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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Ballast électronique pour lampes LB-20. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / éclairage Le principal inconvénient des lampes à incandescence est leur faible rendement et, par conséquent, leur consommation élevée d'énergie électrique. Il est possible de réduire la consommation d'énergie électrique lors de l'éclairage des pièces si vous utilisez des lampes fluorescentes à haut rendement. À l'étranger, les ballasts électroniques sont actuellement largement utilisés, fournissant une lumière « douce », non pulsée. L'introduction généralisée des ballasts électroniques dans l'industrie a été auparavant entravée par le coût élevé des composants, la vitesse de commutation insuffisamment rapide des transistors et une production coûteuse. Toutes ces lacunes ont été éliminées avec la sortie des nouveaux pilotes de porte MOS IR2151 économiques d'International Rectifier et de sociétés similaires. Ces drivers sont des circuits intégrés de puissance monolithiques capables de piloter deux transistors, des convertisseurs demi-pont MOSFET ou IGBT. Ils peuvent fonctionner à des tensions d'alimentation jusqu'à 600 V, ont des formes d'impulsions de sortie claires avec des cycles de service de 0 à 99 %. Le schéma fonctionnel du pilote IR 2151 est illustré à la figure 1.
Le pilote contient une partie d'entrée sur des amplificateurs opérationnels, qui peuvent fonctionner en mode auto-oscillant. La fréquence est déterminée par des accessoires supplémentaires connectés aux sorties Cst, Rt. Les générateurs de pause zéro fournissent des retards dans l'activation du transistor de sortie de 1 µs après la fermeture du transistor précédent. L'isolation galvanique est réalisée dans le canal supérieur, puis la tension est amplifiée par un amplificateur de puissance à transistor à effet de champ et la tension de sortie de la sortie HO est envoyée à la grille du transistor de puissance. Le bras inférieur est alimenté par un oscillateur maître via un générateur de pause à zéro et un dispositif de retard. Pour assurer la stabilité du driver, il y a une diode zener à l'intérieur qui limite la tension à 15 V. Le schéma du ballast électronique est illustré à la Fig.2.
La fréquence du convertisseur est déterminée par le circuit R2C5 fg = 1/(1,4R2C5) = 40 kHz. Le pilote est alimenté par la résistance R1, stabilisée par une diode Zener interne jusqu'à 15 V et filtrée par le condensateur C4. L'amplificateur de porte du côté supérieur est alimenté en fonction du circuit de "pompe" de charge, c'est-à-dire à travers la résistance R3 et la diode VD5. La tension de sortie du convertisseur du condensateur C7, fournie aux lampes fluorescentes, a une forme rectangulaire. Les lampes sont connectées selon un circuit résonnant en série de telle sorte que les courants des lampes traversent les incandescences, après l'allumage, les incandescences sont chauffées et les lampes sont allumées. Les fréquences de résonance des circuits C9, L2 et C10, L3 sont de 40 kHz. Pour réduire le facteur de crête de la consommation d'énergie électrique, la charge du redresseur est choisie comme inductive (la self L1 et le condensateur C2, condensateur C3 connectés en parallèle servent à réduire l'amplitude de la composante variable haute fréquence). Dans ce cas, il n'y a pas besoin de filtre de suppression de bruit d'entrée et une connexion "soft" au réseau est fournie (le facteur de crête est le rapport de l'amplitude du courant consommé à la valeur efficace de ce même courant). Pour limiter la vitesse de commutation des transistors au niveau de 40-50 ns, des résistances R4 et R5 d'une résistance de 24 ohms sont incluses dans les grilles des transistors. La limitation des vitesses de commutation est nécessaire pour réduire l'effet des inductances et des capacités parasites des cartes de circuits imprimés. La limitation des vitesses de commutation à ce niveau permet une conception de travail fiable. Lors de la construction d'un circuit, il est nécessaire de sélectionner correctement la résistance de la résistance de limitation R1, pour cela, tous les courants qui la traversent doivent être pris en compte: I0 - le courant de repos du microcircuit IR2151; I2 - courant nécessaire pour allumer la porte VT2; Iv - courant de la résistance de mise à l'heure R2; In - courant de "pompe" de charge pour alimenter l'amplificateur du bras supérieur ; Ic - courant de la diode