3. Електронний баласт на базі інтегральної мікросхеми uba 2021

Мікросхема UBA 2021 призначена для роботи з лінійними і компактними люмінесцентними лампами. До складу ІМС входять генератор і таймер, які забезпечують керування на етапах пуску схеми, попереднього підігріву катодів і робочого режиму. ЕПРА працездатний в діапазоні напруги мережі 185 – 265 В при частоті 50 – 60 Гц.

В даному баласті використовується частотне запалювання лампи яке забезпечує генератор зі змінною частотою.

Рис. 24

Б лок-схема ІМС UBA 2021

Рис. 25

Принципова електрична схема ЕПРА на базі ІМС UBA 2021

Етап пуску схеми.

При умиканні живлення струм від конденсатора С4 проходить через резистор R2, катод лампи, резистор R7, виводи 13 і 5 мікросхеми, які з’єднані в цей час внутрішнім ключем, і заряджає конденсатори низьковольтного живлення С9, С10, С13. Як тільки напруга на С13 досягає 5,5 В, транзистор VT2 відкривається, а VT1 – закривається. Це дозволяє через внутрішнє бутстрепне коло мікросхеми ( вивід 1, транзистор VT2, резистор R5) зарядиться бутстрепному конденсатору С12, який є джерелом живлення для драйвера верхнього плеча. Напруга на виводах 5 і 13 продовжує збільшуватися і при напрузі більше 12 В внутрішній генератор починає генерувати імпульси, які через формувач імпульсів по черзі відкривають транзистори VT1 і VT2 з частотою 98 кГц. Ця частота набагато більше резонансної частоти контуру L1, С7, яка складає 55,6 кГц, тому напруга холостого ходу U_хх на лампі, яка дорівнює напрузі на конденсаторі С7 недостатня для запалювання лампи. Починається другий етап – попередній підігрів катодів.

Коло струму І_пп складають конденсатори С5, С6, катоди лампи, по черзі відкриті транзистори VT1, VT2, резистори R5, R6. Під час підігріву катодів конденсатор С7, через який протікає змінний струм, шунтує резистор R7 і напруга на вивід 13 не подається, тому функцію джерела живлення генератора виконують конденсатори С8, С9, С10, С13 через вивід 5. Тривалість часу підігріву, яка визначається колом С16, R8, складає приблизно 1,8 с, що забезпечує глибокий підігрів катодів.

Частота генератора поступово знижується (швидкість зниження частоти визначається ємністю конденсатора С14), І_пп , і U_хх на лампі збільшуються до максимального значення, яке досягається при частоті 55,6 кГц. (Частота генератора контролюється датчиками струму підігріву R5 і R6 через вивід 9). Лампа запалюється, резонанс контуру порушується. Частота генератора продовжує знижуватися до робочої частоти 39 кГц, що забезпечує оптимальний робочий режим лампи. Нижнє значення частоти генератора визначається номіналами R8 і С15.

На етапі горіння відбувається перекомутація – замість виводу 5 до виводу 13 підмикається вивід 8. Тепер струм, який протікає через резистори R2 і R7 використовується в якості інформаційного параметра в системі автоматичного керування частотою генератора: сила цього струму пропорційна рівню напруги мережі (U_м) і частота генератора залежить від величини струму, який протікає через вивід 13. Наприклад, при зменшенні U_м зменшується сила струму лампи і світловий потік, але одночасно зменшується сила струму через вивід 13, частота генератора зменшується, що веде до зменшення опору дроселя L1, збільшенню робочого струму лампи і відповідно світлового потоку лампи. Це дає можливість стабілізувати світловий потік лампи при коливаннях U_м в межах від 200 до 260 В.

В даному ЕПРА передбачені функції захисту від наступних аварійних режимів:

- відсутність лампи. В цьому випадку вхід 13 відімкнутий від високовольтної напруги і схема не запускається.

- вилучення лампи під час роботи ПРА. В цьому випадку напруга змінного струму на С6 дорівнює нулю, що веде до зникнення низьковольтного живлення схеми через конденсатори С8 – С10. Після заміни лампи без вимкнення ПРА робота схеми поновлюється з етапу пуску.

- ємнісний режим. Виникає при резонансі в контурі, коли в колі їде великий струм, а лампа не запалюється, що веде до перегріву транзисторів. Мікросхема перевіряє величину падіння напруги на R5 і R6. Якщо ця напруга стає менше 20 мВ (схема входить в ємнісний режим), генератор збільшує частоту і виводить контур з резонансу. При зникненні ємнісного режиму частота генератора зменшується.

- наскрізний струм через транзистори. В UBA 2021 використовується принцип перемикання транзисторів при нульовій напрузі, що запобігає к.з.

Регулювання світлового потоку відбувається за рахунок регулювання робочого струму лампи.

Струм лампи з допомогою ЕПРА можливо змінювати декількома шляхами:

• зміною опору баластного дроселя;

• зміною амплітуди вихідної напруги інвертора (амплітудне регулювання);

• зміною частоти вихідної напруги інвертора (частотне регулювання);

• зміною форми вихідної напруги інвертора (широтно-імпульсне регулювання);

- зміною фази струму відносно фази вихідної напруги (фазове регулювання).

Найбільше розповсюджені три останніх способи.

Частотне регулювання дозволяє змінювати світловий потік в широких межах.

Під дією керуючого сигналу інвертор, наприклад, збільшує частоту імпульсів ƒ, зростає опір дроселя (X_L=2πƒL), а опір конденсатора, який шунтує лампу, зменшується (X_C = ), зменшується сила струму лампи і, відповідно, зменшується світловий потік. Одночасно зі зменшенням ємнісного опору X_C збільшується струм через електроди лампи, що забезпечує достатню термоемісію катодів

Широтно-імпульсне регулювання – найбільше розповсюджений спосіб.

В сучасних інтегральних мікросхемах передбачена можливість змінювати шпаруватість імпульсів (відношення періоду прямування імпульсів до їх тривалості) в будь-яких межах, що дозволяє досягати майже стократного регулювання світлового потоку.

В якості прикладу можна навести спосіб змінювання шпаруватості імпульсів в схемі рис. , якщо замінити резистор R₂ на змінний резистор R¹, R¹¹

Рис

Зарядка конденсатора С відбувається через резистори R₁+R¹ , а розряд - через резистор R¹¹.

Час зарядки конденсатора t₁ і розрядки t₂ можна регулювати змінним резистором.

Шпаруватість імпульсів S визначається співвідношенням опорів (R¹+R₁) та R¹¹.

Час зарядки t₁ визначає тривалість імпульсу, а час розрядки t₂ – тривалість паузи.

Рис.

Період прямування імпульсів T = t₁+t₂

Шпаруватість імпульсів S = = , .

де t₁ = 0,693(R¹+R₁) C

t₂ = 0,693R¹¹C,

S = = ,

Частота прямування імпульсів:

ƒ=

Сума опорів є величина постійна, тому в даній схемі можна регулювати тривалість імпульсу з допомогою змінного резистора не змінюючи частоту.

При фазовому регулюванні керування надходженням струму в навантагу відбувається з допомогою напівпровідникового ключа (НК), який включений послідовно з навантагою (лампою):

Рис.

Потужність навантаги регулюється зміною співвідношення часів увімкненого та вимкнутого стану ключа. В якості ключа застосовується транзистор або тиристор (симистор). Блок керування один раз за півперіод вимикає транзистор (вмикає тиристор). Шляхом зміни фази вмикання (вимикання) ключа досягається можливість повільно в широкому діапазоні змінювати світловий потік лампи.

Рис.