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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Balastro electrónico para lámparas LB-20. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / iluminación La principal desventaja de las lámparas incandescentes es su baja eficiencia y, en consecuencia, su alto consumo de energía eléctrica. Puedes reducir el consumo de energía eléctrica a la hora de iluminar estancias utilizando lámparas fluorescentes que tienen una mayor eficiencia. Los balastros electrónicos se utilizan ahora ampliamente en el extranjero y proporcionan una luz "suave" y sin pulsaciones. La introducción generalizada de balastos electrónicos en la industria se vio obstaculizada anteriormente por el alto costo de los componentes, las velocidades de conmutación de los transistores insuficientemente altas y la costosa producción. Todas estas deficiencias se eliminaron después del lanzamiento de nuevos controladores de puerta MOS IR2151 económicos de International Rectifier y otras empresas similares. Estos controladores son circuitos integrados de potencia monolíticos capaces de accionar dos transistores, MOSFET o convertidores de medio puente IGBT. Pueden funcionar con voltajes de suministro de hasta 600 V y tienen formas de pulso de salida claras con un ciclo de trabajo del 0 al 99 %. El diagrama funcional del controlador IR 2151 se muestra en la Figura 1.
El controlador contiene una parte de entrada basada en amplificadores operacionales, que pueden funcionar en modo autooscilador. La frecuencia está determinada por elementos colgantes adicionales conectados a los terminales Ct, Rt. Los generadores de pausa en cero proporcionan un retraso en la activación del transistor de salida de 1 μs después de que se apaga el transistor anterior. El aislamiento galvánico se lleva a cabo en el canal lateral superior, luego el voltaje se amplifica mediante un amplificador de potencia utilizando transistores de efecto de campo y el voltaje de salida de la salida HO se suministra a la puerta del transistor de potencia. El brazo inferior opera desde un oscilador maestro a través de un generador de pausa en cero y un dispositivo de retardo. Para garantizar un funcionamiento estable del controlador, en su interior hay un diodo Zener que limita el voltaje a 15 V. El esquema del balasto electrónico se muestra en la Fig.2.
La frecuencia del convertidor está determinada por el circuito R2C5. fg = 1/(1,4R2C5) = 40 kHz. El controlador se alimenta a través de la resistencia R1, estabilizada por un diodo zener interno a 15 V y filtrada por el condensador C4. El amplificador de puerta del lado alto se alimenta mediante un circuito de “bomba” de carga, es decir, a través de la resistencia R3 y el diodo VD5. La tensión de salida del convertidor del condensador C7, suministrado a las lámparas fluorescentes, tiene forma rectangular. Las lámparas están conectadas en un circuito resonante en serie de tal manera que las corrientes de la lámpara fluyen a través de los filamentos; después del encendido, los filamentos se calientan y las lámparas se encienden. Las frecuencias de resonancia de los circuitos C9, L2 y C10, L3 son 40 kHz. Para reducir el factor de pico del consumo de energía eléctrica, se elige que la carga del rectificador sea inductiva (el inductor L1 y el condensador C2, el condensador C3 conectado en paralelo sirven para reducir la amplitud del componente variable de alta frecuencia). En este caso, no hay necesidad de un filtro de ruido de entrada y se garantiza una conexión "suave" a la red (el factor de cresta es la relación entre la amplitud de la corriente consumida y el valor cuadrático medio de la misma corriente ). Para limitar las velocidades de conmutación de los transistores al nivel de 40-50 ns, se incluyen resistencias R4 y R5 con una resistencia de 24 ohmios en las puertas de los transistores. Es necesario limitar las velocidades de conmutación para reducir la influencia de las inductancias parásitas y las capacitancias de la placa de circuito. Limitar las velocidades de conmutación a este nivel permite un diseño operativo confiable. Al construir un circuito, es necesario seleccionar correctamente la resistencia de la resistencia limitadora R1, para esto se deben tener en cuenta todas las corrientes que fluyen a través de ella: I0 - corriente de reposo del microcircuito IR2151; I2 es la corriente necesaria para activar la puerta VT2; Iв - corriente de la resistencia de sincronización R2; In - corriente de la “bomba” de carga para alimentar el amplificador del lado alto; Iс es la corriente del diodo zener interno del microcircuito para el funcionamiento estable del estabilizador. La corriente de reposo del chip IR2151 a temperatura normal es de 1 mA y disminuye un 10% cuando la temperatura aumenta 100 °C. Lo tomamos igual a I0=1,1 mA. La corriente necesaria para activar la puerta VT2 está determinada por la fórmula I2 = 2Qgfpr, donde Qg es la carga de la puerta del transistor IRF730 (Qg = 18 nC); fpr - frecuencia de conversión igual a 40 kHz, es decir I2 = 1,4 mA. La corriente de la resistencia de temporización R2 Iв = 0,25 Ucc/R2 = 0,25 15/18•103 = 0,21 mA. La corriente de carga de la "bomba" tiene dos componentes: 1) cuando se aplica una señal de conmutación a la puerta del transistor VT1, el voltaje en el primer momento es bajo y la amplitud de la corriente es de aproximadamente 10 mA con una duración de 200 ns; 2) cuando se aplica una señal de conmutación a la puerta del transistor VT1, el voltaje en el primer momento permanece aproximadamente igual al voltaje de suministro del amplificador de salida del nivel superior del microcircuito, la amplitud de la corriente es de aproximadamente 20 mA con una duración de 200 ns, entonces la corriente de la “bomba” de carga Iн=(10•10-3+20•10-3)200•10-9•40•103=0,24мА. La corriente del diodo zener interno del microcircuito puede oscilar entre 0,1 y 5 mA. Teniendo en cuenta el cambio en la tensión de alimentación, seleccionamos la corriente interna del diodo Zener Iс = 0,5 mA. Determinemos la corriente total que fluye a través de la resistencia R1, IR1 = I0 + I2 + Iv + In + Ic = 1,1 + 1,4 + 0,21 + +0,24 + 0,5 = 3,45 mA Resistencia R1 R1 \u190d (15 - 3,45) / 10 * 3-50 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Seleccionamos el valor estándar de 47 kOhm. Estructuralmente, el balastro electrónico se realiza sobre dos placas. La parte de entrada (condensador C1, diodos VD1...VD4, inductor L1, condensador C2) se monta mediante un soporte articulado. Al conectarse a una red industrial, es necesario encender en serie un fusible de 0,5 A. El resto del circuito se encuentra en la placa de circuito impreso. La ubicación de los elementos se muestra en la Fig. 3.
Como diodos rectificadores VD1...VD4, se pueden utilizar cualquier diodo de baja frecuencia con una corriente directa promedio de más de 0,2 A, un voltaje inverso máximo de más de 350 V (por ejemplo, D226, D237B, V, ZH, KD109V , KD209A, KD209B o puente rectificador KTs405). En lugar del controlador IR2151, puede utilizar IR2152, IR2153, IR2154, IR2155 sin ningún cambio en el circuito. En lugar de transistores de efecto de campo IRF730, puede utilizar IRF720, IRF740 similares. No se requieren radiadores para transistores. Todas las resistencias del circuito son del tipo MLT-0,125, la resistencia R1 es MLT-1, R6 es MLT-0,5. Como inductor L1, puede usar uno similar con una inductancia de 1,3-2,0 H para una corriente de 0,20,25 A, también es adecuado un estrangulador de televisores de tubo blanco y negro DR2,3-0,21. Condensadores C8, C9, C10 tipo K31U-3E-5, se pueden utilizar condensadores tipo KSO, K73-17. Condensador C2 tipo K50-7; C5, C6-KM5; C1, C3, C7 tipo K73-17 para tensión 400 V. La placa de circuito impreso está diseñada de tal manera que los valores de la resistencia R1 y los condensadores C9, C10 se pueden seleccionar mediante conexión en paralelo. Los inductores L2 y L3 están enrollados en anillos hechos de alsifer marca VC-32R con un diámetro de 29 mm y cada uno contiene 320 vueltas de alambre PEV-2 con un diámetro de 0,3 mm. Como núcleo se puede utilizar ferrita Ш7x7 µ2000NM con un espacio de 0,5 mm. Sin ningún cambio en el circuito, en lugar de lámparas LB-20, se pueden utilizar lámparas de 18 W que se fabrican actualmente en el mercado. También hay que tener en cuenta que con los balastros electrónicos las lámparas con filamentos defectuosos se encienden y queman (en este caso, los filamentos de la lámpara deben cortocircuitarse). Un balastro que funciona normalmente en un circuito de 190 V debe consumir una corriente de 0,2 a 0,21 A (la medición se puede realizar entre dos placas de la estructura). El iluminador terminado ha funcionado actualmente durante 5 meses, proporciona una iluminación mayor que la de una lámpara incandescente de 100 W, se enciende sin sobretensiones, el encendido de las lámparas se produce casi instantáneamente y, lo que es especialmente importante, se nota mucho menos fatiga ocular durante el trabajo. con la literatura. Autor: D.P. Afanasiev
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