Circuito de balasto electrónico de 40 vatios

Circuito de balasto electrónico de 40 vatios

El balasto electrónico propuesto de 40 vatios está diseñado para iluminar cualquier tubo fluorescente de 40 vatios, con alta eficiencia y brillo óptimo.

El diseño de la PCB del balasto fluorescente electrónico propuesto también se proporciona junto con los detalles del devanado torroide y del amortiguador.

Introducción

Incluso la tecnología LED más prometedora y de la que más se habla es quizás incapaz de producir luces iguales a las luces de balastos fluorescentes electrónicos modernos. Aquí se analiza el circuito de uno de estos tubos de luz electrónicos, con una eficiencia mejor que las luces LED.



Hace apenas una década, los balastos electrónicos eran relativamente nuevos y, debido a fallas frecuentes y altos costos, generalmente no todos preferían. Pero con el paso del tiempo, el dispositivo pasó por algunas mejoras importantes y los resultados fueron alentadores a medida que comenzaron a ser más confiables y duraderos. Los balastos electrónicos modernos son más eficientes y a prueba de fallas.

Diferencia entre balasto eléctrico y balasto electrónico

Entonces, ¿cuál es la ventaja exacta de usar balasto fluorescente electrónico en comparación con el antiguo balasto eléctrico? Para comprender correctamente las diferencias, es importante saber cómo funcionan los balastos eléctricos ordinarios.

El balasto eléctrico no es más que un simple inductor de voltaje de red de alta corriente hecho por enrollar un número de vueltas de alambre de cobre sobre un núcleo de hierro laminado.

Básicamente, como todos sabemos, un tubo fluorescente requiere un alto empuje de corriente inicial para encenderse y hacer que el flujo de electrones se conecte entre sus filamentos finales. Una vez que esta conducción está conectada, el consumo de corriente para sostener esta conducción y la iluminación se vuelve mínima. Los balastos eléctricos se utilizan solo para 'patear' esta corriente inicial y luego controlar el suministro de la corriente ofreciendo una mayor impedancia una vez que se completa el encendido.

Uso de un motor de arranque en balastos eléctricos

Un motor de arranque asegura que las 'patadas' iniciales se apliquen a través de contactos intermitentes, durante los cuales la energía almacenada del devanado de cobre se utiliza para producir las altas corrientes requeridas.

El motor de arranque deja de funcionar una vez que se enciende el tubo y ahora, dado que el balasto se enruta a través del tubo, comienza a recibir un flujo continuo de CA a través de él y, debido a sus atributos naturales, ofrece alta impedancia, controlando la corriente y ayudando a mantener un brillo óptimo.

Sin embargo, debido a la variación en los voltajes y la falta de un cálculo ideal, los balastros eléctricos pueden volverse bastante ineficientes, disipando y desperdiciando mucha energía a través del calor. Si realmente mide, encontrará que un dispositivo de choque eléctrico de 40 vatios puede consumir hasta 70 vatios de potencia, casi el doble de la cantidad requerida. Además, no se pueden apreciar los parpadeos iniciales involucrados.

Los balastos electrónicos son más eficientes

Los balastos electrónicos, por otro lado, son todo lo contrario en cuanto a eficiencia se refiere. El que construí consumió solo 0.13 amperios de corriente a 230 voltios y produjo una intensidad de luz que parecía mucho más brillante de lo normal. Han estado usando este circuito desde los últimos 3 años sin ningún problema (aunque tuve que reemplazar el tubo una vez ya que se ennegreció en los extremos y comenzó a producir menos luz).

La lectura actual en sí misma demuestra cuán eficiente es el circuito, el consumo de energía es de alrededor de 30 vatios y una luz de salida equivalente a 50 vatios.

Cómo funciona el circuito de balasto electrónico

Su principio de funcionamiento del balasto fluorescente electrónico propuesto es bastante sencillo. La señal de CA se rectifica y filtra primero usando una configuración de puente / condensador. El siguiente comprende una etapa de oscilador de acoplamiento cruzado simple de dos transistores. La CC rectificada se aplica a esta etapa que inmediatamente comienza a oscilar a la alta frecuencia requerida. Las oscilaciones son típicamente ondas cuadradas que se amortiguan adecuadamente a través de un inductor antes de que finalmente se use para encender e iluminar el tubo conectado. El diagrama muestra una versión de 110 V que se puede modificar fácilmente a un modelo de 230 voltios mediante simples modificaciones.

