Компания СЭА
× Компания Каталог Новости Вакансии Профиль Производители Контакты Доставка Тех. поддержка

Микросхемы драйверов для электронных балластов люминесцентных ламп (часть 1)

  • 25.11.2016
  • 2755

Люминесцентные лампы, которые, по старой привычке, иногда называют «лампами дневного света» (ЛДС), широко применяются более полувека, но только в последние 15—20 лет в схемах их управления (балластах) начали массово применять специализированные микросхемы (МС). Некоторые радиолюбители используют эти МС в своих конструкциях «не по назначению». Например, в интернете можно найти множество описаний миниатюрного индукционного паяльника на МС типа IR2153.

 

Об особенностях, схемах включения, корпусах и цоколевке или, как теперь говорят, распиновке наиболее распространенных микросхем драйверов для электронных балластов люминесцентных ламп и пойдет речь. С момента изобретения люминесцентной лампы на протяжении десятилетий для ее поджига и поддержания устойчивого свечения в основном использовали стартер и дроссель в качестве балласта. Первый бросающийся в глаза недостаток этого балласта — большие габариты и вес дросселя. Упрощенная (типовая) схема такого включения люминесцентной лампы показана на рис 1.

 

Объяснять работу этой схемы не будем. Все это можно найти в школьном учебнике физики. Единственное, что нужно вспомнить, — это назначение стартера. Стартер необходим для того, чтобы обеспечить два необходимых условия для поджига лампы в момент включения, пока она холодная и в ее баллоне практически нет свободных носителей заряда:

  • получение тока через нити накала лампы;
  • накопление энергии в сердечнике дросселя за счет протекания этого тока через дроссель.

 

В установившемся режиме дроссель-балласт ограничивает ток и напряжение на лампе. Долговечность люминесцентной лампы зависит не только от качества самой лампы, но и от качества стартера и правильно подобранной индуктивности дросселя. Лампа будет работать заметно меньше при недостаточной индуктивности дросселя, а также в том случае, если при включении она несколько раз «моргает», а включают лампу с этим дефектом достаточно часто. В технической литературе этот дефект называется по-спортивному: «Фальстарт». Еще один недостаток такого включения люминесцентной лампы — зто помаргивание с частотой 100 Гц («мерцание»). Большинство людей его не замечает, а оно повышает утомляемость нашего зрения.

 

Электронные балласты «заставляют» работать люминесцентные лампы на значительно более высоких частотах, при которых не происходит деионизации газа в баллоне, так как этот процесс имеет инерционность. Это значит, что лампа с электронным балластом работает без мерцаний.

 

До последнего времени схема включения люминесцентной лампы (рис.1) и ей подобные имели одно достоинство — небольшую себестоимость. Так как цены на специализированные микросхемы для электронных балластов снижаются, а себестоимость моточных изделий возрастает, то говорить о перспективности применения низкочастотных дросселей в качестве балласта не приходиться. Справедливости ради, следует отметить, что даже самый современный электронный балласт не обходится без балластного дросселя. Правда, это высокочастотный балласт, рассчитанный на рабочие частоты приблизительно 12...50 кГц и выше, а это значит, что индуктивность, габариты и цена такого дросселя невелики.

 

Первые схемы электронных балластов представляли собой импульсные преобразователи напряжения, построенные на блокинг-генераторах. Эти схемы для нас неинтересны, так как тоже уходят в прошлое. Одним из первых и самым, пожалуй, популярным производителем микросхем (МС) для электронных балластов является фирма International Rectifier. Есть и другие производители, такие, как Unitrode, ST-Microelectronics и Motorola. Первое поколение микросхем, широко применяемых в электронных балластах, — это серия шестивыводных микросхем IR2151-IR2155 фирмы International Rectifierи их аналоги L6569, L6571 (ST-Microelectronics) и MC2151 (Motorola). Эти микросхемы рассчитаны на управление полумостовой схемой на высоковольтных МДП-транзисторах с n-каналом. Например, IRF720 или IRF730.

 

Рис.1

 

Наиболее распространены МС драйверов для электронных балластов IR2151-IR2155 и их функциональные аналоги L6569, L6571 (ST-Microelectronics) и MC2151 (Motorola). Функциональная схема МС IR2151-IR2155 фирмы International Rectifierпоказана на рис.2.

