Электронные драйверы для люминесцентных ламп: как осуществляется преобразование постоянного тока в переменный?


17

Почти все (несколько неточно названные) электронные балласты для люминесцентных ламп работают от постоянного напряжения и должны преобразовывать его в переменный ток для работы лампы.

Источник постоянного тока может поступать от выпрямленной сети переменного тока (как видно из стандартных компактных люминесцентных ламп) или от низковольтной шины или батареи (как видно из внутреннего освещения автомобилей кемпинга, подсветки экрана ноутбука или аварийных ламп).

Как строятся схемы, которые обеспечивают преобразование постоянного тока в переменное?

Ответы:


7

В книге « Практическая экологическая электрическая электроника для дома», опубликованной Elektor, есть глава, посвященная инверторам CFL, с некоторыми принципиальными схемами инверторов с обратной инженерией и инженерным объяснением их работы. См. Практическая Эко-Электрическая Домашняя Силовая Электроника, изданная Elektor.

Флуоресцентная лампа имеет разные модели контуров, когда она освещена и не освещена, и они соответствуют двум различным резонансным режимам, которые должен учитывать инвертор в своей конструкции. После разрыва нескольких КЛЛ я обнаружил, что конструкция хорошо стандартизирована, как указано в предыдущем ответе для освещения от батарей, и в качестве полумоста (которому иногда предшествует удвоитель напряжения) для КЛЛ с линейным управлением.

Все эти инверторы являются резонансными, и когда колба не горит, зависит от ее емкости для установки резонансной частоты. После того, как лампа загорелась, она имеет низкое значение сопротивления, и конденсатор, включенный последовательно с лампой, определяет последовательную резонансную частоту.


16

Подавляющее большинство используемых схем представляют собой резонансные преобразователи (также известные как преобразователи Ройера; см. Брайт, Питтман и Ройер, «Транзисторы как переключатели включения-выключения в цепях с насыщаемым сердечником», Electrical Manufacturing, декабрь 1954 г.). Импульсный ток, проходящий через трансформатор, подается обратно на соединения базы управляющих транзисторов через вспомогательные обмотки на том же трансформаторе.

Этот ответ на вопрос о специальных трансформаторах, используемых в этих резонансных преобразователях, дает множество ссылок на хорошие источники для дальнейшего чтения. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) используют очень простой, но элегантный тип этих схем, где характеристики насыщения сердечника определяют выходную мощность лампы, в то время как большинство схем подсветки ЖК-дисплея компьютерных мониторов или ноутбуков используют эту схему с помощью электронных средств. предварительное регулирование, разработанное Джимом Уильямсом (1948-2011) и задокументированное как патенты США № 5408162 и 6 127 785 и примечания по применению Linear Technology AN49 , AN55 и AN65 . Эта концепция получила дальнейшее развитие с использованием пьезоэлектрических преобразователей, ср. AN81 .

Существуют также схемы, использующие генератор, работающий на фиксированной частоте, и трансформатор для повышения напряжения в соответствии с требованиями лампы. Часто 555 (таймер IC) используется в качестве элементарного низкочастотного генератора, обеспечивая импульсную последовательность для транзисторов, которые переключают первичную обмотку трансформатора, давая вам выход переменного тока от его вторичной обмотки. Пример такого рода схемы понравился здесь .

Примечание: я позаимствовал эту информацию из ответа Мадмангурумана на закрытый вопрос о ремонте не потому, что я хочу украсть его известность / репутацию, а потому, что я считаю, что информация ценна и должна быть сохранена в закрытом вопросе.

Кроме того, существуют схемы, которые находятся между концепциями резонансного генератора и генератора с фиксированной частотой. Глядя на плату имеющейся в продаже аварийной лампы, ... Изображение табло аварийного фонаря

... Я пытался извлечь эту схему. Обратите внимание, что оно не является полным и охватывает только компоненты между ИС генератора (таймер 555) и трансформатором: Извлеченная схема инвертора для люминесцентной лампы

Выходной каскад выглядел бы проще, если бы использовалась комплементарная пара транзисторов (npn и pnp) или если одно прямоугольное управляющее напряжение пойдет на один силовой транзистор npn и, инвертированный другим небольшим транзистором, на второй силовой транзистор npn, но кажется, что дизайнеры решили придерживаться только одного типа транзистора или не использовать дополнительный фазоинверторный транзистор - за счет использования дополнительной обмотки на трансформаторе. Вот что делает схема:

Выход с открытым коллектором микросхемы управляет транзистором Q6 через резистор 2k4. Я предполагаю, что напряжение на коллекторе Q6 спроектировано достаточно прямоугольным, то есть переходы от высокого к низкому и обратно к высокому не должны быть медленными. Пока транзистор внутри IC все еще выключен, Q6 выключен, потому что его основание вытянуто высоко. Как только транзистор в микросхеме включается, Q6 также включается и подает базовый ток в Q8. Это вызывает две вещи: ток течет через 1-ю обмотку трансформатора (S1 становится низким по отношению к F1) и Q7 остается в выключенном состоянии, потому что так же, как S1 ниже, чем F1, S3 ниже, чем F3. Следовательно, в то же самое время, когда база Q8 становится высокой, база Q7 становится низкой.

Если после всего этого выход IC снова станет высоким, Q6 отключится, и ток коллектора через Q8 тоже отключится. Однако энергия, запасенная в трансформаторе, хочет куда-то уйти, и это заставит все (!) Обмотки изменить свою полярность: S1 начинает высокий с F1, S3 также начинает с высокого F3, Q7 включается, потому что его S3-F3 поднимает основание, F2 опустится ниже S2, и, конечно, выходная обмотка (S4-F4) также изменит свое напряжение, создавая тем самым выход переменного тока для лампы.

Похоже, что это состояние поддерживается энергией, запасенной в трансформаторе и в индуктивности выше и в конденсаторах под первичными обмотками.

Оттуда процесс начинается снова, так как soos IC запускает следующий цикл выходного сигнала переменного тока; Похоже, что частота на выходе ИС должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать тому, для чего предназначены трансформатор и компоненты вокруг него.

Похоже, что схема работает где-то между чисто импульсным режимом, где IC таймера будет единственной частью, которая говорит, когда силовые транзисторы Q7 и Q8 включены или выключены, и чисто резонансным режимом, где трансформатор и конденсаторы вокруг него имеют право управлять Q7 и Q8, потому что тогда нам понадобится еще одна обмотка, управляющая базой Q8. Насколько я понимаю, 555 запускает каждый цикл, и резонансные компоненты (L, C, трансформатор) определяют, когда цикл останавливается, если IC все равно не быстрее. Используя LT Spice, я обнаружил, что эта схема может работать на частоте, возможно, 500 Гц ... 3 кГц.

Примечание. Несмотря на то, что SE странны в смысле традиционных сайтов вопросов и ответов , SE рекомендует создавать и отвечать на ваши собственные вопросы, чтобы получить полезную информацию на сайте, в смысле вики.


По крайней мере одна из ссылок не работает, cds.linear.com/docs/en/application-note/an65f.pdf
Питер Мортенсен,
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.