Las siguientes ilustraciones explican claramente cómo construir un circuito de balasto electrónico fluorescente electrónico de 40 vatios casero en casa utilizando piezas ordinarias.

Colocación de componentes de diseño de PCB de balasto electrónico de 40 vatios

Disposición de los componentes de PCB

ADVERTENCIA: POR FAVOR INCLUYA UN MOV Y UN TERMISTRO EN LA ENTRADA DE SUMINISTRO, DE LO CONTRARIO EL CIRCUITO SERÁ IMPREDECIBLE Y PODRÍA FALLAR EN CUALQUIER MOMENTO.

ADEMÁS, MONTE LOS TRANSISTORES SOBRE DISIPADORES DE CALOR SEPARADOS DE 4 * 1 PULGADA, PARA UNA MEJOR EFICIENCIA Y UNA VIDA MÁS LARGA.

Diseño de PCB de balasto electrónico de 40 vatios con pistas

Diseño de pista de PCB

Inductor Torroid

Detalles del cableado torroid del balasto electrónico T13 de 40 vatios

Inductor de estrangulamiento

Reactancia de balasto electrónico de 40 vatios

Lista de partes

  • R1, R2, R5 = 330K MFR 1%
  • R3, R4, R6, R7 = 47 ohmios, CFR 5%
  • R8 = 2,2 ohmios, 2 vatios
  • C1, C2 = 0.0047 / 400V PPC para 220V, 0.047uF / 400V para entrada de 110V AC
  • C3, C4 = 0,033 / 400 V PPC
  • C5 = 4.7uF / 400V electrolítico
  • D1 = Diac DB3
  • D2 …… D7 = 1N4007
  • D10, D13 = B159
  • D8, D9, D11, D12 = 1N4148
  • T1,T2=13005 Motorola
  • Se requiere disipador de calor para T1 y T2.

Circuito de balasto electrónico para tubos fluorescentes gemelos de 40 vatios

El siguiente concepto a continuación explica cómo construir un circuito de balasto electrónico simple pero extremadamente confiable para conducir u operar dos tubos fluorescentes de 40 vatios, con una corrección de potencia activa.

Cortesía: https://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-995a.pdf

Principales características eléctricas del IC

Los IC de control de rectificador internacional son circuitos integrados de potencia monolítica adecuados para operar MOSFET de lado bajo y lado alto o lGBT a través del nivel lógico, referenciados a los cables de entrada de tierra.

Presentan una funcionalidad de voltaje equilibrado de hasta 600 VCC y, a diferencia de los transformadores de excitación ordinarios, pueden brindar formas de onda súper limpias con prácticamente cualquier ciclo de trabajo del 0 al 99%.

La secuencia IR215X es en realidad un accesorio disponible recientemente para la familia Control IC y, además de las características mencionadas anteriormente, el producto emplea un extremo superior comparable en rendimiento al IC temporizador LM 555.

Estos tipos de chips de controlador le brindan al desarrollador capacidades de vacilación auto oscilatoria o coordinada simplemente con la ayuda de componentes alternativos de RT y CT. Consulte la figura a continuación.

Circuito de balasto electrónico para tubos fluorescentes individuales de 40 vatios

Lista de partes

  • Ct / Rt = igual que se indica en los siguientes diagramas
  • diodos inferiores = BA159
  • Mosfets: como se recomienda en los siguientes diagramas
  • C1 = PPC de 1 uF / 400 V
  • C2 = 0.01uF / 630V PPC
  • L1 = Como se recomienda en el diagrama a continuación, puede necesitar algo de experimentación

Asimismo, tienen circuitos integrados que ofrecen un tiempo muerto moderado de 1,2 microsegundos entre las salidas y la conmutación de componentes del lado alto y del lado bajo para impulsar dispositivos de potencia de medio puente.

