Практична частина

3. Робота баласту на мікроконтролері ir2520d

Електронний баласт для люминисцентной лампи на базі IR2520D

Моєму колезі по роботі подарували стару настільну лампу яку він вирішив прилаштувати в гаражі. Але як ви всі знаєте умови в гаражі завжди залишають бажати кращого як температурні , так і електричні і він звернувся до мене з проханням подивитися що можна було б зробити з лампою для її стабільної роботи . За його словами вона хотіла включалася , хотіла ні, хотіла блимала при кожному кидку напруги в мережі. Тут же мені під руку підвернулася моя стара лампа такий же точно конструкції і з такими ж точно хворобами , але тільки чорного кольору. Процес ставав веселіше - як кажуть двох зайців. Розтин показав що всередині з електроніки був тільки дросель. І яке ж було моє здивування коли знаючи що світильники розраховані на однакові лампи - номінали дроселів відрізнялися майже на 30 %. У одному світильнику 2.5Гн , у другому 3.2Гн . Черговий камінь на користь китайської електронної промисловості. Довго я не сумнівався - вибір відразу впав на баласти на базі мікросхеми IR2520D від IRF . Тим більше що це питання я вивчив вздовж і поперек ще півтора роки тому коли вирішував кілька більш складне питання - проектування баласту для світильника на базі ламп T8 4x18W . Але це тема окремої статті , може бути пізніше і напишу.

Трохи про мікросхему. IR2520D - це контролер напівмостової схеми на польових транзисторах із захистом по струму , регульованим часом попереднього прогріву ниток лампи. Працює все приблизно так: при старті конденсатори , заряджаються через високоомний резистор і напівміст запускається з частотою приблизно 90кгц яка починає падати вниз. У точці резонансу яка задається номіналом конденсатора , дроселя і характеристиками лампи відбувається підпал лампи. Ця точка знаходиться приблизно в районі частоти 40 - 50кГц . Далі частота знижується до робочої 30кГц і триває нормальна робота баласту - тут вже конденсатор не бере а номінал дроселя задає необхідну напругу на лампі . Суть підігріву ниток напруження полягає в тому , що дросель 4,5 mH « пручається » змінному струму в 90 кгц істотно більше більше, ніж току в 30кГц в кінці процесу запуску , а тому струм через нитки наростає плавно. Швидкість зміни частоти ( sweep ) , а по суті час розігрівання ниток задається номіналом конденсатора . Робочу ( нижню) частоту задає резистор . Струмовий захист організована досить оригінально . В якості струмового датчика використовується опір каналу нижнього за схемою транзистора. Цей момент варто враховувати при виборі транзисторів при проектуванні баласту. Тобто потужнішим транзистором для малопотужної лампи можна і нашкодити в разі виникнення форс - мажору. І відповідно навпаки - потужна навантаження і здавалося б « витягує » і по струму і по температурі транзистор може валити схему на захист через великого опору каналу. Ось в основному і все про принцип роботи . За іншими подробицями - в документацію на мікросхему.

Підсумую . Що ми маємо в плюсах :

1 . Толерантна робота з лампою - підігрів і все таке . Є надія що термін роботи лампи буде наближений до максимального , чого про китайський дросселе не скажеш.

2 . Частота перетворення 30 кГц дуже комфортна для очей. А здоров'я - це не порожній звук.

3 . Якщо вірити заявам виробника - світловіддача збільшується на 20 % а енергоспоживання на стільки ж зменшується. Вже не знаю щодо другого , а світить лампа з таким баластом точно краще ( з особистого досвіду).

4 . Запалюється такий баласт практично миттєво і стабільно працює як при заниженому так і при підвищеному напрузі.

5 . Складність схемотехніки порівнянна з баластом на 2 -х транзисторах , а значить доступна для повторення і починаючому радіоаматори .

З мінусів:

1 . Необхідність самостійної намотування дроселя. Не знаю кого як - мене це ніколи не зупиняло.

2 . Не найдешевший варіант , але на здоров'ї економити - самі розумієте.

