Statecznik elektroniczny na chipie UBA2021. Schemat, opis

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Elektryk

Stateczniki elektroniczne. Statecznik elektroniczny na chipie UBA2021. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Stateczniki do świetlówek

Komentarze do artykułu

Rozważ statecznik elektroniczny zaimplementowany w mikroukładzie UBA2021. Schemat ideowy statecznika elektronicznego do świetlówki o mocy 58 W pokazano na ryc. 3.31.

„Sercem” statecznika elektronicznego jest układ UBA2021. Ten wyspecjalizowany układ scalony jest przeznaczony do współpracy zarówno z konwencjonalnymi, jak i kompaktowymi lampami fluorescencyjnymi. UBA2021 zawiera sterownik wysokonapięciowy z obwodem wyzwalającym, generatorem i timerem, które zapewniają kontrolę podczas etapów rozruchu, nagrzewania, zapłonu i spalania lampy, a także ochronę przed trybem pojemnościowym.

Układ scalony wytrzymuje napięcia do 390 V i krótkotrwałe skoki napięcia (t < 0,5 s) do 570-600 V. Napięcie zasilania niskiego napięcia jest ustalone wewnętrznie, co eliminuje konieczność instalowania zewnętrznej diody Zenera. Utrwalanie odbywa się przy prądach do 14 mA z krótkotrwałymi (t < 0,5 s) impulsami do 35 mA. Schemat blokowy UBA2021 pokazano na ryc. 3.32.

Mikroukład jest wykonany w plastikowej obudowie z 14 pinami (DIP-14 lub SO-14). Przypisanie pinów układu UBA2021 podano w tabeli. 3.5.

Tabela 3.5. Przypisanie pinów układu UBA2021

Statecznik elektroniczny na chipie UBA2021

Ryż. 3.31. Schemat statecznika elektronicznego na chipie UBA2021 (kliknij, aby powiększyć)

Statecznik elektroniczny na chipie UBA2021
Ryż. 3.32. Schemat strukturalny układu UBA2021

Statecznik elektroniczny pracuje w zakresie napięcia sieciowego 185-265 V przy częstotliwości 50-60 Hz. Sterowanie automatyczne utrzymuje moc świecenia lampy w granicach 47,6-50,3 W przy zmianie napięcia sieciowego w zakresie 200-260 V. Układ UBA2021 steruje pracą potężnych tranzystorów MOSFET PHX3N50E, będących kluczami przetwornicy półmostkowej, zasilanej z sieci o napięciu znamionowym 23 In i1 o częstotliwości 50-60 Hz. Zapewnia to niezbędne przesunięcie poziomów mocy tranzystorów polowych, co zapewnia ochronę przed działaniem pojemnościowym.

Głównymi zaletami tego produktu jest niewielka liczba elementów zewnętrznych oraz niski koszt dzięki zastosowaniu układu scalonego UBA2021, który jest w stanie zapewnić maksymalną elastyczność projektowania przy minimalnej liczbie elementów peryferyjnych.

Rozważ działanie obwodu bardziej szczegółowo. Napięcie prądu przemiennego jest przetwarzane przez czterodiodowy prostownik mostkowy (lub mostek diodowy) i kondensator wygładzający na napięcie stałe (310 V), które zasila falownik półmostkowy. Filtr sieciowy tłumiący zakłócenia zapobiega przenikaniu zakłóceń do sieci.

Falownik półmostkowy należy do grupy rezonansowych przetwornic napięcia o wysokiej częstotliwości, które są wygodne do napędzania lamp wyładowczych. Zastosowana zasada beznapięciowego przełączania dwóch mocnych tranzystorów MOSFET pozwala na zmniejszenie ich strat przełączania oraz zapewnia wysoką sprawność statecznika.