Zener interne du microcircuit pour un fonctionnement stable du stabilisateur. Le courant de repos de l'IR2151 à température normale est de 1mA et diminue de 10% lorsque la température augmente de 100°C. Nous le prenons égal à I0=1,1 mA. Le courant nécessaire pour allumer la grille VT2 est déterminé par la formule I2 = 2Qgfpr, où Qg est la charge de grille du transistor IRF730 (Qg = 18 nC) ; fpr - fréquence de conversion égale à 40 kHz, c'est-à-dire I2 = 1,4 mA. Le courant de la résistance de temporisation R2 Iâ = 0,25 Ucc/R2 = 0,25 15/18•103 = 0,21 mA. Le courant de la "pompe" de charge a deux composantes: 1) lorsqu'un signal de commutation est appliqué à la grille du transistor VT1, la tension au premier instant est faible et l'amplitude du courant est d'environ 10 mA avec une durée de 200 ns ; 2) lorsqu'un signal de blocage est appliqué à la grille du transistor VT1, la tension au premier instant reste approximativement égale à la tension d'alimentation de l'amplificateur de sortie de niveau supérieur du microcircuit, l'amplitude du courant est d'environ 20 mA pour un durée de 200 ns, puis le courant de la "pompe" de charge Iн=(10•10-3+20•10-3)200•10-9•40•103=0,24мА. Le courant de la diode Zener interne du microcircuit peut être compris entre 0,1 et 5 mA. Compte tenu de l'évolution de la tension du réseau d'alimentation, nous sélectionnons le courant de la diode zener interne Ic = 0,5 mA. Déterminons le courant total traversant la résistance R1, IR1 = I0 + I2 + Iv + In + Ic = 1,1 + 1,4 + 0,21 + +0,24 + 0,5 = 3,45 mA Résistance R1 R1 \u190d (15 - 3,45) / 10 * 3-50 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Nous sélectionnons la valeur standard de 47 kOhm. Structurellement, le ballast électronique est réalisé sur deux cartes. La partie d'entrée (condensateur C1, diodes VD1...VD4, inductance L1, condensateur C2) est montée par montage en surface. Lors d'un raccordement à un réseau industriel, un fusible de 0,5 A doit être connecté en série. Le reste du circuit est situé sur le circuit imprimé. Le placement des éléments sur celui-ci est illustré à la Fig.3.
En tant que diodes de redressement VD1 ... VD4, vous pouvez utiliser toutes les diodes basse fréquence avec un courant direct moyen de plus de 0,2 A, une tension inverse maximale de plus de 350 V (par exemple, D226, D237B, V, Zh, KD109V , pont redresseur KD209A, KD209B ou KTs405) . Au lieu du pilote IR2151, vous pouvez utiliser IR2152, IR2153, IR2154, IR2155 sans aucun changement dans le circuit. Au lieu de transistors à effet de champ IRF730, vous pouvez utiliser des IRF720, IRF740 similaires. Les radiateurs pour transistors ne sont pas nécessaires. Toutes les résistances du circuit de type MLT-0,125, résistance R1 - MLT-1, R6 MLT-0,5. En tant que starter L1, vous pouvez en utiliser un similaire avec une inductance de 1,3-2,0 H pour un courant de 0,20,25 A; un starter des téléviseurs à lampe noir et blanc DR2,3-0,21 convient également. Condensateurs C8, C9, C10 type K31U-3E-5, vous pouvez utiliser des condensateurs type KSO, K73-17. Condensateur C2 type K50-7 ; C5, C6 - KM5 ; C1, C3, C7 type K73-17 pour tension 400 V. La carte de circuit imprimé est conçue de manière à ce que les valeurs de la résistance R1, des condensateurs C9, C10 puissent être sélectionnées par une connexion en parallèle. Les inductances L2 et L3 sont bobinées sur des anneaux en VCh-32R de marque alsifer d'un diamètre de 29 mm et contiennent 320 spires de fil PEV-2 d'un diamètre de 0,3 mm. La ferrite Sh7x7 µ2000NM avec un écart de 0,5 mm peut être utilisée comme noyau. Sans aucun changement dans le circuit, au lieu des lampes LB-20, des lampes de 18 W actuellement largement disponibles peuvent être utilisées. Il faut également noter qu'avec un ballast électronique, les lampes dont les filaments sont défaillants s'allument et brûlent (dans ce cas, les incandescences de la lampe doivent être court-circuitées). Un ballast fonctionnant normalement sur un circuit 190 V doit consommer un courant de 0,2 - 0,21 A (la mesure peut être effectuée entre les deux cartes de la structure). L'illuminateur terminé a fonctionné pendant 5 mois pour le moment, donne un éclairage supérieur à celui d'une lampe à incandescence de 100 W, s'allume sans surintensité, l'allumage des lampes se produit presque instantanément et, surtout, beaucoup moins de fatigue oculaire est remarquée lorsque vous travaillez avec littérature. Auteur : D.P. Afanasiev
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