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.

Режим пуску.

Після подачі живлення на баласт, струмом, обмеженим резистором Rпуск, заряджається конденсатор Спит., напруга на ньому росте і, коли воно стане достатнім для забезпечення працездатності всіх ланцюгів контролера (Uмін.пуск.= 11,5... 13,9В) знімається блокування вихідних ключів баласту, і на його виході з'являється напруга початкової (максимальної) частоти. Конденсатор С додаткового живлення при відкритому верхньому ключі заряджається до напруги живлення через цей ключ і діод , а при закритому ВК і відкритому НК розряджається на конденсатор Спит., заряджаючи його ємність конденсатора С додаткового живлення вибирається таким чином, щоб струм підзарядки Спит. забезпечував компенсацію збільшення споживаного баластом струму в усіх режимах роботи баласту. Це важливо, якщо струму додаткової підзарядки Спит. недостатньо, при включенні робочого режиму контролера і драйверів напруга на Спит. Починає падати, і як тільки воно досягне мінімально допустимого (Uвикл. = 9,0 - 11,0 В), вихідні ключі будуть заблоковані (обидва закриються). Контролер перейде в стартовий режим і перебуватиме в ньому до тих пір, поки конденсатор зарядиться через Rпуск. до U мін.пуск. Почнеться процес мимовільного включення - виключення баласту по ланцюгу блокування з харчування.

Режим запалювання.

Якщо харчування при роботі контролера і драйверів підтримується на достатньому рівні, генератор наростаючої напруги, утворений джерелом струму 1 і конденсатором Стемп. починає заряджатися. Швидкість наростання напруги на його виході лінійна і залежить від величини Стемп. Ця напруга подається на генератор, керований напругою.

У міру зростання керуючої напруги, частота генератора знижується, і наближається до резонансу пускового контура. Під час зниження частоти, лампи прогріваються, а напруга на лампі і струм пускового контуру ростуть, поки лампа не запалиться, після чого баласт переходить в робочий режим.

Якщо лампа не засвітиться, при подальшому плавному наближенні до частоти резонансу струм зросте настільки, що сердечник дроселя почне входити в насичення. У результаті, форма кривої струму зміниться: на максимумі кривої струму з'являться викиди, які будуть збільшуватися в міру наближення до резонансу. Контролер баласту містить спеціальний пристрій, що контролює форму струму відкритого нижнього ключа. Струм контролюється з падіння напруги на відкритому нижньому ключі, внутрішнім датчиком напруги, що підключається до ланцюгів контролю тільки тоді, коли нижній ключ відкритий. Оскільки відкритий ключ має характеристику активного опору, напруга на ньому пропорційна струму.

Параметром контролю є «хрест – фактор», який визначається як співвідношення пікового значення струму до його середнього значення за період: чим більше викиди струму, тим більший «хрест – фактор» (CF). При досягненні значення CF = 5 спрацьовує захист, відключаючи обидва вихідних ключа. Оскільки CF не залежить від величини опору ключа, то спрацьовування захисту не залежить від типу застосованого ключа і від розкиду параметрів ключів. Зняття блокування після спрацьовування захисту проводиться відключенням живлення баласту на час, за який Cпит. розрядиться (зазвичай від 30сек. до 1хв.).

Робочий режим.

Якщо лампа запалилася, вона шунтирует резонансний конденсатор і напруга на лампі різко знижується до робочої величини. Частота генератора продовжує знижуватися, при цьому струм ланцюга збільшується за рахунок зниження індуктивного опору дроселя на меншій частоті. Частота знижується до тих пір, поки не досягне мінімуму, заданого резистором Rf min, і далі зберігається. Напруга живлення Uпит. і елементи баласту (Lдр, Cробоч.) розраховуються таким чином, щоб на частоті fmin. на лампі забезпечувалася номінальна потужність. У процесі роботи змінюються параметри лампи (вона старіє), що призводить до зменшенню потужності, що віддається в лампу в робочому режимі. Для роботи баласту це чи не небезпечно. Але при роботі лампи можуть виникати зміни параметрів елементів кола (індуктивності дроселя L і ємності робочого металоплівкового конденсатора С1), призводять до зсуву робочого резонансу робочого контуру до fmin., а це може призводити до значного зростання струму лампи і потужності на лампі і до перегрівання баласту. Ще більш небезпечно поява між виткового замикання в дроселі, при якому різко падає його індуктивність і імпеданс робочого контуру на частоті fmin. замість індуктивного стає ємнісним.