Po podaniu napięcia sieciowego świetlówka jest najpierw podgrzewana. Nazywa się to miękkim startem i zapewnia niezawodną i trwałą pracę lampy. Wartość prądu grzania reguluje układ UBA2021. Prąd przepływający przez włókna lampy podgrzewa elektrody lampy do temperatury wystarczającej do wyemitowania elektronów. Rozgrzewanie zmniejsza napięcie zapłonu lampy, co zmniejsza udarowe obciążenia elektryczne elementów obwodu.

Po włączeniu wyprostowane napięcie sieciowe jest podawane do kondensatora buforowego C4 przez rezystor R1 (ryc. 3.31), co ogranicza skok prądu. Kondensator wygładza tętnienia napięcia przy dwukrotnie większej częstotliwości sieci. Powstałe napięcie wysokiego napięcia VHV (310 V) DC jest zasilaniem falownika półmostkowego, którego elementami mocy są tranzystory VT1, VT2, cewka L1, kondensatory C5, C6, C7 i lampa EL1.

Na etapie rozruchu prąd z kondensatora wysokonapięciowego C4 przepływa przez rezystor R2, żarnik lampy, rezystor R7, zaciski 13 i 5 układu UBA2021, połączone ze sobą w okresie rozruchu za pomocą klucza wewnętrznego i ładuje niskonapięciowe kondensatory mocy C9, C11 i C13. Gdy tylko napięcie zasilania VS na C13 osiągnie wartość 5,5 V, UBA2021 przełącza się, w wyniku czego tranzystor VT2 otwiera się, a tranzystor VT1 zamyka się.

Pozwala to na ładowanie kondensatora rozruchowego C12 przez obwód wewnętrzny mikroukładu. Napięcie zasilania VS nadal rośnie, a przy VS > 12 V wewnętrzny oscylator mikroukładu zaczyna generować. Pobór prądu układu scalonego jest wewnętrznie ustalony na około 14 mA.

Następnie przychodzi przejście do etap ogrzewania. W przypadku braku lampy start jest automatycznie blokowany, ponieważ w tym przypadku obwód ładowania kondensatora rozruchowego jest przerwany.

Na etapie nagrzewania tranzystory MOSFET VT1 i VT2 są naprzemiennie przenoszone do stanu przewodzenia. Generuje to napięcie przemienne o fali prostokątnej wokół punktu środkowego półmostka o amplitudzie VHV. Początkowa częstotliwość oscylacji wynosi 98 kHz. W tych warunkach obwód składający się z C8, VD5, VD6, C9 i SU jest w stanie pełnić funkcję niskonapięciowego źródła zasilania, które podczas rozruchu było zasilane prądem płynącym przez pin 13 układu scalonego.

W przedziale czasu w przybliżeniu równym 1,8 s (czas nagrzewania t_PRE), której czas trwania określony jest wartościami C16 i R8, system jest w trybie grzania. W tym samym czasie kontrolowany prąd* przepływa przez włókna lampy, co pozwala na optymalne nagrzanie obu elektrod lampy. Podgrzane elektrody emitują (emitują) dużą liczbę elektronów do lampy, aw tym stanie do jej zapalenia potrzebne są znacznie niższe napięcia, co minimalizuje udarowe obciążenia elektryczne elementów obwodu i lampy w momencie zapłonu. Nagrzewanie elektrod jest bardzo ważne dla zapewnienia długiej żywotności lampy (około 20 tys. godzin).

Po rozpoczęciu generowania mały prąd przemienny zaczyna płynąć od środka półmostka przez włókna lampy, L1 i C7. Częstotliwość oscylacji stopniowo maleje, co prowadzi do odpowiedniego wzrostu wielkości prądu. Szybkość redukcji częstotliwości zależy od pojemności kondensatora C14 i wewnętrznego źródła prądu układu scalonego. Częstotliwość przestaje spadać, gdy tylko na rezystorach R5 i R6, które są czujnikami prądu grzewczego, zostanie osiągnięta określona wartość napięcia przemiennego.

Podczas całej fazy nagrzewania częstotliwość falownika półmostkowego pozostaje powyżej częstotliwości rezonansowej obwodu L1C7 (55,6 kHz), przez co napięcie na C7 jest wciąż zbyt małe, aby zapalić lampę.

