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无线电电子与电气工程百科全书 T8 荧光灯通用热启动电子镇流器。 无线电电子电气工程百科全书
作者提出了一种用于 T8 荧光灯的电子镇流器的设计，该电子镇流器组装在专门的 ICB1FL02G 微电路上。 该设备配备有源功率校正器，提供紧急模式保护，并具有七种不同的选项用于连接不同功率的灯。 电子镇流器 - 电子镇流器，通常称为电子镇流器，用于点燃和维持气体放电灯（在本例中为荧光灯）的工作模式。 电子镇流器相对于传统节流阀和启辉器的优点是显而易见的：启动时灯管无闪烁、功率因数较高、光通量脉动因数显着降低、成本较低等。 如今，几乎每一盏荧光灯，无论是办公室还是家庭，都配备了电子镇流器。 从电路来看，量产的电子镇流器可分为两类。 第一个是具有自动启动功能的半桥转换器，基于两个强大的 13007 系列高压晶体管和无源功率校正器。 这种类型的镇流器是最便宜和最广泛使用的，工作频率为 36...38 kHz。 第二种是更昂贵的电子镇流器，组装在专门的微电路上，具有有源功率校正器和“热”启动功能。 它们的发生器频率通常为 36...48 kHz，其特点是光通量脉动系数非常低 - 2...5%。 作为比较：对于使用传统扼流圈和启辉器打开的灯，光通量的脉动大约等于 40...60%，而使用廉价的电子镇流器则约为 15%。 本文将讨论专用微电路上的电子镇流器版本。 主要技术特点
该镇流器装配在英飞凌开发的荧光灯电子镇流器专用微电路控制器ICB1FL02G上。 该微电路上的镇流器在电路设计上与国际整流器微电路上的镇流器类似，例如IR2168、IR2166，但需要的外部元件较少，并且实践证明更加稳定可靠（这是作者的主观意见） 。 该装置的方案如图1所示。 1. 其主要特点是有七种连接灯的配置（选项）：18x8（一只功率为 18 W 的 T1 型荧光灯）、36x1、58x2、18x2、36x3、18x4、18x2（图 1）。 微电路操作的详细描述在[XNUMX]中给出。 镇流器的工作可分为三个阶段：灯阴极预热、点火和工作模式。 预热就是这样实现的。 接通电源后，芯片的时钟发生器立即开始以约 125 kHz 的频率运行。 10 ms 后，其频率平滑降低至 65 kHz——这是预热频率，由电阻 R22 设置。 该值远高于输出镇流器电路L2C14的谐振频率，因此施加到灯的阴极的电压将不足以点燃它们。 灯开始预热，其持续时间由电阻器 R26 设置，并在 0 到 2 秒的范围内选择（在我们的例子中为 1 秒）。 在此期间频率保持不变。 在预热期间，灯的阴极将被高频电流充分加热，并且灯中的气体将开始部分电离。 结果，随后的点燃将以灯丝“压力”较小的模式发生并且通过晶体管VT2、VT3的电流浪涌较低。 预热功能显着（有时是多次），可以延长荧光灯的使用寿命。
预热时间结束后，芯片时钟发生器的频率将在接下来的 40 ms 内再次开始降低。 当接近 L2C14 电路的谐振频率时，从电容器 C14 极板施加到灯阴极的电压将开始急剧增加，当达到 600...800 V 时，就会发生点火。 如果此时电流传感器 - 电阻器 R27 上的电压达到 0,8 V 的阈值，并且这种情况可能发生，例如，当试图在没有负载的情况下打开镇流器或当其中一盏灯发生故障时，微电路控制器将停止进一步降低转换器的频率并开始再次增加频率，这反过来会导致电容器 C14 上的电压降低。 这样做是为了避免转换器输出端出现过大的电流和电压浪涌。 当电阻器 R0,8 两端的电压降降至 27V 以下时，频率将再次降低。 该过程可以重复多次，直到接收到成功的点火信号。 该信号在输入 LVS2,5（LVS - 灯电压检测，引脚 1）DA13 处出现幅度不超过 1 mA 的正弦电流，在输入 RES 处出现摆幅不超过 3,2 V 的梯形电压（重新启动，引脚 12）DA1。 最长点火时间可达235毫秒。 如果灯无法点亮，微电路将进入紧急模式并停止开关晶体管VT2和VT3。 如果点火成功，DA1将进入工作模式，时钟发生器的频率将降低到由电阻R18设置的工作值。 镇流器运行的所有三个阶段：预热、点火和运行模式如图 3 中的波形图所示。 3（示波器连接到 XS9 连接器的引脚 1、4）。 在图中。 图18显示了每个连接四个XNUMXW灯的工作稳定状态下的电压波形。
