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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Alimentatori elettronici alimentati da sorgenti a bassa tensione. Ballast elettronico basato sul microcircuito KR1211EU1, alimentato dalla rete di bordo del veicolo (11-15 V). Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori per lampade fluorescenti Una delle opzioni per l'implementazione pratica di reattori elettronici KR1211EU1 alimentato dalla rete di bordo del veicolo (11-15 V) è un dispositivo il cui schema elettrico è mostrato in Fig. 3.67. Questo dispositivo è utile sia a casa che all'aperto. caratteristiche tecniche:
Per il collegamento all'alimentatore e alla lampada sono presenti delle morsettiere sulla scheda. Il circuito stampato del convertitore può essere alloggiato in un alloggiamento di dimensioni complessive 72x50x28 mm. Descrizione del lavoro. Il reattore elettronico è realizzato secondo il circuito di un convertitore di tensione push-pull basato su un generatore specializzato KR1211EU1 (DA1). Il generatore genera due sequenze di impulsi antifase con gap protettivo per controllare una coppia di potenti interruttori (VT1) che commutano gli avvolgimenti del trasformatore di potenza T1. Un insieme di transistor ad effetto di campo IRF7103 viene utilizzato come interruttori di alimentazione. La frequenza di generazione è regolata dal resistore variabile R3 nell'intervallo 20-30 kHz. Il LED HL1 indica l'alimentazione del dispositivo. Questo circuito è dotato di protezione da sovratensione e protezione da corrente dello stadio di uscita. La tensione di alimentazione è collegata ai contatti X5 (+), X6 (-).
La lampada è collegata ai contatti XI, X2 e X4, XXNUMX. Unità di avvolgimento. L'induttore L1 con un'induttanza di 3,3 mH è realizzato su un nucleo magnetico a forma di W in ferrite M2000NM. La dimensione standard del nucleo è W5x5 con uno spazio di δ = 0,4 mm. Il filo ha un diametro di 0,2 mm, l'avvolgimento contiene 230-240 spire. Il trasformatore di impulsi T1 è realizzato su un nucleo corazzato B22 in ferrite da 2000NM; gli avvolgimenti 1-2 e 2-3 contengono ciascuno 18 spire di filo PEL con un diametro di 0,5 mm; l'avvolgimento 4-5 contiene 150-160 giri di filo PEL con un diametro di 0,2 mm. Strutturalmente, l'alimentatore è realizzato su un circuito stampato in laminato di fibra di vetro con dimensioni 67x45 mm. Il circuito stampato è mostrato in Fig. 3.68. Va notato che invece di KR1211EU1 è del tutto possibile utilizzare microcircuiti specializzati IR2153, IR2156, IR2520, UBA2021, progettati per l'implementazione di reattori ad alta tensione, dato che la tensione di alimentazione minima per questi microcircuiti è di circa 9- 10 V. Un altro progetto di reattore elettronico che utilizza KR1211EU1 mostrato in fig. 3.69. Come sorgente luminosa viene utilizzata una lampada fluorescente con una potenza di 18-20 W. La tensione di alimentazione (8 V) viene fornita al controller DA3 dallo stabilizzatore integrato DA2. Immediatamente dopo l'accensione del dispositivo, il condensatore C4 viene scaricato, la tensione all'ingresso IN del controller corrisponde a un livello logico basso. In questa modalità, il fattore di divisione della frequenza del generatore di clock del chip ha il minore dei due valori possibili. Lavoro di concetto. Con i valori degli elementi R7 e C3 (il circuito di impostazione della frequenza del generatore) indicati nello schema, sequenze di impulsi antifase con una frequenza di 2 kHz vengono fornite alle porte dei transistor VT3 e VT44. La tensione impulsiva della stessa frequenza sull'avvolgimento secondario del trasformatore di uscita T1 ha un'oscillazione di 300 V. Il carico dell'avvolgimento secondario del trasformatore T1 è un circuito oscillatorio in serie L2C10C11 con una frequenza di risonanza di 32,2 kHz. L'intercapedine di scarica del gas della lampada EL1, non ancora accesa, ha una resistenza prossima all'infinito e non pregiudica il funzionamento dell'apparecchio.
Poiché la frequenza degli impulsi generati dal controller è tutt'altro che risonante, la tensione sulla lampada non supera i 200 V. Questo non è sufficiente per l'accensione, ma attraverso i suoi filamenti scorre una corrente di riscaldamento di 0,5 A.