 

Рис.2

 

Левая часть микросхемы (по функциональной схеме) представляет собой генератор – полный аналог популярного таймера 555, который известен отечественным специалистам как микросхема КР1006ВИ1, а правая – это и есть драйвер управления высоковольтными МДП-транзисторами. Эти МС изготавливаются в корпусах PDIP-8 и SO8 (SOIC-8). Обозначение и назначение выводовэтих микросхем приведено в табл.1

Таблица 1

IR ST-Microelectronics Назначение
1 VCC VS Напряжение питания (нижнего драйвера)
2 RT RF Резистор времязадающей цепи
3 CT CF Конденсатор времязадающей цепи
4 COM GND Корпус (общий вывод нижнего драйвера)
5 LO LVG Вывод нижнего драйвера
6 VS OUT Общий вывод верхнего драйвера
7 HO HVG Вывод верхнего драйвера
8 VB BOOT "Плавающее" напряжение питания верхнего драйвера. Получено с помощью схемы вольтодобавки

 

Принципиальная схема балласта на микросхемах IR2151-IR2155 и их аналогах показана на рис.3.

 

Назначение деталей этой схемы следующее:

  • C1L1C2 – цепь помехозащиты
  • D1-D4 – мостовой диодный выпрямитель
  • R1 – резистор, ограничивающий ток моста в момент поджига лампы
  • C3 – накопительный конденсатор фильтра питания
  • C4R2 – фильтр низковольтного напряжения питания
  • R3C5 - времязадаюшая цепь
  • R4, R5 - ограничивающие резисторы в цепи затворов выходных транзисторов
  • D5C6 - цепь вольтодобавки
  • R6C8 - RC-цепь, увеличивающая время переключения, за счет чего происходит защита от защелкивания, т.е. от срабатывания паразитного тиристора, который образуется в МДП-структурах при изготовлении
  • C7 - разделительный конденсатор
  • L2 - дроссель высокочастного балласта
  • C9 и позистор RV1 - схема поджига (вместо стартера)

Вспомним, что транзисторы в двухтактной схеме работают поочередно. Причем если один транзистор открыт, то другой должен быть заперт В противном случае, когда оба транзистора откроются одновременно, они будут пробиты, так называемым, сквозным током. Для предотвращения этого явления в МС предусмотрена специальная задержка открывающих сигналов на затворах выходных транзисторов на 1,25 мкс. Эта задержка в англоязычной литературе называется DEAD TIME.

Рис.3

 

Разберемся. как работает цепь «вольтодобавки» (бустрепная цепь). Когда верхний транзистор Q1 (рис.3) заперт, а нижний Q2 открыт, конденсатор «вольтодобавки» С6 заряжается через диод D5 от источника VСС. Когда транзистор Q1 откроется, а нижний Q2 закроется, то верхний драйвер микросхемы будет питаться повышенным напряжением с конденсатора С6. Следует заметить. что микросхемы L6569, IR2153D и IR21531D имеют встроенный внутрь бустрепный диод,

 

Усовершенствованные микросхемы драйверов для электронных балластов

 

Микросхемы IR2151, IR2152 и их аналоги считаются несколько устаревшими. Производитель рекомендует применять IR2153 (IR21531) и IR2154 (IR21541) вместо IR2151 и IR2152. Есть и более интересные решения.

Было бы логично объединить в одной микросхеме драйвер IR2151 или ему подобный с выходными высоковольтными МДП-транзисторами. Это сделано в гибридных микросхемах серии IR51xxxx. В этой серии несколько микросхем: IR51H214, IR51H224, IR51H737, IR51H310, IR51H320, IR51H420.

Первые три МС малоинтересны отечественному специалисту, так как рассчитаны на работу от сети 110 В. Основные параметры остальных МС приведены в табл.2

МС серии IR51xxxx изготавливаются в пластиковом девятиштырьковом корпусе с выводами с одной стороны SIP-9, в котором не установлены выводы 5 и 8.

Сокращенное обозначение и назначение выводов МС этой серии сгруппировано в табл.3, принципиальная схема электронного балласта на одной из этих микросхем показана на рис.4, а назначение и номиналы деталей этой схемы для люминесцентных ламп разной мощности — в табп.4.

 

 

Через диоды D6. D7, включенные встречно-параллельно и соединенные последовательно с дросселем L1‚ протекает ток люминесцентной лампы, который создает на этих диодах, как на стабисторах, ограниченное по амплитуде переменное падение напряжения. Оно приложено через С6 к выводу 3 микросхемы. что синхронизирует работу внутреннего генератора микросхемы в разных режимах, частота и фаза его, в некоторой степени, определяется параметрами контура С5L1. Это повышает надежность зажигания лампы и стабильность ее работы в разных режимах, а также при старении лампы и позволяет устанавливать в схему детали с большим разбросом номиналов. Все это позволяет создавать на базе микросхем серии IR51xxxx надежные малогабаритные электронные балласты для питания люминесцентных ламп.