在操作模式下，会激活附加保护功能： EOL（寿命终止）- 灯寿命终止、防止在电容模式下操作、防止灯的整流效应。 如果通过灯的电流急剧增加（这可能在其使用寿命结束时发生），电路中的电流将增加到 215 μA：加上电源、R14、R16、R21、R23、R30、灯灯丝，R17，R15，R13，R12，DA1芯片内部电流传感器。 这将触发 EOL 保护并且镇流器将关闭。 如果流过该电路的电流的正负半周幅度不相等，则表示灯工作在整流模式。 换句话说，在一个方向上流经灯的电流比在另一方向流经灯的电流多。 这种效应是由其中一个灯阴极过早磨损引起的。 在这种情况下，镇流器也会进入紧急模式。 如果在镇流器工作期间，灯电路中的触点断开，例如由于灯座故障或其中一根灯丝烧坏，电路的电阻将急剧增加，输出级将切换为电容式操作，进而会引起共振。 在这种情况下，RES 输入端的电压将超过 1,6 V，这将导致保护装置跳闸并关闭镇流器。 此外，DA1 芯片的 LVS1 和 RES 输入用于在镇流器运行的整个过程中控制灯的连接。 如果在镇流器工作时移除其中一盏灯，镇流器将关闭。 有功功率校正器由变压器T1、晶体管VT1、二极管VD2和电容器C5组成。 其目的是使消耗电流的形状尽可能接近电压的形状，以减少电流和电压之间的相移，从而最小化无功功率。 其工作原理在[1]和[2]中有详细描述。 该校正器的一个特殊功能是能够在临界导通模式 (CCM) 和断续导通模式 (DCM) 下运行。 分压器R8-R11C6用于控制电源电压的瞬时值并确定晶体管VT1的闭合时间。 变压器 T1 的次级绕组通过限流电阻 R3 连接到 DA7 的 PFCZCD 输入（引脚 1），需要确定通过变压器初级绕组的电流达到零的时刻。 一旦发生这种情况，就会向晶体管 VT1 的栅极施加打开脉冲。 变压器 T1 的两个绕组必须同相。 微电路在接通电源后的第一时刻由电路R1、R2、R5供电。 未来 - 从输出级通过稳定器 C12C13R28VD5VD6C10。 要将四个灯连接到镇流器，芯片制造商建议使用两个并联的输出镇流器电路，每个电路中串联两个灯[1]。 但接下来的问题就出现了。 即使输出 LC 电路的参数略有不同，成对的灯也可能不会同时点亮，这让人感觉不太舒服。 另一方面，点亮四个串联连接的灯是相当有问题的，因为它们在预热期间没有足够的时间预热，并且点火需要更多的能量。 此外，我们不能忘记连接线的损耗。 解决办法是保留一个输出电路，但增加一个小功率辅助降压变压器T2。 它补偿灯连接处的损耗，改善灯的加热并促进其点燃。 经实验确定，变压器T2的功率应为灯具总功率的8….10%，变压比为20.30。 将 1x18、2x18、1x36 灯连接到镇流器时，必须拆除 T2 变压器和耦合电容器 C11、C16 和 C18，以避免向灯提供过多功率。 文档 [1] 提供了镇流器所有主要元件的计算，输出电路 L2C14 除外。 电感器L2的电感和电容器C14的电容计算如下。 最大灯功率（4x18 或 2x36）P=72 W，选定工作频率 f=41 kHz，点火频率 fIGN=48kHz[1]，使用“热”启动，最佳点火电压UIGN≈700 V。从能量比我们得到 E = P/f = C U2/ 2， 故 C14 = 2P/(fIGNüIGN2) = 2 72/(48 1037002) ≈ 6,1 nF。 从可用的电容器中，选择了容量为 6,8 nF 的电容器。 