Dopo 1-2 s, il condensatore C4 verrà caricato attraverso il resistore R5 ad una tensione superiore alla soglia di risposta del controller DA3 all'ingresso IN. Il fattore di divisione della frequenza del generatore di clock aumenterà e la frequenza degli impulsi di uscita del controller diminuirà a 34,2 kHz, avvicinandosi alla frequenza di risonanza del circuito oscillatorio. Di conseguenza, l'ampiezza della tensione applicata alla lampada EL1 inizierà ad aumentare e dopo diversi periodi di oscillazione raggiungerà i 500 V, necessari per il verificarsi di una scarica di gas. Poiché la lampada accesa bypassa il condensatore SI, il fattore di qualità del circuito oscillante diminuirà e l'ampiezza della tensione tra gli elettrodi della lampada si stabilizzerà a 80 V. Questa è una modalità operativa con un valore di corrente effettiva attraverso la lampada di circa 0,35 A. Per evitare uno scaricamento eccessivo della batteria, viene fornito un rilevatore di sottotensione DA1 con una soglia di risposta di 10 V. Quando la tensione tra i pin 1 e 2 del rilevatore è inferiore alla soglia, il suo transistor npn interno è aperto, il cui collettore è collegato al pin 3 e l'emettitore è collegato al pin 2. Di conseguenza, è aperto il transistor VT1 si illumina, segnalando una scarica inaccettabile della batteria, il LED HL1 e una tensione (~3 V) viene fornita all'FC ingresso del controller DA5, impedendo la generazione di impulsi. La lampada EL1 si spegne e la corrente consumata dai reattori elettronici si riduce a diversi milliampere. Se il rilevatore di sottotensione interviene in seguito alla disconnessione del reattore elettronico dalla fonte di alimentazione (batteria), il LED HL1 continuerà ad accendersi ancora per qualche secondo finché i condensatori C6 e C9 non saranno scarichi. Attenzione! Gli alimentatori elettronici devono essere protetti dal funzionamento di emergenza al minimo, che si verifica quando i contatti negli attacchi della lampada sono rotti, quando uno dei suoi filamenti si brucia o quando gli elettrodi perdono emissione. La documentazione per il microcircuito KR1211EU1 non contiene raccomandazioni per l'implementazione di tale protezione. È possibile applicare la propria soluzione tecnica collegando in parallelo alla lampada un partitore di tensione composto da varistore RU1 e resistenza R14. Se l'ampiezza della tensione attraverso una lampada EL1 difettosa o mancante supera la tensione di classificazione del varistore RU1, la sua resistenza è relativamente piccola. Il diodo Zener VD4 limita gli impulsi positivi provenienti dal divisore RU1R14 a 6,8 V e caricano il condensatore C6 attraverso il resistore R3 e il diodo VD2. Gli impulsi negativi, limitati dallo stesso diodo zener ad un'ampiezza inferiore a 1 V, non partecipano al funzionamento del dispositivo. La costante di tempo del circuito R6C2 viene scelta in modo tale che durante il normale riscaldamento e accensione della lampada (-2 s) la tensione sul condensatore non raggiunga la soglia di risposta del controller all'ingresso FC. In modalità operativa, la tensione sulla lampada non supera gli 80 V, che è inferiore alla tensione di classificazione del varistore, la sua resistenza è molto elevata e il condensatore C2 non si carica. Ma se per qualsiasi motivo la lampada non si accende per troppo tempo o si spegne durante il funzionamento, la tensione sul condensatore C2 salirà al livello di soglia in circa 5 s e il funzionamento del controller verrà bloccato. I diodi VD1 e VD2 eliminano l'influenza reciproca delle due unità di protezione. L'ingresso FV del controller DA3 viene alimentato con una tensione proporzionale alla corrente di scarica nella lampada. Si ottiene utilizzando un sensore di corrente - resistori R12, R13 collegati in parallelo e un raddrizzatore a diodi VD5. Con i valori indicati nel diagramma, la soglia per la protezione della corrente è di 0,7 A, che è il doppio della corrente normale di una lampada accesa (0,35 A) e superiore alla corrente del filamento in modalità riscaldamento (0,5 A). Quando la corrente scende al valore nominale, il funzionamento del controller riprende automaticamente. Il condensatore C7 sopprime il rumore impulsivo, prevenendo falsi allarmi della protezione, anche durante i lampeggi di una singola lampada. Il progettista del circuito ha deliberatamente rifiutato di smorzare gli avvolgimenti del trasformatore con circuiti RC, cosa che di solito viene fatta per ridurre il livello di interferenza generato dai reattori elettronici. L'alimentazione autonoma e la schermatura del dispositivo da parte degli attacchi metallici della lampada sopprimono efficacemente le radiazioni elettromagnetiche parassite a bassa potenza, rendendole quasi impercettibili. PCB e montaggio. Tutti gli elementi di zavorra elettronica sono montati su un circuito stampato su un solo lato, il cui disegno è mostrato in Fig. 3.70. Il diodo VD3 e il resistore R6 sono installati perpendicolarmente alla scheda, i loro terminali "superiori" sono collegati. I transistor ad effetto di campo sono dotati di radiatori alettati o a perni con una superficie di raffreddamento di circa 50 cm2. I radiatori vengono rialzati rispetto alla scheda di 8-10 mm utilizzando boccole di montaggio. In questo caso, la superficie di rimozione del calore del transistor VT2 si trova parallela alla scheda e VT3 è perpendicolare ad essa. Si consiglia di selezionare questi transistor identici nella soglia. Sostituzione di elementi. Il transistor KT3107B può essere sostituito con qualsiasi struttura pnp in silicio a basso consumo. Il varistore RU1 può essere CH1-2 180 domestico o TVR 10 181 importato. A proposito di soffocamenti. L'induttore L1 con un'induttanza di 100 μH è stato prelevato da un alimentatore difettoso del computer. È avvolto su un circuito magnetico a manubrio e crimpato con tubo termorestringente. Puoi realizzare tu stesso l'induttore avvolgendo un avvolgimento di induttanza di almeno 0,5 μH su un'asta di ferrite adatta con un filo isolato con un diametro di 0,7-40 mm, oppure puoi utilizzare una serie DM-2 già pronta. L'avvolgimento dell'induttore L2 (nucleo magnetico B26 in ferrite da 2000 NM1 con una distanza non magnetica di 1 mm) è costituito da 160 spire di filo PEV-2 da 0,43.