Тепер мабуть від теорії перейдемо до практики. Для серії мікросхем роботи з лампами IRF вільно поширює у себе на сайті програму Ballast Designer . І у того , хто завантажить і спробує в ній щось порахувати відразу до мене виникнуть питання . Так, я не даремно не полінувався і намалював схему з нуля , а не скопіював скріншот з програми як це трапляється в більшості конструкцій з використанням IR2520 . Саме заради висвітлення цих підводних каменів і невимовного « прямо » в документації і писалася ця стаття . Отже по-порядку .

1 . Резистор . BDA за замовчуванням вважає його 1.5м для напруги живлення 220в . Але в іноземців ж як - 220в + -10 % і 195в це вже форс -мажор при якому пора припиняти працювати. З номіналом 1м все стійко запускається і працює аж до 160 - 170в .

2 . Конденсатори , . Їх не просто так два. У документації пропонується ставити один керамічний на 1мкф . Не знаю в кого як - у мене стабільно запрацювало тільки при 2.2мкф кераміці. У більш пізніх версіях баластів я став додавати ще 1мкф плівковий . Цей момент відображається на стабільності запуску і перешкодозахищеності пристрою.

3 . Найголовніше . Стабилитрон . За документації 15 -вольта стабілітрон живе всередині мікросхеми. Його в оригінальній схемі зовні немає взагалі. А дарма. Я довго ламав собі голову чому у мене раз на місяць вилітає мікросхема в одному з 30 -ти світильників на роботі. Після установки цього стабілітрона в усі я за рік не поміняв ЖОДНОЇ IR2520 .

4 . До особливих вимог немає , а ось обов'язково повинен бути плівковий . бере участь у відкритті верхнього польовика і тому « неправильний» конденсатор може привести до неповного відкриттю транзистора з усіма витікаючими.

5 . міг би бути і плівковий , але тут мене задавила жаба. Тут струми невеликі , а тому можна поставити і кераміку. Щоб компенсувати спливання ємності при температурі - оригінальне значення в 680 pf я збільшив до 1000 pf .

6 . - плівковий , причому розрахований на великі струми. Якщо у вас є два таких конденсатора - має сенс вибрати більший за габаритами - не прогадаєте .

7 . - ТІЛЬКИ ПЛІВКА . Мінімум 1600В . Дуже критичний для роботи баласту конденсатор.

8 . Транзистори . IRF720 , IRF730 , IRF740 . Дуже гарні результати я отримав від STP11NK40Z . Суб'єктивно сподобалися навіть більше ніж IRF740 . Нормально працюють без додаткового охолодження десь до 20 - 25W . Далі вже краще ставити на радіатори.

9 . Дросель. Ось тут зовсім все неоднозначно. Я для себе вирішив так - номінал дроселя вважаємо в Ballast Designer а ось його намотувальні дані краще в якій-небудь іншій програмі . Тому як всі мої спроби намотати те, що нарахувала рідна програма ні до чого хорошого так і не привели.

Ось мабуть і всі підводні камені . Дані рекомендації в принципі справедливі для будь-якої схеми на IR2520 . При зміні лампи як правило змінюються лише номінали дроселя і тип транзисторів. Все інше в більшості випадку можна залишити без змін .

У моєму конкретному випадку лампа виявилася така:

На фото китайська лампа з мого світильника без імені та прізвища. Мій товариш купив під цей проект фірмовий Philips PL-S 11W. У Ballast Designer ця лампа називається TC-EL. Загалом називайте як хочете але суті справи це не змінює. Перед використанням з даною схемою лампу доведеться доопрацювати. Якщо ви уважно читали початок статті, то повинні були звернути увагу на фразу «всередині світильника тільки дросель». Правильно, стартер живе всередині самої лампи. Акуратно розбираємо лампу:

Всередині ми бачимо більш характерні для лампи денного світла чотири провідника, до двох з яких припаяний стартер (неонка). Його то ми і акуратно видалимо а на його місце поставимо той самий С9. На схемі всю цю конструкцію не дарма окремо позначив сірим кольором і відзначив що вона має ДВА виводу.

