Замечательная IR2520

Автор: Андрей
Опубликовано 01.11.2012
Создано при помощи КотоРед.

Вниманию читателей предоставляется краткий обзор возможностей,  схема включения (рассчитана с помощью фирменной программы Ballast Designer V4 и слегка модифицирована), а так же разведенная автором плата. Но сначала небольшое введение.

При неизбежном повышении цен на электроэнергию естественным желанием ее потребителя является стремление повысить эффективность ее использования. Одним из направлений, которым может заняться практически любой радиолюбитель, является конструирование всевозможных преобразователей напряжения.

"Почему бы не совместить приятное с полезным" - подумал автор статьи и решил модифицировать имеющийся у него светильник с лампой дневного света. Почему именно дневного света, а не добавить например "диммер" к обычной лампе накаливания или замахнуться на светодиодную технику? А вот почему. Рассмотрим достоинства и недостатки нескольких возможных источников света:

-/-/- -  в том числе вышеперечисленное.

Из представленной таблицы делается вывод, что оптимальным является замена «китайского» или индуктивного балласта на более адекватный. Здесь требуется пояснить, что у автора имеется светильник с лампой T8 30W, которая оказалась крайне недолговечной с заводским балластом (около 1 месяца при цене ее выше более чем в 3 раза в сравнении с отечественной ЛД40), похожая ситуация и с T8 40W.

При разработке более-менее пригодного балласта требуется заложить в него функции:

-предварительного разогрева катодов,

-кратковременной подачи высокого напряжения

-диагностики поджига и нормальной работы

-защиты силовых транзисторов.

Этим требованиям удовлетворяет микросхема IR2520. По мнению автора статьи было бы не рационально изобретать велосипед на дискретных элементах в то время когда все уже придумано и упаковано в маленький корпус SOIC8. Подробное описание ее можно найти на соответствующем сайте[1]. На рис.1 приведена схема полученная в Ballast Designer.

                                              Рис. 1

Что касаемо использования активного ККМ, то при нагрузках до 50Вт, тем более в России его наличие не обязательно[2]. Автор конечно макетировал рекомендуемый ККМ на L6562 в связке с описываемым балластом, но не получил стабильного результата как ни пытался (на представленной плате было отведено под него место, которое можно заполнить своим корректором или сократить, уменьшив длину платы или растянуть под свои детали). Также была попытка использовать IR1155, но эта микросхема не предназначена для использования на мощностях менее 75 Вт, естественно неудачная. По этому решено обойтись пассивным ККМ-фильтром.

Если взглянуть на схему, то бросается в глаза отсутствие затворных резисторов. Из опыта использования IR2520 следует потребность в них, при управлении транзисторами IRF830 необходимо сопротивление от 20 до 29 Ом (транзисторов без теплоотводов вполне хватает для питания 1-ой лампы на 40 Вт и менее), при IRF840 около 24-27 Ом (транзисторов с не большим теплоотводом хватает для питания 2-ух ламп на 40 Вт). Здесь, при выборе ключей, значение имеют величины их емкости затвор-исток и затвор-сток. Применять ускорительные диоды нельзя, также не советую использовать транзисторы с межэлектродными емкостями более чем у  IRF840[1].

Микросхема допускает работу на 2 лампы, но резонансные цепочки должны быть как можно более близкие иначе после розжига контроллеру не удастся подобрать оптимальный режим работы и транзисторы закроются до принудительного перезапуска. Не стоит также подключать более 2-х ламп иначе при пуске с поврежденной лампой транзисторы могут перегреться.

Особенность микросхемы в функции контроля напряжения и тока на нижнем ключе[3]. А именно: при работе микросхема подбирает моменты включения транзисторов для минимизации потерь. Если ей не удается подобрать оптимальный режим работы, то выходные ключи закрываются до принудительного перезапуска (более точное описание работы представлено в даташите).

