vorschaltgeräte sind effizienter

Elektronische Vorschaltgeräte hingegen sind in Bezug auf die Effizienz genau umgekehrt. Die von mir gebaute verbrauchte nur 0,13 Ampere Strom bei 230 Volt und erzeugte eine Lichtintensität, die viel heller als normal aussah. Sie haben diese Schaltung seit 3 ​​Jahren ohne Probleme verwendet (obwohl ich die Röhre einmal ersetzen musste, da sie an den Enden geschwärzt war und weniger Licht erzeugte).

Der Strommesswert selbst zeigt, wie effizient die Schaltung ist. Der Stromverbrauch beträgt nur etwa 30 Watt und eine Ausgangsleuchte entspricht 50 Watt.

So funktioniert der elektronische Vorschaltkreis

Das Funktionsprinzip des vorgeschlagenen elektronischen Vorschaltgeräts ist recht einfach. Das Wechselstromsignal wird zuerst unter Verwendung einer Brücken- / Kondensatorkonfiguration gleichgerichtet und gefiltert. Die nächste umfasst eine einfache kreuzgekoppelte Oszillatorstufe mit zwei Transistoren. Der gleichgerichtete Gleichstrom wird an diese Stufe angelegt, die sofort mit der erforderlichen hohen Frequenz zu schwingen beginnt. Die Schwingungen sind typischerweise Rechteckwellen, die über einen Induktor angemessen gepuffert werden, bevor sie schließlich zum Zünden und Beleuchten der angeschlossenen Röhre verwendet werden. Das Diagramm zeigt eine 110-V-Version, die durch einfache Änderungen leicht in ein 230-Volt-Modell umgewandelt werden kann.

In den folgenden Abbildungen wird deutlich, wie eine hausgemachte elektronische 40-Watt-Leuchtstofflampe mit gewöhnlichen Teilen zu Hause aufgebaut wird.

Layout der Leiterplattenkomponenten

WARNUNG: BITTE BEINHALTEN SIE EINEN MOV UND EINEN THERMISTER AM VERSORGUNGSEINGANG. Andernfalls wird die Schaltung unvorhersehbar und kann in jedem Moment abblasen.

MONTIEREN SIE AUCH DIE TRANSISTOREN ÜBER SEPARATEN 4 * 1-ZOLL-HEATSINKS FÜR BESSERE EFFIZIENZ UND LÄNGERES LEBEN.

Leiterplattenschienenlayout

Torroid Induktor

Choke-Induktor

Liste der Einzelteile

• R1, R2, R5 = 330 K MFR 1%
• R3, R4, R6, R7 = 47 Ohm, CFR 5%
• R8 = 2,2 Ohm, 2 Watt
• C1, C2 = 0,0047 / 400 V PPC für 220 V, 0,047 uF / 400 V für 110 V AC-Eingang
• C3, C4 = 0,033 / 400 V PPC
• C5 = 4,7 uF / 400 V Elektrolyt
• D1 = Diac DB3
• D2 ... D7 = 1N4007
• D10, D13 = B159
• D8, D9, D11, D12 = 1N4148
• T1, T2 = 13005 Motorola
• Für T1 und T2 ist ein Kühlkörper erforderlich.

Elektronischer Vorschaltkreis für zwei 40-Watt-Leuchtstoffröhren

Das folgende Konzept erklärt, wie eine einfache, aber äußerst zuverlässige elektronische Vorschaltgeräteschaltung zum Ansteuern oder Betreiben von zwei 40-Watt-Leuchtstoffröhren mit einer aktiven Leistungskorrektur aufgebaut wird.

Mit freundlicher Genehmigung: https://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-995a.pdf

Elektrische Hauptmerkmale des IC

Internationale Gleichrichtersteuerungs-ICs sind integrierte Schaltkreise mit monolithischer Leistung, die für den Betrieb von Low- und High-Side-MOSFETs oder lGBTs über einen Logikpegel geeignet sind, bezogen auf Masseeingangsleitungen.

Sie verfügen über eine ausgeglichene Spannungsfunktionalität von bis zu 600 VDC und können im Gegensatz zu herkömmlichen Treibertransformatoren superreine Wellenformen mit praktisch jedem Arbeitszyklus von 0 bis 99% liefern.

Die IR215X-Sequenz ist tatsächlich ein kürzlich verfügbares Zubehör für die Control IC-Familie. Neben den zuvor genannten Eigenschaften verfügt das Produkt über ein Top-End, dessen Leistung mit dem LM 555-Timer-IC vergleichbar ist.

Diese Arten von Treiberchips bieten dem Entwickler selbstoszillierende oder koordinierte Schwankungsfunktionen nur mithilfe alternativer RT- und CT-Komponenten. Siehe Abbildung unten

Liste der Einzelteile

• Ct / Rt = wie in den unten angegebenen Diagrammen angegeben
• untere Dioden = BA159
• Mosfets: wie in den folgenden Abbildungen empfohlen
• C1 = 1 uF / 400 V PPC
• C2 = 0,01 uF / 630 V PPC
• L1 = Wie in der folgenden Abbildung empfohlen, müssen möglicherweise einige Experimente durchgeführt werden

Sie verfügen ebenfalls über eine eingebaute Schaltung, die eine moderate Totzeit von 1,2 Mikrosekunden zwischen den Ausgängen und dem Schalten von High-Side- und Low-Side-Komponenten zum Ansteuern von Halbbrücken-Leistungsgeräten bietet.