Cálculo de la frecuencia del oscilador

Siempre que se incluya en la forma auto oscilatoria, la frecuencia de oscilación se calcula simplemente por:

f = 1 / 1.4 x (Rt + 75ohm) x Ct

Los tres dispositivos auto-oscilantes accesibles son IR2151, IR2152 e IR2155. IR2I55 parece tener búferes de salida más sustanciales que convertirán una carga capacitiva de 1000 pF con tr = 80 ns y tf = 40 ns.

Incluye un arranque de potencia minúsculo y una fuente de RT de 150 ohmios. El IR2151 posee tr y tf de 100 ns y 50 ns y funciona de manera muy similar al IR2l55. El IR2152 será indistinguible del IR2151 aunque con cambio de fase de Rt a Lo. IR2l5l y 2152 incluyen una fuente Rt de 75 ohmios (Ecuación l.)

Estos tipos de controladores de balasto generalmente están diseñados para ser equipados con el voltaje de entrada de CA rectificado y, en consecuencia, están diseñados para una corriente de reposo mínima y aún tienen un regulador de derivación incorporado de 15 V para garantizar que solo una resistencia limitadora funcione extremadamente bien a través de la CC. tensión de bus rectificada.

Configuración de la red Zero Crossing

Mirando una vez más a la Figura 2, tenga en cuenta el potencial de sincronización del controlador. Ambos diodos adosados ​​en línea junto con el circuito de la lámpara están configurados de manera eficiente como un detector de cruce por cero para la corriente de la lámpara. Antes del encendido de la lámpara, el circuito resonante involucra a L, Cl y C2, todos en una cadena.

Cl es un condensador de bloqueo de CC que tiene una reactancia baja, para que el circuito resonante sea L y C2 con éxito. El voltaje alrededor de C2 se amplifica por medio del factor Q de L y C2 en resonancia y golpea la lámpara.

Cómo se determina la frecuencia de resonancia

Tan pronto como la lámpara se enciende, C, es apropiadamente cortocircuitado por la caída de potencial de la lámpara, y la frecuencia del circuito resonante en este punto está determinada por L y Cl.

Esto conduce a un cambio a una frecuencia de resonancia más baja en el curso de las operaciones estándar, al igual que antes, coordinado mediante la detección del cruce por cero de la corriente CA y aprovechando el voltaje resultante para regular el oscilador del controlador.

Junto con la corriente de reposo del controlador, encontrará un par de elementos adicionales en la corriente de suministro de CC que son una funcionalidad del mismo circuito de aplicación:

Evaluación de parámetros de descarga de carga y corriente

l) Corriente como resultado de cargar la capacitancia de entrada de los FET de potencia

2) corriente resultante de la carga y descarga de la capacitancia de aislamiento de la unión de los dispositivos controladores de puerta del rectificador internacional. Cada componente del arco de corriente está relacionado con la carga y, por esa razón, se adhiere a las reglas:

  • Q = CV

En consecuencia, se podría observar convenientemente que para poder cargar y descargar las capacitancias de entrada del dispositivo de potencia, la carga esperada puede ser un producto del voltaje de activación de la puerta y las capacitancias de entrada reales y también la potencia de entrada recomendada será específicamente proporcional a el producto de carga y frecuencia y voltaje al cuadrado:

  • Potencia = QV ^ 2 x F / f

Las asociaciones mencionadas proponen los siguientes factores al realizar un circuito de balasto real:

1) elija la frecuencia de trabajo más pequeña de acuerdo con la dimensión decreciente del inductor

2) opte por el volumen de troquel más compacto para los dispositivos de potencia confiables con déficits de conducción reducidos (que minimiza las especificaciones de carga)

3) Normalmente se selecciona la tensión del bus de CC, sin embargo, si existe una alternativa, utilice la tensión mínima.

NOTA: La carga simplemente no es una función de la tasa de cambio. La carga transmitida es la misma con respecto a los tiempos de transición de 10 ns o 10 microsegundos.

En este punto, tendremos en cuenta algunos circuitos de balasto útiles que se pueden lograr utilizando controladores auto-oscilantes. Probablemente, el artefacto de luz fluorescente más popular puede ser el tipo 'Double 40' que a menudo emplea un par de lámparas Tl2 o TS típicas dentro de un reflectante común.