Через некоторое время после подачи питающего напряжения на затворе нижнего ключа формируется положительный импульс, открывающий его. Конденсатор CBV заряжается через встроенный Bootstap транзистор. Через время, косвенно задаваемое величиной RFmin, на затворе верхнего транзистора появляется открывающий импульс - транзистор открывается, заряжая конденсаторы CSNUB, CRES, CDC. Конденсатор CSNUB заряжается через диод DCP2 и конденсатор CVCC, подпитывая его. Микросхема готова к работе. Встроенный генератор тока медленно заряжает CVCO, напряжение на нем  нарастает - частота ГУНа понижается, катоды лампы нагреваются, напряжение на ней (при приближении к частоте резонанса LC цепочки) увеличивается – лампа зажигается.  Микросхема способна определить зажглась лампа или нет. В случае ее не зажигания (катоды целы, а герметизация колбы нарушена) при пуске, или дребезге контактов (обрыве катода) при работе, формируется сигнал ошибки и подача открывающих импульсов на затворы транзисторов прекращается. В микросхеме не реализован авторестарт (кроме авторестарта при замене лампы, с помощью своеобразного подключения RSUPPLY), поэтому при погасании лампы нужно выключить светильник на время разряда конденсатора CVCC  и CBUS(около 3 сек.). Не пугайтесь: у автора за время эксплуатации 4-ех балластов от 3 до 0,5 лет не было ни одного спонтанного погасания ламп. Причиной самопроизвольного погасания после розжига может быть  конденсатор CVCO – старайтесь использовать высококачественный (с минимальной утечкой), высокостабильный (с низким ТКЕ, и минимальной зависимостью емкости от приложенного напряжения). У автора используется керамический ЧИП на диэлектрике X7R емкостью 0,47 мкФ (длительность запуска с ним возрастает до секунды, это продлевает срок службы лампы и обеспечивает эффектное плавное нарастание яркости) снятый с материнской платы, Y5V –не подходит.

Другим важным элементом является конденсатор CRES. Признак его некачественности не плавный запуск. В норме должно появиться слабое свечение у электродов, которое быстро  и плавно распространяется по всей длине лампы. В реальности свечения может не быть (не страшно, зависит от конкретной лампы) или лампа может при разгорании моргнуть 1-2 раза на очень короткое время (это необходимо устранить заменой рассматриваемого конденсатора на более качественный). Хорошие результаты показывают пленочные высоковольтные конденсаторы как отечественные так и импортные. Ни в коем случае не стоит использовать керамику из-за ее нелинейности.

Следующий элемент – CVCC определяет время простоя до начала предварительного разогрева, т.е. при больших его значениях придется долго ждать пока появится хоть какой либо свет. Не стоит уменьшать его менее 1 мкФ, но и увеличивать тоже. Его емкость должна быть не менее 2*емкостей  CVCO, иначе наблюдалась нестабильность. Ток утечки должен быть как можно меньше; с электролитическим тоже запускается, но в один прекрасный момент может перестать. Практически любая керамика годится.

Вот и все особенности. Может показаться, что микросхема очень брезгливая, в реальности эти требования относятся ко всем подобным элементам. Автору доводилось разбирать балласты фирмы SIEMENS (устаревшие на данный момент), OSRAM (на интегральной микросхеме с затертым названием) и еще нескольких с китайскими иероглифами – с ходу и не вспомнишь. В них использованы как раз наиболее подходящие элементы в наиболее подходящих местах, указанных выше. Таким образом соблюдая упомянутые не хитрые требования на выходе имеем готовый современный, надежный и не прихотливый «хранитель лампы».

Отечественная лампа ЛД-40 с таким балластом служит 3 года без признаков испарения катодов (вокруг них отсутствует какое-либо потемнение), хотя люминофор заметно стал светить тусклее. В другом светильнике на T8 30W тоже был заменен балласт, прошло 0,5 года заметного старения не наблюдается.

Фотографии вариантов плат и готовых устройств (пришлось на скорую руку спиливать верхнюю часть корпуса под громоздкие элементы) соответственно на рис.2 и рис.3
     

                                                         

На рис. 4 слегка измененная автором схема устройства



Перечень элементов с пояснениями

В файле исходная печатная плата. Соблюдайте технику безопасности.

P.S. Счастливым обладателям автогенераторных балластов на биполярных транзисторах (выше именуемых «китайскими») рекомендую при замене устанавливать только отечественные лампы ЛД/ЛБ… с диаметром колбы 32 мм и более - у них катоды из более толстой проволоки, что в разы увеличивает срок службы.

Литература

1 – https://www.irf.com/search/product_line.html             

2 – https://www.tensy.ru/article07.html

3 – Силовая электроника №16 от 2007

4 - https://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/DesignSupport/Tools/Ferrites/Page,locale=en.html

Файлы:
Плата

Все вопросы в Форум.