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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
Ballasts électroniques. Ballast électronique sur la puce UBA2021. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Ballasts pour lampes fluorescentes Considérons un ballast électronique implémenté sur un microcircuit UBA2021. Le schéma de principe du ballast électronique pour une lampe fluorescente d'une puissance de 58 W est illustré à la fig. 3.31. Le "cœur" du ballast électronique est la puce UBA2021. Ce circuit intégré spécialisé est conçu pour fonctionner avec des lampes fluorescentes conventionnelles et compactes. L'UBA2021 comprend un pilote haute tension avec un circuit de déclenchement, un générateur et une minuterie qui assurent le contrôle pendant les étapes de démarrage, de chauffage, d'allumage et de combustion de la lampe, ainsi qu'une protection contre le mode capacitif. Le CI résiste à des tensions jusqu'à 390 V et à des pointes de tension à court terme (t < 0,5 s) jusqu'à 570-600 V. La tension d'alimentation basse tension est fixe en interne, ce qui élimine le besoin d'installer une diode Zener externe. La fixation est effectuée à des courants jusqu'à 14 mA avec des salves de courte durée (t < 0,5 s) jusqu'à 35 mA. Le schéma fonctionnel de UBA2021 est illustré à la fig. 3.32. Le microcircuit est fabriqué dans un boîtier en plastique avec 14 broches (soit DIP-14 ou SO-14). Affectation des broches de la puce UBA2021 est donné dans le tableau. 3.5. Tableau 3.5. Affectation des broches de la puce UBA2021
Le ballast électronique est utilisable dans la plage de tension secteur de 185-265 V à une fréquence de 50-60 Hz. Le contrôle automatique maintient la puissance de combustion de la lampe entre 47,6 et 50,3 W lorsque la tension secteur change entre 200 et 260 V. L'UBA2021 contrôle le fonctionnement de puissants MOSFET PHX3N50E, qui sont les clés d'un onduleur en demi-pont, qui est alimenté par le secteur avec une tension nominale de 23 In i1 avec une fréquence de 50-60 Hz. Cela fournit le décalage nécessaire dans les niveaux de puissance des transistors à effet de champ, ce qui assure une protection contre le fonctionnement capacitif. Les principaux avantages de ce produit sont un petit nombre de composants externes et un faible coût grâce à l'utilisation du circuit intégré UBA2021, qui est capable de fournir une flexibilité de conception maximale avec un nombre minimum d'éléments périphériques. Considérez le fonctionnement du circuit plus en détail. La tension secteur alternative est convertie par un pont redresseur à quatre diodes (ou pont de diodes) et un condensateur de lissage en une tension continue (310 V) qui alimente l'onduleur en demi-pont. Le filtre secteur antibruit empêche la pénétration d'interférences dans le réseau. L'onduleur en demi-pont appartient à un groupe de convertisseurs de tension résonnants à haute fréquence, qui sont pratiques pour piloter des lampes à décharge de gaz. Le principe appliqué de commutation à zéro de tension de deux puissants MOSFET permet de réduire leurs pertes de commutation et assure une efficacité élevée du ballast. Après l'application de la tension secteur, la lampe fluorescente est d'abord préchauffée. C'est ce qu'on appelle le démarrage progressif et garantit un fonctionnement fiable et durable de la lampe. La valeur du courant de chauffage est régulée par la puce UBA2021. Ce courant traversant les filaments de la lampe chauffe les électrodes de la lampe à une température suffisante pour émettre des électrons. L'échauffement réduit la tension d'allumage de la lampe, ce qui réduit les charges électriques de choc sur les éléments du circuit. Après la mise sous tension, la tension secteur redressée est fournie au condensateur tampon C4 via la résistance R1 (Fig. 3.31), ce qui limite la surtension. Le condensateur lisse les ondulations de tension à deux fois la fréquence du secteur. La tension haute tension résultante VHV (310 V) DC est l'alimentation d'un onduleur en demi-pont, dont les composants de puissance comprennent