Далі все це акуратно збираємо назад і отримуємо лампу придатну для нашої конструкції. Тепер можна приступити до монтування самого баласту. Я маю на увазі що ви вже провели підготовчу частину роботи та вилучили дросель з нижньої частини світильника і з'єднали провід живлення так, що у верхню частину приходить 220в напряму з розетки:

По висоті конструкція баласту не перевищує 18мм, тому проблем з розміщенням не виникло. Габаритно плата розміщується в нижній кришці верхній частині світильника:

І як ви бачите по краях високих деталей немає - це особливості конструкції самого світильника. Підключення гранично просте - два дроти на лампу, два на харчування, в розриві харчування - вимикач: Закручуємо, ставимо лампу, перевіряємо. Готово! Від «фірмового» китайського не відрізниш - хіба що легше став на вагу дроселя. Так би й запустив у них тим дроселем, так вони ж ще гірше - автомобіль з нього зроблять. Підприємці ...

До речі про дроселі. Дросель L2 для даної конструкції має номінал 4.5mH. Я мотав 190 витків на ферит марки N87 (можна CF138, CF139, , ) типорозміру EFD25 (можна EE25) проводом 0.18мм (можна 0.15 ... 0.35). Повітряний зазор склав 0.74mm (шматочок мідного дроту 0.37mm між половинками).

Контролер баласту IR2520 ( фірми « International Rectifier »).

Прикладом одного з найбільш простих і дешевих контролерів балласту люмінесцентних ламп може служити контролер баласту фірми « International3 Rectifier » , інтегральна мікросхема IR2520, виконана у 8 - вивідному корпусі DIP або SOIC . Ця мікросхема не містить окремого генератора затримки , що задає час попереднього прогріву розпалювання ламп: час прогріву задається початковою частотою і темпом ковзання частоти від максимальної до частоти запалювання лампи. Блок – схема баласту на інтегральному контролері цього типу , пояснюючого його роботу , наведена на рис.2.

Рис.2 Баласт люмінесцентної лампи на базі контролера IR2520 . Контролер баласту, на схемі обведений пунктирною рамкою , містить : основні функціональні вузли , необхідні для роботи баласту , в тому числі:

- Генератор лінійно наростаючої напруги , параметри якого задаються навісним конденсатором Стемп;

- Генератор , керованої напруги , з обмеженням мінімальної частоти навісним резистором Rf min;

- Драйвер напівмоста , який включає в себе драйвери нижнього і верхнього ключів;

- Ланцюг живлення драйвера верхнього ключа (діод D вольтдобавки , встановлений всередині мікросхеми , і навісний конденсатор фільтра харчування Cпіт.). Вузли , що забезпечують харчування контролера в режимі підготовки запуску, пуску і в робочому режимі , у тому числі - Ланцюг , що забезпечує живлення контролера при включенні , утворена резистором Rпуск і конденсатором Спить . ;

- Ланцюг живлення контролера в робочому режимі , утворена діодами D1 , D2 конденсатором Сдод.живл. , що забезпечує компенсацію додатково струму , споживаного контролером в робочому режимі. Пристрої захисту баласту при виникненні аварійних ситуацій , вбудовані в мікросхему контролера : 4

- Схема захисту від перевищення допустимого струму при пуску і при роботі , утворена датчиком струму відкритого нижнього ключа і пристроєм контролю форми кривої струму по співвідношенню пікового значення струму до середнього його значенням ( хрест- фактор) ;

- Ланцюг захисту баласту від роботи поблизу частоти робочого резонансу і при ємнісному характері навантаження. У цей ланцюг входить пристрій контролю напруги на середній точці драйверів верхнього і нижнього ключа на « мертвому » інтервалі , тобто коли обидва ключа вимкнені , і пристрій автопідстроювання частоти в бік її підвищення ;

- Пристрій блокування ключів при недостатньому напруженні живлення ( такий пристрій міститься у всіх подібних контролерах , воно на схемі не показано ) .

Робота баласту на контролері IR2520 .