Berechnung der Oszillatorfrequenz

Wann immer in der selbstoszillierenden Form enthalten, wird die Schwingungsfrequenz einfach berechnet durch:

f = 1 / 1,4 x (Rt + 75 Ohm) x Ct

Die drei zugänglichen selbstoszillierenden Geräte sind IR2151, IR2152 und IR2155. IR2I55 scheint größere Ausgangspuffer zu haben, die eine kapazitive Last von 1000 pF mit tr = 80 ns und tf = 40 ns drehen.

Es beinhaltet einen winzigen Start der Stromversorgung und eine 150-Ohm-RT-Versorgung. IR2151 besitzt tr und tf von 100 ns und 50 ns und arbeitet ähnlich wie IR2l55. IR2152 ist nicht von IR2151 zu unterscheiden, obwohl mit Phase Cambio von RT bis Lo. IR2l5l und 2152 enthalten eine 75-Ohm-Rt-Quelle (Gleichung 1).

Diese Arten von Ballasttreibern sind normalerweise für die gleichgerichtete AC-Eingangsspannung vorgesehen. Folglich sind diese für einen minimalen Ruhestrom vorgesehen und verfügen weiterhin über einen eingebauten Shunt-Regler mit 15 V, um sicherzustellen, dass nur ein Begrenzungswiderstand über den Gleichstrom äußerst gut funktioniert gleichgerichtete Busspannung.

Konfigurieren des Nulldurchgangsnetzwerks

Wenn Sie noch einmal auf Abbildung 2 schauen, beachten Sie das Synchronisierungspotential des Treibers. Beide Back-to-Back-Dioden in Linie mit der Lampenschaltung sind effizient als Nulldurchgangsdetektor für den Lampenstrom konfiguriert. Vor dem Lampenschlag umfasst der Resonanzkreis L, Cl und C2 in einer Reihe.

Cl ist ein DC-Sperrkondensator mit einer niedrigen Reaktanz, damit der Resonanzkreis erfolgreich L und C2 ist. Die Spannung um C2 wird bei Resonanz über den Q-Faktor von L und C2 verstärkt und trifft auf die Lampe.

Wie die Resonanzfrequenz bestimmt wird

Sobald die Lampe zündet, wird C durch den Lampenpotentialabfall angemessen kurzgeschlossen, und die Frequenz des Resonanzkreises an diesem Punkt wird durch L und Cl bestimmt.

Dies führt im Verlauf des Standardbetriebs zu einer Änderung einer niedrigeren Resonanzfrequenz, wie zuvor koordiniert, indem der Nulldurchgang des Wechselstroms erfasst und die resultierende Spannung zur Regulierung des Treiberoszillators ausgenutzt wird.

Neben dem Ruhestrom des Treibers finden Sie einige zusätzliche Elemente zum DC-Versorgungsstrom, die eine Funktion der Anwendungsschaltung sind:

Auswertung der Strom- und Ladungsentladungsparameter

l) Strom infolge des Ladens der Eingangskapazität der Leistungs-FETs

2) Strom, der aus dem Laden und Entladen der Sperrschichtisolationskapazität der internationalen Gleichrichtertor-Treibervorrichtungen resultiert. Jede Komponente des aktuellen Lichtbogens ist ladungsbezogen und hält sich aus diesem Grund an die Regeln:

• Q = CV

Es könnte folglich bequem beobachtet werden, dass, um die Eingangskapazitäten des Leistungsgeräts laden und entladen zu können, die erwartete Ladung ein Produkt der Gate-Ansteuerspannung sein kann und die tatsächlichen Eingangskapazitäten und auch die empfohlene Eingangsleistung spezifisch proportional zu sind das Produkt aus Ladung, Frequenz und Spannung im Quadrat:

• Leistung = QV ^ 2 x F / f

Die oben genannten Assoziationen schlagen die folgenden Faktoren vor, wenn eine echte Ballastschaltung hergestellt wird:

1) Wählen Sie die kleinste Arbeitsfrequenz entsprechend der abnehmenden Induktorabmessung

2) Wählen Sie das kompakteste Chipvolumen für die Leistungsgeräte, die mit reduzierten Leitungsdefiziten zuverlässig sind (wodurch die Ladungsspezifikationen minimiert werden).

3) Normalerweise wird die Zwischenkreisspannung gewählt. Wenn es jedoch eine Alternative gibt, verwenden Sie die minimale Spannung.

HINWEIS: Das Aufladen ist einfach keine Funktion der Umschaltrate. Die übertragene Ladung ist hinsichtlich der Übergangszeiten von 10 ns oder 10 Mikrosekunden gleich.

