40 watt elektronisch ballastcircuit

Het voorgestelde elektronische voorschakelapparaat van 40 watt is ontworpen om elke 40 watt TL-buis te verlichten, met een hoog rendement en optimale helderheid.

De PCB-lay-out van de voorgestelde elektronische fluorescerende ballast wordt ook geleverd, samen met de torroïde en de buffer-smoorspoelwikkeling.

Invoering

Zelfs de veelbelovende en meest besproken LED-technologie is misschien niet in staat om lichten te produceren die gelijk zijn aan de moderne elektronische TL-ballasten. Het circuit van een dergelijke elektronische buisverlichting wordt hier besproken, met een betere efficiëntie dan LED-lampen.

Nog maar tien jaar geleden waren elektronische voorschakelapparaten relatief nieuw en hadden ze vanwege veelvuldige storingen en hoge kosten niet over het algemeen de voorkeur van iedereen. Maar met het verstrijken van de tijd onderging het apparaat een aantal serieuze verbeteringen en de resultaten waren bemoedigend omdat ze betrouwbaarder en duurzamer werden. De moderne elektronische voorschakelapparaten zijn efficiënter en faalvast.

Verschil tussen elektrische ballast en elektronische ballast

Dus wat is precies het voordeel van het gebruik van elektronische fluorescerende ballast in vergelijking met de eeuwenoude elektrische ballast? Om de verschillen correct te begrijpen, is het belangrijk om te weten hoe gewone elektrische voorschakelapparaten werken.

Elektrische ballast is niets anders dan een eenvoudige hoogspanningsinductor voor netspanning die wordt gemaakt door het aantal windingen van koperdraad over een gelamineerde ijzeren kern te wikkelen.

Kortom, zoals we allemaal weten, vereist een TL-buis een hoge initiële stroomstoot om te ontsteken en de elektronen te laten stromen tussen de eindfilamenten. Als deze geleiding eenmaal is aangesloten, wordt het stroomverbruik om deze geleiding in stand te houden en de verlichting minimaal. Elektrische voorschakelapparaten worden alleen gebruikt om deze aanvankelijke stroom te 'kicken' en vervolgens de toevoer van de stroom te regelen door een verhoogde impedantie aan te bieden zodra de ontsteking is voltooid.

Gebruik van een starter in elektrische voorschakelapparaten

Een starter zorgt ervoor dat de eerste 'kicks' worden toegepast via onderbroken contacten, waarbij de opgeslagen energie van de koperen wikkeling wordt gebruikt om de vereiste hoge stromen te produceren.

De starter stopt met werken zodra de buis wordt ontstoken en nu, aangezien de ballast via de buis wordt geleid, er een continue stroom van wisselstroom doorheen begint te krijgen en vanwege zijn natuurlijke eigenschappen een hoge impedantie biedt, de stroom regelt en een optimale gloed helpt behouden.

Door variatie in spanningen en het ontbreken van een ideale berekening, kunnen elektrische voorschakelapparaten echter behoorlijk inefficiënt worden, waardoor ze veel energie door warmte verspreiden en verspillen. Als u daadwerkelijk meet, zult u zien dat een 40 watt elektrische choke-armatuur wel 70 watt aan vermogen kan verbruiken, bijna het dubbele van de benodigde hoeveelheid. Ook kunnen de aanvankelijke flikkeringen niet worden gewaardeerd.

Elektronische voorschakelapparaten zijn efficiënter

Elektronische voorschakelapparaten zijn daarentegen precies het tegenovergestelde wat betreft efficiëntie. Degene die ik heb gebouwd, verbruikte slechts 0,13 ampère stroom @ 230 volt en produceerde een lichtintensiteit die er veel helderder uitzag dan normaal. Ze gebruiken dit circuit sinds de laatste 3 jaar zonder enige problemen (hoewel ik de buis een keer moest vervangen omdat deze aan de uiteinden zwart werd en minder licht begon te produceren.)

De huidige meting zelf bewijst hoe efficiënt het circuit is, het stroomverbruik is slechts ongeveer 30 watt en een outputlicht equivalent aan 50 watt.

