Электронный балласт для люминисцентной лампы
Андрей Гальченко. Бердянск Запорожской обл.
Моему коллеге подарили старую настольную лампу , которую он решил пристроить в гараже. Но условия в гараже, как температурные, так и электрические, всегда оставляют желать лучшего, и ч обратился ко мне с просьбой посмотреть, что можно было бы сделать с лампой для ее стабильной работы. По его словам, она хотела -- включалась, хотела - нет, хотела - мигала при каждом броске напряжения в сети. Тут же мне под руку подвернулась моя старая лампа точно такой же конструкции и с такими же точно болезнями, но только черного цвета. Процесс становился веселее ©
Вскрытие показало, что внутри из электроники был только дроссель И каково же было мое удивление, когда зная, что светильники рассчитаны на одинаковые лампы - номиналы дросселей отличались почти на 30%. В одном светильнике 2,5 Гн, во втором - 32 Гн. Очередной камень в пользу китайской электронной промышленности. Долго я не сомневался - выбор сразу пал на оалласты на базе микросхемы IR2520D от IRK Тем более, что этот вопрос я изучил вдоль и поперек некоторое время назад, когда решал несколько более сложный вопрос - проектирование ба. 1ласта для светильника на базе ламп Т8 4x18W Но это тема отдельной статьи...
Схема
Микросхема IR2520D - это контроллер полумостовой схемы на полевых транзисторах с защитой по току, регулируемым временем предварительного прогрева нитей лампы. Работает все примерно так (рис. 1): при старте конденсаторы С2, СЗ заояжаются через высокоомиый резистор R1 и полумост запускается с частотой примерно 90 кГц, которая начинает падать вниp. В точке резонанса, которая задается номиналом конденсатора С9, дросселя L2 и характеристиками лампы, происходит поджиг лампы. Эта точка находится примерно в районе частоты 40 50 кГц. Дал^е частота снижается до рабочей 30 кГц и продолжается нормальная работа балласта - здесь уже конденсатор С9 не участвует, а номинал дросселя задает необходимое напряжение на лампе.
Суть подогрева нитей накала заключается в том. что дроссель 4,5 мГ "сопротивляется" переменному току в 90 кГц существенно больше, чем току в 30 кГц в конце процесса запуска, а потому ток через нити нарастает плавно. Скорость изменения частоты (sweep), а по сути - время разогрева нитей, задается номиналом конденсатора С7. Рабочую (нижнюю) частоту задает резистор R4. Токовая защита организована весьма оригинально. В качестве токового датчика используется сопротивление какала нижнего по схеме транзистора. Этот момент стоит учитывать при выборе транзисторов при проектировании балласта. То есть более мощным транзистором для маломощной лампы можно и навредить в случае возникновения форс-мажора. И, соответственно, наоборот - мощная нагрузка и казалось бы "вытягивающий" и по току, и по температуре транзистор может "валить" схему в защиту из-за большого сопротивления канала. Вот в основном и все о принципе работы. Поо^ие подробности - в документации на микросхему [1]
Разводка печатной платы приведена на рис. 2, внешний вид - на фото 1 и фото 2.
Подытожу.
Что мы имеем в плюсах
1. Толерантная работа с лампой - подогрев и всё такое. Есть надежда, что срок работы лампы будет приближен к максимальному, чего о китайском дросселе не скажешь.
2. Частота преобразования 30 кГц очень комфортна для глаз. А здоровье - это не пустой звук.
3. Если верить заявлениям производителя - светоотдача увеличивается на 20%, а энергопотребление на столько же уменьшается. Уж не знаю насчет второго, а светит лампа с таким балластом точно лучше (из личного опыта).
4. Зажигается такой балласт практически мгновенно и стабильно работает как при заниженном, так и при завышенном напряжении.
5 Сложности схемотexники сравнима с балластом на 2-х транзисторах, а значит, доступна для повторения и начинающему радиолюбителю.
Из минусов:
1. Необходимость самостоятельной намотки дросселя. Не знаю, кого как - меня это никогда не останавливало.
2. Не самый дешевый вариант, но на здоровье экономить - сами понимаете .
Теперь, пожалуй, от теории перейдем к практике. Для серии микросхем работы с лампами IRF свободно распространяет у себя на сайте программу Ballas; Designer [2] И у того кто скачает и попробует в ней что-то посчитать, сразу ко мне возникнут вопросы. Да, я не зря не поленился и нарисовал схему с нуля, а не скопировал скриншот из программы, как это подается в большинстве конструкций с использованием IR2520. Именно ради освещения этих подводных камней и не сказанного "прямо" в документации и писалась эта статья,
Итак, по порядку.
1. Резистор R1. Программа BDA по умолчанию считает его 1,5 МОм для напряжения питания 220 В. Но у иностранцев ведь как: 220 В ±10% и 195 В - это уже форс-мажор, при котором пора прекращать работать. С номиналом 1 МОм все устойчиво запускается и работает вплоть до 160... 170 В.