En las siguientes figuras se muestran un par de circuitos de balasto recomendados. El primero es el circuito de factor de potencia mínimo, junto con el otro funciona con una nueva configuración de diodo / condensador para lograr un factor de potencia> 0,95. El circuito de factor de potencia más bajo probado en la figura 3 admite entradas de 115 VCA o 230 VCA 50/60/400 Hz para generar un bus de CC moderado de 320 VCC.

Diagrama de circuito de balasto doble de 40 vatios

Circuito de balasto para tubos fluorescentes dobles de 40 vatios Circuito de balasto electrónico doble de 40 vatios con protección PFC

Teniendo en cuenta que los rectificadores de entrada funcionan justo cerca de los picos de la tensión de entrada de CA, el factor de potencia de entrada tiene un retraso de alrededor de 0,6 con una forma de onda de corriente no sinusoidal.

Este tipo de rectificador simplemente no se recomienda para nada más que un circuito de evaluación o un fluorescente compacto de potencia reducida y, sin duda, podría volverse no deseado ya que las corrientes armónicas en los dispositivos de suministro de energía se reducen adicionalmente por las restricciones de calidad de la energía.

El IC usa una resistencia limitadora solo para operar

Observe que el IC de control International Rectifier IR2151 funciona directamente desde el bus de CC a través de una resistencia limitadora y gira a cerca de 45 kHz de acuerdo con la relación dada:

  • f = 1 / 1.4 x (Rt + 75ohm) x Ct

La energía para el accionamiento de la compuerta del interruptor del lado alto surge de un condensador de arranque de 0.1 pF y que se carga a aproximadamente 14 V cada vez que V5 (cable 6) se arrastra hacia abajo dentro de la conducción del interruptor de potencia del lado bajo.

El diodo bootstrap l IDF4 previene la tensión del bus de CC tan pronto como el cambio del lado alto conduce.

Un diodo de recuperación rápida (<100 ns) is necessary to be certain that the bootstrap capacitor will not be moderately discharged since the diode comes back and obstructs the high voltage bus.

La salida de alta frecuencia en el medio puente es en realidad una onda cuadrada con períodos de cambio extremadamente rápidos (alrededor de 50 ns). Para evitar ruidos prolongados anormales a través de los frentes de onda rápida, se emplea un amortiguador de 0,5 W de 10 ohmios y 0,001 pF para minimizar los períodos de conmutación a aproximadamente 0,5 ps.

Con una función de tiempo muerto incorporada

Observe que tenemos un tiempo muerto incorporado de 1.2 ps en el controlador IR2151 para detener las corrientes de disparo en el medio puente. Las lámparas fluorescentes de 40 vatios se controlan en paralelo, cada una con su propio circuito resonante L-C. Aproximadamente cuatro circuitos de tubos podrían operarse desde un solo conjunto de dos MOSFET medidos para igualar el nivel de potencia.

Las valoraciones de reactancia para el circuito de la lámpara se seleccionan de las tablas de reactancia L-C o mediante la fórmula para la resonancia en serie:

  • f = 1 / 2pi x raíz cuadrada de LC

La Q de los circuitos de la lámpara es bastante pequeña simplemente debido a las ventajas de funcionar a partir de una tasa fija de recurrencia que normalmente, obviamente, puede diferir debido a las tolerancias de RT y CT.

Las luces fluorescentes tienden a no necesitar generalmente voltajes de impacto extremadamente altos, por lo que una Q de 2 o 3 es suficiente. Las curvas 'Q planas' a menudo se originan a partir de inductores más grandes y relaciones de condensador pequeñas en las que:

Q = 2pi x fL / R, donde R es a menudo mayor porque se emplean muchas más vueltas.

El arranque suave durante el precalentamiento del filamento del tubo se puede contener de forma económica utilizando PTC. termistores alrededor de cada lámpara.

De esta manera, el voltaje a lo largo de la lámpara aumenta constantemente como el RTC. se calienta automáticamente hasta que finalmente se alcanza el voltaje de activación junto con los filamentos calientes y la lámpara se enciende.




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