Progettazione di alimentatori elettronici per lampade fluorescenti. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Lo sviluppo di reattori elettronici ad alta frequenza (reattori elettronici) per lampade fluorescenti è un compito ingegneristico complesso con molte incognite, che richiede solide conoscenze e molto tempo. Per semplificare la sua soluzione, International Rectifier ha inserito sul suo sito Web il programma Ballast Designer, un sistema di progettazione assistita da computer per reattori elettronici su microcircuiti specializzati di propria progettazione, che rende la progettazione competente di questi dispositivi accessibile anche a un radioamatore alle prime armi.

Il programma Ballast Designer libera lo sviluppatore di reattori elettronici (spesso denominati "reattori elettronici") per l'illuminazione di lampade fluorescenti dal lavoro di routine di selezione degli elementi, calcolo lungo e laborioso dei valori dei componenti del circuito e dei prodotti di avvolgimento, rendendo possibile compensare la mancanza di esperienza nel processo di lavoro, che è particolarmente preziosa per gli sviluppi amatoriali. Una serie di documenti ricevuti in pochi minuti è sufficiente per la fabbricazione del prodotto calcolato. Il programma è disponibile gratuitamente all'indirizzo (8,3MB).

L'archivio bda.zip deve essere decompresso in una cartella separata sul disco rigido del computer, quindi trovato al suo interno ed eseguito il programma Ballast Designer o il programma di installazione Setup. In entrambi i casi, il computer inizierà il processo di installazione, dopodiché sul "Desktop" apparirà il collegamento "Ballast Designer". Per avviare il programma con lo stesso nome nella modalità operativa, è sufficiente fare clic con il "mouse" sul collegamento. È necessario che nelle impostazioni di Windows ("Risorse del computer" - "Pannello di controllo" - "Lingua e standard" - "Numeri") sia specificato un punto come separatore decimale e non una virgola familiare a un utente di lingua russa. In caso contrario, tutto finirà con un messaggio di errore sullo schermo e il programma smetterà di funzionare. Dopo il successo del lancio, la finestra mostrata in Fig. 1.

Sono disponibili due procedure di progettazione: standard ed estesa. Per impostazione predefinita, verrà utilizzato quello standard, dando all'utente la possibilità di "comporre" l'opzione appropriata da tre circuiti del nodo di ingresso, cinque tipi di chip controller e diverse dozzine di tipi di lampade collegate al reattore elettronico secondo sette diversi circuiti. Nel processo di progettazione automatica verrà sintetizzato un circuito di reattore elettronico che fornisce valori ottimali per l'ampiezza e la frequenza della tensione applicata alla lampada nelle modalità di riscaldamento, accensione e combustione, durata massima della lampada, qualità dell'illuminazione ed efficienza del dispositivo .

La procedura di progettazione avanzata offre all'utente la possibilità di influenzare attivamente le decisioni prese dal programma modificando a piacimento più di 20 parametri, tra cui frequenza, tensione e corrente della lampada in varie modalità e le prestazioni dei componenti principali. Viene fornita la possibilità di calcolo costruttivo delle strozzature secondo i parametri elettrici specificati

Per eseguire una procedura standard, è sufficiente premere di volta in volta i cinque pulsanti a schermo posti sotto le scritte "Step 1" - "Step 5" ("Step G - "Step 5"), scegliendo una delle opzioni proposte a ogni passo.

Passaggio 1: selezione del circuito raddrizzatore della tensione di rete. Sullo schermo si apre la finestra "Select Line Input". Spostando il cursore nella parte inferiore della finestra, viene selezionata una delle varianti del gruppo raddrizzatore (Fig. 2, a-c). Il suo schema apparirà nella finestra, accanto ad esso: un elenco di diverse opzioni per i limiti accettabili per la modifica della tensione di rete. Nell'elenco selezionare la linea con l'opzione più adatta.

Per completare il passaggio, resta da premere il pulsante "Seleziona". I limiti selezionati verranno visualizzati nella casella "Input" sopra "Step 1". Possono essere modificati in qualsiasi fase della progettazione facendo clic sul pulsante freccia accanto alla casella menzionata e selezionando una nuova opzione dall'elenco a discesa. Funzionalità simili (elenchi a discesa di opzioni nelle caselle "Lampada", "Controllo 1C", "Configurazione") il programma prevede la modifica dei parametri impostati in altre fasi della procedura di progettazione standard.

