Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп высокого давления (стр. 6 из 7)
В предположении, что лампа зажглась в ходе понижения частоты, частота уменьшается до минимального значения fн. UBA2021 может осуществить переход к этапу горения двумя путями: 1 - при снижении частоты до fн, и 2 - если частота fн не достигнута, но переход происходит по истечении максимально возможной продолжительности этапа зажигания TIGN.
На этапе горения частота колебаний в схеме обычно снижается до fн (39 кГц), которая может использоваться в качестве номинальной рабочей частоты. Однако, в силу применения в ЭПРА автоматического управления, частота колебаний зависит от величины тока, протекающего через вывод 13 (вывод RHV) ИМС UBA2021. Автоматическое управление начинает функционировать после достижения fн.
Во время этапа пуска конденсаторы низковольтного питания С9, С10 и С13 заряжаются током, протекающим от высоковольтного конденсатора С4 через R2, нить накала лампы, R4 и внутренне соединенные выводы 13 и 5 UBA2021. На этапе горения происходит перекоммутация. Вместо вывода 5 к выводу 13 оказывается подключенным вывод 8. Теперь ток, протекающий через резисторы R2 и R4, используется в качестве информационного параметра в системе автоматического управления частотой переключений силового инвертора, так как сила этого тока пропорциональна уровню выпрямленного напряжения сети. Пульсации с удвоенной частотой сети (100... 120 Гц) фильтруются конденсатором С17. В результате излучаемый лампой световой поток остается почти постоянным при изменении напряжения сети в пределах от 200 до 260 В.
Таблица 1
| Напряжение питания, В | 200 | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 |
| Энергия, потребляемая от сети, Вт | 52 | 53,5 | 54,4 | 55 | 55,4 | 55,6 | 55,8 |
| Энергия, потребляемая лампой, Вт | 47,6 | 48,9 | 49,6 | 50 | 50,2 | 50,3 | 50,3 |
| Коэффициент полезного действия, % | 92 | 91 | 91 | 91 | 91 | 91 | 90 |
На частотах выше 10 кГц лампа может рассматриваться как резистивная нагрузка. Светоотдача возбуждаемых на частотах выше 10 кГц трубчатых ламп существенно лучше, чем при их питании с частотой 50...60 Гц. Это означает, что лампа TLD58W при высокочастотном питании с мощностью 50 Вт излучает такой же световой поток, как и TLD58W при мощности питания 58 Вт на частоте 50...60 Гц. Рабочая точка установившегося состояния для подключенной к ЭПРА TLD58W характеризуется напряжением на лампе 110 В и током через нее 455 мА, что соответствует мощности питания 50 Вт.
Величина индуктивности балластной катушки L1 определяется рабочей точкой лампы, емкостью конденсатора поджига С7 и рабочей частотой, которая примерно равна 45 кГц при номинальном напряжении сети 230 В.
Желаемая мощность возбуждения лампы может быть достигнута при различных сочетаниях величин индуктивности L1 и емкости С7. Выбор конкретного сочетания зависит от таких факторов как режим подогрева, минимально необходимое напряжение зажигания и допуски на параметры компонентов схемы. В большинстве случаев оптимальным является сочетание дроссельной катушки L1 с индуктивностью 1 мГн и конденсатора поджига С7 с емкостью 8,2 нФ.
Для предохранения элементов силовой цепи от значительных перегрузок, в микросхему встроена функция защиты от емкостного режима работы, которая активна на этапах зажигания и горения. UBA2021 проверяет величину падения напряжения на R5 и R6 во время включения транзистора VT2 в каждом цикле работы инвертора. Если это напряжение оказывается меньше 20 мВ, это означает, что схема работает в емкостном режиме, и UBA2021 начинает повышать частоту переключений с гораздо большей скоростью, чем она ее снижала на этапах подогрева и зажигания. В итоге частота переключений превысит резонансную частоту. При исчезновении признаков емкостного режима частота переключений вновь уменьшается до необходимой.
Защита при удалении лампы обеспечена способом получения низковольтного напряжения питания для UBA2021. При удалении лампы становится нулевым напряжение переменного тока на конденсаторе С6, что приводит к исчезновению низковольтного питания ИМС. После замены лампы без отключения ЭПРА работа схемы возобновится с этапа пуска. И, наконец, пуск ЭПРА невозможен при отсутствии лампы - ведь в этом случае пусковой резистор R4 оказывается отключенным от высоковольтного напряжения.
В ЭПРА установлен электролитический конденсатор С4 типа ASH-ELB 043. Эти, специально разработанные для применения в электронных схемах питания люминесцентных ламп, конденсаторы характеризуются большим сроком службы (15000 часов) при температурах до 85°С и выдерживают значительные пульсации тока.