trasformatore. Il nucleo magnetico del trasformatore T1 è un BZO corazzato realizzato in ferrite 2000NM1, assemblato senza spazi vuoti. L'avvolgimento I (due sezioni da 12 spire ciascuna) è avvolto con filo PEV-2 0,74 piegato a metà e isolato in modo affidabile con tessuto verniciato dall'avvolgimento II, costituito da 160 spire di filo PEV-2 0,35. Ogni due strati di avvolgimenti del trasformatore T1 e dell'induttore L2 sono anche isolati: uno strato di tessuto verniciato. L'estremità di una delle sezioni dell'avvolgimento I del trasformatore T1 è collegata all'inizio dell'altra sezione: questo è il terminale centrale. Il trasformatore e l'induttore L2 sono fissati al circuito stampato con viti M2,5 attraverso i fori centrali dei nuclei magnetici. Controllo zavorra. Durante il controllo degli alimentatori elettronici si è notato un aumento del riscaldamento del condensatore C9, per cui è consigliabile selezionarlo con una temperatura massima di esercizio di 105 °C. I condensatori SY e SI sono condensatori a film, rispettivamente K73-17 e K78-2, per la tensione indicata nel diagramma. Il resto (eccetto l'ossido) è costituito da ceramica o pellicola. I diodi KD522B possono essere sostituiti con 1N4148 o altri diodi al silicio a bassa potenza. Il rilevatore di minima tensione KR1171SP10 può essere sostituito con un altro con tensione di soglia inferiore. Ma l'ingresso del rilevatore in questo caso deve essere collegato alla batteria tramite un partitore di tensione resistivo. Quando si seleziona un sostituto, tenere presente che alcuni rilevatori (ad esempio, MC34064R) differiscono nell'assegnazione dei pin. Lo stabilizzatore di tensione domestico KR1157EN802 è simile al 78L08 importato. Regolazione. L'installazione dei reattori elettronici inizia interrompendo il circuito di alimentazione dei transistor ad effetto di campo VT2 e VT3, ad esempio, senza montare l'induttore L1 sulla scheda. La tensione di alimentazione ai restanti componenti dell'alimentatore elettronico può essere temporaneamente fornita da qualsiasi sorgente di tensione continua a bassa potenza di 12 V. Innanzitutto impostare (all'incirca selezionando il condensatore C3, precisamente selezionando la resistenza R7) la frequenza richiesta del generatore di orologi fT = 616 kHz, che corrisponde alla frequenza di uscita in funzione 616/18 = 34,2 (kHz). Notache il coefficiente di divisione della frequenza (18) sia considerato pari al doppio del coefficiente indicato nella scheda tecnica. Il fatto è che i valori tabulati di questo coefficiente indicati non tengono conto della divisione della frequenza per due nel driver di uscita del microcircuito KR1211EU1. C'è un errore (uno zero in più dopo il punto decimale nel numeratore) nella formula consigliata da queste fonti per il calcolo degli elementi del circuito di impostazione della frequenza del generatore di clock del microcircuito. La formula corretta è simile a questa Piedi = 0,7 / R7 C3 Dopo aver installato l'induttore L1, collegare l'alimentatore elettronico con lampada EL1 alla batteria (è possibile utilizzare una batteria al piombo sigillata da 12 V con una capacità di 7 Ah) tramite un amperometro e misurare il consumo di corrente. Deve essere:
È necessario un amperometro con bassa resistenza interna. Ad esempio, quando si tenta di misurare la corrente con un multimetro M-890D, dopo un singolo lampo della lampada, il reattore elettronico si spegne, poiché quando la corrente consumata aumenta al momento dell'accensione, la caduta di tensione sul dispositivo di misurazione ha attivato il rilevatore di sottotensione. Consiglio. Si consiglia di verificare il corretto funzionamento della protezione di minima tensione collegando in serie ad una batteria funzionante e carica un reostato ausiliario con una resistenza massima di diversi ohm. I reattori elettronici vengono accesi a resistenza zero del reostato e quindi, monitorando la tensione di alimentazione del dispositivo con un voltmetro, aumentano gradualmente la resistenza fino all'attivazione della protezione. Con una tensione di 10-10,5 