Gli schemi del raddrizzatore a ponte (fig. 2, b) e del raddrizzatore con raddrizzatore di tensione (fig. 2, c) sono senza dubbio ben noti ai lettori. Circa lo schema in fig. 2, e con un correttore del fattore di potenza attivo (Ing. Power Factor Corrector, PFC) è necessario raccontare in modo più dettagliato.

Gli alimentatori a impulsi che si sono diffusi oggi, che includono reattori elettronici, non sono un carico di grande successo per la rete elettrica. Il fatto è che consumano non una corrente sinusoidale, ma pulsata con un valore di picco molte volte maggiore di quello effettivo. Le componenti ad alta frequenza dello spettro degli impulsi di corrente creano forti interferenze con la ricezione radiofonica e televisiva e possono anche portare a guasti dei computer collegati alla stessa rete.

Le raccomandazioni recentemente adottate dall'International Electrotechnical Committee IEC 1000-3-2 stabiliscono limiti armonici molto bassi (fino alla 39a) nello spettro di corrente assorbita dalla rete a un fattore di potenza vicino a 1. I requisiti delle norme in vigore nei paesi della CSI a questo proposito mentre molto più morbido, ma il loro inasprimento può essere previsto nel prossimo futuro.

Un correttore attivo del fattore di potenza risolve il problema rendendo la corrente assorbita prossima ad una forma sinusoidale. Il correttore è uno stabilizzatore di tensione del convertitore boost di impulsi. Grazie al suo lavoro, un potente impulso della corrente di carica del condensatore C1 (Fig. 2, a) viene suddiviso in tanti brevi impulsi distribuiti nel periodo in modo tale che il loro valore medio cambi quasi secondo una legge sinusoidale. Le risultanti componenti ad alta frequenza della corrente vengono attenuate da un filtro non mostrato nel diagramma semplificato. Quando alimentato da una rete a 220 V, la normale tensione di uscita del correttore è di 400 V. È stabilizzata, quindi la luminosità del bagliore della lampada è praticamente indipendente dalle variazioni della tensione di rete in un ampio intervallo.

Il programma Ballast Designer di solito costruisce un'unità di controllo del correttore basata sul chip L6561, un controller PFC specializzato. I controller di reattori elettronici IR2166, IR2167 sono dotati di unità di controllo del correttore integrate, che, secondo l'azienda, sono superiori nei parametri ai microcircuiti specializzati.

Passaggio 2: selezionare il tipo e la potenza della lampada. Sullo schermo si apre la finestra "Seleziona lampada". In esso, spostando lo slider, una delle lampade mostrate in Fig. 3 gruppi.

Ognuno di loro ha lampade di diversa potenza. I nomi dei gruppi adottati nel programma sono condizionali. La corrispondenza tra loro e gli indici delle lettere nelle designazioni delle lampade più comuni di alcuni produttori può essere determinata dalla tabella (le lampade del gruppo Spiral non sono prodotte dalle società in essa elencate)

I gruppi T5, T8, T12 includono lampade fluorescenti lineari convenzionali (lampade fluorescenti) con un diametro del bulbo rispettivamente di 16, 26 e 38 mm, comprese quelle con maggiore efficienza e migliore composizione spettrale della luce.

È possibile espandere l'elenco delle lampade dall'utente. Per fare ciò, basta selezionare il gruppo "User Lamp" nella finestra "Select Lamp" e fare clic sul pulsante "Edit List". Si aprirà una finestra per la modifica dell'elenco delle lampade e dei relativi parametri.

Passaggio 3: selezione del chip del controller del reattore elettronico. Sullo schermo si apre la finestra "Select Target 1C". Spostando il cursore, viene selezionato uno dei microcircuiti proposti. Se sul computer è installato Adobe Acrobat Reader, cliccando sul pulsante “Datasheet” nella parte superiore della finestra principale (vedi Fig. 1), è possibile visualizzare la descrizione ei dati di riferimento del microcircuito selezionato in lingua inglese. Nella versione del programma in vigore al momento della preparazione dell'articolo, venivano offerti i seguenti microcircuiti:

IR21571 - per i reattori elettronici più semplici, relativamente facile da adattare a vari tipi di lampade fluorescenti. Traduzione russa della scheda tecnica-a per questo chip.