les transistors VT1, VT2, la bobine L1, les condensateurs C5, C6, C7 et une lampe EL1. Au démarrage, le courant du condensateur haute tension C4 traverse la résistance R2, le filament de la lampe, la résistance R7, les bornes 13 et 5 de la puce UBA2021, connectées l'une à l'autre pendant la période de démarrage par une clé interne, et charge les condensateurs de puissance basse tension C9, C11 et C13. Dès que la tension d'alimentation VS sur C13 atteint une valeur de 5,5 V, l'UBA2021 commute, à la suite de quoi le transistor VT2 s'ouvre et le transistor VT1 se ferme. Cela permet au condensateur de démarrage C12 d'être chargé à travers le circuit interne du microcircuit. La tension d'alimentation VS continue d'augmenter, et à VS > 12 V, l'oscillateur interne du microcircuit commence à générer. La consommation de courant du CI est fixée en interne à environ 14 mA. Vient ensuite le passage à étape de chauffage. En l'absence de lampe, le démarrage est automatiquement bloqué, car dans ce cas le circuit de charge du condensateur de démarrage est rompu. Lors de la phase de chauffage, les MOSFET VT1 et VT2 sont alternativement transférés dans un état conducteur. Cela génère une tension alternative à onde carrée autour du point médian du demi-pont avec une amplitude de VHV. La fréquence d'oscillation de départ est de 98 kHz. Dans ces conditions, le circuit, composé de C8, VD5, VD6, C9 et SU, est capable de remplir la fonction d'une source d'alimentation basse tension qui, lors du démarrage, était fournie par le courant via la broche 13 du CI. Pendant un intervalle de temps environ égal à 1,8 s (temps de chauffe tPRE), dont la durée est déterminée par les valeurs de C16 et R8, le système est en mode chauffage. En même temps, un courant contrôlé* traverse les filaments de la lampe, ce qui permet un chauffage optimal des deux électrodes de la lampe. Les électrodes chauffées émettent (émettent) un grand nombre d'électrons dans la lampe, et dans cet état, des tensions beaucoup plus faibles sont nécessaires pour l'allumer, ce qui minimise les charges électriques de choc sur les éléments du circuit et la lampe au moment de l'allumage. Le chauffage des électrodes est très important pour assurer une longue durée de vie de la lampe (environ 20 XNUMX heures). Après le début de la génération, un petit courant alternatif commence à circuler depuis le milieu du demi-pont à travers les filaments de la lampe, L1 et C7. La fréquence d'oscillation diminue progressivement, ce qui entraîne une augmentation correspondante de l'amplitude du courant. Le taux de réduction de fréquence est déterminé par la capacité du condensateur C14 et la source de courant interne du CI. La fréquence cesse de chuter dès qu'une certaine valeur de la tension alternative est atteinte aux bornes des résistances R5 et R6, qui sont des capteurs de courant de chauffage. Pendant toute la phase de chauffage, la fréquence de l'onduleur en demi-pont reste supérieure à la fréquence de résonance du circuit L1C7 (55,6 kHz), et de ce fait, la tension sur C7 est encore faible pour allumer la lampe. Conseil. Il est très important de maintenir cette tension suffisamment basse, car un allumage prématuré, dit à froid, entraîne une usure rapide des électrodes de la lampe. La valeur de l'inductance de la bobine de ballast L1 est déterminée par le courant requis à travers la lampe, la capacité du condensateur d'allumage C7 et la fréquence de fonctionnement en mode combustion. La capacité minimale C7 est déterminée par l'inductance L1, la tension sur la lampe, qui ne conduit pas à l'allumage, à un courant de chauffage donné, et la tension secteur minimale. De ce fait, la valeur de la capacité C7, égale à 8,2 nF, s'avère optimale pour le chauffage. Après la fin de la phase de préchauffage, l'UBA2021 reprend une réduction supplémentaire de la fréquence de commutation du demi-pont jusqu'à la fréquence la plus basse fb (39 kHz). Cependant, la réduction de fréquence s'effectue maintenant beaucoup plus lentement que lors de la phase d'échauffement. La fréquence