V, la lampada dovrebbe spegnersi e il LED HL1 dovrebbe accendersi. Successivamente, il reattore elettronico viene scollegato dalla batteria, la lampada EL1 viene rimossa dai raccordi e, dopo aver applicato nuovamente la tensione nominale al reattore elettronico, verificare immediatamente con un oscilloscopio la presenza di impulsi sullo scarico (dissipatore di calore) di uno dei i transistor ad effetto di campo. Dopo 5 secondi dall'accensione, gli impulsi dovrebbero interrompersi. Un controllo ripetuto può essere effettuato solo dopo l'autoscarica del condensatore C2 (che richiede almeno un minuto) oppure scaricando forzatamente questo condensatore. Dopo aver installato la lampada, il dispositivo è pronto per l'uso. Questo alimentatore elettronico può funzionare con qualsiasi lampada fluorescente con una potenza non superiore a 20 W, comprese quelle importate. Di norma è sufficiente modificare l'induttanza dell'induttore L2. Calcolo in Ballast Designer. Utilizzare il software CAD Ballast Designer per trovare il valore richiesto. Nella prima fase di progettazione dopo il lancio, specificare la tensione di alimentazione "da 80 a 140 V CA/300 V CC". Questa opzione è la più vicina alla modalità operativa della lampada nel nostro alimentatore elettronico. Nel secondo passaggio, seleziona il tipo di lampada che stai utilizzando o il suo analogo più vicino dall'elenco offerto dal programma. Il terzo passaggio consiste nel selezionare uno qualsiasi dei controller proposti, ad esempio IR21571. I parametri che ci interessano non dipendono dal tipo di controller. Specificare il circuito di commutazione della lampada “Lampada singola/riscaldamento in modalità corrente” nel quarto passaggio e alla fine (quinto passaggio) immettere il comando “Design Ballast”. Dei risultati ottenuti dal programma, ci interessa:
Di norma, la capacità calcolata del condensatore SI rimane pari a 0,01 μF, quindi è necessario sostituire solo l'induttore L2. Nella maggior parte dei casi, la distanza non magnetica tra le metà del circuito magnetico può essere lasciata pari a 1 mm, che equivale a una distanza di 2 mm nel nucleo centrale. Con un tale divario, è improbabile la saturazione del circuito magnetico dell'induttore anche al momento dell'accensione, a causa della maggiore resistenza interna della sorgente di tensione del trasformatore rispetto al semiponte di rete. Quando si converte il reattore elettronico per funzionare con una lampada TC-EL con una potenza di 7 W (questo è l'analogo più vicino della lampada F6T5/54 esistente) con la stessa capacità del condensatore SI, l'induttanza dell'induttore L2 è aumentata a 3,7 mH. La frequenza operativa calcolata per questa lampada è di 34,8 kHz, ovvero solo 0,6 kHz in più rispetto ai 34,2 kHz precedentemente stabiliti. Si è deciso di non modificare il circuito di regolazione della frequenza del controller, limitandosi alla sostituzione dell'induttore. Su un nucleo magnetico simile a quello utilizzato nel trasformatore T1, sono state avvolte 170 spire di filo PEV-2 da 0,35. L'induttanza misurata dell'induttore è risultata essere 4,1 μH (più di quanto calcolato). Tuttavia, prima di verificare l'operatività dei reattori elettronici, si è deciso di non riavvolgere lo starter. Tutti gli altri elementi del reattore elettronico sono stati lasciati senza modifiche. Prova. L'attivazione del test ha mostrato un riscaldamento efficace e un'accensione affidabile della lampada, un chiaro funzionamento della protezione durante la simulazione dei guasti, nonché una coincidenza abbastanza buona della modalità operativa con quella nominale (deviazione - non più del 10%). La corrente consumata dalla batteria è di circa 0,7 A, il che consente di lasciare l'illuminazione di emergenza accesa tutta la notte senza timore di scaricare completamente la batteria. pagamento. Il reattore elettronico prodotto è alloggiato in una custodia saldata in fibra di vetro di dimensioni 155x67,5x40 mm, che funge anche da supporto per la batteria. Autore: Kosenko S.I.
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