IR2157: fornisce modalità ottimali per l'avvio del preriscaldamento del catodo, l'accensione e il funzionamento della lampada e il cambio automatico della modalità. È dotato di unità per il monitoraggio dello stato e la protezione dei filamenti della lampada, protezione contro la bassa tensione di alimentazione, contro il guasto durante la sostituzione della lampada, contro il sovraccarico termico, contro le scariche elettrostatiche e altri mezzi che garantiscono un funzionamento affidabile del reattore elettronico e del suo riavvio automatico dopo l'uscita da un'emergenza.

IP2156 - "sorella minore" IP2157, si differenzia da essa per l'assenza di alcune funzioni protettive.

IR2159 - la stessa funzionalità di IR2157, che consente inoltre di regolare la luminosità della lampada modificando da 0,5 a 5 V della tensione di controllo fornita a un ingresso speciale. I limiti di variazione della luminosità (nell'intervallo 1 ... 100%) sono impostati da resistori collegati alle uscite del microcircuito. È stato implementato un metodo per il controllo della potenza fornita alla lampada, che non richiede un trasformatore di isolamento. Traduzione russa della scheda tecnica-a su un chip.

IR2166, IR2167 - sono dotati, come già notato, di regolatori di rifasamento integrati con adattamento dinamico alla modalità operativa del reattore elettronico. Fornisce un coefficiente armonico totale inferiore al 10% e un fattore di potenza superiore a 0,99 se alimentato da una rete con una tensione nominale di 120 e 220 V, che supera i requisiti degli standard della maggior parte dei paesi europei e supera le prestazioni di molti microcircuiti di controllo del correttore specializzati.

Passaggio 4: selezione del numero di lampade e schema della loro connessione al reattore elettronico. Sullo schermo appare la finestra "Select Lamp Configuration", in cui è necessario, spostando lo slider, selezionare lo schema appropriato con una o due lampade. Tutte le opzioni possibili sono mostrate in Fig. 4, a-zh.

(clicca per ingrandire)

Passaggio 5: progettazione automatica di reattori elettronici. Dopo aver premuto il pulsante "Design Ballast", sullo schermo appare una finestra con il logo International Rectifier, che mostra lo stato di avanzamento del processo di progettazione, che richiede solo pochi secondi. Al termine, si aprono finestre, una delle quali contiene un diagramma schematico del dispositivo progettato.

Un esempio del circuito sintetizzato è mostrato in fig. 5. Differisce dall'originale solo nell'uso di simboli convenzionali per elementi familiari ai lettori della rivista. I circuiti evidenziati a colori dovrebbero essere realizzati con fili più corti e spessi possibile. I tipi e le denominazioni degli elementi sullo schema originale sono assenti, invece, il loro elenco è riportato in una finestra separata (ing. Bill of Materials, BOM).

Un'altra o più finestre (a seconda del numero di elementi) contengono i dati sugli elementi induttivi disponibili nel reattore elettronico progettato. Un esempio di tale finestra è mostrato in Fig. 6. Oltre all'induttanza nominale, alla corrente massima e alla temperatura, sono qui indicati tutti i dati necessari per la realizzazione di una bobina o di un trasformatore: la dimensione standard consigliata (dimensione del nucleo) e la marca del materiale del circuito magnetico (materiale del nucleo) , la lunghezza del traferro non magnetico (lunghezza del traferro), il numero di spire (giri) e il diametro del filo dell'avvolgimento. Viene fornito anche uno schizzo del design e della disposizione delle conclusioni.

Per passare alla procedura di progettazione avanzata nella finestra principale del programma (vedi Fig. 1), cliccare sul pulsante "Avanzate". Di conseguenza, la finestra principale si trasformerà in quella mostrata in Fig. 7.

Fornisce l'accesso ai valori di vari parametri che possono essere modificati durante il processo di progettazione. La posizione del punto operativo della lampada (in coordinate tensione-frequenza) in varie modalità e la traiettoria del suo movimento quando cambiano possono essere ottenute graficamente (Fig. 8). È possibile aprire finestre per la progettazione di elementi induttivi (pulsante "Induttore") o per selezionare i valori nominali degli elementi che impostano la modalità di funzionamento del controller del reattore elettronico (pulsante "Programma 1C").

Nella redazione dell'articolo sono state utilizzate le informazioni reperite in Internet ai seguenti indirizzi: , , , , , .

Autore: Yu.Davidenko, Lugansk, Ucraina

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