de commutation est décalée vers la fréquence de résonance d'un circuit série composé de l'inductance L1 et de la capacité totale du condensateur C7 et des électrodes de la lampe (55,6 kHz), et les résistances des condensateurs de blocage CC C5 et C6 sont assez petites . La valeur maximale de la tension d'allumage dans le pire des cas (lorsque le luminaire et le circuit du ballast électronique sont connectés à la terre de protection du réseau) pour une lampe TL-D 58W à basse température est d'environ 600 V. La combinaison de l'inductance de ballast L1 et du condensateur d'allumage C7 est choisie de manière à ce que la tension sur la lampe puisse dépasser ces 600 V nécessaires à un allumage fiable. La valeur de la tension d'allumage détermine la valeur maximale de la capacité C7 pour une inductance L1 donnée , sélectionné en fonction de la fréquence inférieure fv UBA2021. La fréquence inférieure fv est définie par les valeurs R8, C15. La durée maximale possible de la phase d'allumage tIGN égal à 1,7 s (soit 15/16 de tPRE); il est défini en sélectionnant C16 et R8. Supposons que la lampe soit allumée au cours de l'abaissement de la fréquence ; puis la fréquence diminue jusqu'à la valeur minimale /v. UBA2021 peut faire la transition vers la phase de combustion deux manières:
Pendant la phase de combustion, la fréquence d'oscillation dans le circuit est généralement réduite à fв (39 kHz), qui peut être utilisée comme fréquence de fonctionnement nominale. Cependant, en raison de l'utilisation de la commande automatique dans les ballasts électroniques, la fréquence d'oscillation dépend de la quantité de courant circulant dans la broche 13 (broche RHV) du circuit intégré UBA2021. Le contrôle automatique commence à fonctionner après avoir atteint fв. Le contrôle automatique stabilise en grande partie le flux lumineux émis par la lampe dans une large gamme de variations de tension secteur. Pendant la phase de démarrage, les condensateurs d'alimentation basse tension C9, C10 et C13 sont chargés par le courant circulant du condensateur haute tension C4 à travers R2, le filament de la lampe, R7 et les bornes 13 et 5 connectées en interne de l'UBA2021. Au stade de la combustion, un re-commutation se produit. Au lieu de la broche 5, la broche 13 s'avère être connectée à la broche 8. Maintenant, le courant traversant les résistances R2 et R7 est utilisé comme paramètre d'information dans le système de contrôle automatique de la fréquence de commutation de l'onduleur, car la force de ce courant est proportionnelle à le niveau de la tension secteur redressée. L'ondulation avec deux fois la fréquence du secteur (100-120 Hz) est filtrée par le condensateur C16. En conséquence, le flux lumineux émis par la lampe reste presque constant lorsque la tension du secteur change dans la plage de 200 à 260 V. Aux fréquences supérieures à 10 kHz, la lampe peut être considérée comme une charge résistive. Le rendement lumineux des lampes tubulaires excitées à des fréquences supérieures à 10 kHz est nettement meilleur que lorsqu'elles sont alimentées à une fréquence de 50-60 Hz. Cela signifie qu'une lampe TL-D 58W avec une alimentation haute fréquence de 50W émet le même flux lumineux qu'une lampe TL-D 58W avec une alimentation de 58W à une fréquence de 50-60 Hz. Le point de fonctionnement en régime permanent d'un TL-D 58W connecté au ballast est caractérisé par une tension de lampe de 110 V et un courant de lampe de 455 mA, ce qui correspond à une alimentation de 50 W. La valeur de l'inductance de la bobine de ballast L1 est déterminée par le point de fonctionnement de la lampe, la capacité du condensateur d'allumage C7 et la fréquence de fonctionnement, qui est environ égale à 45 kHz à une tension secteur nominale de 230 V. La puissance de commande de lampe souhaitée peut être obtenue avec diverses combinaisons d'inductance L1 et de capacité C7. Le choix d'une combinaison spécifique dépend de facteurs tels que le mode de chauffage, la tension d'allumage minimale requise et les tolérances sur les paramètres des composants