Hoe het elektronische ballastcircuit werkt

Het werkingsprincipe van het voorgestelde elektronische fluorescerende voorschakelapparaat is vrij eenvoudig. Het AC-signaal wordt eerst gelijkgericht en gefilterd met behulp van een brug / condensatorconfiguratie. De volgende omvat een eenvoudige kruiselings gekoppelde oscillatortrap met twee transistoren. De gelijkgerichte gelijkstroom wordt aan deze trap toegevoerd, die onmiddellijk begint te oscilleren op de vereiste hoge frequentie. De oscillaties zijn typisch blokgolven die op de juiste manier worden gebufferd via een inductor voordat deze uiteindelijk wordt gebruikt om de aangesloten buis te ontsteken en te verlichten. Het diagram toont een 110 V-versie die eenvoudig kan worden gewijzigd in een 230 volt-model door middel van eenvoudige aanpassingen.

De volgende illustraties leggen duidelijk uit hoe je thuis een zelfgemaakte elektronische 40 watt elektronische fluorescerende ballastschakeling kunt bouwen met behulp van gewone onderdelen.

PCB Component Layout

WAARSCHUWING: VOEG EEN MOV EN EEN THERMISTER OP BIJ DE TOEVOERINGANG, ANDERS ZAL HET CIRCUIT ONVOORSPELBAAR WORDEN EN OP ELK MOMENT KUNNEN AFBLAZEN.

BEVESTIG DE TRANSISTOREN OOK OVER EEN AFZONDERLIJKE 4 * 1 INCH HEATSINKS, VOOR EEN BETERE EFFICIËNTIE EN EEN LANGERE LEVENSDUUR.

PCB-baanlay-out

Torroid-inductor

Choke-inductor

Onderdelen lijst

• R1, R2, R5 = 330K MFR 1%
• R3, R4, R6, R7 = 47 Ohm, CFR 5%
• R8 = 2,2 ohm, 2watt
• C1, C2 = 0.0047 / 400V PPC voor 220V, 0.047uF / 400V voor 110V AC-ingang
• C3, C4 = 0,033 / 400V PPC
• C5 = 4.7uF / 400V elektrolytisch
• D1 = Diac DB3
• D2 …… D7 = 1N4007
• D10, D13 = B159
• D8, D9, D11, D12 = 1N4148
• T1, T2 = 13005 Motorola
• Heatsink is vereist voor T1 en T2.

Elektronisch ballastcircuit voor dubbele TL-buizen van 40 watt

Het volgende concept hieronder legt uit hoe je een eenvoudig maar uiterst betrouwbaar elektronisch voorschakelapparaat kunt bouwen voor het aansturen of bedienen van twee 40 watt TL-buizen, met een correctie van het actieve vermogen.

Met dank aan: https://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-995a.pdf

Belangrijkste elektrische kenmerken van de IC

International Rectifier Control IC's zijn monolithische geïntegreerde stroomcircuits die geschikt zijn voor het bedienen van low-side en high-side MOSFET's of LGBT's via logisch niveau, gerelateerd aan aardingangssnoeren.

Ze hebben een uitgebalanceerde spanningsfunctionaliteit tot wel 600 VDC en kunnen, in tegenstelling tot gewone drivertransformatoren, superschone golfvormen opleveren met vrijwel elke inschakelduur van 0 tot 99%.

De IR215X-reeks is eigenlijk een recentelijk beschikbaar accessoire voor de Control IC-familie en, naast de eerder genoemde kenmerken, gebruikt het product een topklasse die qua prestaties vergelijkbaar is met de LM 555 timer-IC.

Dit soort driverchips geeft u de ontwikkelaar met zelfoscillerende of gecoördineerde schommelingsmogelijkheden, puur met behulp van alternatieve RT- en CT-componenten Zie onderstaande afbeelding

Onderdelen lijst

• Ct / Rt = hetzelfde als gegeven in de onderstaande diagrammen
• onderste diodes = BA159
• Mosfets: zoals aanbevolen in onderstaande diagrammen
• C1 = 1uF / 400V PPC
• C2 = 0,01 uF / 630 V PPC
• L1 = Zoals aanbevolen in onderstaand diagram, kan wat experimenteren nodig zijn

Ze hebben ook een ingebouwde schakeling die een gematigde dode tijd van 1,2 microseconde biedt tussen de uitgangen en het schakelen van componenten aan de hoge en lage kant voor het aandrijven van halfbruggen.