现在我们确定电感器L2的电感。 频率是 f = 1/(2π√LC), 故 L2 = 1/(4π2C f2) = 1/(4π26,8 412106) = 2,2 mH。 另一方面，镇流器扼流圈的电感必须符合条件 L2 = (U皮特 -Uл) 吨打开/Iл , 你在哪里皮特 - 电源电压; üл - 灯的工作电压（18 W 灯的工作电压约等于 56 V，因此，Uл=4 56=224 V); 吨打开 - f=41 kHz 时的晶体管开启时间，t打开 ≈11,5 µs（根据[1]）； 我л≈0,33 A - 灯工作电流。 从这里 L2 = (290 - 224) 11/330 = 2,2 mH。 我们确定电感L2的最大电流，它将等于谐振时刻电容器C14的电流 IL2 =U雷兹2π f雷兹C = 700 2π 48 1036,8 10-9 = 1,4 A。 我们选择适合整体功率的磁路，例如EV25/13/13。 让我们估计所需的间隙 g： g = (4 10-4π L I最大2)/(S B2), 式中S为磁路截面积，m（对于EV25/13/13 S=75 mm2）； B——最大感应强度，T； L——电感，H； 我最大 - 最大电流，A。 让我们采用归纳 B = 0,22 T。 得到 g = (4 10-4π 2,2 10-31,42)/(75 10-60,222) = 1,5 毫米。 计算电感L2的匝数N： L=N2·一个L, 故 N = √(L/AL) ; 一个L =（AL0λ)/(μeG） 其中一个L ——每匝电感（有间隙的磁芯），H； AL0 - 每匝电感（无间隙磁路，参考书上的信息），H； λ为磁路平均功率线长度，mm； μe - 磁路材料的初始磁导率（信息来自参考书）。 适用于磁芯 EV25/13/13，材料 N87 - AL0=2400nH，λ=59mm，μe= 1520. 因此 AL = (2400 10-959 10-3)/(152 1,5 10-3) = 6,7 10-8 格恩, N = √(2,2 10-3/6,7 10-8) = 181 圈。 让我们检查一下最大感应 B = (我最大μ0·N)/g，其中μ0 = 4π 10-7 GN/米； B = (1,4 4π 10-7181)/(1,5 10-3) = 0,212 吨 扼流圈缠绕有 4x0,2 mm 导线（四根直径为 0,2 mm 的导线）。 如果可能，建议将绕组分成几段。 该设备组装在一面由玻璃纤维层压而成的印刷电路板上。 印刷电路板图如图所示。 5. 所有表面安装元件均位于印制导线一侧，所有输出元件均位于相反侧。 元件排列如图所示。 6. 组装后的装置照片如图所示。 7和图。 8. 电容器 C14 - 金属膜，电压为 1600 V，电容器 C11-C13 - 金属膜或圆盘陶瓷，电压为 1000 V，电容器 C16、C18 - 100 V。 二极管 VD2、VD4 - 高速二极管允许的反向电压至少为 600 V。晶体管 FQD5N50 (VT1-VT3) 可用 SPP03N60C3 或类似产品替换。 变压器T1绕在E25/13/7磁芯上，材质N27，无磁隙1,6毫米。 初级绕组包含 184 匝 4x0,2 mm 的导线，次级绕组包含 14 匝直径为 0,3 mm 的导线。 变压器T2无间隙缠绕在磁芯E16/8/5、材料N27上。 绕组 1-2 包含 208 匝，绕组 11 - 14、6 - 7、10 -13 - 24 匝各包含，绕组 4 - 5、8 - 9 - 12 匝各包含。 所有绕组的线径均为0,18mm。 频率设定电阻R18、R22、R26的选择误差为0,5-1%为宜。 正确组装的设备通常会立即开始工作，不需要任何设置。
文学
作者：V.拉扎列夫
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