Rada. Bardzo ważne jest utrzymywanie tego napięcia na odpowiednio niskim poziomie, ponieważ przedwczesny, tzw. zimny zapłon prowadzi do szybkiego zużycia elektrod lampy.

Wartość indukcyjności cewki statecznika L1 zależy od wymaganego prądu płynącego przez lampę, pojemności kondensatora zapłonowego C7 i częstotliwości roboczej w trybie spalania. Minimalna pojemność C7 jest określona przez indukcyjność L1, napięcie na lampie, które nie powoduje zapłonu, przy danym prądzie grzewczym oraz minimalne napięcie sieciowe. W rezultacie wartość pojemności C7 równa 8,2 nF okazuje się optymalna do ogrzewania.

Po zakończeniu fazy rozgrzewania UBA2021 wznawia dalszą redukcję częstotliwości przełączania półmostka do najniższej częstotliwości fb (39 kHz). Jednak teraz redukcja częstotliwości odbywa się znacznie wolniej niż w fazie rozgrzewania. Częstotliwość przełączania jest przesunięta do częstotliwości rezonansowej obwodu szeregowego składającego się z indukcyjności L1 i całkowitej pojemności kondensatora C7 i elektrod lampy (55,6 kHz), a rezystancje kondensatorów blokujących prąd stały C5 i C6 są dość małe .

Maksymalna wartość napięcia zapłonu w najgorszym przypadku (gdy zarówno oprawa, jak i obwód statecznika elektronicznego są podłączone do uziemienia ochronnego sieci) dla lampy TL-D 58W w niskich temperaturach wynosi około 600 V.

Kombinacja cewki balastowej L1 i kondensatora zapłonowego C7 jest dobrana tak, aby napięcie na lampie mogło przekroczyć te wymagane do niezawodnego zapłonu 600 V. Wartość napięcia zapłonu określa maksymalną wartość pojemności C7 dla danej indukcyjności L1 , dobrany na podstawie niższej częstotliwości fv UBA2021. Niższa częstotliwość fv jest ustalana przez wartości R8, C15. Maksymalny możliwy czas trwania fazy zapłonu t_IGN równy 1,7 s (jest 15/16 t_PRE); ustawia się go wybierając C16 i R8.

Załóżmy, że lampa zapala się w trakcie obniżania częstotliwości; następnie częstotliwość spada do wartości minimalnej /v. UBA2021 może przejść do fazy spalania dwie drogi:

gdy częstotliwość spada do f_в;
jeśli częstotliwość f_в nie została osiągnięta, ale przejście następuje po maksymalnym możliwym czasie trwania fazy zapłonu t_IGN.

Podczas fazy spalania częstotliwość oscylacji w obwodzie jest zwykle zmniejszana do f_в (39 kHz), którą można wykorzystać jako nominalną częstotliwość roboczą. Jednak ze względu na zastosowanie automatycznego sterowania w statecznikach elektronicznych, częstotliwość oscylacji zależy od wielkości prądu przepływającego przez pin 13 (pin RHV) układu scalonego UBA2021. Sterowanie automatyczne zaczyna działać po osiągnięciu f_в. Sterowanie automatyczne w dużym stopniu stabilizuje strumień świetlny emitowany przez lampę w szerokim zakresie wahań napięcia sieciowego.

Podczas fazy rozruchu niskonapięciowe kondensatory zasilające C9, C10 i C13 są ładowane przez prąd płynący z kondensatora wysokonapięciowego C4 przez R2, żarnik lampy, R7 i wewnętrznie połączone zaciski 13 i 5 UBA2021.