De oscillatorfrequentie berekenen

Telkens wanneer opgenomen in de zelfoscillerende vorm, wordt de oscillatiefrequentie eenvoudigweg berekend door:

f = 1 / 1.4 x (Rt + 75ohm) x Ct

De drie toegankelijke zelfoscillerende apparaten zijn IR2151, IR2152 en IR2155. IR2I55 lijkt meer substantiële uitvoerbuffers te hebben die een capacitieve belasting van 1000 pF zullen draaien met tr = 80 ns en tf = 40 ns.

Het omvat een minuscule opstartstroom en 150 ohm RT-voeding. IR2151 heeft tr en tf van 100 ns en 50 ns en presteert ongeveer zoals IR2l55. IR2152 zal niet te onderscheiden zijn van IR2151, hoewel met cambio fase van Rt naar Lo. IR2l5l en 2152 bevatten een 75 ohm Rt-bron (vergelijking l.)

Dit soort ballastdrivers zijn meestal bedoeld om te worden geleverd met de gelijkgerichte AC-ingangsspanning en daarom zijn deze bedoeld voor minimale ruststroom en hebben ze nog steeds een ingebouwde l5V-shuntregelaar om ervoor te zorgen dat slechts één beperkende weerstand buitengewoon goed werkt via de DC. gelijkgerichte busspanning.

Het Zero Crossing-netwerk configureren

Als u nogmaals naar afbeelding 2 kijkt, let dan op het synchronisatiepotentieel van de bestuurder. Beide back-to-back diodes in lijn met het lampcircuit zijn efficiënt geconfigureerd als een nuldoorgangsdetector voor de lampstroom. Voorafgaand aan de lampinslag omvat het resonantiecircuit L, Cl en C2 allemaal in een reeks.

Cl is een DC-blokkeercondensator met een lage reactantie, zodat de resonantiekring succesvol L en C2 is. De spanning rond C2 wordt versterkt door middel van de Q-factor van L en C2 bij resonantie en raakt de lamp.

Hoe de resonantiefrequentie wordt bepaald

Zodra de lamp raakt, wordt C op geschikte wijze kortgesloten door de potentiaalval van de lamp en wordt de frequentie van de resonantiekring op dit punt bepaald door L en Cl.

Dit leidt tot een verandering naar een lagere resonantiefrequentie in de loop van standaardbewerkingen, net zoals eerder gecoördineerd door het detecteren van de nuldoorgang van de wisselstroom en het benutten van de resulterende spanning om de aandrijfoscillator te regelen.

Samen met de ruststroom van de driver, vindt u een aantal extra elementen over DC-voedingsstroom die een functionaliteit zijn van het toepassingscircuit:

Evaluatie van huidige en laadontladingsparameters

l) Stroom als gevolg van het opladen van de ingangscapaciteit van de vermogens-FET's

2) stroom als gevolg van het opladen en ontladen van de isolatiecapaciteit van de junctie van de International Rectifier-poortaandrijfinrichtingen. Elk onderdeel van de huidige arc charge-relatcd en houdt zich om die reden aan de regels:

• Q = CV

Bijgevolg kan gemakkelijk worden opgemerkt dat, om de ingangscapaciteiten van het voedingsapparaat te kunnen laden en ontladen, de verwachte lading een product kan zijn van de gate-aandrijfspanning en de werkelijke ingangscapaciteiten en ook het aanbevolen ingangsvermogen zal specifiek in verhouding staan ​​tot het product van lading en frequentie en spanning in het kwadraat:

• Vermogen = QV ^ 2 x F / f

De bovengenoemde associaties stellen de onderstaande factoren voor bij het maken van een echt ballastcircuit:

1) kies de kleinste werkfrequentie volgens afnemende inductorafmeting

2) kies voor het meest compacte matrijsvolume voor de betrouwbare apparaten met verminderde geleidingstekorten (dat minimaliseert de ladingsspecificaties)

3) Normaal wordt de DC-busspanning geselecteerd, maar als er een alternatief bestaat, maak dan gebruik van de minimumspanning.

OPMERKING: opladen is simpelweg geen functionaliteit van de schakelsnelheid. De verzonden lading is precies hetzelfde met betrekking tot de overgangstijden van I0 ns of 10 microseconde.