Wir werden an dieser Stelle einige nützliche Ballastschaltungen berücksichtigen, die mit den selbstoszillierenden Treibern erreichbar sind. Die wahrscheinlich beliebteste Leuchtstofflampe ist der sogenannte „Double 40“ -Typ, bei dem häufig einige typische Tl2- oder TS-Lampen in einem gemeinsamen Reflektanten verwendet werden.

In den folgenden Abbildungen sind zwei empfohlene Vorschaltgeräte dargestellt. Die erste ist die Schaltung mit minimalem Leistungsfaktor, zusammen mit der anderen arbeitet sie mit neuartigen Dioden- / Kondensatoreinstellungen, um einen Leistungsfaktor> 0,95 zu erreichen. Die in Abbildung 3 nachgewiesene Schaltung mit niedrigerem Leistungsfaktor begrüßt Eingänge mit 115 VAC oder 230 VAC und 50/60/400 Hz, um einen moderaten DC-Bus von 320 VDC zu erzeugen.

Twin 40 Watt Ballast Schaltplan

Wenn man bedenkt, dass die Eingangsgleichrichter nur nahe an den Spitzen der AC-Eingangsspannung arbeiten, liegt der Eingangsleistungsfaktor bei einer nicht sinusförmigen Stromwellenform um 0,6 nach.

Ein solcher Gleichrichtertyp wird für nichts außer einer Bewertungsschaltung oder einer Kompaktleuchtstofflampe mit reduzierter Leistung empfohlen und kann ohne Zweifel unerwünscht werden, da Oberschwingungsströme in Stromversorgungsgeräten zusätzlich durch Einschränkungen der Stromqualität verringert werden.

Der IC verwendet nur einen Begrenzungswiderstand zum Betrieb

Beachten Sie, dass der Steuer-IC des internationalen Gleichrichters IR2151 über einen Begrenzungswiderstand direkt vom DC-Bus abläuft und in Übereinstimmung mit der angegebenen Beziehung bei nahezu 45 kHz schwenkt:

• f = 1 / 1,4 x (Rt + 75 Ohm) x Ct

Die Stromversorgung für den High-Side-Switch-Gate-Antrieb erfolgt über einen Bootstrap-Kondensator von 0,1 pF, der jedes Mal, wenn V5 (Leitung 6) innerhalb der Low-Side-Power-Switch-Leitung nach unten gezogen wird, auf ungefähr 14 V aufgeladen wird.

Die Bootstrap-Diode IDF4 verhindert die Zwischenkreisspannung, sobald der High-Side-Wechsel durchgeführt wird.

Eine schnelle Wiederherstellungsdiode (<100 ns) is necessary to be certain that the bootstrap capacitor will not be moderately discharged since the diode comes back and obstructs the high voltage bus.

Der Hochfrequenzausgang in der Halbbrücke ist eigentlich eine Rechteckwelle mit extrem schnellen Umschaltperioden (ca. 50 ns). Um abnorm ausgedehnte Geräusche durch die schnellen Wellenfronten zu vermeiden, wird ein 0,5-W-Dämpfer von 10 Ohm und 0,001 pF verwendet, um die Schaltperioden auf nur etwa 0,5 ps zu minimieren.

Ausgestattet mit einer eingebauten Totzeitanlage

Beachten Sie, dass der IR2151-Treiber eine eingebaute Totzeit von 1,2 ps hat, um Durchschussströme in der Halbbrücke zu stoppen. Die 40-Watt-Leuchtstofflampen werden parallel gesteuert und verwenden jeweils einen eigenen L-C-Resonanzkreis. Ungefähr vier Röhrenschaltungen könnten mit einem einzigen Satz von zwei MOSFETs betrieben werden, die gemessen werden, um dem Leistungspegel zu entsprechen.

Die Reaktanzbewertungen für den Lampenstromkreis werden aus L-C-Reaktanztabellen oder durch die Formel für Serienresonanz ausgewählt:

• f = 1 / 2pi x Quadratwurzel von LC

Das Q der Lampenschaltungen ist einfach wegen der Vorteile der Funktion ab einer festen Wiederholungsrate ziemlich klein, die normalerweise offensichtlich aufgrund von RT- und CT-Toleranzen abweichen kann.

Leuchtstofflampen benötigen im Allgemeinen keine extrem hohen Zündspannungen, daher reicht ein Q von 2 oder 3 aus. 'Flache Q' -Kurven stammen häufig von größeren Induktivitäten und kleinen Kondensatorverhältnissen, bei denen:

Q = 2 pi x fL / R, wobei R oft größer ist, weil viel mehr Windungen verwendet werden.

Das sanfte Starten während des Vorheizens der Rohrfilamente kann durch Verwendung von PTC kostengünstig eingedämmt werden. Thermistoren um jede Lampe.

Auf diese Weise steigt die Spannung entlang der Lampe als RTC stetig an. Erhitzt sich selbst, bis schließlich die Zündspannung zusammen mit heißen Filamenten erreicht ist und die Lampe aufleuchtet.