Силовыми ключами в инверторе являются полевые МОП-транзисторы типа PHX3N50E (индекс "Е" свидетельствует о повышенной надежности прибора). Благодаря использованию принципа переключения при нулевом напряжении, потери на переключение МОП-транзисторов минимизированы. Нагрев каждого из транзисторов вызывается только потерями в проводящем состоянии, и степень повышения температуры зависит от сопротивления открыто го канала сток-исток (Rds on) и теплового сопротивления корпуса (Rth)-Продолжительности этапов подогрева и зажигания достаточно малы, в силу чего выбор типа МОП-транзистора был обусловлен величиной тока, протекающего через балластную катушку индуктивности в режиме горения лампы. PHX3N50E характеризуются максимальным постоянным напряжением сток-исток 500 В и сопротивлением открытого канала менее 3 Ом, что делает эти приборы весьма привлекательными для применения данного ЭПРА.
Конструкция выдерживающей пиковые токи зажигания до 2,5 А балластной катушки L1 с индуктивностью 1 мГн позволяет применять ее в схемах без защитного заземления.
Поджигающим в ЭПРА является конденсатор С7 с емкостью 8,2 нФ типа КР/ММКР376. Этот тип конденсаторов разработан для применения в цепях с высокими скоростями нарастания напряжения и большой частотой повторения. Установленный конденсатор способен выдержать размах напряжения до 1700 В (600 В действующего значения синусоидального напряжения).
"Сердцем" ЭПРА является UBA2021. Эта специализированная ИМС предназначена для управления компактными и трубчатыми люминесцентными лампами. В состав UBA2021 входит высоковольтный драйвер со схемой запуска, генератор и таймер, обеспечивающие управление на стадиях пуска, подогрева, зажигания и горения лампы, а также защиту от емкостного режима. ИМС выдерживает напряжения до 390 В и кратковременные всплески напряжений (t < 0,5 с) до 570 В. Низковольтное напряжение питания внутренне фиксируется, что устраняет необходимость установки внешнего стабилитрона. Фиксация осуществляется при токах до 14 мА с кратковременными (t < 0,5 с) всплесками до 35 мА.
6. ЗАЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Как уже указывалось, лампы высокого давления зажигаются без предварительного нагрева электродов. Лампы требуют для своего зажигания значительных импульсов напряжения, исключение составляют четырехэлектродные лампы типа ДРЛ, которые зажигаются от синусоидального напряжения сети. Зажигающие устройства для ламп высокого давления обычно содержат импульсные генераторы, которые автоматически отключаются после пробоя лампы. По способу подключения импульсного генератора по отношению к лампе различают схемы параллельного и последовательного поджига. Кроме того, импульсные зажигающие устройства можно разделить на четыре группы, по способу генерации импульсного напряжения: 1) прерыватели, которые обеспечивают генерацию на лампе импульсного напряжения за счет энергии, запасенной в индуктивности дросселя в момент прерывания пускового тока. Работа этих устройств принципиально не отличается от работы стартеров тлеющего разряда;
2) резонансные, в которых импульсное напряжение возникает за счет разряда в резонансном контуре, образованном балластным дросселем и дополнительным конденсатором;
3) конденсаторные, в которых энергия, необходимая для формирования импульса, накапливается в специальном накопительном конденсаторе, а затем конденсатор разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора, создавая на вторичной обмотке импульс, амплитуда которого определяется коэффициентом трансформации этого трансформатора;
Рисунок 20. Принципиальная схема включения лампы высокого давления с дросселем и зажигающим устройством: а — параллельного типа; б— последовательного типа
4) комбинированные, в которых одновременно используется несколько способов генерации.
Основным коммутирующим элементом всех устройств являются полупроводниковые приборы, управляемые обычно напряжением, создаваемым на элементах схемы.
Для включения ламп высокого давления типов ДРИ и ДНаТ выпускаются импульсные зажигающие устройства (ИЗУ), выполненные по схемам параллельного или последовательного, поджнга.
На рис. 20, а приведена принципиальная схема параллельного поджига, состоящая из импульсного трансформатора с первичной W1 и вторичной W2обмотками, основного накопительного конденсатора С1 тиристора VSи стабилитрона VD. При подаче на схему напряжения питания начинается заряд конденсатора С1 через конденсатор С2, резистор R и вторичную обмотку трансформатора W2. При заряде конденсатора С1 до напряжения стабилизации стабилитрона VDв цепи управляющего электрода тиристора VSпоявляется ток, тиристор открывается и конденсатор С1 разряжается на обмотку с меньшим числом витков W1 импульсного трансформатора. Во вторичной обмотке индуцируются импульсы высокого напряжения. Амплитуда импульсов может изменяться в зависимости от коэффициента трансформации импульсного трансформатора. Длительность и число импульсов в серии можно регулировать параметрами конденсатора С2 и резистора R. По аналогичной схеме выпускаются универсальные импульсные зажигающие устройства (УИЗУ) и ИЗУ, применяемые для зажигания ламп типов ДРИ и ДНаТ. Основные параметры ИЗУ и УИЗУ приведены в табл. 2. Недостатком схем параллельного поджига является шунтирующее действие индуктивности дросселя, что снижает амплитуду импульса.