We zullen op dit punt rekening houden met enkele nuttige ballastcircuits die haalbaar zijn met behulp van de zelfoscillerende stuurprogramma's. Waarschijnlijk de meest populaire TL-lichtarmatuur is misschien wel het zogenaamde ‘Double 40’-type, dat vaak een paar typische Tl2- of TS-lampen gebruikt in een gemeenschappelijke reflecterende stof.

Een paar aanbevolen voorschakelcircuits wordt getoond in de volgende afbeeldingen. De eerste is het minimale arbeidsfactorcircuit, samen met de andere werkt met een nieuwe diode / condensatorinstellingen om een ​​arbeidsfactor> 0,95 te bereiken. Het circuit met een lagere vermogensfactor, bewezen in afbeelding 3, verwelkomt 115 VAC of 230 VAC 50/60/400 Hz ingangen om een ​​gematigde DC-bus van 320 VDC te genereren.

Dubbel 40 Watt ballast schakelschema

Aangezien de ingangsgelijkrichters net dicht bij de pieken van de AC-ingangsspanning presteren, blijft de ingangsvermogensfactor ongeveer 0,6 achter bij een niet-sinusvormige stroomgolfvorm.

Een dergelijk type gelijkrichter wordt eenvoudigweg nergens voor aanbevolen, behalve voor een beoordelingscircuit of compacte fluorescentielampen met gereduceerd vermogen en zou zonder twijfel ongewenst kunnen worden omdat harmonische stromen in voedingsapparaten extra worden verminderd door beperkingen op het gebied van de stroomkwaliteit.

De IC gebruikt alleen een beperkende weerstand om te werken

Merk op dat de International Rectifier IR2151-besturings-IC rechtstreeks werkt op de DC-bus door middel van een beperkende weerstand en draait op bijna 45 kHz in overeenstemming met de gegeven relatie:

• f = 1 / 1.4 x (Rt + 75ohm) x Ct

Het vermogen voor de poortaandrijving aan de hoge zijde komt voort uit een bootstrap-condensator van 0,1 pF en die wordt opgeladen tot ongeveer 14 V wanneer V5 (leiding 6) laag wordt gesleept in de geleiding van de voedingsschakelaar aan de lage zijde.

De bootstrap-diode l IDF4 voorkomt de DC-busspanning zodra de hoge zijde-verandering geleidt.

Een diode voor snel herstel (<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.

De hoogfrequente output in de halve brug is eigenlijk een blokgolf met extreem snelle omschakeltijden (rond de 50 ns). Om abnormale langdurige geluiden door de snelle golffronten te vermijden, wordt een 0,5W-snubber van 10 ohm en 0,001 pF gebruikt om de schakelperioden tot ongeveer 0,5 ps te minimaliseren.

Met een ingebouwde Dead Time Facility

Merk op dat we een ingebouwde dode tijd van 1,2 ps in de IR2151-driver hebben om doorschietstromen in de halve brug te stoppen. De 40 watt fluorescentielampen worden parallel aangestuurd met elk een eigen L-C resonantiekring. Ongeveer vier buiscircuits zouden kunnen worden bediend vanuit een enkele set van twee MOSFET's, gemeten om overeen te komen met het vermogensniveau.

De reactantiewaarderingen voor het lampcircuit worden gekozen uit L-C-reactantietabellen of via de formule voor serieresonantie:

• f = 1 / 2pi x vierkantswortel van LC

De Q van de lampcircuits is vrij klein, simpelweg vanwege de voordelen van het functioneren vanuit een vaste herhalingsfrequentie, die meestal, uiteraard, kan verschillen als gevolg van RT- en CT-toleranties.

Fluorescentielampen hebben over het algemeen geen extreem hoge opvallende spanningen nodig, daarom is een Q van 2 of 3 voldoende. 'Vlakke Q'-curven zijn vaak afkomstig van grotere inductoren en kleine condensatorverhoudingen waarin:

Q = 2pi x fL / R, waarbij R vaak groter is omdat er veel meer bochten worden gebruikt.

Zacht starten tijdens het voorverwarmen van buisfilamenten kan goedkoop worden beperkt door gebruik te maken van PTC. thermistors rond elke lamp.

Op deze manier wordt de spanning langs de lamp gestaag verhoogd als de RTC. warmt zichzelf op totdat uiteindelijk de opvallende spanning samen met hete filamenten wordt bereikt en de lamp gaat branden.