du circuit. Dans la plupart des cas, la combinaison d'une bobine d'arrêt L1 avec une inductance de 1 mH et d'un condensateur d'allumage C7 avec une capacité de 8200 pF est optimale. Pour protéger les éléments du circuit de puissance des surcharges importantes, le microcircuit a une fonction de protection intégrée du mode de fonctionnement capacitif, qui est actif aux étapes d'allumage et de combustion. La puce UBA2021 vérifie la chute de tension entre R5 et R6 lors de la mise sous tension du transistor VT2 à chaque cycle de l'onduleur. Si cette tension est inférieure à 20 mV, ce qui signifie que le circuit fonctionne en mode capacitif, l'UBA2021 commence à augmenter la fréquence de commutation à un rythme beaucoup plus élevé qu'il ne l'a abaissée pendant les phases de préchauffage et d'allumage. En conséquence, la fréquence de commutation dépassera la fréquence de résonance. Lorsque les signes du mode capacitif disparaissent, la fréquence de commutation diminue à nouveau jusqu'à celle requise. La protection contre le retrait de la lampe est assurée par la méthode d'alimentation basse tension pour l'UBA2021. Lorsque la lampe est retirée, la tension alternative sur le condensateur C6 devient nulle, ce qui entraîne la disparition de l'alimentation basse tension du CI. Après avoir remplacé la lampe sans éteindre le ballast électronique, le fonctionnement du circuit reprendra à partir de la phase de démarrage. Et, enfin, le démarrage du ballast électronique est impossible en l'absence de lampe - après tout, dans ce cas, la résistance de démarrage R7 est déconnectée de la haute tension. Le ballast électronique est équipé d'un condensateur électrolytique C4 de type ASH-ELB 043. Ces condensateurs, spécialement conçus pour être utilisés dans des circuits électroniques d'alimentation de lampes fluorescentes, se caractérisent par une longue durée de vie (15000 85 heures) à des températures allant jusqu'à XNUMX°C et résister à des ondulations de courant importantes. Les interrupteurs de puissance de l'onduleur sont des MOSFET de type PHX3N50E (l'indice E indique une fiabilité accrue de l'appareil). En utilisant le principe de commutation à tension nulle, les pertes de commutation des MOSFET sont minimisées. L'échauffement de chacun des transistors n'est causé que par des pertes à l'état conducteur, et le degré d'augmentation de température dépend de la résistance du canal ouvert "drain-source" RDS sur et boitier résistance thermique Rtn. Les durées des étapes de chauffage et d'allumage sont plutôt courtes, en raison desquelles le choix du type de MOSFET a été déterminé par l'amplitude du courant traversant l'inductance du ballast en mode de combustion de la lampe. Le PHX3N50E présente une tension drain-source maximale de 500 V et une résistance à l'état passant inférieure à 3 ohms. La conception de la bobine de ballast L1 avec une inductance de 1 mH, qui peut supporter des courants d'allumage de pointe jusqu'à 2,5 A, permet son utilisation dans des circuits sans terre de protection. L'allumeur dans le ballast électronique est un condensateur C7 d'une capacité de 8200 pF de type KR / MMKR376. Ce type de condensateur est conçu pour être utilisé dans des circuits avec des taux de balayage élevés et des taux de répétition élevés. Le condensateur installé est capable de supporter une variation de tension jusqu'à 1700 V (tension sinusoïdale de 600 V RMS). Le condensateur peut être remplacé par du polypropylène K78-2 pour 1600 V. Types recommandés de composants de ballast électronique sont données dans le tableau. 3.6. Et dans le tableau 3.7 sont donnés caractéristiques énergétiques des ballasts électroniques sur la puce UBA2021. Tableau 3.6. Types recommandés de composants électroniques EPR
Tableau 3.7. Caractéristiques énergétiques des ballasts électroniques
Auteur : Koryakin-Chernyak S.L.
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Commentaires sur l'article : Oleg Comment mettre à niveau ce circuit pour alimenter une lampe de 100 watts ?
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