Следует отметить, что микросхемы IR51HDxxx имеют встроенный внутрь бустрепный диод. При применении этих микросхем диод D5 можно не устанавливать.

Кроме того, фирма International Rectifier производит микросхемы серии IR53xxxx, которые рекомендуются для установки в новые изделия вместо IR51xxxx. Микросхемы этой серии содержат в себе драйвер типа IR2153 с выходным полумостом на высоковольтных МДП-транзисторах.

 

Таблица 4

 

Другое направление развития микросхем для электронных балластов — это улучшение качественных показателей и долговечности работы люминесцентных ламп.

 

Электронные балласты. как и импульсные источники питании, создают в питающей сети повышенный уровень высокочастотных помех. Поскольку стандарты МЭК ІЕС 555-2 и более поздний ІЕС 1000-3-2 жестко регламентируют уровень высших гармоник потребляемого пока из сети, разработчик вынужден применять специальные меры для его уменьшения. Простейшая из них хорошо известна — это использование помехозащищающих целей на сетевом входе (рис.3). В некоторых случаях для выполнения требований стандарта ІЕС1000-3-2 применяют специальное устройство, которое называют корректором коэффициента мощности.

 

Корректор коэффициента мощности устанавливают между выходом выпрямительного моста и накопительным конденсатором на входе фильтра питания. Наличие хорошего активного корректора и сетевого фильтра может обеспечить повышение коэффициента мощности со значения 0,6—0‚7 практически до единицы.

 

Для большинства применений электронный балласт выдает в нагрузку постоянную мощность, но существуют балласты с управляемой выходной мощностью на лампе Их называют диммерами, а сам процесс изменения мощности люминесцентной лампы — диммингом. Об этом пойдет речь во второй части статьи.

 
Компания СЭА с 1990 года осуществляет оптовые поставки на рынок Украины электронных компонентов для промышленных предприятий. В программу поставок входят как пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы, индуктивности, варисторы, кварцевые резонаторы, разрядники, разъемы, предохранители, коммутационные изделия) так и активные компоненты (микросхемы, транзисторы, диоды, диодные мосты, светодиоды, жидкокристаллические индикаторы, оптоприборы, предохранители, датчики). Наша фирма осуществляет поставки как от крупных мировых дистрибьюторов электронных компонентов  так и напрямую от производителей.
 
Пассивные электронные компоненты
 
Поставки пассивных электронных компонентов осуществляются напрямую с заводов таких производителей как:
Vishay,  Royal Electronic Factory Co., Ltd, Arcol, Hitano Enterprise Corp., Epcos AG., Samsung  Electro-Mechanics., Caliber, Chequers Electronics, Molex, Nenshi, Micrometals, NIC, Hitachi AIC, Fuzetec, Barons, Epcos.
 
От мировых дистрибьюторов электронных компонентов поставляем продукцию таких производителей как:
Jamicon, Murata, Panasonic, ATC, ATE,  NIC, TDK, ACP, Teapo, Filtran, ATC Ceramics, Bourns, Littelfuse, ATE Electronics, Tyco Electronics,; Yageo, Barons, Ferroxcube.
 
Активные электронные компоненты
 
Программа поставок активных электронных компонентов включает в себя прямые поставки от таких производителей как:  ST Microelectronics, Vishay Semiconductor,  IXIS, Kingbright, Winstar, Bolimin, Actel, Texas Instruments TI, Lucky Light.
 
От мировых дистрибьюторов электронных компонентов поставляем продукцию таких производителей как:
Intel, NXP Semiconductor, Allegro MicroSystems, International Rectifier, ON Semiconductor, Altera, AMD, Samsung, Analog Devices, Knowles, Semikron, Atmel, Linear Technologies, Sharp Microelectronics, Avago Technologies, MATSUO ELECTRIC Taiwan Semiconductor , Toshiba, Cypress.
 
 
 
 

Компании СЭА - 25 лет!

Получить более подробную информацию об активных и пассивных электронных компонентах и о том, как купить активные и пассивные электронные компоненты и радиодетали в Киеве и Украине, Вы можете по телефону: +38 (044) 330-00-88 или по e-mail: info@sea.com.ua.
Top