Na etapie spalania następuje ponowne przełączenie. Zamiast styku 5 okazuje się, że styk 13 jest podłączony do styku 8. Teraz prąd płynący przez rezystory R2 i R7 jest wykorzystywany jako parametr informacyjny w układzie automatycznego sterowania częstotliwością przełączania falownika, ponieważ siła tego prądu jest proporcjonalna do poziom wyprostowanego napięcia sieciowego. Tętnienia o dwukrotnie większej częstotliwości sieci (100-120 Hz) są filtrowane przez kondensator C16. Dzięki temu strumień świetlny emitowany przez lampę pozostaje prawie stały, gdy napięcie sieciowe zmienia się w zakresie od 200 do 260 V.

Przy częstotliwościach powyżej 10 kHz lampę można uznać za obciążenie rezystancyjne. Wydajność świetlna lamp rurowych wzbudzanych przy częstotliwościach powyżej 10 kHz jest znacznie lepsza niż przy zasilaniu z częstotliwością 50-60 Hz. Oznacza to, że lampa TL-D 58W z zasilaczem wysokiej częstotliwości 50W emituje taki sam strumień świetlny jak lampa TL-D 58W z zasilaczem 58W przy częstotliwości 50-60 Hz. Punkt pracy w stanie ustalonym dla TL-D 58W podłączonego do statecznika charakteryzuje się napięciem lampy 110 V i prądem lampy 455 mA, co odpowiada zasilaniu 50 W. Wartość indukcyjności cewki statecznika L1 jest określona przez punkt pracy lampy, pojemność kondensatora zapłonowego C7 i częstotliwość roboczą, która jest w przybliżeniu równa 45 kHz przy nominalnym napięciu sieciowym 230 V.

Pożądaną moc zasilania lampy można uzyskać za pomocą różnych kombinacji indukcyjności L1 i pojemności C7. Wybór konkretnej kombinacji zależy od takich czynników, jak tryb grzania, minimalne wymagane napięcie zapłonu oraz tolerancje parametrów elementów obwodu. W większości przypadków optymalne jest połączenie cewki dławikowej L1 o indukcyjności 1 mH i kondensatora zapłonowego C7 o pojemności 8200 pF.

Aby zabezpieczyć elementy obwodu mocy przed znacznymi przeciążeniami, mikroukład ma wbudowaną funkcję zabezpieczającą przed pojemnościowym trybem działania, który jest aktywny na etapach zapłonu i spalania. Układ UBA2021 sprawdza spadek napięcia na R5 i R6 podczas włączania tranzystora VT2 w każdym cyklu falownika.

Jeśli napięcie to jest mniejsze niż 20 mV, co oznacza, że obwód pracuje w trybie pojemnościowym, UBA2021 zaczyna zwiększać częstotliwość przełączania w znacznie większym stopniu niż obniżał ją podczas etapów rozgrzewania i zapłonu. W rezultacie częstotliwość przełączania przekroczy częstotliwość rezonansową. Gdy znikną oznaki trybu pojemnościowego, częstotliwość przełączania ponownie spada do wymaganej.

Zabezpieczenie przed usunięciem lampy jest zapewnione przez metodę zasilania niskim napięciem dla UBA2021. Po wyjęciu lampy napięcie prądu przemiennego na kondensatorze C6 spada do zera, co prowadzi do zaniku niskonapięciowego zasilania układu scalonego. Po wymianie lampy bez wyłączenia statecznika elektronicznego, praca układu zostanie wznowiona od fazy rozruchu. I wreszcie uruchomienie statecznika elektronicznego jest niemożliwe przy braku lampy - w końcu w tym przypadku rezystor rozruchowy R7 jest odłączony od wysokiego napięcia.

Statecznik elektroniczny wyposażony jest w kondensator elektrolityczny C4 typu ASH-ELB 043. Kondensatory te, specjalnie zaprojektowane do stosowania w układach elektronicznych do zasilania świetlówek, charakteryzują się długą żywotnością (15000 85 godzin) w temperaturach do XNUMX°C oraz wytrzymać znaczne tętnienia prądu.