У контролері баласту IR2520 передбачена стабілізація режиму роботи лампи, яка забезпечується за рахунок автоналаштування частоти генератора в бік її збільшення. Автоналаштування заснована на тому, що при нормальній роботі баласту, за рахунок індуктивного характеру навантаження (робочого контуру низької добротності рис.1, утвореного Lдр., Cробоч., R, Rл). Після виключення верхнього ключа струм дроселя триває в тому ж напрямку. Ланцюг струму дроселя при виключених ключах замикається через діод D2, і на середній точці в перебігу «мертвого» часу, коли обидва ключа вимкнені, напруга складе приблизно -0,7В зміна напрямку струму через дросель станеться вже після включення ПК. Поблизу резонансу, навіть при індуктивному характері навантаження, індуктивність дроселя віддасть свою енергію в лампу до того, як закінчиться «мертвий» час. Після цього струм ланцюга робочого контуру припинитися і оскільки напруга конденсатора С1 виявиться прикладеним плюсом до СТ, діод D2 закриється і від моменту припинення струму дроселя до відкривання НК, до середньої точки буде прикладена позитивна напруга в десятки вольт. Підключення середньої точки виходу драйверів ключів до схеми виявлення позитивної напруги, що входить до пристрою АПЧ, проводиться за допомогою внутрішнього високовольтного ключа, що підключає СТ до схеми контролю напруги тільки на «мертвому» проміжку часу і відключає СТ на решту часу.

Якщо на ділянках «мертвого» часу позитивної напруги не виявлена, схема АПЧ не виробляє імпульсів, ключ S1 закритий і баласт працює на мінімальної частоті. При виявленні позитивної напруги на СТ на «мертвому» час, пристрій формує короткий імпульс, який на відповідне йому часом відкриє ключ S1. Ключ підключити до конденсатору Стемп. ланцюг розряду, обмеженого стабілізатором струму, i через який конденсатор за час імпульсу трохи розрядиться. Напруга на виході ГУН трохи знизиться, що призведе до збільшення частоти і відсуне її від резонансу. На інтервалі між імпульсами корекції частоти, джерело струму заряджає конденсатор Стемп., зрушуючи частоту вниз. Через кілька періодів, напруга на Стемп. знову підвищиться до рівня, при якому частота генератора знизиться і наблизиться до резонансу до появи позитивної напруги на СТ на ділянці «мертвого» часу. І знову відбудеться корегування частоти. У результаті, середня робоча частота зрушиться вгору, компенсуючи зміни параметрів елементів ланцюга.

Чим більше будуть змінюватися з часом параметри ланцюга, тим більше буде потрібно коректування частоти, а з нею і більш істотне зниження напруги, керуючого цією частотою. Мінімальна припустима напруга управління частотою в контролері IR2520 становить 1 вольт: якщо для корегування частоти буде потрібно подальше зниження керуючої частотою напруги, відбудеться блокування вихідних ключів та аварійне відключення баласту. При різкій зміні параметрів ланцюга лампи, наприклад: в результаті міжвиткового пробою в дроселі, реактивний опір ланцюга лампи на мінімальній робочій частоті стає ємнісним. У цьому випадку, напруга на СТ стає високою позитивною на всій ділянці «мертвого» часу. Напруга, що керує частотою, в цьому випадку скочується до 1 вольта всього за кілька періодів, і балласт відключається.

Методи і схеми захисту, застосовані в баласті IR2520, рідко застосовуються в інших інтегральних мікросхемах баластів, де найчастіше застосовуються більш традиційні технічні рішення, де сигнали струму знімають з шунтів, включених в ланцюзі що обмежуються струмом, а напруги - з резистивних дільників. Водночас, принципи управління пусковим і робочим режимами лампи, описані на прикладі контролера IR2520 і застосовуються практично у всіх сучасних електронних баластах.

 

 

Висновки:

 

Використана література: