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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA
Reatores eletrônicos alimentados por fontes de baixa tensão. Reator eletrônico baseado no microcircuito KR1211EU1, alimentado pela rede de bordo do veículo (11-15 V). Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reatores para lâmpadas fluorescentes Uma das opções para a implementação prática de reatores eletrônicos em KR1211EU1 alimentado pela rede de bordo do veículo (11-15 V) é um dispositivo cujo diagrama de circuito é mostrado na Fig. 3.67. Este dispositivo é útil tanto em casa como ao ar livre. características técnicas:
Para conexão à fonte de alimentação e à lâmpada, os blocos de terminais estão localizados na placa. A placa de circuito impresso do conversor pode ser colocada em uma caixa com dimensões totais de 72x50x28 mm. Descrição do trabalho. O reator eletrônico é feito de acordo com o circuito de um conversor de tensão push-pull baseado em um gerador especializado KR1211EU1 (DA1). O gerador gera duas sequências de pulsos antifásicos com lacuna de proteção para controlar um par de potentes chaves (VT1) que comutam os enrolamentos do transformador de potência T1. Um conjunto de transistores de efeito de campo IRF7103 é usado como interruptores de potência. A frequência de geração é regulada pelo resistor variável R3 na faixa de 20-30 kHz. O LED HL1 indica alimentação do dispositivo. Este circuito possui proteção contra sobretensão e proteção contra corrente do estágio de saída. A tensão de alimentação é conectada aos contatos X5 (+), X6 (-).
A lâmpada é conectada aos contatos XI, X2 e X4, XXNUMX. Unidades de enrolamento. O indutor L1 com indutância de 3,3 mH é feito em um núcleo magnético em forma de W feito de ferrite M2000NM. O tamanho padrão do núcleo é W5x5 com folga de δ = 0,4 mm. O fio tem diâmetro de 0,2 mm, o enrolamento contém 230-240 voltas. O transformador de pulso T1 é feito em um núcleo blindado B22 feito de ferrite 2000NM; os enrolamentos 1-2 e 2-3 contêm cada um 18 voltas de fio PEL com diâmetro de 0,5 mm; o enrolamento 4-5 contém 150-160 voltas de fio PEL com diâmetro de 0,2 mm. Estruturalmente, o reator é feito sobre uma placa de circuito impresso em folha laminada de fibra de vidro com dimensões de 67x45 mm. A placa de circuito impresso é mostrada na Fig. 3.68. Ressalta-se que ao invés do KR1211EU1, é perfeitamente possível utilizar microcircuitos especializados IR2153, IR2156, IR2520, UBA2021, que são projetados para a implementação de reatores de alta tensão, visto que a tensão mínima de alimentação para esses microcircuitos é de cerca de 9- 10V. Outro projeto de lastro eletrônico usando KR1211EU1 mostrado na Fig. 3.69. Uma lâmpada fluorescente com potência de 18-20 W é usada como fonte de luz. A tensão de alimentação (8 V) é fornecida ao controlador DA3 a partir do estabilizador integrado DA2. Imediatamente após ligar o dispositivo, o capacitor C4 é descarregado, a tensão na entrada IN do controlador corresponde a um nível lógico baixo. Neste modo, o fator de divisão de frequência do gerador de clock do chip possui o menor dos dois valores possíveis. Trabalho de conceito. Com os valores dos elementos R7 e C3 (circuito de ajuste de frequência do gerador) indicados no diagrama, sequências de pulsos antifásicos com frequência de 2 kHz são fornecidas às portas dos transistores VT3 e VT44. A tensão de pulso de mesma frequência no enrolamento secundário do transformador de saída T1 tem uma oscilação de 300 V. A carga do enrolamento secundário do transformador T1 é um circuito oscilatório em série L2C10C11 com frequência de ressonância de 32,2 kHz. O intervalo de descarga de gás da lâmpada EL1, que ainda não está acesa, tem resistência próxima do infinito e não afeta o funcionamento do aparelho.
Como a frequência dos pulsos gerados pelo controlador está longe de ser ressonante, a tensão na lâmpada não ultrapassa 200 V. Isso não é suficiente para acender, mas uma corrente de aquecimento de 0,5 A flui através de seus filamentos.
Após 1-2 s, o capacitor C4 será carregado através do resistor R5 com uma tensão que excede o limite de resposta do controlador DA3 na entrada IN. O fator de divisão de frequência do gerador de clock aumentará e a frequência dos pulsos de saída do controlador diminuirá para 34,2 kHz, aproximando-se da frequência de ressonância do circuito oscilatório. Com isso, a amplitude da tensão aplicada à lâmpada EL1 começará a aumentar, e após vários períodos de oscilação atingirá 500 V, necessário para que ocorra uma descarga de gás. Como a lâmpada acesa ignora o capacitor SI, o fator de qualidade do circuito oscilante diminuirá e a amplitude da tensão entre os eletrodos da lâmpada se estabilizará em 80 V. Este é um modo de operação com um valor de corrente efetiva através da lâmpada de cerca de 0,35 A. Para evitar descarga excessiva da bateria, é fornecido um detector de subtensão DA1 com limite de resposta de 10 V. Quando a tensão entre os pinos 1 e 2 do detector está abaixo do limite, seu transistor npn interno é aberto, cujo coletor é conectado ao pino 3, e o emissor está conectado ao pino 2. Como resultado, o transistor VT1 aberto acende, sinalizando uma descarga inaceitável da bateria, LED HL1, e uma tensão (~3 V) é fornecida ao FC entrada do controlador DA5, proibindo a geração de pulsos. A lâmpada EL1 apaga-se e a corrente consumida pelos reatores eletrônicos é reduzida para vários miliamperes. Caso o detector de subtensão seja acionado em decorrência da desconexão do reator eletrônico da fonte de alimentação (bateria), o LED HL1 continuará aceso por mais alguns segundos até que os capacitores C6 e C9 sejam descarregados. Atenção! Os reatores eletrônicos devem ser protegidos contra operação emergencial em marcha lenta, que ocorre quando os contatos dos encaixes da lâmpada estão rompidos, quando um de seus filamentos queima ou quando os eletrodos perdem emissão. A documentação do microcircuito KR1211EU1 não contém nenhuma recomendação para implementar tal proteção. Você pode aplicar sua própria solução técnica conectando um divisor de tensão composto por um varistor RU1 e um resistor R14 em paralelo com a lâmpada. Se a amplitude da tensão através de uma lâmpada EL1 defeituosa ou ausente exceder a tensão de classificação do varistor RU1, sua resistência será relativamente pequena. O diodo Zener VD4 limita os pulsos positivos provenientes do divisor RU1R14 a 6,8 V e carrega o capacitor C6 através do resistor R3 e do diodo VD2. Pulsos negativos, limitados pelo mesmo diodo zener a uma amplitude inferior a 1 V, não participam do funcionamento do dispositivo. A constante de tempo do circuito R6C2 é escolhida de forma que durante o aquecimento normal e ignição da lâmpada (-2 s) a tensão no capacitor não atinja o limite de resposta do controlador na entrada FC. No modo de operação, a tensão da lâmpada não ultrapassa 80 V, que é inferior à tensão de classificação do varistor, sua resistência é muito alta e o capacitor C2 não carrega. Mas se por algum motivo a lâmpada não acender por muito tempo ou apagar durante a operação, a tensão no capacitor C2 aumentará até o nível limite em aproximadamente 5 s, e a operação do controlador será bloqueada. Os diodos VD1 e VD2 eliminam a influência mútua das duas unidades de proteção. A entrada FV do controlador DA3 é alimentada com uma tensão proporcional à corrente de descarga na lâmpada. É obtido por meio de um sensor de corrente - resistores R12, R13 conectados em paralelo e um retificador de diodo VD5. Com as classificações indicadas no diagrama, o limite para proteção de corrente é de 0,7 A, que é o dobro da corrente normal de uma lâmpada acesa (0,35 A) e mais que a corrente do filamento no modo de aquecimento (0,5 A). Quando a corrente cai para o valor nominal, a operação do controlador é reiniciada automaticamente. O capacitor C7 suprime o ruído de impulso, evitando falsos alarmes da proteção, inclusive durante flashes de uma única lâmpada. O projetista do circuito recusou deliberadamente amortecer os enrolamentos do transformador com circuitos RC, o que geralmente é feito para reduzir o nível de interferência gerado pelos reatores eletrônicos. A fonte de alimentação autônoma e a blindagem do dispositivo pelos acessórios metálicos da lâmpada suprimem efetivamente a radiação eletromagnética parasita de baixa potência, tornando-as quase imperceptíveis. PCB e montagem. Todos os elementos do reator eletrônico são montados em uma placa de circuito impresso unilateral, cujo desenho é mostrado na Fig. 3.70. O diodo VD3 e o resistor R6 são instalados perpendicularmente à placa, seus terminais “superiores” são conectados. Os transistores de efeito de campo são equipados com radiadores de aletas ou pinos com superfície de resfriamento de aproximadamente 50 cm2. Os radiadores são elevados acima da placa em 8 a 10 mm usando buchas de montagem. Neste caso, a superfície de remoção de calor do transistor VT2 está localizada paralela à placa e VT3 é perpendicular a ela. É aconselhável selecionar esses transistores com limiar idêntico. Substituindo elementos. O transistor KT3107B pode ser substituído por qualquer estrutura pnp de silício de baixa potência. O varistor RU1 pode ser doméstico CH1-2 180 ou importado TVR 10 181. Sobre estrangulamentos. O indutor L1 com indutância de 100 μH foi retirado de uma fonte de alimentação de computador com defeito. Ele é enrolado em um circuito magnético de haltere e crimpado com tubo termorretrátil. Você mesmo pode fazer o indutor enrolando um enrolamento de indutância de pelo menos 0,5 μH em uma haste de ferrite adequada com um fio isolado com um diâmetro de 0,7-40 mm, ou você pode usar uma série DM-2 pronta. O enrolamento indutor L2 (núcleo magnético B26 feito de ferrite 2000NM1 com folga não magnética de 1 mm) consiste em 160 voltas de fio PEV-2 0,43.
Трансформатор. O núcleo magnético do transformador T1 é um BZO blindado feito de ferrite 2000NM1, montado sem folga. O enrolamento I (duas seções de 12 voltas cada) é enrolado com fio PEV-2 0,74 dobrado ao meio e isolado de forma confiável com tecido envernizado do enrolamento II, composto por 160 voltas de fio PEV-2 0,35. Cada duas camadas de enrolamentos do transformador T1 e do indutor L2 também são isoladas - uma camada de tecido envernizado. O final de uma das seções do enrolamento I do transformador T1 é conectado ao início de sua outra seção - este é o terminal intermediário. O transformador e o indutor L2 são fixados à placa de circuito impresso com parafusos M2,5 através dos furos centrais dos núcleos magnéticos. Verificação de lastro. Na verificação dos reatores eletrônicos foi notado um aumento de aquecimento do capacitor C9, portanto é aconselhável selecioná-lo com temperatura máxima de operação de 105 °C. Os capacitores SY e SI são capacitores de filme, K73-17 e K78-2, respectivamente, para a tensão indicada no diagrama. O resto (exceto óxido) é qualquer cerâmica ou filme. Os diodos KD522B podem ser substituídos por 1N4148 ou outros diodos de silício de baixa potência. O detector de subtensão KR1171SP10 pode ser substituído por outro com tensão limite inferior. Mas a entrada do detector neste caso deve ser conectada à bateria através de um divisor de tensão resistivo. Ao selecionar um substituto, lembre-se de que alguns detectores (por exemplo, MC34064R) diferem nas atribuições dos pinos. O estabilizador de tensão doméstico KR1157EN802 é semelhante ao 78L08 importado. Ajustamento. A instalação dos reatores eletrônicos começa com a interrupção do circuito de alimentação dos transistores de efeito de campo VT2 e VT3, por exemplo, sem montar o indutor L1 na placa. A tensão de alimentação para os componentes restantes do reator eletrônico pode ser fornecida temporariamente a partir de qualquer fonte de tensão CC de baixa potência de 12 V. Em primeiro lugar, defina (aproximadamente selecionando o capacitor C3, precisamente selecionando o resistor R7) a frequência necessária do gerador de relógio fT = 616 kHz, que corresponde à frequência de saída em operação 616/18 = 34,2 (kHz). Notaque o coeficiente de divisão de frequência (18) seja considerado duas vezes maior que o coeficiente indicado na folha de dados. O fato é que os valores tabulados deste coeficiente ali dados não levam em consideração a divisão da frequência por dois no driver de saída do microcircuito KR1211EU1. Há um erro (um zero extra após a vírgula no numerador) na fórmula recomendada por essas fontes para cálculo dos elementos do circuito de ajuste de frequência do gerador de clock do microcircuito. A fórmula correta é assim Pé = 0,7 / R7 C3 Depois de instalado o indutor L1 no lugar, conecte o reator eletrônico com lâmpada EL1 à bateria (pode-se usar chumbo-ácido selado 12 V com capacidade de 7 Ah) através de um amperímetro e meça o consumo de corrente. Ele deve ser:
É necessário um amperímetro com baixa resistência interna. Por exemplo, ao tentar medir a corrente com um multímetro M-890D, após um único flash de uma lâmpada, o reator eletrônico foi desligado, pois quando a corrente consumida foi aumentada no momento da ignição, a queda de tensão no dispositivo de medição acionou o detector de subtensão. Conselho. É aconselhável verificar o correto funcionamento da proteção contra subtensão conectando um reostato auxiliar com resistência máxima de vários ohms em série com uma bateria reparável e carregada. Os reatores eletrônicos são ligados na resistência zero do reostato e, a seguir, monitorando a tensão de alimentação do dispositivo com um voltímetro, aumentam gradativamente a resistência até que a proteção seja acionada. Na tensão de 10-10,5 V, a lâmpada deve apagar e o LED HL1 deve acender. A seguir, desconecta-se o reator eletrônico da bateria, retira-se a lâmpada EL1 das conexões e, aplicando novamente a tensão nominal ao reator eletrônico, verifica-se imediatamente com um osciloscópio a presença de pulsos no dreno (dissipador de calor) de um dos os transistores de efeito de campo. Após 5 segundos após ligar, os pulsos devem parar. Uma verificação repetida pode ser realizada somente após a autodescarga do capacitor C2 (que leva pelo menos um minuto), ou por descarga forçada deste capacitor. Após a instalação da lâmpada, o dispositivo está pronto para uso. Este reator eletrônico pode funcionar com qualquer lâmpada fluorescente com potência não superior a 20 W, inclusive importadas. Via de regra, basta alterar a indutância do indutor L2. Cálculo no Lastro Designer. Use o software CAD Ballast Designer para encontrar o valor necessário. Na primeira etapa do projeto após seu lançamento, especifique a tensão de alimentação “80 a 140VAC/300VDC”. Esta opção é a mais próxima do modo de operação da lâmpada em nosso reator eletrônico. Na segunda etapa, selecione o tipo de lâmpada que você está utilizando ou seu análogo próximo na lista oferecida pelo programa. A terceira etapa é selecionar qualquer um dos controladores propostos, por exemplo, IR21571. Os parâmetros que nos interessam não dependem do tipo de controlador. Especifique o circuito de comutação da lâmpada “Lâmpada única/modo de corrente” na quarta etapa e, no final (quinta etapa), insira o comando “Design Ballast”. Dos resultados obtidos pelo programa, interessam-nos:
Como regra, a capacitância calculada do capacitor SI permanece igual a 0,01 μF, portanto apenas o indutor L2 deve ser substituído. A folga não magnética entre as metades do circuito magnético pode, na maioria dos casos, ser deixada igual a 1 mm, o que equivale a uma folga de 2 mm no seu núcleo central. Com tal lacuna, a saturação do circuito magnético do indutor mesmo no momento da ignição é improvável, o que se deve ao aumento da resistência interna da fonte de tensão do transformador em comparação com a meia ponte da rede. Ao converter o reator eletrônico para funcionar com uma lâmpada TC-EL com potência de 7 W (este é o análogo mais próximo da lâmpada F6T5/54 existente) com a mesma capacitância do capacitor SI, a indutância do indutor L2 aumentou para 3,7mH. A frequência de operação calculada para esta lâmpada é de 34,8 kHz, o que é apenas 0,6 kHz a mais que os 34,2 kHz previamente estabelecidos. Optou-se por não alterar o circuito de ajuste de frequência do controlador, limitando-se à substituição do indutor. Em um núcleo magnético semelhante ao utilizado no transformador T1, foram enroladas 170 voltas de fio PEV-2 0,35. A indutância medida do indutor foi de 4,1 μH (mais do que a calculada). Porém, antes de verificar a operabilidade dos reatores eletrônicos, optou-se por não rebobinar o afogador. Todos os demais elementos do reator eletrônico permaneceram sem alterações. Execução de teste. A ativação do teste mostrou aquecimento efetivo e ignição confiável da lâmpada, operação clara da proteção ao simular falhas, bem como uma coincidência bastante boa do modo de operação com o nominal (desvio - não mais que 10%). A corrente consumida da bateria é de aproximadamente 0,7 A, o que permite deixar a iluminação de emergência acesa a noite toda sem medo de descarregar completamente a bateria. Плата. O reator eletrônico fabricado está alojado em uma caixa soldada em folha de fibra de vidro com dimensões de 155x67,5x40 mm, que também serve como suporte para a bateria. Autor: Kosenko S.I.
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