Przełączniki zasilania w falowniku to tranzystory MOSFET typu PHX3N50E (indeks E oznacza podwyższoną niezawodność urządzenia). Dzięki zastosowaniu zasady przełączania przy zerowym napięciu straty przełączania tranzystorów MOSFET są zminimalizowane. Nagrzewanie się każdego z tranzystorów jest spowodowane jedynie stratami w stanie przewodzącym, a stopień wzrostu temperatury zależy od rezystancji otwartego kanału „dren-źródło” R_DS wł. i obudowy opór cieplny R_tn.

Czasy trwania etapów nagrzewania i zapłonu są raczej krótkie, przez co o wyborze rodzaju MOSFET-u zadecydowała wielkość prądu płynącego przez cewkę indukcyjną statecznika w trybie świecenia lampy. PHX3N50E charakteryzuje się maksymalnym napięciem dren-źródło wynoszącym 500 V i rezystancją włączenia poniżej 3 omów.

Konstrukcja cewki balastowej L1 o indukcyjności 1 mH, która wytrzymuje szczytowe prądy zapłonowe do 2,5 A, pozwala na stosowanie jej w obwodach bez uziemienia ochronnego. Zapłonnikiem w stateczniku elektronicznym jest kondensator C7 o pojemności 8200 pF typu KR/MMKR376. Ten typ kondensatora jest przeznaczony do stosowania w obwodach o dużej szybkości narastania i dużej częstotliwości powtarzania. Zainstalowany kondensator jest w stanie wytrzymać wahania napięcia do 1700 V (600 V RMS napięcia sinusoidalnego). Kondensator można zastąpić polipropylenem K78-2 na 1600 V. Zalecane typy elementów stateczników elektronicznych podano w tabeli. 3.6. A w tabeli 3.7 są podane charakterystyki energetycznej stateczników elektronicznych na chipie UBA2021.

Tabela 3.6. Zalecane typy elementów elektronicznych EPR

Statecznik elektroniczny na chipie UBA2021

Tabela 3.7. Charakterystyka energetyczna stateczników elektronicznych

Statecznik elektroniczny na chipie UBA2021

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

Zobacz inne artykuły Sekcja Stateczniki do świetlówek.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Tonometr działa na dotyk 01.12.2012

Inżynierowie z Uniwersytetu Nihon (Japonia) wynaleźli ciśnieniomierz, który mierzy ciśnienie krwi po prostu dotykając czujnika palcem. Oznacza to, że aby pobrać odczyty z urządzenia, nie trzeba zakładać mankietu, pompować do niego powietrza, a następnie go puszczać i słuchać charakterystycznych dźwięków przez stetoskop. Urządzenie zostało zademonstrowane na targach Medica 2012 w Düsseldorfie (Niemcy).

Aby zmierzyć ciśnienie krwi, wystarczy dotknąć obszaru dotykowego na urządzeniu, który przypomina zwykły przycisk. W ten blok wbudowane są diody LED i fotodiody, światło odbija się od powierzchni palca, trafia na czujniki, a dane są szybko analizowane. Twórcy nie podali szczegółów dotyczących zasady działania tonometru elektronicznego, wspomnieli jedynie, że technologia opiera się na metodzie przesunięcia fazowego.

Ta sama technologia oparta jest na innym prototypie przedstawionym przez ten sam zespół inżynierów, działa jak wykrywacz raka piersi. Jeśli jest guz, kolor tkanki na jego miejscu różni się nieco od koloru otaczających tkanek. W rezultacie oba obszary w różny sposób absorbują i odbijają padające światło, co umożliwia postawienie wstępnej diagnozy.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Technologia tworzenia sztucznych stawów selfie

▪ Analiza chemiczna w pobieraniu odcisków palców

▪ Sieć społecznościowa Google+

▪ Zegarki MICROSOFT SPOT będą dostępne wkrótce

▪ SpaceX i NASA szukają miejsc do lądowania na Marsie

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Zagadki dla dorosłych i dzieci. Wybór artykułów

▪ artykuł Główne kategorie bezpieczeństwa informacji. Podstawy bezpiecznego życia

▪ artykuł Czym są żylaki? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Kierowca maszyny transportowo-żniwnej. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy