UBA2021芯片上的电子镇流器。方案、说明

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电子镇流器。采用UBA2021芯片的电子镇流器。无线电电子电气工程百科全书

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考虑在微电路上实现的电子镇流器 乌巴2021。功率58W荧光灯电子镇流器原理图如图3.31所示。 XNUMX。

电子镇流器的“心脏”是UBA2021芯片。该专用 IC 设计用于与传统荧光灯和紧凑型荧光灯配合使用。 UBA2021 包括一个带有触发电路的高压驱动器、一个发生器和一个定时器，可在灯的启动、加热、点火和燃烧阶段提供控制，并提供电容模式保护。

该 IC 可承受高达 390 V 的电压和高达 0,5-570 V 的短期电压尖峰 (t < 600 s)。低压电源电压在内部固定，无需安装外部齐纳二极管。固定电流高达 14 mA，短期（t < 0,5 s）突发电流高达 35 mA。 UBA2021的框图如图3.32所示。 XNUMX.

该微电路采用 14 个引脚（DIP-14 或 SO-14）的塑料外壳制成。 UBA2021芯片的管脚分配 在表中给出。 3.5。

表 3.5。 UBA2021芯片的管脚分配

UBA2021芯片上的电子镇流器

米。 3.31。电子镇流器在UBA2021芯片上的方案（点击放大）

UBA2021芯片上的电子镇流器
米。 3.32。 UBA2021芯片结构图

电子镇流器可在 185-265 V 电源电压范围、50-60 Hz 频率下运行。当电源电压在 47,6-50,3 V 范围内变化时，自动控制可将灯的燃烧功率保持在 200-260 W 范围内。UBA2021 控制强大的 PHX3N50E MOSFET 的操作，这是半桥逆变器的关键，由市电供电额定电压为 23 In i1，频率为 50-60 Hz。这提供了场效应晶体管功率水平的必要转变，从而提供针对电容操作的保护。

该产品的主要优点是外部元件数量少，并且由于使用了UBA2021 IC而降低了成本，能够以最少数量的外围元件提供最大的设计灵活性。

更详细地考虑该方案的操作。交流电源电压由四二极管桥式整流器（或二极管电桥）和平滑电容器转换为直流电压 (310 V)，为半桥逆变器供电。噪声抑制电源滤波器可防止干扰渗透到网络中。

半桥逆变器属于一组高频谐振电压转换器，方便驱动气体放电灯。两个强大 MOSFET 的零电压开关应用原理可以降低其开关损耗并确保镇流器的高效率。

施加电源电压后，首先对荧光灯进行预热。这称为软启动，可确保灯可靠且耐用地运行。加热电流的大小由UBA2021芯片调节。流过灯丝的电流将灯电极加热到足以发射电子的温度。预热会降低灯的点火电压，从而减少电路元件上的冲击电负载。

开机后，整流后的市电电压通过电阻R4（图1）提供给缓冲电容C3.31，限制电流浪涌。电容器可以消除两倍电源频率的电压纹波。由此产生的高压电压VHV(310V)DC作为半桥逆变器的电源，其功率元件包括晶体管VT1、VT2、线圈L1、电容器C5、C6、C7和灯EL1。

启动阶段，来自高压电容C4的电流流经电阻R2、灯丝、电阻R7、UBA13芯片的5、2021端子，在启动期间相互连接：内部按键，并对低压电力电容器C9、C11和C13充电。一旦 C13 上的电源电压 VS 达到 5,5V，UBA2021 就会切换，从而晶体管 VT2 打开，晶体管 VT1 关闭。

这允许启动电容器C12通过微电路的内部电路充电。电源电压VS继续升高，当VS>12V时，微电路内部振荡器开始产生。 IC 的电流消耗内部固定在 14 mA 左右。

接下来是过渡到 加热阶段。在没有灯的情况下，启动自动被阻止，因为在这种情况下启动电容器的充电电路被破坏。

在加热阶段，MOSFET VT1和VT2交替转为导通状态。这会在半桥中点附近生成幅度为 VHV 的方波交流电压。起始振荡频率为 98 kHz。在这些条件下，由 C8、VD5、VD6、C9 和 SU 组成的电路能够执行低压电源的功能，该电源在启动期间由流经 IC 引脚 13 的电流提供。

在大约等于 1,8 秒的时间间隔内（加热时间 t_预），其持续时间由C16和R8的值决定，系统处于加热模式。同时，受控电流*通过灯的灯丝，从而实现灯的两个电极的最佳加热。加热的电极向灯中发射（发射）大量电子，在这种状态下，点燃它需要低得多的电压，这最大限度地减少了点燃时电路元件和灯上的冲击电负载。电极的加热对于确保灯的长寿命（约 20 万小时）非常重要。

发电开始后，一个小的交流电流开始从半桥的中点流过灯丝 L1 和 C7。振荡频率逐渐降低，导致电流幅度相应增加。频率降低率由电容器C14的电容值和IC内部电流源决定。一旦电阻器 R5 和 R6（加热电流传感器）上的交流电压达到一定值，频率就会停止下降。

在整个加热阶段，半桥逆变器的频率始终保持在L1C7电路的谐振频率（55,6kHz）以上，正因为如此，C7上的电压仍然很小，不足以点燃灯。

评议会。保持该电压足够低非常重要，因为过早的所谓冷点火会导致灯电极快速磨损。

镇流器线圈L1的电感值由通过灯所需的电流、点火电容器C7的电容和燃烧模式下的工作频率决定。最小电容C7由电感L1、在给定加热电流下不会导致点燃的灯上的电压以及最小电源电压决定。结果，电容 C7 的值（等于 8,2 nF）对于加热来说是最佳的。

预热阶段结束后，UBA2021 继续进一步降低半桥开关频率至最低频率 fb (39 kHz)。不过，现在降频的速度比预热阶段要慢得多。开关频率移至由电感L1、电容器C7和灯电极的总电容组成的串联电路的谐振频率(55,6kHz)，并且隔直电容器C5和C6的电阻相当小。

TL-D 58W 灯在低温下最坏情况下（当灯具和电子镇流器电路都连接到网络的保护接地时）的点火电压最大值约为 600 V。

选择镇流器电感器 L1 和点火电容器 C7 的组合，使灯上的电压可以超过可靠点火所需的 600 V。对于给定的电感 L7，点火电压值决定电容 C1 的最大值。，根据较低频率 fv UBA2021 选择。较低频率fv由值R8、C15设定。点火阶段 t 的最大可能持续时间_IGN 等于 1,7 s（是 t 的 15/16_预）；通过选择C16和R8来设置。

假设灯在降低频率的过程中被点亮；然后频率降低到最小值/v。 UBA2021可以过渡到燃烧阶段 两种方式:

当频率下降到 f_в;
如果频率 f_в 未达到，但过渡发生在点火阶段 t 的最大可能持续时间之后_IGN.

在燃烧阶段，电路中的振荡频率通常降低到f_в (39 kHz)，可用作标称工作频率。然而，由于电子镇流器采用自动控制，振荡频率取决于流过UBA13 IC 引脚2021（RHV 引脚）的电流量。达到f后自动控制开始起作用_в。自动控制很大程度上稳定了灯在大范围电源电压变化下发出的光通量。

在启动阶段，低压电源电容器C9、C10和C13由从高压电容器C4流经R2、灯丝、R7以及UBA13内部连接端子5和2021的电流充电。

在燃烧阶段，会发生重新切换。引脚 5 不再是引脚 13，而是连接到引脚 8。现在，流过电阻器 R2 和 R7 的电流被用作功率逆变器开关频率自动控制系统中的信息参数，因为该电流的强度与整流后的电源电压水平。两倍电源频率（100-120 Hz）的纹波由电容器 C16 滤除。因此，当电源电压在 200 至 260 V 范围内变化时，灯发出的光通量几乎保持恒定。

当频率高于 10 kHz 时，灯可被视为电阻负载。以高于 10 kHz 的频率激发的管状灯的光输出明显优于以 50-60 Hz 的频率供电时的光输出。这意味着具有58W高频电源的TL-D 50W灯在58-58Hz频率下发出与具有50W电源的TL-D 60W灯相同的光通量。连接到镇流器的 TL-D 58W 的稳态工作点的特点是灯电压为 110 V，灯电流为 455 mA，对应于 50 W 的电源。镇流器线圈 L1 的电感值由灯的工作点、点火电容器 C7 的电容和工作频率决定，在 45 V 的标称电源电压下，工作频率约等于 230 kHz。

所需的灯驱动功率可以通过电感 L1 和电容 C7 的各种组合来实现。具体组合的选择取决于加热模式、所需的最低点火电压以及电路元件参数的容差等因素。在大多数情况下，电感为1 mH的扼流线圈L1和容量为7 pF的点火电容器C8200的组合是最佳的。

为了保护电源电路的元件免受严重过载的影响，微电路具有针对电容操作模式的内置保护功能，该功能在点火和燃烧阶段处于活动状态。 UBA2021芯片在逆变器每个周期内检查晶体管VT5导通期间R6和R2两端的压降。

如果该电压小于 20 mV，则意味着电路在电容模式下运行，UBA2021 开始以比预热和点火阶段降低开关频率更高的速率增加开关频率。结果，开关频率将超过谐振频率。当电容模式的迹象消失时，开关频率再次降低到所需的频率。

UBA2021 通过低压供电方式提供灯移除保护。当灯移开时，电容器C6上的交流电压变为零，导致IC的低压电源消失。在不关闭电子镇流器的情况下更换灯后，电路的操作将从启动阶段恢复。最后，在没有灯的情况下启动电子镇流器是不可能的——毕竟在这种情况下，启动电阻R7与高压断开。

电子镇流器配备了 C4 型号 ASH-ELB 043 电解电容器。这些电容器专门设计用于为荧光灯供电的电子电路，其特点是在高达 15000°C 的温度下具有较长的使用寿命（85 小时），并且承受显着的电流纹波。

逆变器中的功率开关是 PHX3N50E 型 MOSFET（E 指数表明器件可靠性更高）。通过使用零电压开关原理，MOSFET 的开关损耗得以最小化。每个晶体管的发热仅由导通状态下的损耗引起，温度升高的程度取决于开路沟道“漏源”R的电阻_DS 导通和外壳热阻 R_tn.

加热和点火阶段的持续时间相当短，因此MOSFET类型的选择取决于灯点亮模式下流经镇流器电感器的电流的大小。 PHX3N50E 的最大漏源电压为 500V，导通电阻小于 3 欧姆。

L1镇流器线圈的设计具有1 mH的电感，可承受高达2,5 A的峰值点火电流，使其可以用于无保护接地的电路中。电子镇流器中的点火器是KR/MMKR7型电容C8200，容量为376pF。这种类型的电容器设计用于具有高转换率和高重复率的电路。安装的电容器能够承受高达 1700 V（600 V RMS 正弦电压）的电压摆幅。 78V 电容器可用聚丙烯 K2-1600 代替。 推荐的电子镇流器元件类型 在表中给出。 3.6. 并在表中3.7给出 UBA2021芯片上电子镇流器的能量特性.

表 3.6。 EPR电子元件推荐类型

UBA2021芯片上的电子镇流器

表 3.7。电子镇流器的能量特性

UBA2021芯片上的电子镇流器

作者：Koryakin-Chernyak S.L.

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