2. Конденсаторы С2, СЗ. Их не просто так два. В документации предлагается ставить один керамический на 1 мкФ. Не знаю, у кого как - у меня стабильно заработало только при 2,2 мкФ керамике. В более поздних версиях балластов я стал добавлять еще 1 мкФ пленочный. Этот момент отображается на стабильности запуска и помехозащищенности устройства
3. Самое главное. Стабилитрон VD3 По документации 15-вольтовый стаоилитрон живет внутри микросхемы. Его в оригинальной схеме снаружи нет во обще. А напрасно Я долю ломал себе голову почему у меня раз в месяц вылетает микросхема в одном из 30-ти светильников на работе. После установки этого стабилитрона во все светильники я за год не поменял НИ ОДНОЙ IR2520
4. К конденсатору С7 особых требований нет, а вот С4 обязательно должен быть пленочный. С4 участвует в открытии VT1, и потому 'неправильный" конденсатор может привести к неполному открытию тоанзи стора со всеми вытекающими.
5. С5 мог бы быть и пленочный, но тут меня "задавила жаба". Здесь токи небольшие, а потому можно поставить и керамику. Дабы скомпенсировать уплы-вание емкости при температуре - оригинальное значения в 680 пФ я увеличил до 1000 пФ
6. С8 - пленочный, причем рассчитанный на большие токи. Если у вас есть два гаких конденсатора, имеет смысл выбрать больший по габаритам - не прогадаете.
7. С9 - ТОПЬКО ПЛЕНКА. Минимум 1600 В. Очень критичный для работы балласта конденсатор.
8. Транзисторы. IRF720, IRF730, IRF740. Очень хорошие результаты я получил от STP11NK40Z. Субъективно понравились даже больше, чем IRF740 Нормально paботает без дополнительного охлаждения где-то до 20...25 Вт. Дальше уже лучше ставить на радиаторы. »
9 Дроссель. Вот тут совсем все неоднозначно. Я для себя решил так - номинал дросселя считаем в Ballast Designer, а вот его намоточные данные лучше в какой-нибудь другой программе. Потому как все мои попытки намотать то, что насчитала родная программа, ни к чему хорошему так и не привели.
Кстати, о дросселе. Дроссель L2 для данной конструкции имеет номинал 4,5 мГ. Я мотал 190 витков на феррите марки N87 (можно CF138, CF139 РЗ, Р4) типоразмера EFD25 (можно ЕЕ25) проводом 0 18 мм (можно 0,15...0,35 мм). Воздушный зазор составил 0,74 мм (кусочек медного провода 0,37 мм между половинками).
Вот, пожалуй, и все подводные камни. Данные рекомендации в принципе справедливы для любой схемы на IR2520. При изменении лампы, как правило, меняются только номиналы дросселя и тип транзисторов. Все остальное в большинстве случае можно оставить без изменений.
Лампа
В моем светильнике оказалась такая китайская лампа (см. фото 3), без имени и фамилии. Мой товарищ купил под этот проект фирменный Philips PL-S 11W. В Ballast Designer эта лампа называется TC-EL. В общем, называйте как хотите, но сути дела это не меняет. Перед использованием с данной схемой лампу придется доработать. Если вы внимательно читали начало статьи, то должны были обратить внимание на фразу "внутри светильника только дроссель". Правильно, стартер живет внутри самой лампы. Аккуратно разбираем лампу (см. фото 4).
Внутри мы видим более характерные для лампы дневного света четыре проводника, к двум из которых припаян стартер (неонка). Его то мы и удалим аккуратно, а на его место поставим тот самый С9 (см. фото 5). На схеме (рис. 1) всю зту конструкцию не зря отдельно обозначил серым цветом и отметил, что она имеет ДВА вывода.
Далее все это аккуратно собираем назад и получаем лампу, пригодную для нашей конструкции. Теперь
можно приступить к монтированию самого балласта. Я подразумеваю, что вы уже провели подготовительную часть работы и изъяли дроссель из нижней части светильника и соединили провод питания так, что в верхнюю часть приходит 220 В напрямую из розетки (см. фото 6).
По высоте конструкция балласта не превышает 18 мм, потому проблем с размещением не возникло. Габаритно плата размещается в нижней крышке верхней части светильника (см. фото 7).
И, как вы видите, по краям высоких деталей нет - зто особенности конструкции самого светильника.
Подключение предельно простое - два провода на лампу, два - на питание, в разрыве питания - выключатель (см. фото 8).
Закручиваем, ставим лампу, проверяем. Готово! От "фирменного" китайского не отличишь - разве что легче стал на вес дросселя (см. фото 9).
Пожалуй, на этом все. Такая вот "конструкция выходного дня".
Рисунок печатной платы в формате Spirit Layout 6 (файл Iamp11.zip) вы можете загрузить с сайта нашего журнала:
http://www.radioliga.com (раздел "Программы"), а также с сайта автора [3]: http://radio.aliot.com.ua/
Ресурсы
1. Документация на микросхему IR2520D - http://www.aliot.com.ua/pdf/ir2520.pdf
2. Программа Ballast Designer - http://www.irf.com/indexsw.htmi
3. Электронный балласт для люминисцентной лампы на базе IR2520D - http://radio.aдiot.com.ua/?p=636
РЛ 9'2011